Бесконтактные машины постоянного тока (см. рис. 1.1)—генераторы и двигатели—реализуются на базе рассмотренных выше БЭМ переменного тока, снабженных полупроводниковыми преобразователями. Например, можно обеспечить бесконтактное преобразование механической энергии в электроэнергию постоянного тока, если объединить любой из бесконтакт-
ных генераторов переменного тока с полупроводниковым выпрямителем. Такой преобразователь называется вентильным генератором (ВГ). Наибольший практический интерес представляют ВГ на базе различных типов бесконтактных синхронных генераторов (БСГ).
Обратное бесконтактное преобразование электроэнергии постоянного тока в механическую осуществляется с помощью бесконтактных вентильных двигателей постоянного тока (ВДПТ). Такой двигатель представляет собой органическое объединение бесконтактного двигателя переменного тока (обычно синхронного) и полупроводникового инвертора, который преобразует первичный постоянный ток в переменный, протекающий по якорной обмотке двигателя.
Наиболее рационально использование в БЭМ постоянного тока тех базовых синхронных БЭМ переменного тока, которые соединены на классификационной схеме (см. рис. 1.1) нижними пунктирными перемычками. Анализ БЭМ постоянного тока должен учитывать специфику физических явлений, связанную с наличием полупроводниковых преобразователей.
Нетрадиционные типы БЭМ охватывают разновидности бесконтактных преобразователей, которые могут представлять интерес для перспективных энергетических установок или систем, работающих в специфических окружающих условиях. К ним условно отнесены индуктивные и емкостные параметрические БЭМ, топологические сверхпроводниковые генераторы и генераторы на ударных волнах, БЭМ с упругим креплением подвижного элемен-|та (см. рис. 1.1).
Несмотря на многообразие БЭМ, большинство из них, как правило, основано на физических процессах, в той или иной мере присущих синхронной или асинхронной машине. Поэтому ниже кратко излагаются некоторые общие положения теории электрических машин, которые в дальнейшем используются для анализа конкретных БЭМ и особенностей их характеристик. Специальные вопросы теории различных типов БЭМ рассматриваются в других главах.
Основные процессы в синхронной машине. В рабочем режиме синхронной машины по обмотке якоря течет ток /, который создает магнитный поток реакции якоря Фа, замыкающийся через статор и ротор, а также поток рассеяния Фоа, замыкающийся вокруг ОЯ и не сцепленный с ротором. Поскольку синхронные БЭМ имеют, как правило, полюсы на роторе, их удобно анализировать с использованием вращающихся координатных осей а и а. Продольная ось а направлена по оси полюсов, поперечная ось <7—по геометрической нейтрали (по биссектрисе угла между осями соседних полюсов).
Предполагается, что поток реакции якоря Фа состоит из двух компонент: продольного потока Фее по оси а и поперечного пото-14
ка Фдд по оси ^, каждый из которых наводит свою ЭДС реакции якоря в ОЯ.
Рассмотрим сначала работу синхронной машины в режиме генератора. На основании закона Кирхгофа напряжение 0, снимаемое с зажимов генератора, равно сумме всех ЭДС за вычетом падения напряжения на внутреннем активном сопротивлении якоря Ка-
Для действующих значений величин, изменяющихся по гармоническому закону, имеем в комплексной форме
и=Ео-\-Е^+Ё^-}-Е^-/Ка, (1.1)
где ^о—ЭДС от основного потока индуктора Фо: Еаа и Еа^— ЭДС от потоков реакции якоря Фда и Фад соответственно; Е,ц— ЭДС от потока рассеяния Фоа.
Если генератор подключен к мощной сети с напряжением Ос, то, очевидно, !^с==—0, так как оба напряжения должны уравновешивать друг друга.
Представим / как сумму 1=1'а + I^, считая, что ток /а создает поток Фаа, а 1„ — поток Фау. Поскольку при ненасыщенных сердечниках ПОТОК Фаа ПрОПОрЦИОНаЛСН /а(Фаа<-0 ^й) И ФадОЭ /о, а В СВОЮ
очередь, £аасо Фаа, то с учетом отставания по фазе ЭДС от создающего ее потока на л/2 имеем
•СдД^—^•Ла|^^^^'^ ^ау^—^ла^1ч^
где Хал и Xа^—индуктивные сопротивления продольной и поперечной реакции якоря соответственно.
Аналогично, Ёаа==—]Х,а1, где Х,а — индуктивное сопротивление рассеяния ОЯ.
Значения параметров Хаа и Хад, очевидно, тем больше, чем больше потоки Фаа и Фа», а последние, в свою очередь, тем больше, чем меньше воздушные зазоры Да и бу по осям а и ^ (см. рис. 1.2, о). Если ротор выполнен явнополюсным, т. е. 6а<б„, то в обычных синхронных машинах с полюсами из магнитомягкой стали имеем Хаа>Хау.
Если ротор неявнополюсный, т. е. бд==бо, то Хан^Хщ,.
С учетом записанных выражений получаем
Соотношению (1.2) соответствует векторная диаграмма на рис. 1.4, а. При ее построении параметры Лео и Хаа обычно считаются не зависящими от тока /, что справедливо при отсутствии насыщения стальных сердечников. На диаграмме обозначены суммарный рабочий поток в зазоре Фв==Фо+Фаа+Фаа и наводимая им ЭДС Ёа.
§ 2.8. Конструкция синхронных машин с постоянными магнитами
Статор бесконтактных синхронных машин с постоянными магнитами имеет практически такую же конструкцию, что и в обычных синхронных машинах с полюсами на роторе. Обычно он содержит шихтованный цилиндрический магнитопровод /, на внутренней поверхности которого размещается якорная обмотка 2 (рис. 2.19, а). Если в машине используются обычные постоянные магниты, то внутренняя поверхность сердечника статора содержит пазы, чередующиеся с зубцами (рис. 2.19, б). В пазах размещают
Рис. 2.19. Якорь синхронной машины (а) и его активная зона в пазовой (б) и беспазовой (в) конструкциях
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.