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 = 0,45m₁ I₁ w₁ k_об1 / p.

Как будет показано в § 2.3, 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. 2.3), и магнитное сопротивление потоку статора Ф_d по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора Ф_q 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 B_1d1 больше амплитуды основной гармоники индукции поля по поперечной оси В_1q1:

B_1d1 = B₁k_d; B_1q1 = B₁k_q (2.6).

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

Коэффициенты k_d и k_q определяют степень уменьшения амплитуды основной гармоники поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям, обусловленную неравномерностью воздушногo зазора в машинах с явнополюсным ротором.

Рис. 2.3. Магнитные поля статора синхронной явнополюсной машины по продольной (а) и поперечной (б) осям

Значения k_d и k_q зависят от отношения максимального и минимального воздушных зазоров д_mах/д, от относительной величины зазора д/ ф, а также от коэффициента полюсного перекрытия б_i, При равномерном зазоре (д = const) отношение д_mах/д = 1. Полюсное деление ф определяют по (7.1). Коэффициент полюсного перекрытая б_i = b_р/ф, где b_р — ширина полюсного наконечника (см. рис. 1.8).

При равномерном воздушном зазоре (д_mах/д =1) и весьма малой его относительной величине (д/ ф? 0) коэффициенты формы поля определяются выражениями.

k_d = [рб_i + sin (б_i 180°)] /р; (2.7).

k_q =[рб_i — sin (б_i 180°)] /р. (2.8).

Из (2.7) и (2.8) видим, что при б_i = 1, т. е. при неявнополюсном роторе, k_d = k_q= 1.

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

F_в.н = I_в 2w_к.в (2.9).

Рис. 2.4. Магнитные поля возбуждения неявнополюсной (а) и явнополюсной (б) синхронных машин

При этом форма магнитного поля возбуждения в зазоре машины зависит от конструкции ротора. Амплитуда основной гармоники этого поля В_в1 определяется коэффициентом формы поля возбуждения.

k_f = B_в1/ В_в, (2.10).

где В_в — максимальное значение магнитной индукции поля возбуждения (рис. 2.4).

Для неявнополюсного ротора коэффициент формы поля возбуждения (рис. 2.4, а).

k_f = 8sin г 90°/ (р² г) (2.11).

где г = 2б/ ф — отношение обмотанной части полюса ротора ко всему полюсному делению. Обычно г = 0,67 ч 0,80. Наименьшее содержание высших гармоник поля соответствует г = 0,75.

Для явнополюсного ротора при равномерном зазоре и д/ф? 0 коэффициент формы поля возбуждения (рис. 2.4, б).

k_f = 4sin б_i 90°/ р. (2.12).

Увеличение зазора на краях полюсов способствует приближению коэффициента k_f 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 [5 и 15].