5.3. Магнітні потоки в зоні комутації

Комутаційний потн Фк в зоні комутації створюється сумісними діями MPC додаткових полюсів якоря і компенсаційної обмотки (якщо вона є). Однак на його величину, характер змін у часі й зміни в залежності від стру­му навантаження впливають багато факторів, у тому числі основний потік головних полюсів, який у станині та якорі проходить тими ж шляхами, що і комутаційний потік.

Картину можна умовно подати таким чином: на лінії геометричної ней­тралі зустрічно направлені потоки додаткового полюса і якоря. При зрос­танні струму навантаження зростає MPC додаткових полюсів і реакція яко­ря, тобто магнітні потоки додаткових полюсів і якоря. Якщо магнітне коло додаткових полюсів має тенденцію до насичення, то в міру збільшення струму зростання їх потоку сповільнюється і навіть зовсім припиняється, коли магнітне коло повністю насичене. Але зростанню потоку якоря ніщо не перешкоджає, він продовжує зростати, діючи зустрічно «запертому» на­сиченням магнітному потоку додаткових полюсів. У цьому випадку кому­таційний потік Фк не тільки перестає збільшуватись, але й починає зменшу­ватись, проходить через нуль і навіть змінює свій знак.

У двигунах пульсуючого струму подібна зміна «фази» комутаційного потоку виявляється при цілком нормальному стані магнітної системи. Правда, не всього потоку, а лише його змінної складової, яка відповідає змінній складовій струму (рис. 5.2).

Розглянемо докладно це явище і його наслідки. Відмітимо, що, як пока­зали досліди, двигун, який має настроєну комутацію на постійному струмі, буде

мати належну сталу складову комутаційного потоку при живленні пу­льсуючим струмом.

Відомо, ще для компенсації реактивної ЕРС необхідно за допомогою комутаційно­го потоку створити комутаційну ЕРС. Оче­видно, це може бути досягнуто при синфазній зміні змінних складових струму яко­ря і комутаційного потоку. Однак зняття осцилограм у зоні комутації тягового дви­гуна показало, що при звичайній, не роз­шарованій конструкції магнітопроводу ста­тора в момент максимуму струму якоря ко­мутаційний потік має значення, близьке до мінімального, і навпаки (рис. 5.5).

Рис. 5.5

Фаза змінної складової комутаційного потоку приблизно обернена тій, яка забез­печує компенсацію реактивної ЕРС; виникло «перекидання» змінної скла­дової комутаційного потоку, хоч магнітна характеристика додаткових по­люсів була близькою до лінійної.

Подібна невідповідність може бути пояснена відзначеною в

підрозд. 5.2 нерівністю тобто і тим, що вихрові струми в сталі демпфірують змінну складову потоку в зоні комутації.

Рис. 5.6

Отже, виявлено відставання змінної складової комутаційного потоку від змінної складової струму або MPC до­даткових полюсів на кут , що при­близно дорівнює 170...180°. Оскільки відставання від викликається вих­ровими струмами, то для встановлення причин «перекиданням необхідно розгля­нути схему заміщення магнітного кола до­даткових полюсів і якоря (рис. 5.6). Тут , , - відповідно магнітні опори повітряного проміжку, шляху потоку розсіяння, осердь полюсів разом з ярмом і другим проміжким між ними, a і - змінні складові MPC полюсів і якоря.

Частина потоку , в осерді додатково­го полюса відгалужується на шляху розсіяння (станина, другий «повітряний» проміжок, тіло додаткового по­люса і повітря).

Зробимо абстрактне припущення, що , тоді . При цьому в схемі існує тільки комутаційний потік,

, (5.8)

де . При величина .

Відомо, що всі електричні машини виконуються так, щоб MPC додатко­вих полюсів перевищувала MPC якоря, тобто > . Тому чисельник ви­разу (5.8) завжди додатний, а магнітні опори, що входять у знаменник, за своїм фізичним змістом не можуть бути від’ємними величинами. Звідси витікає, що за відсутності потоку вихрові струми можуть скільки за­вгодно збільшувати опір і тим самим зменшувати величину поток , але ніколи не можуть змінити його знак, тобто викликати «перекидання».

У реальних умовах має скінченне значення, потік завжди існує і за величиною значно перевищує . Тому виникає додатковий спад магнітної напруги , внаслідок чого результативна магнітна напруга з боку додаткового полюса при може виявитись менше величини , чисельник (5.8) стане від’ємним і виявиться «перекинутим», тобто одержить орієнтацію MPC якоря.

Наочне уявлення про утворення потоку дає його геометрична інтерпретація за допомогою умовної век­торної діаграми накладення змінних полів. Для побудо­ви діаграми (рис. 5.7) використовують дані дослідів, у яких вимірюються амплітудні значення і фази основної гармоніки комутаційного потоку при ввімкненні почер­гово таких обмоток:

1) головнил полюсів, якоря і компенсаційної;

2) головних і додаткових полюсів;

3) всього кола якоря.

Рис. 5.7

Потік в досліді 3 виходить приблизно рівним сумі векторів і із дослідів 1 і 2.

Величини і можна подати як змінні скла­дові потоків додаткових полюсів і якоря в зоні комутації відповідно.

MPC додаткового полюса і якоря направлені зустрічно, причому завжди > cтворені ними магнітні потоки відстають від відповідних MPC на кути магнітного запізнювання і .

Оскільки потік проходить по литій станині й суцільному осердю до­даткового полюса, а потік якоря по шихтованому осердю якоря, вихрові струми, що з’явилися, мають переважний вплив на потік , зменшуючи його і призводячи до більшого запізнення порівняно з потоком . Тому завжди < і > .

Додаючись, потоки Фк.д~ і Фк.я~ створюють в зоні комутації потік Фк~, який відстає від Fд~ на кут ψк:

.

Практично аналогічний результат було одержано при живленні змінним струмом, що відповідає за частотою основній гармоніці пульсуючого стру­му, почергово обмоток:

1) якоря і компенсаційної;

2) додаткових полюсів;

3) усього кола якоря.

За одержаною векторною діаграмою можна правильно уявити собі зна­чення і фазу змінної складової комутаційного потоку.

Виконаний аналіз дозволяє зробити висновки відносно заходів, які мо­жуть бути вжиті для відновлення належної орієнтації вектора . Тут є такі можливості:

1) усунути або всебічно обмежити вихрові струми;

2) звести до мінімуму потік розсіювання ;

3) збільшити відношення / без порушення необхідного співвід-ношення між їхніми сталими складовими.

Останній захід пов’язаний з використанням спеціальних схем і практичного застосування не знайшов.