книги из ГПНТБ / Бальчитис А.А. Емкостная подобласть индукционных процессов преобразования потоков энергии

а ток, уравновешивающий ток индукции вращения между щетками по попе ­ речной оси

1

2я

Аналогично находится ток индукции вращения между щетками по про­ дольной оси, обусловленный электрическим потоком вдоль поперечной оси. Выражение дл я тока, уравновешивающего ток индукции вращения между щетками по продольной оси, аналогично уравнению (2.55), только отрица­ тельный знак заменяется положительным

ниями (2.55) и (2.56), не зависит от формы кривой поля, которая в реальной

Уравнения (2.52),[(2.53), (2.55) и (2.56) определяют токи смещения и токи индукции вращения, обусловленные потоками электрического поля в рабо­ чем зазоре и Ф т \ 9 ) по двум взаимно перпендикулярным осям при]синусоидальном распределении индукции. При составлении уравнений для токов цепи ротора необходимо также учитывать действие потоков рассея­ ния. Д л я этого допускаем, что ток индукции вращения и ток смещения, на­ водимые в цепи ротора, связаны с потоком рассеяния ротора такой ж е зави­ симостью, как и поток электрического поля в рабочем зазоре при синусои­ дальном распределении индукции. Тогда, обозначая через я[Ф^е) полные потоки, связанные с ротором по продольной и поперечной осям, учитывающие

р= ~ — дифференциальный оператор.

Систему уравнений (2.57), (2.58) удобно записывать в относительных единицах. В качестве базисных единиц можно принимать номинальные значе­ ния величин. Тогда относительные значения тока и напряжения в системах.

80

электродов будут равны действительным значениям, деленными на базисные. Учтем, кроме того, что потоки и напряжения в системах электродов связаны соотношениями

Тогда для простой емкостной машины независимого возбуждения, имеющей по продольной оси электроды возбуждения, а по поперечной оси на роторе — систему электродов, соединенную с помощью коллектора и щеток с внешней цепью, получаем

Уравнение (2.63) остается в силе независимо от того, используются ли величины в обычных физических единицах или же в системе относительных единиц. Очевидно, что справедливость уравнений (2.63) не ограничивается условием синусоидального распределения кривой индукции, так как состав­ ляющие токов — Cf • соиу-цепи ротора и Cf • ^И/цепи электродов [возбуждения зависят только от полного потока, но не от распределения индукции в рабо­ чем зазоре. С} и Cq являются полными емкостями системы электродов возбуж­ дения и ротора.

В уравнениях (2.61), (2.62) избавляемся от отрицательного знака, исполь­ зуя новые обозначения

81

В установившемся режиме напряжения не изменяются во времени. Поэ ­ тому, полагая р = 0 , из уравнений (2.64), (2.65) получаем зависимости для установившегося режима:

Рис. 2.8. Внешняя характе­

ционной машины постоянного тока.

Согласно принятому правилу знаков, uq положительно для двигательного режима и отрицательно для генераторного. Положительные значения uq, соответствующие двигательному режиму, на рис. 2.8 отложены влево, чтобы получить внешнюю характеристику генератора независимого возбуждения в таком виде, в каком она обычно приводится в литературе.

Д л я идеализированной машины зависимость iq (uq) является прямолиней­

ной.

Выражение дл я момента ротора емкостного генератора может быть полу­ чено, исходя из подсчета сил электрического индукционного взаимодействия. При этом удобно пользоваться понятием о линейной нагрузке ротора по на­ пряжению [6]

82

Элементарные вращающие моменты всех объемных элементов одинаковы и направлены вдоль оси преобразователя. Поэтому для нахождения полного вращающего момента необходимо все члены уравнения (2.71) умножить на общий объем рабочего тела.

Предположим, что ротор генератора выполнен в виде пустотелого ци­

83

Некоторые результаты испытания модели емкостного индук­ ционного генератора постоянного тока

Д л я проверки возможности построения более совершенных емкостных индукционных машин со сложной замкнутой системой включения электро­ дов, аналогичной обмотке якоря электромагнитных машин, была изготовлена и испытана модель емкостного индукционного генератора с петлевой схемой включения электродов ротора независимого возбуждения [6,86].

Модель представляет собой однодисковую емкостную машину. Диаметр

ротора и коллекторные пластинки выполнены путем травления медной фоль­ ги. Рабочий зазор заполнен воздухом при атмосферном давлении.

- 0

Рис. 2.9 . Развернутая схема соединения электродов ротора модели емкостного и н д у к ­ ционного генератора.

84

Емкостная индукционная (асинхронная) машина переменного пока я в л я ­ ется дуально-инверсным аналогом электромагнитной асинхронной машины. Преобразователь (рис. 2.10) состоит из трехфазного индуктора, создающего вращающееся с угловой скоростью ^ э л е к т р и ч е с к о е поле напряженностью Ёх и ротора, выполненного в виде цилиндра. Сплошной электрод ротора (рас­ сматривается преобразователь, рабочие емкости которого включены в звезду)

Рис. 2.10. Принципиальная схема емкостной индукционной (асинхронной) машины пере­ менного тока (слева) и электрическое поле электрода индуктора.

85

тора индукции имеют противоположные направления. Поэтому наведенные токи емкостной индукции (см. разд. 1.1) замыкаются в рабочем зазоре по зам­

Мощность емкостной индукционной (асинхронной) машины переменного тока равна

(2.79)

а момент

Представленная электродинамическая общая теория емкостных машин отличается от теорий, основанных на „конвекционных" представлениях и

86

рассмотрении не объемных, а поверхностных касательных сил, возникающих на границе раздела областей а и b (рис. 2.106) диэлектриков, заполняющих зазор между электродами индуктора и ротора емкостной асинхронной маши­ ны (см., например, [92]).

Электрогидродинамические индукционные (ЭГДИ) методы пре­ образования потоков энергии

Эффективность ЭГДИ-метода преобразования, главным образом, зависит от скорости движения рабочего тела (объемная мощность растет пропорцио­

смотрения принципа работы ЭГДИ-преобразователя, когда используется несжимаемое рабочее тело.

Рассмотрение процесса ЭГДИ-преобразования потоков энергии значи­ тельно упрощается, если принять, что все частицы жидкости в рабочем канале двигаются с одинаковой постоянной скоростью, т.е. рабочее тело, в целом,

теории электрических машин. Электромеханическое воздействие вращающихся электрических полей на сферические и цилиндрические слабопроводящие роторы теоретически и экспериментально изучались, начиная с ранней рабо­ ты Ар но [93]. Конвекционные явления, связанные с межфазными касательными напряжениями, возникающими при наличии вращающихся электрических полей и бегущих волн электрического поля, теоретически и экспериментально

87

Электродинамические процессы преобразования потоков энергии в ЭГДИ однофазных и ЭГДИ-преобразователях с бегущим электрическим полем протекают аналогично. Рассмотрим сначала менее сложный электродинами­ ческий процесс в однофазном ЭГДИ-преобразователе. С целью упрощения предположим, что течение рабочего тела — слабопроводящей жидкости квазиодномерно, s = l .

9f

Л

H(t)

Off)

Рис. 2.11. Принципиальная схема однофазного ЭГДИ-генератора независимого возбужде ­ ния с индуктивным токосъемом.

Посредством электродов возбуждения, расположенных на противопо­

При равномерном прямолинейном и поступательном движении слабопроводящего рабочего тела со скоростью v в поперечном переменном электри­

88