5 Конструктивная схема магнитной системы мпт и порядок расчета магнитной цепи. Кривая намагничивания мпт.

Конструктивная схема магнитной системы МПТ

На сердечнике главных полюсов (2) располагаются катушки ОВ (3). В этих катушках проходит постоянный ток возбуждения , который создает магнитный поток

- полезный магнитный поток (силовые линии этого МП проходят по всем участкам магнитной цепи (станина (1), главные полюса (2), воздушный зазор , зубцовая зона якоря и сердечник якоря (4))). Этот магнитный поток непосредственно участвует в процессе преобразования энергии. Поток вращается вместе с обмоткой якоря. В обмотке якоря при работе машины индуктируется ЭДС.

- поток рассеяния. Силовые линии этого магнитного потока замыкаются через междуполюсное пространство минуя якорь с обмоткой. Соответственно в процессе преобразования энергии не участвует.

МС в МПТ в зависимости от мощности имеют геометрически практически подобную конструкцию и независимо от мощности и размеров машины, коэффициент рассеяния меняется в узких пределах. МС в МПТ состоит из следующих 5 участков:

1. Станина

2. Главные полюса: – геометрическое сечение сердечника главного полюса.

3. 

В МПТ мощностью меньше С увеличением мощности, велиина воздушного зазора возрастает и в машинах мощностью зазор может достигать Минимальная величина определяется технологическими возможностями производства и условиями эксплуатации.

4. Зубцовая зона якоря.

5. Сердечник якоря (4)

Порядок расчета магнитной цепи.

Порядок расчета магнитной цепи основывается на законе полного тока (ЗПТ).

Имеем некоторую разомкнутую поверхность Q, ограниченную контуром L. Эта поверхность пронизывается системой проводников с током. Токи в проводниках создают общее результирующее магнитное поле. Обозначим через H вектор наряженности магнитного поля в произвольной точке контура L. Тогда можно написать следующее выражение.

Циркуляция вектора напряженности по замкнутому контуру L равна алгебраической суме токов в проводниках, пронизывающий этот контур. В электромехнике:

МДС численно равна полному току, который необходим для создания магнитного поля, напряженностью H в некоторой точке пространства

Из рисунка можно получить два следствия:

1. Величина контурного интеграла для ЗПТ не зависит от формы контура интегрирования, т. к. она определяется лишь алгебраической суммой токов в проводниках, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром.

2. Если при изменении контура интегрирования в пределах контура или наоборот какой-либо из проводников окажется за пределами контура, то величина интеграла изменится скачком на величину тока в этом проводнике. Токи в проводниках могут быть как постоянными так и переменными, разной или одинаковой величины.

Вычисление контурного интеграла в ЗПТ.

Выберем в качестве контура интегрирования одну из магнитных силовых линий результирующего магнитного поля, созданного данной системой проводников с токами (силовая линия должна охватывать все проводники). Силовая линия магнитного поля представляет собой замкнутую кривую, касательная к которой в каждой ее точке совпадает по направлению с вектором напряженности магнитного поля в этой точке. Для магнитной силовой линии .

Разбиваем контур интегрирования на такие участки, чтобы в пределах каждого из участков, напряженность магнитного поля была величиной постоянной или практически постоянной.

Расчет МДС станины, главных полюсов и сердечника якоря.

Сформируем условия, при которых можно считать, что в пределах участка.

будет постоянным, если участок выполнен из изотропного (однородного по магнитным свойствам материала)

C учетом этих условий производится разбиение магнитной системы на ряд участков. Практически полностью удовлетворяют этим условиям три участка МС МПТ: станина, главнее полюса и сердечник якоря.

Наим. участка	Магитный поток	Сечение участка	Магн. индукц	Напряж МПоля	Длина Сил. Лин	МДС Участка
станина
Гл. полюса
Серд. якоря

Длина пути магнитного потока в пределах участка МС определяется графически по эскизу, выполненному в масштабе или а налитически по соответсвующим формулам. Расчет МС ЭМ может быть выполнен в двух вариантах: на пару полюсов (т.е. для замкнутых магнитных силовых линий магнитного потока) или на один полюс (на половину длины силовой линии магнитного потока)

Расчет МДС воздушного зазора.

Из рисунков видно, что при гладком якоре, магнитная поле в воздушном зазоре распределелено практически равномерно за исключением полюсных наконечников. В случае зубчатого якоря, силовые линии сгущаются над зубцами, а в зоне зубцов отсутствует. Такое неравномерное распределение магнитного поля в воздушном зазоре при зубчатом якоре приводит к увеличению магнитного сопротивления воздушного зазора при зубчатом якоре. Количественно это увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора при зубчатом якоре учитывается коэфф. воздушного зазора .

ширина паза якоря для прямоугольных пазов (шлица якоря для пазов круглой и овальной формы )

ширина зубца якорая по вершине

C увеличением ширины паза, уменьшается ширина зубца и возрастает коэффициент воздушного зазора , т.е. возрастает магнитное сопротивление воздушного зазора.

Вводится понятие расчетного воздушного зазора. - расчетный воздушный зазор.

Введение понятия расчетного воздушного зазора означает, что реальный зубцовый якорь заменяем гладким якорем с несколько меньшим наружным диаметром и при этом предполагается, что магнитное поле распределено в воздушном зазоре равномерно и тогда для расчета МДС воздушного зазора можно воспользоваться выражением

Кривая намагничивания МПТ.

РТ – рабочая точка, (*) – касательная.

Основной параметр МС – коэффициент насыщения

6 Режимы работы асинхронной машины. Зависимость магнитного момента от скольжения.

Двигательный режим

Если ротор неподвижен или частота его вращения меньше синхронной, то вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке ротора возникает ток. На проводники с током этой обмотки, расположенные в магнитном поле обмотки возбуждения, действуют электромагнитные силы; их суммарное усилие образует электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор за магнитным полем. Если этот момент достаточно велик, то ротор приходит во вращение, и его установившаяся частота вращения   [об/мин] соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, создаваемого нагрузкой на валу, силами трения в подшипниках, вентиляцией и т.д. Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора ЭДС и, в свою очередь, создавать крутящий момент; таким образом, для двигательного режима работы асинхронной машины справедливо неравенство: .

Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:

.

Очевидно, что при двигательном режиме  .

Генераторный режим

Если ротор разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдёт в генераторный режим. При этом изменит направление и электромагнитный момент, который станет тормозящим. В генераторном режиме работы скольжение .

Для работы АД в генераторном режиме требуется источник реактивной мощности, создающий поток возбуждения. При отсутствии первоначального магнитного поля в обмотке статора поток возбуждения создают с помощью постоянных магнитов, либо при активной нагрузке за счёт остаточной индукции машины и конденсаторов, параллельно подключенных к фазам обмотки статора.

Несмотря на простоту обслуживания, асинхронный генератор применяют сравнительно редко, в основном как вспомогательный источник небольшой мощности и как тормозное устройство.

Режим электромагнитного тормоза

Если изменить направление вращения ротора или магнитного поля так, чтобы они вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в обмотке ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, и машина будет потреблять из сети активную мощность. Однако электромагнитный момент будет направлен встречно моменту нагрузки, являясь тормозящим. Для режима справедливы неравенства:

.

Этот режим применяют кратковременно, так как при нём выделяется много тепла, которое двигатель не способен рассеять, что может вывести его из строя.

Устойчивая     работа     двигателя возможна   только    на   восходящей ветви кривой зависимости   момента от скольжения, т. е. при изменении скольжения в пределах от 0 до S_т. Работа двигателя на нисходящей ветви указанной зависимости, т. е. при скольжении S>Sт, невозможна, так как здесь не обеспе­чивается устойчивое равновесие моментов.Если предположить, что вращающий момент был равен тормоз­ному (Мвр=Мторм) в точках  А и Б, то при случайном нарушении равновесия моментов в одном случае оно восстанавливается, а в другом не восстанавливается. Допустим, что вращающий момент двигателя почему-либо уменьшился (например, при понижений напряжения сети), тогда скольжение начнет увеличиваться. Если равновесие моментов было в точке А, то увеличение скольжения вызовет увеличение вращающего момента двигателя и он станет вновь равным тормозному моменту, т. е. равновесие моментов вос­становится. Если же равновесие моментов было в точке Б, то увеличение скольжения вызовет уменьшение вращающего момента, который будет оставаться всегда меньше тормозного, т. е. равновесие моментов не восстановится и скорость вращения ротора бу­дет непрерывно уменьшаться до полной остановки двигателя.