Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

Приведенный способ определения реактивной э. д. с. позволяет учесть также взаимоиндукцию между секциями, стороны которых

Таким образом получается формула Пихельмайера

Еѵ= 2іѵсі2Ѵ^'А2. (5-19)

Удельная магнитная проводимость X' зависит главным образом от формы пазов и размеров лобовых частей сек­ ции. Методы расчета удельной магнит­ ной проводимости приводятся в посо­ биях по проектированию электрических машин. Для обычных машин постоян­ ного тока X' = (5 — 8) • 10_6 гн/м.

79

Если бы можно было скомпенсировать мгновенное значение ре­

в отдельные моменты времени получается тем больше, чем больше

5-4. Средства уменьшения э.д.с. в переключаемой секции

Если намагничивающая сила индуктора направлена встречно

ной э. д. с. ек и изменение тока в переключаемой секции приближа­ ется к прямолинейному.

Две намагничивающие силы — индуктора и якоря — на одном участке магнитной цепи (зазоре) создают результирующую магнит­

Реактивная э. д. с. в течение периода коммутации не сохраняется постоянной и для секций, занимающих разное положение по ширине пазов, форма изменения ер не одинакова (рис. 5-8), поэтому уравно­ весить ее мгновенное значение с помощью э. д. с. ер.к не представ­ ляется возможным. Обычно ограничиваются равенством средних значений этих э. д. с. или небольшим превышением Еѵ,к над Ер. Для этого распределение индукции коммутирующего поля должно приближаться к штриховой линии на рис. 5-8, е.

В соответствии с формулой (5-19) значение результирующей индукции, обеспечивающей равенство среднего значения коммути­ рующей э. д. с. и реактивной э. д. с., будет

А. Смещение токораздела с геометрической нейтрали. Для полу­ чения коммутирующего поля может быть использована намагничи­ вающая сила главных полюсов.

В режиме работы генератором направление тока в секции в на­ чале периода коммутации совпадает с направлением э. д. с. парал­ лельной ветви обмотки якоря, поэтому для получения коммутирую­ щей э. д. с. необходимо расположить переключаемую секцию в зоне действия главного полюса противоположной полярности, т. е. смес­ тить токораздел с геометрической нейтрали по вращению якоря путем смещения щеток в этом направлении (рис. 4-7, б). В точке а результирующая индукция ВѴЛ( в зазоре равна нулю, следовательно, Ек + Eaq = 0 и для уравновешивания Еѵ необходимо сместить

80

э. д. с. необходимо сместить токораздел с геометрической нейтрали против вращения якоря.

Намагничивающая сила главных полюсов при последовательном соединении обмотки возбуждения с обмоткой якоря изменяется пропорционально току якоря и э. д. с. Еѵм увеличивается с увели­ чением нагрузки так же, как э. д. с. Еѵ, поэтому в машинах с после­ довательным возбуждением при одном и том же положении щеток можно получить удовлетворительную коммутацию в широком диа­ пазоне изменения нагрузки. В машинах с параллельным и смешан­ ным возбуждением для уравнове­ шивания э. д. с. Ер следовало бы смещать щетки в соответствии с нагрузкой, однако для удобства обслуживания щетки устанавли­ ваются в положение наиболее благоприятного токосъема для средней нагрузки, при малых нагрузках изменение тока в пере­ ключаемой секции получается ус­ коренным, а при больших наг­ рузках — замедленным. При изме­ нении направления вращения якоря необходимо также изменить положение щеток относительно геометрической нейтрали. В нас­ тоящее время описанный способ уменьшения э. д. с. в переключае­

мой секции применяется только в машинах малой мощности, пред­ назначенных для одного направления вращения.

. Б. Добавочные полюсы. Основным средством уравновешивания реактивной э. д. с. в переключаемой секции являются добавочные полюсы, которые устанавливают между главными полюсами. То­ кораздел в этом случае совпадает с геометрической нейтралью.

Полярность добавочных полюсов должна быть такой же, как ранее установленная полярность главных полюсов в зоне коммута­ ции, т. е. в режиме работы генератора за главным полюсом по враще­ нию якоря следует добавочный полюс противоположной полярности,

ав режиме двигателя — добавочный полюс той же полярностн. Для того чтобы соблюдалась пропорциональность между нагруз­

кой машины и магнитным потоком добавочных полюсов, необходимо обмотку полюсов включить последовательно с обмоткой якоря и магнитную цепь выполнить ненасыщенной. Индукция в магнитной цепи не должна превышать 1,2 тл при номинальной нагрузке, это относится также к результирующей индукции на общих участках магнитной цепи главных и добавочных полюсов, где их намагничи­ вающие силы складываются.

81

На рис. 5-9 показаны полюсы и развертка части окружности якоря с направлением тока в проводниках для режима двигателя. Токораздел совпадает с геометрической нейтралью. Распределение намагничивающей силы главных полюсов показано линией 1, а намагничивающей силы обмотки якоря — линией 2. В соответствии с полярностью добавочных полюсов намагничивающая сила их (линия 3) направлена против намагничивающей силы обмотки якоря. Распределение результирующей намагничивающей силы но окруж­ ности якоря показано линией 4.

Намагничивающая сила добавочных полюсов должна уравно­ весить намагничивающую силу обмотки якоря и создать необходи­ мую индукцию Вр.к в зоне коммутации.

При отсутствии компенсационной обмотки первая составляющая намагничивающей силы добавочных полюсов равна поперечной на­ магничивающей силе обмотки якоря при расположении токораздела на геометрической нейтрали (4-4). Вторая составляющая представ­ ляет собой намагничивающую силу, необходимую для проведения потока по магнитной цепи добавочных полюсов. При ненасыщенной магнитной цепи намагничивающую силу для всей магнитной цепи

Тогда намагничивающая сила добавочных полюсов, необходи­

Для уменьшения влияния насыщения стальных участков маг­ нитной цепи добавочных полюсов в машинах небольшой мощности зазор бд выполняют увеличенным почти в два раза по сравнению с зазором б между якорем и главным полюсом. В крупных машинах при большом зазоре бд возможно искажение распределения индук­ ции Врк намагничивающей силой главных полюсов, поэтому зазор бд делают почти равным б, а для линейности характеристики намаг­ ничивания цепи добавочных полюсов ставят прокладки из немагнит­ ного материала между полюсом и станиной. В случае необходимости увеличение индукции 5 р к при наладке коммутации осуществляется заменой части немагнитных прокладок стальными. Наличие прокла­ док из материала с малой магнитной проницаемостью необходимо учи­ тывать при расчете магнитной цепи добавочных полюсов.

Так как Fn и Faq направлены встречно, то коэффициент рас­ сеяния добавочных полюсов получается очень большим (для машин без компенсационной обмотки /%д = 3 -f- 5 и с компенсационной об­

моткой /с0д = 2 -f- 3). Для уменьшения потока рассеяния катушки добавочных полюсов располагают вблизи полюсных наконечников.

82

Уменьшение зазора бд также способствует уменьшению потока рас­ сеяния добавочных полюсов.

Добавочные полюсы целесообразно применять в машинах мощ­ ностью больше 0,3 кет. Обычно количество добавочных полюсов равно количеству главных полюсов и только при мощности машины меньше 2,5 кет иногда на пару главных полюса ставится один до­ бавочный полюс. Применение добавочных полюсов позволяет уве­ личить линейнзчо нагрузку якоря и таким образом уменьшить раз­ меры машины.

Пример. Требуется рассчитать обмотку возбуждения добавочных полюсов генератора типа ПН-100 (см. § 2-6, 3-10, 4-4 и 5-3). Зазор под добавочным полю­

Намагничивающая сила добавочных полюсов, необходимая для создания результирующей индукции (5-23),

ßn= ß a + ß6jj = 6140+1490 а = 7630 а.

Так как обмотка возбуждения добавочных полюсов соединена последова­ тельно с обмоткой якоря, то ток в ней / 2 = 59 а и тогда количество витков в катушке

В. Уменьшение реактивной э. д. с. Зависимость реактивной э. д. с. от различных величин очевидна из равенства (5-19), однако умень­ шение не всех сомножителей в нем возможно и целесообразно: умень­ шение линейной нагрузки приводит к ухудшению использования активных материалов и к увеличению размеров машины, а окружная скорость и длина якоря определяются номинальной мощностью машины. Таким образом, ограничение Еѵ зависит от возможностей уменьшения wc и V.

В машинах мощностью свыше 50 кет количество секций выбира­ ется таким образом, чтобы wc = 1. Уменьшение удельной магнит­ ной проводимости может быть достигнуто выбором соответствующих размеров паза и уменьшением магнитной связи между переключа­ емыми секциями. С этой целью целесообразно увеличивать ширину паза и уменьшать его глубину, пока не будет достигнута предель­ ная индукция в зубце якоря. Эффективным средством уменьшения магнитной связи между переключаемыми секциями является вы­ полнение укорочения шага секции (не более одного пазового деления)

83