Файл: Полотовский Л.С. Емкостные машины постоянного тока высокого напряжения.pdf

с диэлектрическим ротором плохо используется большая, чем у воздуха, диэлектрическая проницаемость мате­ риала ротора, позволяющая получать большую поверх­ ностную плотность заряда. Обычно в этих машинах основным требованием к материалу ротора, помимо определенных физико-механических свойств, является большое удельное сопротивление; к диэлектрической проницаемости не предъявляется никаких требований.

Очевидно, что указанный выше предел может быть значительно превзойден, если в машине создать такие условия, чтобы заряд, находящийся на поверхности ди­ электрического ротора, создавал поле только в диэлек­ трике. Тогда предельная плотность будет определяться диэлектрической проницаемостью е и электрической

Поясним это положение, исходя из представлений, лежащих в основе изложенной нами теории, т. е. сточки зрения емкости между статором и ротором. В суще­ ствующих машинах емкость элемента поверхности ро­ тора dF (рис. 11, б) относительно статора, определяю­ щая рабочий поток смещения, почти такая же, как и емкость этого элемента относительно других частей ма­ шины, лежащих слева от него (на рис. 11, б не показан­ ных); эта емкость определяет поток рассеяния. Приняв указанные емкости равными, мы получим, что макси­ мальное поле в воздухе, слева от элемента dF, как раз

с уменьшением емкости рассеяния за счет конструктив­ ных усовершенствований, является увеличение рабочей емкости путем уничтожения воздушного промежутка между ротором и статором. В этом случае полезная емкость будет определяться, помимо геометрических факторов, также и диэлектрической проницаемостью ма­ териала ротора, и, следовательно, будет значительно

6 0

Превышать емкость рассеяния. Отсюда само собой вы­ текает требование к высокой диэлектрической проницае­ мости материала ротора.

Вопросы конструктивных возможностей реального осуществления указанного пути увеличения тока ма­ шины, а также результаты наших опытов, подтверждаю­ щих эту точку зрения, изложены ниже (гл. VI).

§ 13. Самовозбуждение

Как известно, самовозбуждение индуктивных машин обусловлено неустойчивостью в цепи возбуждения, со­ стоящей из сопротивления и индуктивности, когда при определенных условиях ток возбуждения начинает воз­ растать. Из-за нелинейности индуктивности (нелинейно­ сти кривой намагничения), ток возбуждения не растет беспредельно, а достигает лишь вполне определенной величины, соответствующей устойчивому режиму.

Аналогично, самовозбуж­ дение емкостных машин оп­ ределяется неустойчивостью в цепи возбуждения, состоя­ щей из проводимости и ем­ кости, что влечет за собой

рост напряжения возбуждения. Однако в емкостных ма­ шинах высокого напряжения, не содержащих нелиней­ ного диэлектрика, емкость не зависит от напряжения, а переход к устойчивому режиму обусловлен нелиней­ ностью проводимости утечки (§ 17).

В гл. I были приведены принципиальные схемы ма­

при различных схемах возбуждения.

В этом параграфе рассмотрены общие условия само­ возбуждения емкостной машины на примере машины с параллельным возбуждением и поперечным полем реакции якоря (рис. 12).

61

можно самовозбуждение машины, должно быть меньше критической величины

Графическое построение приведено на рис. 13. Ха­ рактеристика короткого замыкания / о = AnU представ­ ляет собой прямую линию (/, 2, 3)\ линия утечки 4 — кривую. Точка пересечения обеих характеристик опреде­ ляет устойчивый режим, т. е. то напряжение, до которого возбудится машина.

С уменьшением скорости вращения характеристика короткого замыкания идет более полого, как это пока­ зано на рис. 13.

Очевидно, что тангенс угла наклона характеристики короткого замыкания должен быть больше тангенса угла наклона касательной к линии утечки в начале коор­ динат, так как, в противном случае, линия утечки не бу­ дет пересекать характеристику короткого замыкания. Это означает, что при скорости вращения меньшей ями„ самовозбуждение машины невозможно. При возбужде­ нии машины, замкнутой на нагрузку, минимальная ско­ рость вращения, необходимая для самовозбуждения, ра­ стет с величиной нагрузки.

Из уравнения (95) вытекает, что для возникновения процесса самовозбуждения, помимо условия (96), необ­

буждение возможно за счет остаточного заряда или за счет различных флюктуаций, создающих начальное на­ пряжение ut=o= U 0.

Теоретически время, за которое машина самовозбудится до установившегося значения напряжения Uь

определяемое из уравнения (95), * и,

и0

обращается в бесконечность, так как при устано­ вившемся значении напряжения Ап = g -f gr Поэтому

можно говорить лишь о практическом времени tK само­ возбуждения до напряжения kU\ (к < 1), при котором процесс возбуждения может практически считаться за-

63

конченным. Это время легко вычислить, если известна зависимость g (и).

В § 17 показано, что эта зависимость аппроксими­ руется выражением ‘g — a + bum. В этом случае

kU,

________ du_________

(Ап — g — а — Ьит) и

Так как А п —g—а—6£/™=0 и £/в'С£/1, то приближенно

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ТЕОРИЯ УНИПОЛЯРНЫХ МАШИН

§ 14. Дифференциальные уравнения машины

Как уже указывалось в гл. 1, униполярная ма­ шина, являясь как бы половиной биполярной, уступает последней при тех же габаритах в развиваемой мощ­ ности. Все же рассмотрение этого типа машин пред­ ставляет интерес, тем более, что большинство осуще­ ствленных емкостных машин являются униполярными. Так как многое в теории этих машин совпадает с изло­ женным выше для биполярных, то мы остановимся лишь на тех особенностях, которые отличают униполярные машины от биполярных.

Простейшая двухполюсная униполярная машина схе­ матически представлена на рис. 2, л. Ротор ее, как и у биполярной машины, состоит из двух полудисков R и R', статором служит один полудис-к S. Напряжение воз­ буждения Us подается на полудиск статора и один по-

лудиск ротора; щетки расположены так же как у би* полярной машины.

Принцип действия такой машины аналогичен разоб­ ранному выше принципу действия биполярной машины.

64

Основное различие заключается Лишь в том, что в бипо­

кроме того, в униполярной машине переменной является также и емкость ротора.

Подобно тому, как это было сделано для биполярной машины, найдем заряд роторного и статорного полу-

По-прежнему, пренебрегая влиянием щели между полудисками ротора, примем, что при вращении ротора

§ 15. Форма кривых тока и напряжения

Оставляя в стороне вопросы коммутации, рассмотрим униполярную машину как машину переменного тока.

При вращении машины емкости CR и CRg как было

указано, изменяются от максимального значения Смакс до минимального Смин. В первом приближении примем, что это изменение происходит по синусоидальному за­ кону; тогда

CR=a. -f- Р sin (at.

Подставляя равенство (103) в уравнения (102), по­

лучим

duR