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

При соединении сектора со щетками аа' заряд на нем будет определяться напряжением машины и ем­

множитель 7г входит потому, что активно работают лишь секторы, находящиеся между накоротко замкнутыми

щетках на геометрической нейтрали, аналогично выра­ жению (44):

(47)

где

USa C m

2 k

т. e. индуктированный ток вдвое меньше определяемого равенством (28). Если учесть уменьшение полезной пло­

44

щади ротора за счет увеличения числа изоляционных промежутков между секторами, то

а для идеальной машины без утечки (g'n=0)

2nCR

ввиду малости CR будет значительно более пологой, чем

в машине с двумя полудисками (34), а при очень малом рассеянии можно принять

Основными преимуществами машины с поперечным полем реакции якоря являются пологая внешняя харак­ теристика, практически отсутствие необходимости сдвига щеток с нагрузкой, возможность получения напряжения, превышающего напряжение возбуждения,' а следова­ тельно, возможность самовозбуждения, рациональное

4 5

использование рабочего диэлектрика в пространстве ста­ тор—ротор, в любом режиме работающего под половиной напряжения возбуждения. Поэтому появление множи­ теля Уг в выражении для тока, по сравнению с машиной с продольным полем реакции якоря тех же.размеров, не означает уменьшения тока. При том же допустимом напряжении на промежутке статор—ротор напряжение возбуждения у машины с поперечным полем реакции якоря больше — оно равно сумме напряжения возбуж­

дения и напряжения маши­ ны с продольным полем ре­ акции якоря.

Кроме того, в машине с поперечным полем реакции якоря возможно создание бо­ лее выгодной трапецеидаль­ ной формы изменения поля (§ 5) без уменьшения мак­ симальной емкости Ст. Для этого сектор статора должен охватывать несколько сек­ торов ротора, как это пока­ зано на рис. 9.

В подобной машине при той же величине индуктиро­ ванного тока напряжение

холостого хода несколько возрастает (§ 5) и внешняя ха­ рактеристика будет еще более пологой, приближаясь к (54).

Недостатком машины с поперечным полем реакции якоря является неполное использование поверхности ро­ тора, что влечет за собой отмеченное выше уменьшение индуктированного тока в два раза (47).

Другим недостатком такой машины является много­ кратный (за один оборот ротора) разрыв цепи нагрузки и, в силу этого, большие пульсации тока (напряжения).

В однодисковой машине с достаточно большим чис­ лом секторов разрыв цепи приемника может быть унич­ тожен, если выполнить щетку шире изоляционного про­ межутка между соседними секторами.

Разрыв цепи нагрузки может быть также уничтожен, если выполнить машину многодисковой — с числом ди­ сков ротора w, каждый диск состоит из 2т секторов.

46

Тогда, сдвигая соседние диски ротора на малый угол — , wm

получим пульсирующий ток (напряжение). Величина пульсации уменьшается с ростом числа диском w. При этом все статорные диски и щетки расположены одина­ ково. Тот же эффект может быть получен при одинако­ вом расположении дисков ротора, но при сдвиге на такой же угол дисков статора и щеток.

В многодисковой машине напряжение остается таким же, как и при одном диске, а ток увеличивается в w раз; во столько же раз возрастает и мощность машины.

При большом числе секторов 2т и большом числе дисков w пульсации тока (напряжения) будут настолько малыми, что в обычных условиях работы машины ими можно пренебрегать и не принимать никаких мер для их сглаживания (например включение конденсатора).

§10. Мощность и к. п. д.

Рассмотрим емкостные машины с'точки зрения ис­ пользования энергии, запасаемой в их электрическом поле и сравним с этой точки зрения машины с продоль­ ным и поперечным полем реакции якоря.

Энергия, запасенная в электрическом поле идеальной (без потерь и рассеяния) двухполюсной машины

Мгновенная мощность

где ui — значение напряжения ротора, соответствующее положению совпадения изоляционных щелей между полудисками статора и ротора.

47

Из условия, что энергия поля системы возбуждения всегда положительна

QsVs >0,

2

следует, что заряд этой системы также положителен

Qs = CSUS -Т C^su^-0,

отсюда определяется значение напряжения Minp соответ­ ствующее режиму предельной мощности:

C r s u 1 пР— C s ^ s -

Тогда мощность Рид, соответствующая полному ис­ пользованию максимальной энергии

Эта мощность является предельной. Задача конструиро­ вания машины — создание условий для получения мощ­ ности, возможно более приближающейся к указанному пределу.

Требование увеличения мощности машины приводит к требованию максимальной энергии ее поля. Очевидно, что в том же объеме энергия будет максимальной при однородном поле, когда напряженность поля в любой точке близка к электрической прочности среды. Другими словами, идеальной машине соответствует кривая рас­ пределения поля в виде прямоугольника.

Определим, при каком напряжении такая идеальная машина будет развивать наибольшую мощность. Мощ­ ность, развиваемая двухполюсной машиной, равна

Из условия равенства этой мощности ее предельному

(£■ = 00051), то при расстоянии между статором и рото­

4 8

Сопоставляя равенства (57) и (59), найдем

и и . - < и + и‘ ' ’

откуда напряжение Up , соответствующее максимуму

' и д макс

мощности идеальной машины,

Таким образом, идеальная машина развивает наиболь­ шую мощность

UiC

(61)

при напряжении, равном напряжению возбуждения. Определим степень приближения реальной машины

с синусоидальным изменением взаимоемкости и продоль­ ным полем реакции якоря (§ 6) к идеальной; при этом полагаем, что щетки сдвинуты с геометрической ней­ трали в направлении вращения на угол ср.

Энергия, запасенная в поле машины,

Мгновенное значение механической мощности рм со­ гласно равенств (23), (25) и (63):

dCps Рм= (й/п = Usap dt

= - j U sUo>Cm cos —sin