6.2.3. Электродвижущая сила якоря и электромагнитный момент

Электродвижущая сила якоря. ЭДС одного активного проводника, дви­жущегося в магнитном поле, определяется по формуле Е = Вυlsinα. Так как магнитная индукция вдоль окружности якоря не является постоянной, введем некоторое среднее значение индукции В_СР, которая по своему действию даст тот же эффект. ТогдаЕ = В_СР υl (3)

(sinα= 1, так как в зазоре генератора α = 90°).

Линейная скорость движения проводника якоря равнаυ = πDn, но nD = 2рτ,

где τ - полюсное деление, т. е. расстояние вдоль окружности статора, приходя­щегося на один полюс; 2р - число полюсов в статоре. Магнитная индукция В_СР =

где Ф - магнитный поток полюса.

Подставив выражения линейной скорости υ и и В_СР в уравнение ЭДС (3),получим

Е_СР = 2рпФ. (4)

Учитывая, что в якоре уложено N активных проводников, а число парал­лельных ветвей 2а, ЭДС одной параллельной ветви выражается формулой E ==п Ф (5)

Выражение для каждой машины величина постоянная.

Обозначив =C_Eполучим Е = С_E пФ. (6)

Таким образом, ЭДС якоря машины постоянного тока пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку статора машины.

Электромагнитный момент. При подключении к якорю приемника по обмоткам якоря пойдет ток. На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера (F_A= BIL). При равномерном вращении якоря электромагнитный момент якоря равен механическому моменту на валу якоря. Силы, действую­щие на проводники якоря, разные по значению. Поэтому для определенияэлектромагнитного момента якоря возьмем среднее значение сил, действую­щих на проводники якоря,М = (7)где N - число проводников в якоре, D - диаметр якоря. Следовательно, мож­но записать М = (8)

Где I - ток в проводниках одной ветви, а так как в якоре 2а ветвей, то I =

Подставив это выражение тока и D = в формулу (9.8), получимМ = Ф·I_Я (9.9)

Обозначив = С_М, получимМ = С_М Ф·I_Я (10)

Электромагнитный момент машины постоянного тока пропорционален силе тока якоря и магнитному потоку полюсов. Он является тормозящим в генера­торе и вращающим в двигателе.

Понятие о коммутации. Коммутацией называют совокупность явлений, связанных с изменением тока в проводниках обмотки якоря при переходе секций из одной параллельной ветви в другую при замыкании этих секций щетками.

При вращении якоря щетка, перемещаясь, соединяется то с одной, то с другой параллельной ветвью, а в некоторые моменты замыкает секцию нако­ротко (рис.18). Представим каждую секцию якоря в виде одного витка, а коллектор - в виде прямоугольных пластинок 1, 2. При касании щеток коллек­торной пластинки 2 через виток секции С пойдет ток слева направо, равный половине силы тока якоря .При вращении якоря по ходу часовой стрелкищетка со второй пластинки коллектора переместится на первую и т. д. Когда щетка в одинаковой мере будет касаться обеих пластинок коллектора (рис.18, б), виток С будет замкнут накоротко, и ток в нем окажется равным нулю. При дальнейшем движении якоря, когда щетка окажется на первой пластинке кол­лектора (рис. 18,в), по витку С пойдет ток справа налево, равный половине силы тока якоря .

Рис. 18. Схема коммутации машины постоянного тока

Таким образом, за время τ, называемое периодом коммутации секции,сила тока секции изменится от + до —. Время коммутации весьма малои составляет тысячные доли секунды. Изменение силы тока от + до —в коммутирующейся секции за столь короткое время создает в ней ЭДС само­индукции (коммутации): е = —L.

ЭДС коммутации увеличивает плотность тока в сбегающей пластинке коллек­тора, что вызывает искрение под щеткой и обгорание коллектора.Для компенсации ЭДС коммутации в генераторах необходимо сместить щетки в сторону вращения якоря на некоторый угол α, зависящий от нагрузки генератора. В двигателях постоянного тока для компенсации ЭДС коммутации щетки сдвигаются в сторону, противоположную направлению вращения якоря. В машинах постоянного тока мощностью 1 кВт и выше для компенсации раз­мещаются между главными полюсами дополнительные полюсы.