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

вии, что несмотря на необходимость более глубокого ре­ гулирования, емкостные генераторы будут экономически выгоднее, чем совокупность индуктивного генератора переменного тока, повышающего трансформатора и вы­ прямительного устройства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложенная нами теория емкостных машин по­ стоянного тока высокого напряжения, общая для машин с диэлектрическим и проводящим ротором, позволила сделать ряд выводов о характеристиках генераторов и двигателей, конструкции и области применения этих машин.

Машина с диэлектрическим ротором, обладая скры­ той коммутацией, имеет преимущество отсутствия пульса­ ций тока (напряжения). Недостатком диэлектрического ротора является токосъем через разрядный промежуток, к тому же требующий электрода (щетки), размеры кото­ рого определяются рабочей частью поверхности ротора. Большое сопротивление разрядного промежутка препят­ ствует увеличению мощности машины при использовании диэлектрического ротора из материала высокой прони­ цаемости.

В машине с проводящим ротором токосъем осуще­ ствляется щеткой, имеющей незначительную поверхность соприкосновения с ротором. Недостатками проводящего ротора являются пульсации тока (напряжения) и неко­ торое уменьшение полезной площади ротора из-за изо­ ляционных промежутков между отдельными секторами.

Сравнение биполярных и униполярных машин пока­ зало преимущества первых — большие значения тока, напряжения и мощности при том же объеме машины.

Показано, что емкостные машины должны выпол­ няться в виде машин с поперечным полем реакции якоря, позволяющих получить напряжения значительно боль­ шие напряжения возбуждения и пологую характери­ стику зависимости тока от напряжения машины при неизменном напряжении возбуждения.

Уменьшение пульсации в машинах с проводящим ро­ тором может быть достигнуто путем выполнения их мно­ годисковыми, с дисками, повернутыми друг относительно друга на малый угол.

140

Затруднения в изоляции отдельных секторов прово­ дящего ротора и в креплении их на валу машины, мо­ гут быть преодолены путем разнесения разнополярных секторов ротора и статора в две полумашины. Это раз­ несение, наряду с облегчением изоляции, увеличивает механическую прочность машины и позволяет увеличить скорость вращения.

В емкостной машине, работающей в среде с повы­ шенной электрической прочностью и малыми потерями на трение, может быть получена значительная удельная мощность; такой средой может быть вакуум или водород под давлением в несколько десятков атмосфер.

Выполнение емкостных машин малой мощности наи­ более целесообразно с диэлектрическим ротором ци­ линдрического типа, работающим в сжатом водороде. Машины средней мощности в настоящее время целесо­ образно выполнять с проводящим многодисковым рото­ ром в виде двух «полумашин», работающих также в сжа­ том водороде. После освоения технологии изготовления больших деталей из материалов с высокой диэлектриче­ ской проницаемостью целесообразно будет перейти к со­ зданию машин средней мощности с диэлектрическим ротором.

Анализ емкостных машин показал также, что созда­ ние мощных машин достаточно большой удельной мощ­ ности и с высоким значением к. п. д. вполне осуще­ ствимо при современном уровне техники. Такая машина по весу и объему будет выгодней установки, содержа­ щей, помимо источника переменного напряжения, по­ вышающий трансформатор и систему вентилей.

Основными задачами, подлежащими дальнейшему исследованию и разрешению, являются разработка де­ талей конструкции емкостных машин и исследование то­ косъема в атмосфере сжатого водорода.

Нет сомнения, что совместная работа исследователей и конструкторов приведет к улучшению маломощных машин и к созданию емкостных машин постоянного тока высокого напряжения средней и большой мощности.

Ю л. С. Полотовский

ПРИЛОЖЕНИЕ

1.Учет нелинейности диэлектрика

Ваналитической теории емкостной машины (гл. II), исходя из постоянства диэлектрической проницаемости, к зарядам (потокам вектора смещения) применялся принцип наложения. При нелиней­ ности диэлектрика приходится отказаться от аналитической теории, заменив ее графическим рассмотрением. При этом принцип наложе­

вая индуктированного тока машины в функции напряжения воз­ буждения. Эта кривая (нижняя кривая на рис. П-2) легко может

При нагрузке машины ее индуктированный ток уже не будет совпадать с током короткого замыкания. Напряженность поля бу­ дет определяться теперь напряжениями Us и U. Соответственно

этому величина диэлектрической проницаемости изменится от

при коротком замыкании до Eys+t/ при нагрузке.

Таким образом, индуктированный ток будет равен: при корот­ ком замыкании (U = 0)

Е) = kzUsUSl

при нагрузке

!о= lieus+u^s> 1 о-

Кривая индуктированного тока / Q будет лежать выше кривой

тока короткого замыкания, как это изображено на рис. П-2; эта кривая соответствует кривой тока короткого замыкания, для кото-

142

рой начало координат смещено на величину U в сторону отрица­ тельных напряжений. Чем больше напряжение машины, тем выше лежит кривая индуктированного тока.

Величина индуктированного тока I q не имеет физического

смысла, являясь чисто расчетной величиной. Физический смысл имеет лишь ток машины I при напряжении U, определяемый ра­ венством (54), как разность индуктированного тока и тока утечки ротора

I = l'0 - U g R .

Рис. П-2.

На рис. П-2 кривая тока 1 в функции напряжения возбуждения Us ПРИ неизменном напряжении машины U нанесена пунктирной

линией. Как видно из рис. П-2, ток машины с нелинейным диэлек­ триком может быть больше тока короткого замыкания.

Проведенное графическое рассмотрение машины с нелинейным диэлектриком показывает, что при расчете такой машины необхо­ димо выбирать номинальное напряжение машины и напряжение возбуждения так, чтобы сумма соответствовала круто поднимаю­ щейся части кривой е(Е) (рис. П-1) вблизи максимума диэлектри­ ческой проницаемости (конечно, с учетом запаса электрической прочности).

Ток и мощность машины при номинальном напряжении сле­ дует вычислять по формулам, выведенным в гл. II, но при значе­ нии диэлектрической проницаемости, соответствующей сумме напря­ жений возбуждения и номинального напряжения машины.

2. Расчет формы ротора по заданному закону изменений емкости статор — ротор

При круговых, дисках ротора и статора емкость между их полудисками изменяется по треугольнику. На рис. П-3 сплошной ли­ нией изображен диск статора, пунктиром — ротора. Емкость статор — ротор пропорциональна разности площадей Fi и F2 полудиска ро­ тора, находящихся против разных полудисков статора. Площади F1 и Fг, пренебрегая малыми величинами, равны

и их разность

растет пропорционально углу поворота {(Sit) до своего максималь-

небрегая щелью между полудисками. На рис. П-4 сплошной ли­ нией изображен диск статора в виде круга радиуса г, пунктирной

144

Площадь фигурного полудиска

Fo = S Р2^?-

о

Площадь роторного полудиска, находящаяся перед правым п: лудиском статора

тс

------------(Sit

1 j м -

Разность площадей, определяющая емкость между полудиском статора и ротора,

F1- F , = F0- 2 F 2= j P4 9-

Y

145