К РАСЧЕТУ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО РАССЕЯНИЯ ОБМОТКИ ЯКОРЯ СИНХРОННЫХ МАШИН С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДА
Наиболее актуальной задачей при проектировании синхронных машин является формирование их приходных процессов. Основным фактором для точного решения этих задач является правильный выбор аналитических зависимостей нелинейных характеристик машины, которыми в целях упрощения решения уравнений ранее пренебрегали и которые считались линейными.
Одной из таких величин является реактивное сопротивление дифференциального рассеяния обмоток якоря, обусловленное всеми восстанавливающими высшими пространственными гармоническими составляющими магнитного потока в воздушном зазоре машины.
Предполагается, что каждая пара полюсов магнитных силовых линий потоков дифференциального рассеяния статора, которые располагаются в пределах одного зубцового деления, симметричны относительно оси соответствующих пазов с током. Их количество в пределах одного полюсного деления равняется mq (где m - число фаз; q - число пазов на полюс и фазу). Не учитывая насыщение зубцовой зоны магнитопровода статора, считается [1-3], что величина магнитной индукции этого потока в каждой точке по расточке статора (при прочих равных условиях) считается пропорциональной величине полного тока паза, а магнитные силовые линии одной пары полюсов охватывают лишь один паз с током. В этих исследованиях картина магнитных силовых линий дифференциального рассеяния принимается такой, что последние, протекая через зубцы статора, пересекают рабочий воздушный зазор - пространство между сердечниками статора и ротора - только в тангенциальном направлении, не проникая в тело сердечника ротора. Радиальные их составляющие, проникающие вглубь сердечника ротора, не принимаются во внимание, следовательно, не учитывается и насыщение магнитопровода ротора на эти потоки.
Также известно, что зубцы статора и ротора являются наиболее насыщенными частями магнитопровода машин переменного тока и применение метода суперпозиции в расчетах магнитного потока рассеяния в насыщенных участках магнитопровода машины приводит к существенным погрешностям.
При протекании синусоидального симметричного тока по многофазной обмотке статора радиальная составляющая магнитной индукции, распределенной в воздушном зазоре по расточке статора, определяется [2,3,5]
При реактивном характере тока нагрузки якоря машины эти пары полюсов магнитных потоков рассеяния по коронкам зубцов с максимальными мгновенными значениями магнитной индукции располагаются по поперечной оси ротора q, а при активной нагрузке - по продольной d (рис).
В неявнополюсных синхронных машинах из-за цилиндрической поверхности ротора (без учета зубчатости ротора, пунктирная линия «А» на рисунке) рабочий воздушный зазор между ротором и статором является равномерным по всей длине внутренней окружности статора (ё=ёо). Поэтому кривые магнитных силовых линий дифференциального рассеяния всех пазов якоря замыкаются одинаково - через спинку, зубцовую зону сердечника якоря, через равномерный воздушный зазор ё и сердечник магнитопровода ротора (как магнитные силовые линии паза «В» на рисунке). В связи с этим влияние воздушного зазора ё на насыщение этих участков будет одинаковым по всей длине окружности ротора.
В явнополюсных синхронных машинах воздушный зазор между ротором и статором в межполюсной зоне и полюсной зоне неравномерный. При реактивном характере нагрузки машины магнитная проводимость среды пар полюсов магнитных потоков дифференциального рассеяния с максимальными мгновенными значениями магнитной индукции меньше, чем по продольной оси. Магнитные силовые линии потоков дифференциального рассеяния будут замыкаться через соседние зубцовые зоны статора, ярмо статора и воздушное пространство между коронками соседних зубцов. При этом из-за значительного воздушного зазора между статором и ротором в межполюсной зоне, эти потоки не будут замыкаться через магнитопровод ротора (рис).
С другой стороны, в полюсной зоне неравномерный воздушный зазор между наконечником явнополюсного ротора и внутренней цилиндрической поверхностью статора образует посередине полюсов величину 0, а по краям полюсов - =1,60. Поэтому магнитные силовые линии потоков дифференциального рассеяния посередине полюсных наконечников через соседние зубцовые зоны статора и через тело ротора, а по краям полюсных наконечников - только через соседние зубцовые зоны статора, через ярмо ротора не будут замыкаться.
Таким образом, магнитные потоки дифференциального рассеяния при различном характере нагрузки будут находиться под воздействием различной степени насыщения магнитной системы машины.
Так, при определении результирующей величины радиальной составляющей магнитной индукции Bs необходимо в начале найти величины для каждой n-ной гармонической составляющей напряженности магнитного H gn, а затем, определим результирующее значение Bs с учетом нелинейных зависимостей, Bs = f (H &l).