Электромагнитные величины обмоток якоря и возбужденияв относительных единицах

В теории установившихся, и в особенности переходных, процессов синхронной машины широко пользуются относительными единицами. При этом за единицы, или базисные величины, тока,

— коэффициент дифференциального рассеяния обмотки возбуждения. Для неявно-полюсной машины, согласно выражениям (32-17), (32-18), (32-20), (32-54) и (32-68),

напряжения, сопротивления и индуктивности цепи якоря принимаются их номинальные фазные значения /_н, £/_н и

Относительные значения сопротивлений г, х, г и индуктивности L цепи якоря:

Относительные величины индуктивности L и соответствующего ей индуктивного сопротивления х, таким образом, равны.

Действующие значения тока / и напряжения U якоря в относительных единицах:

Мгновенные значения тока i и напряжения и якоря целесообразно относить к амплитудам номинальных тока и напряжения:

Чтобы выразить сопротивление и индуктивность цепи возбуждения в относительных единицах, достаточно разделить их значения, приведенные к обмотке якоря, на соответствующие базисные величины цепи якоря:

Относительные ток и напряжение возбуждения:

Из соотношений (32-77) и (32-78) можно получить также базисные значения неприведенных величин цепи возбуждения, если положить в них

В рассматриваемой системе относительных единиц базисный ток возбуждения создает такую же по величине основную гармонику поля в зазоре, как и номинальный продольный ток якоря при симметричной нагрузке. Эту систему единиц в литературе называют также «системой x_adi>, так как при if+ = 1 э. д. с. статора от тока возбуждения £* = x_ari*if* = x_adt. Возможны и иногда применяются также другие системы относительных единиц для обмотки возбуждения, чему соответствует ее приведение к обмотке якоря с иными значениями коэффициентов приведения. В частности, нередко используется система единиц возбуждения, в которой за i_fS берется такое значение if, которое при п — п_н и отсутствии насыщения индуктирует э. д. с. Е = £/„. Однако применение подобных систем Относительных единиц с физической точки зрения менее оправдано.

§ 32-5. Магнитные поля и параметры успокоительной обмотки

В нормальных установившихся режимах работы многофазной синхронной машины основная гармоника н. с. реакции якоря вращается, синхронно с ротором, неизменна По величине и поэтому токов в успокоительной или пусковой обмотке, расположенной в полюсных наконечниках, не индуктирует.

При этих условиях относительно небольшие токи в стержнях успокоительной обмотки индуктируются только в результате действия

Рие. 32-17, Распределение продольных

токов (а) и магнитное поле зазора (б)

успошятеяыйй обмотки

Рис. 32-13. Распределение попереч-ных токов (а) и магнитное поле зазора (б) успокоительной обмотки

высших гармоник н. с. обмотки якоря и зубцовых пульсаций магнитного поля. Эти токи вызывают добавочные потери, которые учитываются при определении к. п. д.

Однако при неустановившихся, несимметричных и других особых режимах работы потоки основных гармоник поля реакции якоря Фай и Ф«_? изменяются или пульсируют во Времени и индуктируют в успокоительной обмотке значительные по величине токи.

Распределение этих токов в стержнях успокоительной или пусковой обмотки показано на рис. 32-17, а и 32-18, а. Эти токи создают в воздушном зазоре магнитные поля определенной формы, которые можно разложить на основную и высшие гармоники (рис. 32-17, б и 32-18, б). Основные гармоники поля успокоительной обмотки

обусловливают явление взаимной индукции с обмоткой якоря, а высшие гармоники образуют поле дифференциального рассеяния успокоительной обмотки. Кроме того, существуют также поля пазового и лобового рассеяния успокоительной обмотки.

Ротор явнополюсной синхронной машины в магнитном отношении несимметричен. Кроме того, его успокоительная или пусковая обмотка несимметрична и в электрическом отношении, так как контуры токов, составляемые стержнями и участками торцевых замыкающих колец этой обмотки, различны для токов, индуктируемых продольным и поперечным потоками реакции якоря - (см. рис. 32-17, а и 32-18, а). Поэтому количественные соотношения, характеризующие электромагнитные процессы, для осей d и q различны. Для поля воздушного зазора это проявляется в том, что кривые поля имеют различный вид (рис. 32-17, б и 32-18, б). Токи в отдельных стержнях на рис. 32-17, а также различны. Это же справедливо и для рис. 32-18, а. Вследствие указанной магнитной и электрической несимметрии, строго говоря, вместо единой успокоительной обмотки необходимо рассматривать каждый контур тока на рис. 32-17, а или 32-18, а

как отдельную обмотку или отдельную цепь тока. Для каждого такого контура по отдельности можно составить уравнение напряжения или второе уравнение Кирхгофа, причем эти уравнения будут независимы друг от друга, а сопротивления и индуктивности каждого контура различны. В уточненной теории переходных процессов и других особых режимов действие успокоительной обмотки учитывается именно так. Однако для большинства практических целей задачу можно упростит и рассматривать по каждой оси одну эквивалентную успокоительную обмотку, с эквивалентными токами I_yd, I_yq и эквивалентными параметрами. Можно считать, что такие эквивалентные обмотки представляют собой коротко-замкнутые витки с полным шагом (рис. 32-19). Активные сопротивления r_yd, r_yq и индуктивности L_yd, L_yq эквивалентных успокоительных обмоток по разным осям различны.

Рис. 32-19. Эквивалентные успокоительные обмотки продольной (а) и поперечной (б) оси

Токи и параметры успокоительных обмоток также можно привести к ббмотке якоря. При этом взаимная индуктивность с обмоткой якоря для продольной оси будет равна L_ad, а для поперечной оси L_aq. Полные приведенные собственные индуктивности успокоительной обмотки будут:

L'yd = L_ati-\-L'ayd', Lyq = L_aq-\-L'oyq, (32-83)

где L'ayd и L'ayg — приведенные индуктивности рассеяния успокоительной обмотки соответственно для продольной и поперечной осей. Очевидно, что L_yd > L_yq. Вместо полной успокоительной обмотки (рис. 32-17 и 32-18) иногда применяют также неполную успокоительную обмотку (рис. 32-20), которая не имеет междуполюсных \ соединений. Отсутствие междуполюсных соединений не влияет на величину и распределение токов, а также на величину параметров успокоительной обмотки по продольной оси. Однако действие такой обмотки по поперечной оси значительно ослабляется, так как активное сопротив-

Рис. 32-20. Распределение продольных (а) и поперечных (б) токов неполной успокоительной обмотки

ление r_yq и индуктивность рассеяния L'_ayq увеличиваются, а ток эквивалентной обмотки Гуд уменьшается. Поэтому неполные успокоительные обмотки применяются редко.

Отметим, что в каждом реальном стержне успокоительной обмотки протекает ток, равный сумме продольного и поперечного токов стержня (рис. 32-17 и 32-18), и ввиду разных направлений этих токов суммарные токи стержней, расположенных симметрично относительно центра полюсного наконечника, различны.

Неявнополюсные синхронные машины имеют массивный ротор, обычно лишены специальной успокоительной обмотки, и роль последней играет само тело ротора. Это же справедливо для явнополюсных машин с массивными полюсами. Действие массивного ротора и массивных полюсов также можно заменить действием эквивалентных успокоительных обмоток.

Для неявнополюсной машины, имеющей цилиндрический ротор, параметры таких обмоток для обеих осей можно принять одинако-

выми. Ввиду поверхностного эффекта параметры r'_Yd, r'_yq, Laya и L'_oyq переменны и зависят от частоты или скорости изменения токов iyd> 'yg- Строго говоря, это же справедливо и для обычных успокоительных и пусковых обмоток, так как сечение стержней этих обмоток достаточно велико.

Некоторое действие оказывают также вихревые токи, индуктируемые при изменении Ф_аа и Ф_ая в элементах магнитной цепи ротора явнополюсной машины, имеющей полюсы из листовой стали. Это эквивалентно наличию некоторой дополнительной успокоительной обмотки. Однако этот эффект мал и обычно не учитывается.

Следует отметить также, что приведенная взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и успокоительной больше, а рассеяние между ними меньше, чем между этими двумя обмотками и обмоткой якоря. Это обусловлено тем, что указанные две обмотки расположены на инДукторе поблизости и неподвижны относителвно друг друга. Ввиду последнего обстоятельства взаимная индуктивность обмоток возбуждения и успокоительной обусловлена также высшими гармониками их полей в воздушном зазоре. То же самое характерно и для двухклеточного асинхронного двигателя, в котором взаимная индуктивность между обмотками ротора также больше, чем между обмотками ротора и обмоткой статора (см. § 27-2 и рис. 27-6). Однако в синхронных машинах этим обстоятельством часто пренебрегают.

Необходимо также подчеркнуть, что взаимная индукция между поперечной успокоительной обмоткой и обмоткой возбуждения отсутствует.

Вопросы расчета параметров успокоительных обмоток рассматриваются в пособиях по проектированию и в более обширных руководствах и монографиях по электрическим машинам [21 — 23, 49, 63].

Дата добавления: 2015-07-18