– 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.).

Обмотка возбуждения

Обмотка возбуждения синхронных двигателей выполняется из отдельных полюсных катушек с открытыми наружной и внутренней поверхностями

Катушка полюса изготовляется из голой, согнутой на ребро шинной меди. В синхронных двигателях большой мощности катушки полюсов выполняются из шинной меди специального профиля. Применением подобной меди достигается увеличение наружной поверхности катушки и улучшение съема тепла с катушки.

Витковая изоляция катушки выполняется из лакированной асбестовой бумаги или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком. Для придания монолитности катушки опрессовываются и выпекаются под большим давлением на прессе (не менее 150 кгс/см 2 площади витка).

Изоляция катушки от корпуса накладывается непосредственно на сердечник полюса. Она выполняется из ряда слоев асбестовой бумаги и микафолия для класса изоляции В или из стеклоткани, пропитанной эпоксидным лаком, для класса нагревостойкости F.

Изоляция больших полюсов изготовляется в виде твердых коробов, выполненных из прессованной стеклоткани на эпоксидных связующих. Короба составные и склеиваются под давлением непосредственно на сердечнике полюса. От остова ротора и от полюсного башмака катушки изолируются путем прокладки гетинаксовых или стеклотекстолитовых шайб.

Полюсные катушки выполняются также залитыми синтетическими смолами (эпоксидными) аналогично способу пропитки под вакуумом статорных катушек с термореактивной изоляцией на эпоксидных связующих. Залитые катушки полюсов обладают высокими механическими свойствами, высокой влагостойкостью и обеспечивают хорошую теплопередачу полюсному наконечнику.

Упрочненные катушки устанавливаются на изолированные каркасами и шайбами сердечники полюсов и раскрепляются до заливки изоляционными прокладками.

После заливки смолой полюс с катушкой представляет одно целое. Конструкция полюсов с залитыми катушками возбуждения обладает высокой надежностью, в то же время сами катушки являются неремонтоспособными. При неисправности катушки приходится заменять полностью собранный полюс.

Условия охлаждения катушки возбуждения могут быть улучшены путем установки катушки на изолированный сердечник полюса с помощью расклинивающих прокладок. В образованном зазоре между катушкой и сердечником полюса циркулирует охлаждающий воздух

Выводные концы катушек с целью обеспечения удобств сборки и компенсации температурных деформаций набираются из тонкой ленточной меди и приклепываются к крайним виткам катушки.

В катушках, выполненных из относительно толстых медных проводов, выводные конусы присоединяются к крайним виткам с помощью ласточкиного хвоста и пропаиваются.

Соединение катушек производится медными хомутиками и пропаивается. Для предохранения от выгиба и разрыва, которые возможны под действием центробежных усилий, верхние выводные концы катушек прикрепляются к изоляционной прокладке, установленной между башмаками соседних. полюсов и прибандажированной шпагатом. Нижние выводные концы прикрепляются изоляционными планками к ободу ротора.

Для предохранения катушек от перемещения в радиальном направлении на полюсах, прикрепляемых к остову ротора Т-образными хвостами, устанавливаются спиральные дружины и нажим пружин на катушки осуществляется через стальные шайбы.

Демпферная обмотка

Синхронные вертикальные двигатели имеют демпферные (пусковые) обмотки, состоящие из круглых латунных или медных (латунь марки Л62 по ГОСТ 1019-47 медь марки М1 или М2 по ГОСТ 859-66) стержней, припаянных концами к медным пластинам (сегментам). Для получения хорошего теплоотвода стержни демпферной обмотки должны сидеть в пазу плотно, без зазора. Стержни должны быть зафиксированы по центру полюсного башмака с помощью керновки или чеканки для обеспечения равномерного удлинения от торцов башмака при нагреве. Сегменты демпферных обмоток выполняются из меди марки МГТ (ГОСТ 434-71) и припаиваются к стержням тугоплавким припоем. Сегменты располагаются в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Конструкция обмотки с демпферными сегментами, расположенными в горизонтальной плоскости, является простой и технологичной по исполнению и надежной в работе. Подобная конструкция применяется в основном для тихоходных двигателей, у которых отсутствуют массивные полюсные щеки и имеется возможность расположить демпферные сегменты в непосредственной близости к краю полюса. Концы соседних горизонтально расположенных сегментов соединяются между собой внахлест болтами, образуя замкнутое кольцо. При достаточной высоте полюсного башмака демпферные обмотки с горизонтальными сегментами могут применяться и в случаях механически загруженных обмоток. Концы соседних сегментов соединяются между собой медными пластинами и для механического закрепления притянуты стальными изолированными шпильками к ободу ротора.

Наиболее часто для крупных двигателей применяется конструкция демпферной обмотки с креплением каждого сегмента зубом (выступом) на козырьке щеки полюса

На плоскости сегмента, обращенной к щеке, делается паз глубиной примерно в половину толщины сегмента (не менее 6 мм). В этом пазу размещается выступ щеки. Соединение сегментов в кольцо выполняется в этом случае также с помощью соединительных медных планок по две на каждый стык. Контактные поверхности сегментов и накладок для особо тяжелых условий пуска двигателя выполняются серебреными.

Пуск

Весьма сложен процесс пуска синхронного двигателя, так как за счет синхронного момента разогнать ротор из неподвижного состояния до синхронной скорости невозможно из-за инерционности ротора. Если попытаться запустить двигатель за счет подачи одновременно напряжения на обмотку статора и на обмотку ротора от возбудителя, то синхронный момент, возникший в результате взаимодействия полей ротора и статора будет знакопеременным с частотой 50 Гц. В следствии этого, для пуска предусмотрена специальная пусковая обмотка или демпферная обмотка, которая помогает гасить качание ротора в результате переходных процессов. В явно полюсной синхронной машине пусковая обмотка представляет собой короткозамкнутую обмотку типа беличья клетка. Ее стержни располагаются в пазах полюсного наконечника. Сегменты соседних полюсов также связаны и образуют общее короткозамыкающее кольцо. В неявнополюсной машине роль пусковой обмотки выполняет массив ротора и пазовые клинья.

Пуск осуществляется в два этапа: на первом за счет взаимодействия поля статора с пусковой обмоткой возникает асинхронный момент, двигатель запускается до подсинхронной скорости; на втором подается напряжение на обмотку возбуждения и под действием электромагнитного момента происходит втягивание машины в синхронизм.

Приводится модель синхронного генератора для расчёта установившегося и переходного режимов с учётом переходных процессов в обмотках статора генератора, без демпферных обмоток. Показывается возможность использования различных математических приближений моделей генератора в зависимости от пространственного удаления точки возмущения. Приводится пример модели генератора без демпферных обмоток с АРВ сильного действия. Для определения функциональных зависимостей токов и напряжений от времени использовался метод пространства состояний и преобразования Парка – Горева. Показана необходимость модификации классических уравнений Парка-Горева. Решения получены с помощью программно - интегрированной среды MathCAD методом Рунге-Кутта. Применение моделей возможно в сетях, содержащих синхронные генераторы и для проектирования объектов, содержащих генераторы.

преобразование Парка - Горева

демпферные обмотки

переходные процессы

синхронный генератор

1. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электроэнергетических систем. – М.: Энергия, 1979. – 456 с.

2. Исаев. Ю.Н., Купцов А.Н. Практика использования системы MathCad в расчетах электрических и магнитных цепей. – М.: САЛОН-ПРЕСС, 2013. – 180 с.

3. Колчанова В.А., Исаев Ю.Н., Лопатин В.В. Математические модели синхронного генератора при различных пространственных удалениях точки возмущения // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2;

4. Левинштейн М. Л. Операционные исчисления в задачах электротехники. – Л.: Энергия, 1972. – 358 с.

5. Пивняк. Г.Г., Винославский В.Н., Рыбалко А.Я., Несен Л.И. Переходные процессы в системах электроснабжения. – М.: Энергоатомиздат, 2003. – 540 с.

6. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы. – М.: ООО «ТИД «АРИС», 2010. – 519 с.

Модель синхронного генератора с демпферными контурами описывается системой из шести дифференциальных уравнений. Два первых дифференциальных уравнения записываются для поперечной и продольной обмоток статора. Три следующих уравнения записываются для обмоток ротора. В обмотки ротора входят поперечная и продольная демпферные обмотки и обмотка возбуждения. Шестое дифференциальное уравнение является нелинейным. Это уравнение описывает связь инерционного, электромагнитного и механического моментов, действующих на вал ротора . Решение этих уравнений является непростой задачей. Однако искусство моделирования состоит не в умении решать сложные уравнения, а в умении без потерь основных, главных свойств явления преобразовывать исходную сложную систему в более простую, руководствуясь при этом условиями которым подвержена исследуемая система. Поэтому цель работы состоит в исследовании моделей генератора в условиях, когда исходную сложную систему можно упростить, но при этом не потерять основные характерные особенности модели .

Машина без демпферных обмоток с АРВ сильного действия.

Рассмотрим переходный процесс при внезапном изменении момента первичного двигателя синхронной машины на величину ∆Мт. Для упрощения будем считать, что машина не имеет демпферных обмоток, не будем учитывать явнополюсность и пренебрегаем величиной активного сопротивления статора R. В этом случае уравнения могут быть записаны в следующем виде:

Здесь - синхронная ЭДС по поперечной оси, величина пропорциональна току возбуждения . Эта величина подлежит определению. - постоянная времени контура возбуждения при замкнутых контурах цепи статора. - продольный и поперечный токи статора. - ЭДС пропорциональная напряжению статора. - основные технические данные машины: синхронные реактивные сопротивления по поперечной и продольной осям, переходное сопротивление по продольной оси, активное сопротивление обмотки статора соответственно .

Искомые переменные в уравнениях 1: - продольный и поперечный токи статора и синхронная ЭДС .

Для того чтобы выяснить смысл составляющих напряжения на зажимах машины Ud и Uq в случае примыкания ее к некоторым шинам, напряжение которых мы будем считать имеющим постоянную амплитуду U и синхронную частоту ωo, рассмотрим векторную диаграмму на рис. 1. На этом рисунке изображены поперечная и продольная оси ротора, вращающиеся со скоростью и изображающий вектор напряжения шин, вращающийся со скоростью ω0. Из приведенного рисунка следует, что Кроме того, из того же рисунка видно, что разность скоростей поперечной оси ротора и изображающего вектора напряжения шин равна производной угла δ, т. е. , где s - скольжение машины. Скольжением машины называется величина, равная разности угловой скорости ω1 вращающегося магнитного поля, создаваемого переменным током, протекающим в обмотках статора, и угловой скорости ω ротора машины, отнесённой к ω1: s = (ω1 - ω)/ω1 .

Рис. 1. Векторная диаграмма для определения составляющих напряжения приемных шин по осям q и d

Положим, что в нормальном режиме, предшествующем возмущению, величины токов iq и id, э. д. с. возбуждения Eq, угол δ и скольжение s были равны соответственно , , , , . Так как в нормальном режиме все эти величины являются постоянными, то они могут быть определены из выше приведенных уравнений, в которых все производные должны быть равны нулю. Поэтому уравнения, определяющие переменные в нормальном режиме, принимают вид:

(2)

Уравнения (1), являются нелинейными, и решить их операторным методом невозможно. Такое решение может быть, однако, выполнено, если приближенно принять, что отклонения переменных от их начальных значений оказываются в переходном процессе настолько малы, что нелинейные члены в уравнениях (1) могут быть заменены их линейными приближениями. В нашем случае это означает, что изменение момента турбины первичного двигателя, вызывающее переходный процесс, должно быть достаточно мало. Предполагая, что последнее условие выполняется, введем новые переменные, равные отклонениям основных переменных от их значений в нормальном режиме:

а также отклонения внешних сил от их начальных значений:

В новых переменных нелинейные члены уравнений (1) могут быть представлены в следующем виде:

При выводе последних приближенных выражений для нелинейных членов мы пренебрегли квадратами, произведениями и более высокими степенями приращений ∆id, ∆iq и т. д. .

Подставляя полученные выражения в уравнения (1) и учитывая уравнения (2), которыми определяются начальные значения всех переменных, получим следующие линейные уравнения относительно приращений основных переменных:

(3)

Здесь - инерционная постоянная машины. - отношение механического момента к базисному моменту. - декремент контура ротора.

Будем решать уравнения (3), предполагая наличие безынерционного регулирования возбуждения машины по закону

и считая, что приращение момента первичного двигателя ∆Mт, возникнув в момент t = 0, в дальнейшем остается неизменным.

Коэффициенты k, k’ и k” называются регулирующими. Величины этих коэффициентов выбирают таким образом, чтобы члены, в которые они входят, были бы соизмеримыми с остальными членами в коэффициентах уравнений. В соответствии с этим коэффициент k” должен иметь порядок т.е. 103 (при Tj = 10 сек и ωо = 314 будем иметь ). Коэффициент k` должен иметь порядок 1/ρr, т. е. также 103 (при Tr = 5сек будем иметь ). Наконец, коэффициент k должен иметь порядок единицы .

Приняв значения коэффициентов регулирования, перейдем к решению уравнений. Данные уравнения решаем с помощью программы MathCAD.

Приведем расчет для генератора с паспортными данными в таблице 1.

Таблица 1

Паспортные данные генератора

Первый этап - определение принужденных составляющих. Система уравнений (1) является нелинейной. Чтобы определить точки положения равновесия , необходимо решить стационарное уравнения, приняв все производные в системе уравнений равными нулю и считая отклонения от положения равновесия малыми .

(4)

С учетом наличия безынерционного регулирования возбуждения машины получаем выражения для установившегося режима с помощью программно - интегрированной среды MathCAD с использованием функций Given и Find :

Второй этап - это решения системы дифференциальных уравнений методом пространства состояний. Приводим уравнения (3) к нормализованной форме, разрешая их относительно производных, получаем матрицу состояний и вектор правых частей:

Выбор настроечных коэффициентов.

Коэффициент изменяется в пределах единицы. Этот коэффициент препятствует «сползанию» системы. (Большая нагрузка генератора и подход к предельным значениям мощности и угла. Характеризуется вначале медленным, а затем быстрым увеличением угла и выпадением из синхронизма с последующим разрывом передачи). Увеличение коэффициента уменьшает сползание. Однако дальнейшее увеличение этого коэффициента приводит к раскачиванию системы. (Самораскачивание обычно интенсивнее в явнополюсных машинах; при большом возбуждении и работе на большое активное сопротивление. Это может привести к изменению знака демпферной мощности).

Коэффициенты регулирования по производным угла не влияют на возникновения сползания, но препятствуют возникновению самораскачивания. При значениях система является устойчивой. Наиболее оптимальные значения являются .

Коэффициент регулирования по второй производной угла может изменяться в широких пределах. Для его оптимального выбора был использован корневой годограф. Его оптимальное значение показано на рисунке 2. Оптимальные значения корней выделены зелеными и сиреневыми квадратами. Оптимальные значения настроечного коэффициента при этом равны .

В качестве сравнения приведены фазовые портреты (скольжение - угол) переходных процессов с различными регулировочными коэффициентами.

Рис. 2. Корневой годограф

Для неоптимальных коэффициентов область, охватываемая замкнутой фигурой, имеет большую площадь, то есть наибольшее отклонение параметров от положения равновесия. Замкнутость фигур с уменьшающимся радиусом свидетельствует о колебании системы. Для оптимальных коэффициентов кривая имеет минимальное отклонение от точки положения равновесия (сиреневая кривая).

Применение моделей возможно не только в учебном процессе для изучения переходных процессов в сетях содержащих синхронные генераторы, но и для проектирования объектов, содержащих генераторы, в расчетах будут выбираться соответствующие модели в зависимости от расположения приложения точки возмущения переходного процесса.

Рецензенты:

Усов Ю.П., д.т.н., профессор кафедры ЭСиЭ ЭНИН ФГБОУ ВПО «НИ ТПУ», Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск;

Сивков А.А., д.т.н., профессор кафедры ЭПП ЭНИН ФГБОУ ВПО «НИ ТПУ», Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск.

Библиографическая ссылка

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)

(11-67)

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)
МДС для зубцов полюсного наконечника (А)

МДС для полюсов . Магнитный поток в полюсном сердечнике больше потока в воздушном зазоре на величину потока рассеяния , оцениваемую коэффициентом рассеяния =1,05 ÷ 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)
Расстояние между боковыми поверхностями широких пакетов смежных полюсных наконечников (мм)		(11-74)
Коэффициент магнитной проводимости 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		(11-79)
Суммарный коэффициент магнитной проводимости потока рассеяния полюсных наконечников гребенчатой конструкции		(11-80)
Длина пути магнитного потока в полюсе, при отсутствии демпферной обмотки (мм)		(11-81)
То же, при наличии демпферной обмотки		(11-82)

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.