Режимы холостого хода и симметричной нагрузки синхронного генератора

ЛЕКЦИЯ № 18

Тема: Возбуждение синхронного генератора и его

магнитные поля.

Цель: Изучить особенности возбуждения синхронного генератора, физическую сущность и распределение магнитных полей в магнитопроводе.

План: 1.Способы возбуждения.

2. Магнитная цепь синхронного генератора.

3. Магнитные поля синхронного генератора при холостом ходе и при нагрузке.

Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.

«Корабельные электрические машины».

Часть 2. 1980.

Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры

Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.

Преподаватель: Просужих Р.П.

Лекция № 18

Режимы холостого хода и симметричной нагрузки синхронного генератора

1. Возбуждение синхронной машины и её магнитные поля. Возбуждение синхронного генератора.

Обмотка возбуждения синхронного генератора (С.Г.) располагается на роторе и получает питание постоянным током от постороннего источника. Она создает основное магнитное поле машины, которое вращается вместе с ротором и замыкается по всему магнитопроводу. В процессе вращения это поле пересекает проводники обмотки статора и индуктирует в них ЭДС Е₁₀.

Для питания обмотки возбуждения мощных С.Г. используются специальные генераторы – возбудители. Если они установлены отдельно, то питание в обмотку возбуждения подается через контактные кольца и щеточный аппарат. Для мощных турбогенераторов возбудители (синхронные генераторы «обращенного типа») навешивают на вал генератора и тогда обмотка возбуждения, получает питание через полупроводниковые выпрямители, установленные на валу.

Мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет примерно 0,2 ¸ 5% от номинальной мощности С.Г., причем меньшая величина – для крупных С.Г.

В генераторах средней мощности часто используют систему самовозбуждения – от сети обмотки статора через трансформаторы, полупроводниковые выпрямители и кольца. В очень малых С.Г. иногда используют постоянные магниты, но это не позволяет регулировать величину магнитного потока.

Обмотка возбуждения может быть сосредоточенной (у явнополюсных синхронных генераторов) или распределенной (у неявнополюсных С.Г.).

2.Магнитная цепь С.Г.

Магнитная система С.Г. – это разветвленная магнитная цепь, имеющая 2р параллельных ветвей. При этом магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения, замыкается по таким участкам магнитной цепи: воздушный зазор «δ» – два раза; зубцовая зона статора h_Z1 – два раза; спинка статора L₁; зубцовый слой ротора «h_Z2» — два раза; спинка ротора – «L_ОБ». В явнополюсных генераторах на роторе есть полюса

ротора «h_m» — два раза (вместо зубцового слоя) и крестовина L_ОБ (вместо спинки ротора).

На рисунке 1 видно, что параллельные ветви магнитной цепи симметричны. Видно также, что основная часть магнитного потока Ф замыкается по всему магнитопроводу и сцеплена как с обмоткой ротора, так и с обмоткой статора. Меньшая часть магнитного потока Ф_s замыкается только вокруг обмотки возбуждения, а затем по воздушному зазору не сцепляясь с обмоткой статора. Это магнитный поток рассеяния ротора.

В этом случае полный магнитный поток Ф равен:

,

где s_m – коэффициент рассеяния магнитного потока.

МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме холостого хода можно определить как сумму составляющих МДС, необходимых на преодоление магнитных сопротивлений в соответствующих участках цепи.

.

Наибольшим магнитным сопротивлением обладает участок воздушного зазора, у которого магнитная проницательность m₀ = const постоянна. В представленной формуле w_В – это число последовательно соединенных витков обмотки возбуждения на пару полюсов, а I_ВО – ток возбуждения в режиме холостого хода.

Сталь магнитопровода с увеличением магнитного потока имеет свойство насыщения, поэтому магнитная характеристика синхронного генератора нелинейна. Эту характеристику как зависимость магнитного потока от тока возбуждения Ф = f(I_В) или Ф = f(F_В) можно построить путем расчета или снять опытным путем. Она имеет вид, показанный на рисунке 2.

Обычно С.Г. проектируют так, чтобы при номинальном значении магнитного потока Ф магнитная цепь была насыщена. При этом участок «ав» магнитной характеристики соответствует МДС на преодолении воздушного зазора 2F_s, а участок «вс» – на преодоление магнитного сопротивления стали магнитопровода. Тогда отношение можно назвать коэффициентом насыщения магнитопровода в целом.