Магнитное поле и параметры обмотки возбуждения

При вращении возбужденного ротора, поток, создаваемый обмоткой возбуждения (ОВ) наводит в обмотке статора ЭДС. При холостом ходе машины эта ЭДС определяет напряжение на зажимах машины. ОВ создает поток, состоящий из основного потока и потока рассеяния ОВ (рис. 3.1).

Под основным потоком будем понимать поток, соответствующий первой гармоники поля. Это правомерно, так как наконечникам полюсов придают такое очертание, при котором кривая распределения поля в зазоре примерно синусоидальная. Кроме того, высшие гармоники можно существенно уменьшить путем соответствующего выбора укорочения шага. Третья гармоника и кратные ей подавляются путем соединения 3-х фазной обмотки в звезду.

Рассмотрим структуру магнитного поля при различных исполнениях ротора.

а) Явнополюсный ротор.

Действительная кривая распределения магнитного поля в воздушном зазоре имеет вид кривой 1, а первая гармоника – вид кривой 2 (рис. 3.2).

– максимальное значение действительной кривой распределения поля, а – амплитуда первой гармоники поля в воздушном зазоре. Отношение называют коэффициентом формы кривой поля в воздушном зазоре. Он зависит от величин , , .

При значениях ; ; этот коэффициент .

Магнитодвижущия сила (МДС) обмотки возбуждения (ОВ) на полюс будет ,

где – число витков обмотки возбуждения.

Тогда максимальное значение индукции поля в воздушном зазоре

.

Здесь – удельная магнитная проводимость воздушного зазора,

– коэффициент воздушного зазора,

– коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси.

Амплитуда первой гармоники поля

.

Коэффициент воздушного зазора определяется исходя из расчетного значения воздушного зазора

.

Основной поток

.

Максимальное потокосцепление обмотки статора с потоком ОВ соответствует совпадению осей этих обмоток

,

где – обмоточный коэффициент.

.

При вращении возбужденного ротора, потокосцепление фазы обмотки якоря будет изменяться по косиносоидальному закону . При этом коэффициент взаимоиндукции между обмотками статора и возбуждением будет

.

ЭДС индуктируемая в обмотке статора при вращении индуктора (ротора)

,

где ,

– индуктивное сопротивление взаимоиндукции между ОВ и обмоткой статора. Действующее значение ЭДС

.

Отсюда . Таким образом, .

Так как зависимости или нелинейны, то зависимость также нелинейна и с увеличением насыщения уменьшается, а увеличивается (рис. 3.3)

,

– коэффициент потока.

– полный поток возбуждения, соответствующий площади, ограниченной кривой 1 (рис. 3.2).

б) Неявнополюсная СМ.

В этой машине ОВ размещается в пазах ротора, при этом ширина пазов значительно меньше величины воздушного зазора, поэтому влиянием пазов на распределение поля можно пренебречь и считать, что кривая распределения индукции имеет трапецеидальный характер (рис. 3.4), где

γ – отношение обмотанной части ротора к полюсному делению.

Действительная кривая распределения поля индуктора в воздушном зазоре (кривая 1). Кривая 2 соответствует первой гармонике распределения поля индуктора в воздушном зазоре.

Максимальное значение кривой распределения поля будет

.

Так как ОВ в данном случае представляет собой распределенную обмотку, обмоточный коэффициент которой является по сути коэффициентом распределения

, то ее МДС будет .

В результате амплитуду 1-ой гармоники поля возбуждения и коэффициент формы кривой поля можно записать в виде

,

.

При и .

.