Магнитное поле синхронной машины

В настоящей главе рассматривается трехфазный синхронный генератор, работающий на симметричную нагрузку так, что все фазы обмотки нагружены равномерно, т. е. в них наводятся оди­наковые ЭДС и проходят равные по значению и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120° токи. Из гл. 9 извест­но, что в этих условиях трехфазная обмотка статора создает вращающуюся синхронно с ротором МДС, максимальное значе­ние которой определяется выражением (9.16):

F1= 0,45m1I1ω1ko61 /р.

Как будет показано в § 20.3, вектор МДС статора может за­нимать разные пространственные положения относительно оси полюсов ротора.

В неявнополюсной синхронной машине воздушный зазор рав­номерен, а поэтому пространственное положение вектора МДС статора относительно оси полюсов ротора не влияет на величину и график распределения магнитного поля статора.

В явнополюсной синхронной машине воздушный зазор не­равномерен из-за наличия значительного межполюсного про­странства, не заполненного сталью (рис. 20.3), и магнитное со­противление потоку статора Фd по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора Ф, по попе­речной оси qq. Поэтому величина индукции магнитного поля статора и график ее распределения в воздушном зазоре в явнополюсных машинах зависят от пространственного положения вектора МДС обмотки статора F1 или его составляющих.

Так, амплитуда основной гармоники индукции магнитного поля статора по продольной оси B1d1 больше амплитуды основной гармоники индукции поля по поперечной оси B1q1:

B1d1 = B1kd1; B1ql = B1kq, (20.6)

где В1— амплитудное значение магнитной индукции поля стато­ра при равномерном зазоре; kd и kq — коэффициенты формы поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям.

Коэффициенты kd и kq определяют степень уменьшения амп­литуды основной гармоники поля статора (якоря) по продольной

продольной (а) и поперечной (б) осям

и поперечной осям, обусловленную неравномерностью воздушно­го зазора в машинах с явнополюсным ротором.

Значения kd и kq зависят от отношения максимального и минимального воздушных зазоров δmах/δ, от относительной ве­личины зазора δ /τ, а также от коэффициента полюсного перекры­тия а,. При равномерном зазоре (δ = const) отношение δmах/ δ = 1. Полюсное деление т определяют по (7.1). Коэффициент по­люсного перекрытия αi= bр/ τ, где bр — ширина полюсного нако­нечника (см. рис. 19.8).При равномерном воздушном зазоре (δmах /δ ==1) и весьма малой его относительной величине (δ/ τ≈=) коэффициенты фор­мы поля определяются выражениями

kd = [ παi, + sin(αi 80°)] /π; (20.7)

kq = [παi - sin(αi 80°)] /π. (20.8)

Из (20.7) и (20.8) видим, что при αi = 1, т. е. при неявнополюсном роторе, kd = kq = 1.

Рис. 20.4. Магнитные поля возбуждения неявнополюсной (а) и явнополюсной (б) синхронных машин

Обмотка возбуждения синхронной машины при прохождении по ней тока /в создает МДС на пару полюсов (А):

Fв.н.= Iв2ωкв. (20.9)

При этом форма магнитного поля возбуждения в зазоре ма­шины зависит от конструкции ротора. Амплитуда основной гар­моники этого поля Д., определяется коэффициентом формы поля возбуждения

kf = Вв1/Вв, (20.10)

где Вв — максимальное значение магнитной индукции поля воз­буждения (рис. 20.4).

Для неявнополюсного ротора коэффициент формы поля воз­буждения (рис. 20.4, а)

kа = 8sinγ90°/(π 2γ), (20.11)

где γ = 2α/τ — отношение обмотанной части полюса ротора ко всему полюсному делению. Обычно

γ = 0,674-0,80. Наименьшее содержание высших гармоник поля соответствует у = 0,75.

Для явнополюсного ротора при равномерном зазоре и δ / τ≈0 коэффициент формы поля возбуждения (рис. 20.4, б)

kf = 4sinαi90°/ π. (20.12)

Увеличение зазора на краях полюсов способствует прибли­жению коэффициента kj к единице, т. е. приближает форму кри­вой индукции поля к синусоиде.

При неравномерном воздушном зазоре значения коэффициен­тов формы поля определяют по графикам, приводимым в руко­водствах по расчету синхронных машин [4 и 15].