Глава шестнадцатая
РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ПРИ ХОЛОСТОМ ХОДЕ
16.1. Постановка задачи
Как и в трансформаторах, так и в электрических машинах магнитный поток подразделяется на главный поток и потоки рассеяния. Главный поток замыкается по отдельным участкам статора и ротора, которые составляют магнитную цепь машины. Главный магнитный поток выбирают исходя из того, чтобы он индуцировал в обмотках заданную ЭДС. Магнитодвижущая сила, которая необходима для создания такого потока, определяется из расчета магнитной цепи.
При холостом ходе эту МДС создает одна из обмоток при протекании по ней тока. В синхронных машинах и машинах постоянного тока такой обмоткой является обмотка возбуждения, а в асинхронных машинах — обмотка статора.
Принцип расчета магнитной цепи различных электрических машин одинаков. Для примера рассмотрим явнополюсную машину, поперечный разрез которой схематично показан на рис. 16.1. Такое конструктивное выполнение имеют машины постоянного тока или синхронные машины небольшой мощности. Главный магнитный поток замыкается по нескольким замкнутым контурам. Так как все контуры одинаковы, то расчет магнитной цепи выполняется для одного из них, в результате чего определяется МДС пары полюсов.
Рис. 16.1. Магнитная цепь машины
На рис. 16.1 изображена магнитная цепь одной пары полюсов. На полюсах расположены катушки обмотки возбуждения. Контур, изображенный сплошной линией, представляет собой одну из индукционных линий основного магнитного потока Ф. Длину этой линии можно считать средней для всех линий потока. Штриховой линией показан поток рассеяния обмотки возбуждения Фσ. Поток рассеяния имеет ту особенность, что он не заходит в якорь, не пересекается проводниками его обмотки и, следовательно, не участвует в создании ЭДС этой обмотки.
Расчет магнитной цепи выполняется на основе закона полного тока. Для контура, показанного сплошной линией на рис. 16.1, т. е. для пары полюсов, запишем
где FB — МДС возбуждения; IB, ωB — ток и число витков на полюс обмотки возбуждения; H — напряженность магнитного поля; l — длина контура интегрирования.
При практических расчетах интеграл заменяют суммой магнитных напряжений Hl, для чего магнитную цепь машины разбивают на участки, в каждом из которых можно принять, что индукция В, а следовательно, и напряженность магнитного поля Н имеют неизменное значение.
В соответствии с рис. 16.1 такими участками являются воздушный зазор, зубцы якоря, ярмо ротора (якоря), полюсы, ярмо статора (станина). Длина силовой линии потока Ф на каждом из участков соответственно обозначена: ab—δ, af—hZ, fе—La, bc—hП, cd—LC. Тогда вместо (16.1) получим
где fδ=2Нδδ, FZ=2HZhZ, Fа=HаLа, FП=2HПhП, FC=HCLC — магнитные напряжения участков.
Дальнейший расчет будет заключаться в определении напряженности магнитного поля, а затем магнитного напряжения для каждого участка магнитной цепи. Напряженность магнитного поля находится по соответствующему значению магнитной индукции.