– это электрические машины переменного тока, в которых ротор и магнитное поле токов статора вращаются синхронно.

Трехфазные синхронные генераторы – самые мощные электрические машины. Единичная мощность - синхронных генераторов на ГЭС - 640 МВт, а на ТЭС – 8 - 1200 МВт.

У синхронной машины одна из обмоток присоединена к электрической сети переменного тока, а вторая - возбуждается постоянным током. Обмотку переменного тока называют якорной.

Обмотка якоря преобразует всю электромагнитную мощность синхронной машины в электрическую и наоборот. Поэтому ее обычно располагают на статоре, который называют якорем. Обмотка возбуждения потребляет 0,3 - 2% от преобразуемой мощности, поэтому ее располагают обычно на вращающемся роторе, который называют индуктором и малую мощность возбуждения подводят через контактные кольца или устройства бесконтактного возбуждения.

Магнитное поле якоря вращается с синхронной скоростью n1 = 60f1/p, об/мин,

где p =1,2,3 ... 64 и т.д. - число пар полюсов.

При частоте промышленной сети f1 = 50 гц, ряд синхронных скоростей при различных числах полюсов: 3000, 1500, 1000 и т.д.). Так как магнитное поле индуктора неподвижно относительно ротора, то для непрерывного взаимодействия полей индуктора и якоря ротор должен вращаться с той же синхронной скоростью.

Конструкция синхронных машин

Статор синхронной машины с трехфазной обмоткой не отличается от конструкции , а ротор с обмоткой возбуждения бывает двух видов - явнополюсный и неявнополюсный. При больших скоростях и малом числе полюсов применяют неявнополюсные роторы, как имеющие более прочную конструкцию, а при малых скоростях и большом числе полюсов применяют явнополюсные роторы сборной конструкции. Прочность таких роторов меньше, но они проще в изготовлении и в ремонте.

Явнополюсный ротор:

Применяются в синхронных машинах с большим числом полюсов и соответственно относительно низкой n. ГЭС (гидрогенераторы). частота n от 60 до нескольких сотен об/мин. Самые мощные гидрогенераторы имеют диаметр ротора - 12 м при длине – 2,5 м, p – 42 и n= 143 об/мин.

Кроме обмотки возбуждения на роторе располагают демпферную или успокоительную обмотку, которую в синхронных двигателях используют для запуска. Эту обмотку выполняют аналогично короткозамкнутой обмотке типа "беличья клетка", только значительно меньшего сечения, так как основной объем ротора занимает обмотка возбуждения. В неявнополюсных роторах роль демпферной обмотки выполняют поверхности сплошных зубцов ротора и токопроводящие клинья в пазах.

Постоянный ток в обмотку возбуждения синхронной машины может подаваться от специального генератора постоянного тока, установленного на валу машины и называемого возбудителем, или от сети через полупроводниковый выпрямитель.

Смотрите также по этой теме:

Синхронная машина может работать генератором или двигателем. Синхронная машина может работать в качестве двигателя, если подвести к обмотке ее статора трехфазный ток из сети. В этом случае в результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора поле статора увлекает за собой ротор. При этом ротор вращается в ту же сторону и с такой же скоростью, как и поле статора.

Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин, и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами. Синхронные двигатели применяются при мощности более 600 кВт и до 1 кВт как микродвигатели. Синхронные генераторы на напряжение до 1000 В применяются в агрегатах для автономных систем электроснабжения.

Агрегаты с этими генераторами могут быть стационарными и передвижными. Большинство агрегатов применяются с дизельными двигателями, но приводом их могут быть газовые турбины, электродвигатели и бензиновые двигатели.

Синхронный двигатель отличается от синхронного генератора лишь пусковой успокоительной обмоткой, которая должна обеспечивать хорошие пусковые свойства двигателя.

Схема шестиполюсного синхронного генератора. Показаны сечения обмоток одной фазы (три обмотки, соединенные последовательно). В показанные на рисунке свободные пазы укладываются обмотки двух других фаз. Фазы соединяются в звезду или треугольник.

Режим генератора: двигатель (турбина) вращает ротор, на обмотку которого подается постоянное напряжение? возникает ток, который создает постоянное магнитное поле. Магнитное поле вращается вместе с ротором, пересекает статорные обмотки и наводит в них одинаковые по модулю и частоте ЭДС, но сдвинутые на 1200 (симметричная трехфазная система).

Режим двигателя: обмотку статора подключают к трёхфазной сети, а обмотку ротора к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля машины с постоянным током обмотки возбуждения, возникает вращающий момент Мвр, который приводит ротор во вращение со скоростью магнитного поля.

Механическая характеристика синхронного двигателя – зависимость n(M)– представляет собой горизонтальный отрезок прямой.

Массовое использование асинхронных двигателей с существенными недогрузками осложняет работу энергетических систем и станций: снижается коэффициент мощности в системе, что приводит к дополнительным потерям во всех аппаратах и линиях, а также и к их недоиспользованию по активной мощности. Поэтому возникла необходимость в применении синхронных двигателей, особенно для механизмов с приводами большой мощности.

Синхронные двигатели имеют по сравнению с асинхронными большое преимущество, заключающееся в том, что благодаря возбуждению постоянным током они могут работать с cosфи = 1 и не потребляют при этом реактивной мощности из сети, а при работе, с перевозбуждением даже отдают реактивную мощность в сеть. В результате улучшается коэффициент мощности сети и уменьшаются падение напряжения и потери в ней, а также повышается коэффициент мощности генераторов, работающих на электростанциях.

Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален U, а у асинхронного двигателя U 2 .

С другой стороны, конструкция синхронных двигателей сложнее, чем короткозамкнутых асинхронных двигателей, и, кроме того, синхронные двигатели должны иметь возбудитель или иное устройство для питания обмотки возбуждения постоянным током. Вследствие этого синхронные двигатели в большинстве случаев дороже асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

При эксплуатации синхронных двигателей возникли существенные трудности с их пуском. В настоящее время эти трудности преодолены.

Пуск и регулирование скорости вращения синхронных двигателей также сложнее. Тем не менее, преимущество синхронных двигателей настолько велико, что при больших мощностях их целесообразно применять всюду, где не требуется частых пусков и остановок и регулирования скорости вращения (двигатель-генераторы, мощные насосы, вентиляторы, компрессоры, мельницы, дробилки и пр.).

Демпферные обмотки

Демпферная обмотка в гидрогенератора предназначена для: демпфирования (успокоения) колебаний ротора при переходных процессах; гашения поля обратной последовательности, создаваемого токами обратной последовательности при несимметричных режимах работы; улучшения условий входа в синхронизм; уменьшения перенапряжений при несимметричных коротких замыканиях.

Изготовляют демпферную обмотку из круглых медных стержней, вставленных в отверстия (пазы), выштампованные в полюсных наконечниках. По торцам стержни одного полюса припаивают к массивным медным шинам-сегментам твердым припоем. Короткозамыкающие сегменты полюсов тихоходных гидрогенераторов соединяются между собой эластично пакетом тонких (около 0,2 мм) изогнутых пластин.

Элементы конструкции ротора

В синхронных двигателях, если напряжение в катушке полюса на изгиб превосходит допускаемое (для меди 500 кгс/см 2), необходимо в междуполюсные окна соседних полюсов устанавливать распорки из немагнитного материала, которые будут воспринимать усилия от тангенциальной составляющей центробежной нагрузки, создаваемой катушками. Распорки изготовляются из прочного кованого алюминиевого сплава или из литой бронзы. Распорки из кованого, термически обработанного алюминиевого сплава выполняются цельными и прикрепляются к остову ротора болтами. Для уменьшения перекрытия поверхности катушек и обеспечения максимального прихода охлаждающего воздуха в междукатушечное пространство соседних полюсов распорки изготовляются меньшей высоты, чем катушка. Распорка устанавливается между катушками на изоляционных прокладках из теплостойкого материала (стеклотекстолита марки СТЭФ). Литые распорки из медного сплава, состоящие из двух частей, опирающихся на башмаки полюсов и распертых сверху шпилькой, в вертикальных двигателях применяются редко.

В вертикальных синхронных двигателях токоподвод от контактных колец к обмотке возбуждения выполняется из изолированных кабелей и помещается в центральном отверстии вала.

С одного конца вала кабели присоединяются к выводам катушек. С другого конца кабели токоподвода с помощью кабельных наконечников присоединены к шпилькам контактных колец. На участке от места выхода кабеля из центрального отверстия вала до катушек полюсов токоподвод располагается на остове ротора. Кабели токоподвода закрепляются на остове ротора и на валу посредством изоляционных прокладок, стальных хомутиков и болтов.

В большинстве типов синхронных вертикальных двигателей применяются вентиляторы, выполненные в виде отдельных крыльев, прикрепленных с обеих сторон ротора к торцам обода. Вентиляторные крылья изготовляются из листовой стали.

Демпферная обмотка полюсов синхронных машин выполняет ряд функций. В генераторах она служит для снижения уровня динамических перенапряжений в обмотке ротора при несимметричных коротких замыканиях, гашения обратного синхронного поля, улучшения формы ЭДС и симметрии напряжений при несимметричных нагрузках отдельных фаз, успокоения качаний и повышения динамической устойчивости работы. Генераторы малой мощности (до 100 кВт) обычно не имеют демпферной обмотки.

Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.

Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2)

. (11-53)

Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или целесообразно выбирать . При целесообразно принимать в генераторах , а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях - несократимая дробь.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)

Количество стержней демпферной обмотки на полюс выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)

; (11-55)

принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)

Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина и высота (рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5-2 мм.

Рис. 11-13. Эскиз полюсного

наконечника с пазами демпферной обмотки:

1 - полюс; 2 - стержень демпферной обмотки;

3 --- короткозамыкающий сегмент.

Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие . При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом

Предварительная длина стержня демпферной обмотки

затем ее уточняют при проработке конструкции машины.

Сердечник статора представляет собой полый цилиндр, набранный из отдельных пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм. На внутренней поверхности этого цилиндра располагаются пазы для укладки обмотки якоря. При внешнем диаметре менее 1 м сердечник собирают из цельных кольцевых пластин, а при большем диаметре каждое кольцо составляют из отдельных пластин, называемых сегментами (рис. 32.3).

Рис 32 3. Сегмент статора крупной синхронной машины

Сердечник размещают станине (корпусе) статора. В пазы статора укладывают двухслойные петлевые обмотки, а в более крупных машинах - одновитковые стержневые волновые обмотки. Пазы, как правило, имеют прямоугольное сечение, а толщина и структура их изоляции зависят от индуцируемой ЭДС. При большом сечении проводников фазы для уменьшения добавочных потерь от вихревых токов их разбивают на ряд элементарных проводников, которые по длине обмотки транспонируют между собой. Статор синхронной машины в собранном виде показан на рис. 12.1.

По выполнению ротора синхронные машины подразделяют на явнополюсные и неявнополюсные.

Явнополюсный ротор синхронных машин имеет высту­пающие полюсы, сердечник которых в крупных машинах набирают из пластин конструкционной стали толщиной 1- 2 мм, в мелких машинах - из электротехнической стали толщиной 0,5-1 мм. В машинах небольшой мощности по­люсы приворачиваются болтами к валу (рис. 32 4, а), а у тихоходных машин - к ободу ротора (рис. 32.4, б).

Рис 32.4. Крепление полюсов ротора

В крупных и относительно быстроходных машинах полюсы крепят к ободу ротора с помощью хвостов, имеющих Т-образную форму (рис. 32.4, в) или форму ласточкина хвоста (рис. 32.4, г). Такое крепление хотя технологически сложнее, но является более прочным, чем крепление болтами

Обмотку возбуждения, которую размещают на полюсах, для лучшего охлаждения выполняют в крупных машинах из неизолированной шинной меди большого сечения, намотанной на ребро. Между соседними витками укладывают изоляционные прокладки, пропитанные в смоле, после чего катушку запекают и устанавливают на полюсе с предвари­тельно нанесенной по его периметру корпусной изоляцией. В машинах небольшой мощности катушки обмотки возбуждения выполняют из изолированных проводников прямо­угольного или круглого сечения.

На полюсах ротора часто укладывают демпферную обмотку. Ее размещают в пазах полюсных наконечников. Медные стержни этой обмотки, уложенные в пазы, по торцам замыкают пластинами или кольцами, образуя короткозамкнутые клетки. Демпферные обмотки подразделяют на продольные и продольно-поперечные.

Рис. 32 5 Продольная демпферная обмотка на роторе

Рис. 32 6. Продольно-поперечная демпферная обмотка на роторе

Продольная обмотка получается, если пластины замыкают с торцов стержни только одного полюса (рис. 32.5). В продольно-поперечной обмотке соединяются по торцам стержни всех полюсов (рис. 32.6). В первом случае демпферная обмотка образует контуры, ось которых совпадает только с продольной осью машины (с осью полюсов), а во втором - как с продольной, так и с поперечной осями.

Демпферная обмотка выполняет ряд функций. В гене­раторах она ослабляет поле обратной последовательности при несимметричной нагрузке (см. гл. 34) и снижает ам­плитуду колебаний ротора, возникающих в некоторых слу­чаях при параллельной работе генератора (см. гл. 36). В двигателях она является пусковой обмоткой (см. гл. 37), а также снижает амплитуду колебаний ротора при пульса­ции нагрузочного момента (см. гл. 36).

Явнополюсные роторы применяют в крупных машинах с относительно низкой частотой вращения и, следователь­но, большим числом полюсов. Явнополюсные синхронные машины с горизонтальным валом широко используются в качестве двигателей и генераторов. Явнополюсные маши­ны с высокой частотой вращения выполняются только на небольшие мощности. Общий вид ротора явнополюсной ма­шины показан нарис. 32.7.

Рис. 32.7. Ротор явнополюсной синхронной машины

Существует специальный класс синхронных явнополюсных генераторов с вертикальным валом, предназначенных для непосредственного соединения с гидравлическими тур­бинами. Такие генераторы называются гидрогенераторами (рис. 32.8). В зависимости от мощности турбины и напора воды, частота вращения гидрогенераторов колеблется от 50 до 600 об/мин, а число полюсов, соответствующее частоте 50 Гц, достигает несколько десятков.

Гидрогенераторы выполняются на большие мощности. Самые крупные гидрогенераторы в настоящее время по­строены для Саяно-Шушенской ГЭС. Они имеют мощность 7 15MB. А при частоте вращения 143 об/мин. Внешний диа­метр гидрогенератора около 15 м, диаметр его ротора около 12 м, длина магнитопровода статора 2,75 м, число полюсов 42.

В конструктивном отношении гидрогенераторы имеют ряд особенностей. Важным узлом у них является упорный подшипник или подпятник. Он удерживает массу вращающихся частей ротора и турбины, а также давление воды на лопасти турбины. Подпятник представляет собой особый вид подшипника скольжения. Он состоит из вращающейся части - пяты, выполненной в виде диска, укрепленного на роторе, и неподвижной части, находящейся под пятой (собтвенно подпятник). Для уменьшения потерь между трущи­мися поверхностями (пяты и собственно подпятника) созда­ется слой смазки достаточной толщины.

Для восприятия радиальных усилий, действующих на ротор гидрогенератора, на его валу устанавливаются на­правляющие подшипники (один или два).

Рис. 32 8 Синхронный гидрогенератор:

1-корпус статора; 2- сердечник статора; 3 - полюсы ротора; 4- обод ротора; 5 - верхняя крестовина

Один подшипник устанавливается при жестком фланцевом соединении валов гидрогенератора и турбины. Другим направляющим подшипником в этом случае является направляющий под­шипник турбины. Подпятник и направляющие подшипники размещаются на крестовинах, которые служат для воспринятая и передачи вертикальных и радиальных усилий на фундамент или на корпус статора. Различают верхнюю и нижнюю крестовины.

В зависимости от расположения подпятника гидрогенераторы подразделяются на подвесные и зонтичные. В подвесном гидрогенераторе (рис. 32.9, а) подпятник располагается над ротором в верхней части агрегата, на верхней крестовине, и весь агрегат «подвешен» к этой крестовине к подпятнику. В зонтичном гидрогенераторе подпятник располагается на нижней крестовине (рис. 32.9, б) или на крышке турбины, и генератор в виде «зонта» находится над подпятником.

Рис. 32.9. Подвесное (а) и зонтичное (б) исполнения гидрогенератора. 1, 2 - верхняя и нижняя крестовины; 3 - подпятник; 4 - направляющие подшипники; 5 - направляющий подшипник турбины; 6 - ротор; 7 - статор; 8 - турбина

При зонтичном исполнении гидрогенератор будет иметь меньшую массу и высоту, чем при подвесном. Снижение массы и высоты произойдет за счет уменьшения размеров верхней крестовины, имеющей больший диаметр, чем нижняя.

Механическая прочность различных деталей ротора гид­рогенератора рассчитывается по так называемой угонной скорости, которая в 2-3 раза больше номинальной. Такая скорость получается в результате разгона ротора при ава­рийном отключении генератора от сети.

Неявнополюсные роторы применяют в крупных син­хронных машинах, имеющих высокую частоту вращения (n=3000, 1500 об/мин). Изготовление крупных машин с такими частотами вращения при явнополюсной конструк­ции невозможно по условиям механической прочности ротора, крепления полюсов и обмотки возбуждения. С неявнополюсным ротором выполняются главным образом крупные синхронные генераторы, предназначенные для непосредственного соединения с паровыми турбинами. Такие машины называются турбогенераторами. Турбогенераторы для тепловых электрических станций имеют частоту вращения 3000 об/мин и два полюса, а для атомных электро­станций- 1500 об/мин и четыре полюса.

Рис. 32.10. Общий вид ротора турбогенератора:

1 - контактные кольца; 2 - кольцевые бандажи; 8 - ротор; 4 - вентилятор; 5 -вал

Рис. 32 11. Поперечный разрез двухполюсного ротора турбогенератора

Ротор турбогенератора выполняется массивным из цельной стальной поковки. Для роторов турбогенераторов большой мощности применяется высококачественная хромоникелевая или хромоникельмолибденовая сталь. По услови­ям механической прочности диаметр ротора при частоте вращения 3000 об/мин не должен превышать 1,2-1,25 м. Активная длина ротора для обеспечения необходимой механической жесткости должна быть меньше 6,5 м. На рис. 32.10 дан общий вид, а на рис. 32.11-поперечный разрез двухполюсного ротора турбо­генератора. На наружной по­верхности ротора фрезеруются радиальные пазы прямоуголь­ной формы, в которые уклады­ваются катушки распределенной обмотки возбуждения. Примерно одна треть полюсного деления не обматывается и образует так называемый большой зубец, через который проходит основная часть магнитного потока возбуждения генератора. Иногда для выравнивания жесткости ротора в большом зубце выполняются пазы.

Из-за больших центробежных сил, действующих на об­мотку возбуждения, ее закрепление в пазах производится с помощью немагнитных металлических клиньев (дюралю­миний и др.). Немагнитные клинья ослабляют потоки пазо­вого рассеяния, которые могут вызывать насыщение зубцов и уменьшение полезного потока. Пазы большого зубца для выравнивания магнитной проводимости сверху закрывают­ся магнитными клиньями. Лобовые части обмотки закреп­ляются роторными бандажами. Обмотки ротора имеют изо­ляцию класса В или F. Выводы от обмотки возбуждения подсоединяются к контактным кольцам на роторе.

В осевом направлении по всей длине ротора просверли­вается центральное отверстие, которое служит для исследо­вания материала в центральной части поковки и для раз­грузки поковки от опасных внутренних напряжений. На рис. 32.12 показан общий вид турбогенератора. В турбоге­нераторах функцию демпферной обмотки выполняют мас­сивное тело ротора и клинья. С неявнополюсным ротором выпускаются также быстроходные двигатели большой мощ­ности - синхронные турбодвигатели.

Рис. 32.12 Общий вид турбогенератора:

1 - корпус, 2 - сердечник статора; 3 -ротор, 4- газоохладитель; 5 - возбудитель, 6 - подшипник

Синхронные двигатели выполняют с демпферной обмоткой, которая служит в качестве пусковой при асинхронном пуске, а так же для успокоения качаний в процессе работы. Демпферную обмотку обычно изготовляют из стержней круглого сечения, закладываемых в круглые пазы, равномерно расположенные по дуге полюсных наконечников. Концы стержней замыкают пластинами (сегментами), расположенными вдоль полюсной дуги с обеих сторон полюса. Эти сегменты соединяют между собой по междуполюсному пространству пластинами, образуя коротко замыкающие кольца. Параметры демпферной обмотки устанавливают с учетом следующих условий. Для улучшения демпфирующего эффекта обмотка должна иметь малое активное сопротивление. Поэтому стержни, короткозамыкающие сегменты и соединительные пластины обычно выполняют из меди.

Суммарную площадь поперечного сечения стержней демпферной обмотки на один полюс целесообразно принимать близкой к 15% суммарной площади поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (мм 2)

. (11-53)

Для уменьшения добавочных потерь и пульсаций ЭДС обмотки статора желательно принимать зубцовое деление полюсного наконечника ротора близким к зубцовому делению статора . При , равном целому числу, а также при или
целесообразно выбирать
. При
целесообразно принимать в генераторах
, а в двигателях (чтобы исключить возможность проявления эффекта «прилипания») должно быть несколько меньше или больше . В приведенных выражениях
- несократимая дробь.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (шт.)

(11-54)

Количество стержней демпферной обмотки на полюс
выбирают так, чтобы минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника
была не менее 3 мм и не превышала 0,5 .

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (мм)

; (11-55)

Принимают значение , равное ближайшему целому числу, и определяют соответствующее этому диаметру сечение стержня .

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (мм)

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (мм)

Размеры шлица паза демпферной обмотки генераторов выбирают так, чтобы ширина
и высота
(рис. 11-13) были примерно одинаковыми (около 3 мм); в двигателях (для увеличения вращающего момента) высоту шлица принимают 1,5-2 мм.

Рис. 11-13. Эскиз полюсного

Наконечника с пазами демпферной обмотки:

1 - полюс; 2 - стержень демпферной обмотки;

3 --- короткозамыкающий сегмент.
Для обеспечения механической прочности кромок полюсного наконечника должно соблюдаться условие
. При малых высотах кромок полюсных наконечников крайние пазы демпферной обмотки выполняются закрытыми; при этом

Предварительная длина стержня демпферной обмотки

(11-58)

Затем ее уточняют при проработке конструкции машины.

Размеры короткозамыкающих сегментов выбирают такими, чтобы их высота
, толщина
а площадь поперечного сечения составляла около половины суммарной площади поперечного сечения стержней одного полюса (мм 2), т. е.

(11-59)

Окончательно размеры сегмента в поперечном сечении
а также его площадь в этом сечении следует выбрать по приложению 2.

Площадь поперечного сечения перемычки между сегментами разных полюсов принимают не менее 0,5 , а площадь контакта между перемычкой и сегментом - не менее 5.

Примеры расчета машин.

4. Демпферная (пусковая) обмотка.

Последовательность расчета	Условные обозначения	Источник	Синхронный генератор	Синхронный двигатель
205	, мм 2	(11-53)	---	0,015∙247,3∙ ∙497/4,45=414
206	, мм	§11-5	---	27,5
	, шт.	(11-54)	---
208	, мм	(11-55)	---
209	мм; мм 2	§11-5	---	10; 78,5
210		§11-5	---	20,7/10=2,07>1,7
211	, мм	§11-5	---	8
212	, мм	(11-56)	---	(173-10-2,8)/(7-1)=
213	, мм	(11-57)	---	10+0,1=10,1
214	, мм	§11-5	---	32
215	, мм	(11-58)	---	445+0.2∙247,3=495
216	, мм 2	(11-59)	---	0,5∙414=207
217	, мм	§11-5	---	2∙10=20
218	, мм	§11-5	---	0,7∙10=7,0
219	, мм	Приложение 2	---	2010
220	, мм 2	То же	---	199,1

§ 11-6. Расчет магнитной цепи при холостом ходе.

Общие положение . Для построения характеристик намагничивания
и х. х.
синхронной машины производят расчет магнитной цепи при х. х., который сводится к определению МДС обмотки возбуждения при нескольких значениях магнитного потока Ф и соответствующей ему ЭДС обмотки статора . МДС равна сумме МДС отдельных последовательно соединенных участков магнитной цепи, включающей воздушный зазор между полюсным наконечником ротора и сердечником статора, зубцы статора, спинки статора и ротора, сердечник полюса, полюсные наконечники и зазор в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса.

Магнитное поле синхронной машины имеет сложную форму в связи с зубчатостью статора и полюсного наконечника (при наличии демпферной обмотки) и насыщением участков ярма и зубцов.

Влияние зубчатости зазора, вентиляционных каналов в сердечнике статора, насыщения зубцовой зоны и спинки статора при расчете синхронных машин, так же как и для асинхронных двигателей (см. § 9-7) и машин постоянного тока (см. § 10-8), учитывают системой коэффициентов и применением таблиц намагничивания
для зубцов и спинки статора (см. приложения 8-16).

Поскольку магнитная цепь синхронной машины (рис.11-14) симметрична, то расчет МДС ведется на один полюс. При этом для каждого участка определяют площадь поперечного сечения, магнитную индукцию (полагая, что она распределена равномерно по всему сечению рассматриваемого участка), напряженность поля, среднюю длину пути магнитного потока, МДС участка и суммарную МДС цепи.

Рис. 11-14. Схема магнитной цепи синхронной машины.
При расчете магнитной цепи условно принимают среднюю длину пути магнитного потока на отдельных участках магнитопровода. В действительности длина этих путей в спинке статора и ротора различна по середине и по краям полюсного деления. Соответственно неравномерно распределяется магнитная индукция.

Для упрощения расчетов при определении магнитного напряжения спинки статора следует пользоваться кривыми намагничивания, построенными с учетом этого фактора и приведенными в приложениях 11-13. Магнитную цепь синхронных машин рассчитывают в такой последовательности.

МДС для воздушного зазора между сердечником статора и полюсным наконечником. МДС определяют по (9-116) - (9-121). При этом расчетная площадь поперечного сечения воздушного зазора (мм 2)

(11-60)

Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (Тл)

(11-61)

МДС для зубцов статора синхронных машин. МДС определяют так же, как и для асинхронных двигателей (см. § 9-7).

МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора (см. рис. 9-7). МДС определяют по (9-124) - (9-125) и приложениям 8-10 (при
Тл) или приложениям 14-16 (при
Тл). При этом расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (мм 2)

Магнитная индукция в равновеликом поперечном сечении зубца (Тл)

(11-63)

МДС для зубцов при прямоугольных открытых и полуоткрытых пазах статора (см. рис. 9-9). МДС определяют по (9-122) - (9-126) и приложениям 8-10 (при Тл) или по (9-124) - (9-136) и приложениям 14-16 (при Тл).

Расчетная площадь поперечного сечения зубцов статора (мм 2)

Магнитная индукция в зубце статора (Тл) на расстоянии 1/3 его высоты от окружности, соответствующей диаметру ,

(11-65)

МДС для спинки статора . Расчетная площадь поперечного сечения спинки статора (мм 2) и магнитная индукция (Тл)

(11-66)

(11-67)
Напряженность магнитного поля (А/см) определяют по кривым намагничивания для спинки статора (см. приложения 11-13), а среднюю длину пути магнитного потока (мм) - по (9-166).

МДС для спинки статора (А)

(11-68)

МДС для зубцов полюсного наконечника
Магнитная индукция в зубцах полюсного наконечника (Тл)			(11-69)
Напряженность магнитного поля в зубцах полюсного наконечника (А /см)	из приложений 5-7, 21
Средняя длина пути магнитного потока в зубцах полюсного наконечника (мм)		(11-70)
МДС для зубцов полюсного наконечника (А)		(11-71)

МДС для полюсов . Магнитный поток в полюсном сердечнике больше потока в воздушном зазоре на величину потока рассеяния
, оцениваемую коэффициентом рассеяния =1,05 ч 1,2.

Если величина расчетной магнитной индукции в сердечнике полюса
1,6 Тл, то магнитный поток по высоте полюса изменяется незначительно, поэтому можно принять

Активная площадь поперечного сечения полюсного сердечника (мм 2) определяется шириной и длиной полюса (рис. 11-11).

Для найденного значения по приложениям 5, 6, 7, 20 или 21 определяют напряженность поля в сердечнике полюса
(А/см). Если >1,6 Тл, то следует учитывать изменение магнитного потока по высоте полюса, обусловленное рассеянием. В этом случае величину магнитного потока определяют в трех сечениях по высоте полюса - у его основания
,у полюсного наконечника
и в среднем сечении
.

По полученным значениям магнитных потоков и известной площади поперечного сечения сердечника полюса определяют индукции в рассматриваемых сечениях полюса


и по кривой намагничивания (см. приложение 21) находят соответствующие напряженности магнитного поля


.

МДС для полюсов рассчитывают в такой последовательности.

Полюсные наконечники гребенчатой конструкции (см. рис. 11-6)
Величина выступа полюсного наконечника (мм)		(11-72)
Высота широких полюсных наконечников (мм)		(11-73)
широких пакетов смежных полюсных наконечников (мм)
потока рассеяния в зоне широких пакетов полюсных наконечников		(11-75)
Высота узких (в том числе крайних) полюсных наконечников (мм)		(11-76)
Расстояние между боковыми поверхностями узких (в том числе крайних) пакетов Смежных полюсных наконечников, мм		(11-77)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне узких пакетов полюсных наконечников		(11-78)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния в зоне крайних пакетов полюсных наконечников
Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсных наконечников гребенчатой конструкции
Длина пути магнитного потока в полюсе, при отсутствии демпферной обмотки (мм)		(11-81)
То же, при наличии демпферной обмотки		(11-82)

Полюсные наконечники традиционной конструкции (см. рис. 11-8 )
Высота полюсного наконечника (мм)		(11-83)
Расстояние между боковыми поверхностями смежных полюсных наконечников (мм)		(11-84)
Коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния по внутренним поверхностям полюсных наконечников		(11-85)
Длина пути магнитного потока в полюсе при отсутствии демпферной обмотки (мм) (11-99)	(11-109)
МДС для зазора в стыке между сердечниками полю полюса и ротора (А)		(11-110)
Параметры магнитной цепи
Суммарная МДС магнитной цепи (на один полюс) (А)		(11-111)
Коэффициент насыщения магнитной цепи		(11-112)