Тема 1.2. Магнитное поле машины постоянного тока

1.2.1. Магнитная цепь машины постоянного тока и реакция якоря

В магнитную цепь машины постоянного тока входят:

- станина (ярмо),

- сердечники главных полюсов с полюсными наконечниками,

- воздушный зазор,

- сердечник якоря.

В режиме холостого хода (х. х.), когда ток в обмотке якоря практически отсутствует, магнитный поток Ф образуется главными полюсами. Он состоит из основного магнитного потока Фосн и потока рассеивания Фσ (часть магнитного потока, не проходящего через воздушный зазор между статором и ротором):

Ф = Фосн = Фσ.

В машинах постоянного тока для изготовления различных элементов магнитной системы применяют следующие материалы:

- сердечник якоря – тонколистовая электротехническая сталь,

- сердечники лавных полюсов – листовая холоднокатаная сталь,

- станина – в машинах средней и большой мощности станины делают сварными из листовой конструкционной стали, а в машинах малой мощности из стальных цельнотянутых труб, алюминиевых сплавов или пластмассы.

Магнитная индукция в магнитном зазоре В пропорциональна основному магнитному потоку Фосн и составляет в машинах постоянного тока общего назначения (0,6÷1,0) [Тл] (мощные машины имеют большие значения В).

Реакцией якоря машины постоянного тока называют влияние магнитодвижущей силы (МДС) якоря на магнитное поле машины. В режиме х. х. магнитное поле машины будет симметрично относительно оси полюсов. Если машину нагрузить, то ток, появившийся в обмотке якоря, создаст в магнитной системе машины МДС якоря, которая исказит результирующее магнитное поле машины.

Реакция якоря оказывает неблагоприятное влияние на рабочие свойства машины постоянного тока, т. к. утяжеляет условия работы щёточного контакта и может послу жить усилению искрения на коллекторе. Поэтому при проектировании машин постоянного тока принимают меры к устранению или ослаблению реакции якоря. Для этого:

1). Применяют компенсационную обмотку. Её укладывают в пазы полюсных наконечников и включают последовательно с обмоткой якоря, т. о. чтобы МДС компенсационной обмотки была противоположна по направлению МДС обмотки якоря, при этом МДС якоря уменьшается. Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах средней и большой мощности, т. к. она усложняет и удорожает машину, и её применение не всегда экономически оправдано.

2). Увеличивают воздушный зазор под главными полюсами. Этот способ применяют в машинах малой и средней мощности не имеющих компенсационной обмотки, однако, не следует забывать, что увеличение воздушного зазора приводит к необходимости повышать МДС обмотки главных полюсов, а, следовательно, и к увеличению полюсных катушек, полюсов и габаритов машины в целом.

1.2.2. Способы возбуждения машин постоянного тока

Для работы электрической машины постоянного тока необходимо наличие постоянного магнитного поля, которое создаётся обмоткой возбуждения (ОВ), питаемой постоянным током, или постоянными магнитами. Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются способом включения ОВ, т. е. способом возбуждения (рис. 7). По способам возбуждения машины постоянного тока классифицируют следующим образом:

- машины независимого возбуждения, в которых ОВ питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря,

- машины параллельного возбуждения (шунтовые), в которых ОВ и обмотка якоря соединены параллельно,

- машины последовательного возбуждения (сериесные), в которых ОВ и обмотка якоря соединены последовательно,

- машины смешанного возбуждения (компаундные), в которых имеется две ОВ – параллельная ОВ1 и последовательнаяОВ2,

-машины с возбуждением постоянными магнитами.

Рис. 7. Способы возбуждения машин постоянного тока:

а) – независимое; б) – параллельное; в) – последовательное;

г – смешанное; д) – от постоянных магнитов.

Все указанные машины (кроме последних) относятся к машинам с электромагнитным возбуждением.

к машинам с электромагнитным возбуждением.

Начала и концы обмоток машин постоянного тока обозначают следующим образом:

- обмотка якоря – Я1 и Я2,

- обмотка добавочных полюсов – Д1 и Д2,

- компенсационная обмотка – К1 и К2,

- обмотка возбуждения независимая – М1 и М2,

- обмотка возбуждения параллельная – Ш1 и Ш2,

- обмотка возбуждения последовательная – С1 и С2.