Расчет полюсов генератора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ ПОЛЮСОВ ГЕНЕРАТОРА

Кошумбаев М.Б., Турлыбекова Б.Т.

АО «КазНИИ Энергетики

имени академика Ш.Ч. Чокина»

Наряду с напряженностью магнитного поля Н, важно знать плотность магнитного потока B, которая вычисляется через магнитную постоянную поля [1].

При создании трехфазного вращающегося поля используется явление, при котором магнитное поле возникает при прохождении тока через проводник. При этом применяются три смещенных на 120° обмотки, обтекаемые трехфазным током. Для этого три обмотки U, V и W с присоединениями Ul, U2, V1, V2, W1 и W2 располагаются со смещением одна относительно другой на 120°, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 - Слева: сечение статора для генерации вращающегося трехфазного поля с тремя смещенными на 120° катушками. По центру: сечение. Справа: трехмерное изображение интегрированной обмотки трехфазного тока (распределенная обмотка)

Вращающееся поле возникает при подаче трех по времени смещенных на 120° переменных тока в пространственно смещенные на 120° обмотки трехфазного тока (рисунок 2).

Рисунок 2 - Изменение магнитного поля в двух различных временных точках при приложении соответственно смещенного во времени на 120° синусоидального тока.

В двух различных временных точках I (t = 0) и II (t = р/2) соответственно указаны токи, значения которых можно взять из рисунка 3. Ясно видно, что северный полюс магнитного поля в точке времени II поворачивается на 90° по часовой стрелке. Если составляют ход кривой магнитного поля по нескольким различным временным точкам, то получают магнитное поле, которое непрерывно изменяет свое направление, так называемое вращающееся поле.

Рисунок 3 - Трехфазный ток (три ветви) для создания вращающегося поля

Если в статоре с обмотками трехфазного тока поместить магнитный стержень, то он постоянно будет совершать вращательные движения. Число оборотов непосредственно определяется частотой тока, так как при показанном выше расположении магнитного стержня на каждый период тока он будет совершать один оборот. По частоте сети в Европе f= 50 Гц синхронное число оборотов n_s, то есть число оборотов вращения магнитного поля n_s = 50 с^-1 = 3000 об/мин.

На практике шесть присоединений Ul, U2, VI, V2, W1 и W2 обмоток соединяются вместе для создания вращающегося магнитного поля по соединениям звездой или треугольником согласно рисунка 4.

Рисунок 4 - Принцип соединений звездой и треугольником

полюс генератор магнитный трехфазный

Это сокращает число внешних проводников на три токоведущих проводника LI. L2 и L3. Часто эти проводники обозначаются литерами R, S и Т. При необходимости может вводиться еще так называемый нулевой провод N о качестве опорного провода. Но этот провод в случае трехфазных машин в обязательном порядке не требуется. Между эффективными величинами напряжений «проводник - проводник» и напряжениями «проводник - нулевой провод» существуют следующие взаимосвязи

U=U₁₂=U₂₃=U₃₁=U_1N =U_2N =U_3N (1)

Для среднеевропейской сети эффективная величина напряжения между проводником и нулевым проводом составляет 230 В и между двумя проводниками ·230В=400В, Отдельные напряжения соответственно сдвинуты по фазе относительно друг друга на 2р/3. При соединении звездой напряжения U_Y на обмотках, которые обозначаются как напряжения фаз, соответствуют аналогичным напряжениям «проводник - нулевой провод». При соединении треугольником напряжения фаз соответствуют напряжениям «проводник - проводник». Тем самым для соответствующих эффективных величин получается выражение:

U_Y (2)

При соединении звездой токи I_Y через обмотки соответствуют тонам проводников I

I=I_L=I_Y (3)

При соединении треугольником благодаря разделению тока проводника эффективные величины токов через обмотки уменьшаются на коэффициент Тем самым получается

I=· (4)

Поскольку напряжения фаз U_Y, на обмотках при соединении звездой уменьшаются на коэффициент , то и токи фаз I_Y по сравнению с соединением треугольником уменьшаются на коэффициент :

I_Y (5)

Итак, токи проводников I соединений звездой и треугольником одинаковой системы обмоток при одинаковых напряжениях «проводник - проводник» не одинаковы.

Общая активная мощность симметричной трехфазной системы при соединении звездой рассчитывается как сумма активных мощностей трех фаз

P=3·U_Y ·I_Y · cos = ·U·I· cos (6)

Аналогично получается для соединения треугольником

P = 3· · cos = ·U·I· cos (7)

По результатам измерений тока и напряжения одной фазы (проводника) соответственно можно определить потребляемую мощность симметричного общего включения. При U_YиI_Yполучается

P=3·P_Y (8)

Это означает, что потребление мощности соединения треугольником в три раза больше, нежели сравнимого соединения звездой.

Реактивная мощность Q и кажущаяся (мнимая) мощность S соединений треугольником и звездой вычисляются аналогично расчету активной мощности. Получается

Q=·U·I· sin и (9)

S=·U·I (10)

Конструктивно роторы исполняются в двух вариантах, которые изображены на рисунке 5. Турборотор состоит из массивного вала. В продольном направлении предусмотрены пазы, в которые закладываются обмотки возбуждения. Преимущество турборотора в том, что он по причине своей большой массивной конструкции может лучше воспринимать силы инерции. Разумеется, затраты на материал для его изготовления больше.

Рисунок 5 - Сечение синхронной машины. Слева: цилиндрический ротор, справа: явнополюсный ротор.

В синхронных машинах ротор имеет такое же число оборотов, как поле статора [2]. Северный полюс ротора и так следует за южным полюсом поля статора. Если синхронная машина используется о качестве двигателя, то северный полюс ротора и южный полюс статора не находятся непосредственно один над другим. Вследствие нагрузки двигателя происходит смещение полюсов ротора и статора, которое может быть выражено роторным углом . С ростом нагрузки увеличивается угол выбега ротора (роторный угол).

Литература

1. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Том 2. Электрические и электромагнитные явления. М.: Физматгиз, 1962. - 516 с.

2. Пахомин С.А. Проектирование синхронных генераторов. ЮРГТУ, 2007. - 91 с.

Размещено на Allbest.ru