2.2 Магнитное поле и мдс воздушного зазора

Наиболее сложный характер имеет магнитное поле в воздушном зазоре, на который приходится до 60  80%) полной МДС (см. формулу 2.12).

Х арактер магнитного поля в зазоре вдоль окружности якоря (при гладкой поверхности) показан на рис. 2.3, а, а на рис. 2.3, б  кривая распределения магнитной индукции на поверхности глад-кого якоря на протяжении полюсного деления

(2.13)

Здесь  внешний диаметр якоря; 2р  число полюсов.

Для расчетных целей кривую 1 заменяют прямоугольнком 2 (штриховая кривая на рис. 2.3, б), равновеликим по площади фигуре, ограниченной кривой 1 и осью абсцисс. Это означает равенство потоков, соответствующих кривым 1 и 2.

Величина называется расчетной полюсной дугой. Она отличается от реальной полюсной дуги на некоторую величину, зависящую от формы полюсного наконечника. Значение устанавливается графоаналитически. Однако ввиду большой трудоемкости метода пользуются приближенными соотношениями

(2.14)

где  расчетный коэффициент полюсной дуги.

Для машин с дополнительными полюсами = 0,6 – 0,75, для машин без дополнительных полюсов 0,7 – 0,85.

Построением равновеликого прямоугольника находят длину якоря:

. (2.15)

Здесь длина сердечника якоря; длина сердечника полюса, принимаемая часто на 5-10 мм меньше длины якоря. Магнитный поток машины на пару полюсов

(2.16)

Индукцию в зазоре принимают в пределах 0.4 – 1,15 Тл (высшие пределы относятся к машинам большой мощности). Повышение индукции сокращает расход материалов на машину, но увеличивает потери в стали и расход энергии на возбуждение.

При наличии на якоре пазов поле над ними ослабляется (рис. 2.4, а) и кривая вдоль зазора принимает зубчатый вид (рис. 2.4, б).

Увеличение магнитного сопротивления зазора, вызванное зубчатостью якоря, учитывает коэффициент воздушного зазора Этот коэффициент колеблется в пределах 1,05-1,2, определяют его пo формуле, предложенной Картером:

(2.17)

г де зубцовое деление (см. рис. 2.4); ширина зубца на поверхности якоря.

г де зубцовое деление (см. рис. 2.4); ширина зубца на поверхности якоря.

Обычно ; он больше у машин с малым воздушным зазором. В этих машинах часто делают полузакрытые пазы (рис. 2.5) для уменьшения и, следовательно, магнитного сопротивления воздушного зазора. В машинах большой мощности пазы делают открытыми (рис. 2.4, а); это позволяет упростить технологию изготовления обмотки якоря.

Мдс воздушного зазора с учетом зубчатости якоря

(2.18)

где магнитная проницаемость пустоты в системе СИ, Гн/м, ₀ = 410^-7.

Иногда пазы делают и в полюсных наконечниках. В них размещается компенсационная обмотка. В этом случае рассчитывают также коэффициент зазора для полюсов. Аналогично учитывают увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных вентиляционных каналов, бандажных канавок, скоса пазов и т.д.

2.3. Магнитная характеристика машины

Определив МДС отдельных участков и всей цепи для различных значений основного магнитного потока или его индукции, можно построить зависимости или , которые отличаются друг от друга только масштабом по оси абсцисс. Такие зависимости называются кривыми намагничивания или магнитными характеристиками машины (рис.2.6, кривая 1).

Начальная, прямолинейная часть магнитной характеристики соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи, когда МДС ферромагнитных участков этой цепи весьма малы по сравнению с F_ . Поэтому если провести касательную 2 к начальной части кривой 1 (рис.2.6), то она представит зависимость .

Разность абсцисс кривой 1 и прямой 2 равна сумме МДС ферромагнитных участков магнитной цепи.

Степень насыщения магнитной цепи характеризуется коэффициентом насыщения

, (2.19)

который можно определить также по магнитной характеристике машины:

. (2.20)

Строить машину с ненасыщенной магнитной цепью невыгодно, так как при этом материалы будут недоиспользованы и машина получится тяжелой. Нецелесообразно также выполнять машину с чрезвычайно насыщенной магнитной цепью, потому что в этом случае велико и необходимо выполнить мощную обмотку возбуждения с большим расходом меди и с большими потерями мощности на возбуждение. По этим причинам электрические машины изготавливают с умеренным насыщением магнитной цепи в номинальном режиме, а рабочая точка лежит несколько выше колена магнитной характеристики (около точки С на рис. 2.6). Обычно при номинальном магнитном потоке К_ = 1,2 – 1,35, а в некоторых случаях К_ = 1,7 – 2,0.