книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

В готовой машине р, N и а постоянны, поэтому, за­

Однако в большинстве случаев приходится вместо угловой скорости ш пользоваться частотой вращения п в об/мин. Поскольку ш = т:и/30, то уравнение э. д. с. за­ пишется следующим образом:

Уравнение (17.13) показывает, что э. д. с. готовой ма­ шины зависит от частоты вращения и магнитного пото­ ка. Следовательно, при работе машины ее э. д. с. можно

жения в цепи якоря. Следовательно, уравнение электри­ ческого равновесия для электродвигателя можно запи­ сать так:

360

Уравнения электрического равновесия или, другими словами, уравнения равновесия э. д. с. характеризуют первое основное условие работы машины, которое назы­ вается условием равновесия э. д. с. Вторым условием ра­ боты машины, как это будет показано ниже, является

условие равновесия моментов.

§ 17.6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

При работе машины постоянного тока имеет место взаимодействие поля полюсов и поля якоря. В резуль-

Рис. 17.12. Режимы работы машины:

а — генератора; б —двигателя

генератора возникает тормозной момент, а при работе в режиме электродвигателя — вращающий. Действительно, ток, текущий в обмотке якоря генератора, взаимодей­ ствуя с магнитным потоком полюсов, создает тормозной момент Мт электромагнитных сил F, направленный про­ тивоположно направлению вращения якоря, а следова­ тельно, и направлению вращающего момента М первич­ ного двигателя (17.12, а). В этом нетрудно убедиться, применяя правило левой руки. Если же через обмотку якоря пропустить ток от постороннего источника в том

361

Же направлении (рис. 17.12,6), то электромагнитная па­ ра сил создает вращающий момент М. Этот момент в двигательном режиме будет преодолевать нагрузку на валу машины, называемую обычно тормозным моментом

Л1Т , или моментом сопротивления.

Таким образом, при установившемся режиме работы машины должно иметь место равенство моментов

Установим величину электромагнитного момента в зависимости от величин, определяющих природу его воз­ никновения. Согласно закону Ампера среднее значение электромагнитной силы, действующей на один провод­

мент, развиваемый одним проводником, определится вы­ ражением

С другой стороны, среднее значение магнитной индук­ ции равно магнитному потоку полюса, деленному на пло­ щадь полюса:

Подставляя полученное значение ВСр в уравнение (17.18) и производя некоторые преобразования, получим

м»*=-ши*=і-фІ- (17-2°)

362

Если якорь имеет N проводников и сила тока в про­ воднике / я / ( 2 а ) , то электромагнитный момент машины, создаваемый всеми проводниками, будет равен

§ 17.7. МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Магнитная система или, иначе, магнитная цепь ма­ шины постоянного тока предназначается для создания и

hz5

Рис. 17.13. Магнитная цепь'машины

прохождения основного магнитного потока машины. Магнитная цепь машины обычно симметрична и имеет пять характерных участков: основные полюса hn, воздуш­

машины.

Расчет магнитной цепи машины постоянного тока-за­ ключается в определении м. д. с , необходимой для соз­ дания полюсами машины основного магнитного потока

363

требуемой величины. Последнюю можно найти из выра­ жения (17.13)

Поскольку магнитная цепь машины симметрична, то расчет м. д. с. ведется на одну пару полюсов. Магнито­ движущая сила этого контура, создаваемая обмоткой возбуждения, определяется в соответствии с законом магнитной цепи

чают соответственно этим значениям потока м. д. с. По

§ 17.8. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

При работе машины вхолостую, т. е. без нагрузки, в ней существует только основное магнитное поле — поле полюсов. При работе же машины под нагрузкой, т. е.

364

когда по обмотке якоря проходит ток, в ней существует поле полюсов и поле якоря, создаваемое током якоря. Поле полюсов и поле якоря, накладываясь друг на дру­ га, образуют результирующее магнитное поле машины. На рис. 17.14 эти поля показаны раздельно. Результи­ рующее поле машины отличается от основного поля по­ люсов как по величине, так и по характеру распределе­ ния. Объясняется это тем, что направление поля якоря

Рис. 17.14. Реакция в машине постоянного тока

и поля полюсов в одних местах совпадает, отчего резуль­ тирующее поле в этих местах усиливается,- а в других не совпадает — результирующее поле в этих местах умень­ шается. Так, у генератора поле усиливается под сбегаю­ щими краями полюсов и ослабляется у набегающих краев. В электродвигателе обратная картина — поле ослабляется у сбегающих и усиливается у набегающих краев полюсов.

Воздействие поля якоря на основное поле машины называется реакцией якоря. Реакция якоря, оказывая влияние на основное поле машины, приводит к нежела­ тельным явлениям, в частности ухудшает коммутацию в машинах, у генераторов изменяет напряжение, а у элек­ тродвигателей — момент и частоту вращения. Поэтому в машинах постоянного тока предусматриваются специаль­ ные меры для компенсации вредного действия реакции, яко^ря.

365

лярной к оси полюсов, разделяющей на якоре области северного и южного полюсов. При действии же реакции якоря физическая нейтраль смещается с геометрической нейтрали (рис. 17.14, в). У генераторов физическая ней­ траль смещается по на­ правлению вращения яко­ ря, а у электродвигате­ лей— против вращения. В этом случае для нормаль­ ной работы машины надо щетки сдвинуть в том же направлении на угол а, на который сместилась фи­ зическая нейтраль или

немного больший.

ную перпендикулярно к оси полюсов, и продольную, направленную по оси полю­

Для количественной оценки действия поперечной и продольной реакции якоря определяют магнитодвижу­ щие силы якоря, создающие эти реакции. С этой целью вводят величину А, называемую линейной нагрузкой якоря. Она представляет собой магнитодвижущую силу якорной обмотки, приходящуюся на единицу длины окружности якоря:

366

поверхности якоря образуются четыре зоны. В двух из них (рис. 17.16, а), лежащих в пределах угла 2[3, про-

Рис. 17.16. Продольная и поперечная намагничивающие силы якоря

дения и размагничивает машину. Очевидно, что при сдви­

(рис. 17.16,6), лежащие в пределах угла а, создают по­

367

Поперечное поле якоря смещает результирующее поле машины и тем самым ухудшает коммутацию. Кро­ ме того, поперечное поле якоря в машинах с насыщенной магнитной цепью немного ослабляет основное поле ма­ шины, так как вследствие насыщения индукция под одним краем полюса увеличивается в меньшей мере, чем она уменьшается под другим краем полюса.

Отметим, что если щетки установлены на геометриче­ ской нейтрали, то поле якоря является поперечным, так

якоря, ослабляя тем самым действие последнего. Маг­

Добавочные полюса не компенсируют действие поля якоря под основными полюсами. Это вызывает искаже­ ние магнитного поля и увеличение э. д. с. в секциях, на­ ходящихся под насыщенными краями основных полю­ сов. В машинах, работающих в тяжелых условиях (на­ пример, при частых реверсах электродвигателей), увели­ чение э. д. с. может вызвать перекрытие изоляции между коллекторными пластинами- и привести к образованию

полюсных наконечников и включают последовательно с

368

обмоткой якоря. Другими словами, компенсационная об­ мотка дополняет действие добавочных полюсов. Однако применение компенсационной обмотки удорожает маши­ ну и увеличивает потери в ней. При отсутствии компен­ сационной обмотки м. д. с. добавочных полюсов берут на 15—30% больше, чем м. д. с. якоря в пределах нейтраль­ ной зоны.

§ 17.9. КОММУТАЦИЯ

Под коммутацией понимают процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в

Рис, 17.18. Процесе коммутации секции обмотки якоря

другую, сопровождаемый замыканием секции накоротко и изменением силы и направления тока в ней. Переклю­ чение совершается во время прохождения секции через нейтральную линию. Весь процесс переключения одной секции показан на рис. 17.18. За время этого переключе­ ния сила тока в короткозамкнутой или, иначе, коммути­ руемой секции изменяется от + / до —/, проходя че­ рез нуль. Установим закон изменения коммутационного тока, причины и следствия его изменения. Это рассмот­ рим при условии, когда ширина щетки равна коллектор­ ному делению.

Изменение тока в коммутируемой секции определяет­ ся сопротивлением короткозамкнутого контура, основной составляющей которого является сопротивление переход­ ного слоя между щеткой и теми коллекторными пласти­ нами, с которыми она соприкасается. На процесс ком­ мутации оказывает влияние э. д. с. самоиндукции вь~ = —Ldi/dt, возникающая во время коммутации в секции