Расчет магнитной цепи синхронной машины при холостом ходе

Расчет магнитной цепи выполняется с целью определения МДС обмотки возбуждения, необходимой для создания требуемого магнитного потока при холостом ходе:

,                                             (5.1)

где  - коэффициент формы поля.

Магнитная цепь машины на пару полюсов представлена на рис. 5.5. Для расчета магнитной цепи используют уравнение полного тока

.                     (5.2)

Интегрирование ведется вдоль средней силовой линии, разделенной на пять участков: воздушный зазор (1), зубцовая зона статора (2), ярмо статора (3), полюс (4) и ярмо ротора (5) в предположении, что напряженность магнитного поля каждого участка постоянна:

.             (5.3)

Каждый линейный интеграл определяет магнитное напряжение на соответствующем участке, а сумма токов в левой части представляет собой полный ток обмотки возбуждения, охватываемый контуром интегрирования,

.                               (5.4)

Магнитное напряжение воздушного зазора

,

где  - максимальная индукция в зазоре;  - расчетная длина машины;  - расчетная ширина полюсного наконечника;  - коэффициент полюсного перекрытия;  - коэффициент воздушного зазора, учитывающий влияние зубчатости статора и ротора на магнитное сопротивление зазора.

Магнитное напряжение зубцов статора

 

определяется по средней напряженности поля в зубце, равной ее значению на высоте  от головки зубца. Принимая допущение, что магнитный поток зубцового деления

полностью проходит через зубец, находим индукцию  на высоте  от головки зубца:

,

где  - длина сердечника статора;  - коэффициент заполнения сердечника сталью;  - ширина зубца в сечении на высоте  от головки зубца.

Напряженность поля в зубце  определяется по характеристике намагничивания стали  для найденной индукции .

Магнитное напряжения ярма статора

находим по максимальной напряженности поля в ярме, соответствующей по кривой намагничивания стали  индукции,

,

где  - высота ярма статора.

Коэффициент x учитывает непостоянство напряженности поля  по длине участка .

Магнитное напряжение сердечника полюса определяется по максимальной напряженности поля  у основания полюса:

.

Расчет магнитного поля в полюсе выполняется с учетом потока рассеяния обмотки возбуждения

,

где  - коэффициент рассеяния полюсов.

Этому потоку соответствует индукция у основания полюса:

,

где  - расчетная длина сердечника полюса;  - ширина сердечника полюса.

Напряженность поля  определяется по кривой намагничивания стали полюса  для магнитной индукции .

Магнитное напряжение ярма ротора

,

где  - максимальная напряженность поля в ярме, соответствующая индукции

,

где  - длина средней силовой линии на участке ярма ротора;  - длина ярма ротора;  - высота ярма ротора.

Расчет магнитной цепи выполняется для 5-7 значений ЭДС  в диапазоне от 0,5 до 1,3 . Результаты расчетов представляются в виде характеристики холостого хода  или характеристики намагничивания , построенных в относительных единицах (рис. 5.6). При этом за базисные значения принимаются номинальное напряжение , соответствующий ему магнитный поток

и МДС возбуждения  при .

Характеристика холостого хода и характеристика намагничивания в относительных единицах совпадают. По характеристике холостого хода определяют коэффициент насыщения

.

В хорошо спроектированной машине

.

При малом насыщении () возрастает масса стали, а при глубоком насыщении () существенно увеличивается ток возбуждения.