Глава 26

Магнитное поле машины постоянного тока

§ 26.1. Магнитная цепь машины постоянного тока

Магнитная система машины постоянного тока состоит из станины (ярма), сердечников главных полюсов с полюсными наконечниками, воздушного зазора и сердечника якоря.

На рис. 26.1 показана картина магнитного поля четырехполюсной машины. При этом имеется в виду машина, работающая в режиме х.х., когда МДС соз­дается лишь обмоткой возбуждения, а в обмотке якоря и обмотке добавочных полюсов тока нет или он настолько мал, что его влиянием на картину маг­нитного поля можно пренебречь. В целях упрощения на рисунке не показаны добавочные полюсы, так как в режиме х.х. их влияние на картину магнитного по­ля машины незначительно. Как это следует из рис. 26.1, магнитный поток главных полюсов состоит из двух неравных частей: большая часть образует ос­новной магнитный поток , а меньшая — магнит­ный поток рассеяния полюсов . Поток рассеянияучитывается коэффициентом рассеяния (см. § 20.1).

Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. определяется суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи (рис. 26.2):

, (26.1)

где — магнитные напряжения воз­душного зазора, зубцового слоя якоря, главного по­люса, спинки якоря, станины (ярма) соответственно.

Если машина имеет компенсационную обмотку (см. § 26.4), то в (26.1) следует ввести еще одно сла­гаемое , представляющее собой магнитное на­пряжение зубцового слоя главного полюса.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча­стках магнитной цепи машины постоянного тока в принципе такой же, что и в случае асинхронной ма­шины (см. гл. 11). При этом расчет магнитных на­пряжений станины и сердечника главного полюса ведут по магнитному потоку главного полюса , который больше основного потокана значение потока рассеяния:

где — коэффициент магнитного рассеяния.

Рис. 26.1. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме х.х.

При заданном значении ЭДС машины определяют требуе­мое значение основного магнитного потока (Вб) [см. (25.20)]:

. (26.2)

Далее рассчитывают магнитную индукцию для каждого уча­стка магнитной цепи:

, (26.3)

где — магнитныйпоток на данном участке магнитной цепи. Вб;

—площадь поперечного сечении этого участка, м².

Рис. 26.2. Расчетный участок магнитной цепи

четырехполюсной машины постоянного тока

По таблицам или кривым намагничивания для соответствующих ферромагнитных материалов находят напряженность магнитного поля на участках магнитной цепи , а затем определяют магнитное напряжение (А)

и МДС обмотки возбуждения на пару полюсов по (26.1).

Значения магнитных напряжений для различных участком магнитной цепи неодинаковы и зависят от магнитных сопротивлений этих участков. Наибольшим магнитным сопротивлением обладает воздушный зазор, поэтому магнитное напряжение на­много больше любого из слагаемых выражения (26.1).

Другие участки магнитной цепи выполняют из ферромагнит­ных материалов. В машинах постоянного тока для изготовления различных элементов магнитной цепи применяют следующие ма­териалы.

Сердечник якоря — тонколистовые электротехниче­ские стали марок 2013, 2312 и 2411 толщиной 0,5 мм (см. табл. 11.1).

Сердечник главного полюса — листовая анизо­тропная (холоднокатаная) сталь марки 3411 толщиной 1 мм, пла­стины не изолируют.

Станина — в машинах малой мощности станину изготов­ляют из стальных цельнотянутых труб, а для машин средней и большой мощности станины делают, сварными из листовой конст­рукционной стали марки СтЗ.

Магнитное напряжение воздушного зазора (А)

, (26.4)

где — величина воздушного зазора, мм;— коэффициент воз­душного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротив­ления зазора из-за зубчатости якоря ( > 1).

Магнитная индукция в воздушном зазоре (Тл) пропорцио­нальна основному магнитному потоку Ф. В машинах постоянного тока общего назначения Тл (большие значения со­ответствуют более крупным машинам).

Обычно расчет МДС ведут для ряда значений магнитного потока и , азатем строят магнитную характери­стику машины , где—относительное значение магнитного потока; — относитель­ное значение МДС обмотки возбу­ждения на пару полюсов в режиме х.х.; и— номинальныезначения магнитного потока и МДС в режиме х.х., соответствую­щие номинальному значению ЭДС [см. (26.2)]. В начальной части магнитная характеристика прямо­линейна (рис. 26.3). Объясняется это тем, что при небольших значениях магнитная цепь не насыщена и МДС возбуждения определяется, в основном, магнит­ным напряжением воздушного зазора .

Рис. 26.3 Магнитная характеристика

Затем с ростом наступает насыщение магнитной цепи и магнитная характеристика становится криволинейной. Коэффициент насыщения магнитной цепи машины

. (26.5)

Для машин постоянного тока .