Здавалка
Главная | Обратная связь

Принципы расчета магнитной цепи машины



Постоянного тока

 

Для получения в машине постоянного тока номинальных данных в ней необходимо наличие магнитного потока Ф. Требуемая величина магнитного потока может быть определена из формулы

Ф .

Магнитный поток в машинах постоянного тока создается под действием магнитодвижущей силы (МДС) обмоток возбуждения главных полюсов. Магнитный поток замыкается в машине между разноименными полюсами по определенному пути, который называется магнитной цепью машины.

На рисунке 1.25 показана магнитная цепь пары полюсов четырехполюсной машины.

Магнитная цепь симметрична и имеет пять однородных участков: главные полюса с длиной пути ℓп, воздушный зазор ℓδ, зубцы якоря hz, сердечник якоря ℓя и станина ℓc машины. Поток, создаваемый каждым из полюсов, делится относительно продольной оси полюса на две части, образующие вместе с соседними полюсами два одинаковых магнитных контура. Число таких контуров равно числу полюсов.

Расчет магнитной цепи постоянного тока заключается в определении МДС, необходимой для создания под полюсами машины основного магнитного потока требуемой величины.

 

Расчет ведут обычно на одну пару полюсов ввиду симметричности машины. Магнитную цепь можно рассчитать на основе закона полного тока для средней магнитной линии

=

где – напряженность магнитного поля; – элемент длины магнитной линии; – полный ток, охватываемый магнитной линией.

Рисунок 1.25 – Магнитная цепь машины постоянного тока

Предположив, что на протяжении каждого однородного участка напряженность поля Н постоянна, заменяем интеграл суммой

,

где Hk – напряженность магнитного поля в каждом однородном участке; – средняя длина однородного участка; F0 – полная МДС пары полюсов, действующая в контуре цепи.

Таким образом, общую МДС, действующую в контуре, можно представить суммой МДС, необходимых для проведения магнитного потока на однородных участках

(1.22)

Коэффициент Kδ, называемый коэффициентом воздушного зазора (коэффициентом Картера), учитывает возрастание среднего воздушного зазора за счет пазов и равен 1,1…1,5. Величину напряженности поля в K–ом участке можно определить по формуле

,

где Bk – индукция магнитного поля в участке; μk – магнитная проницаемость участка.

Для участков из ферромагнитных материалов Нk находится по кривым намагничивания В = f(H), так как для них μ = var.

Индукцию Вк определяют величине потока Фk и сечению участка Sk

Подставив найденные значения Hk и lk в (1.22), получим полную МДС пары полюсов.

Рисунок 1.26 – Характеристика намагничивания машины постоянного тока
Расчетное значение МДС возбуждения зависит от потока Ф, который необходимо создать в машине. Задаваясь различными значениями основного потока, например 0,5Ф, 0,75Ф, 1,0Ф, 1,25Ф, можно рассчитать соответствующие им МДС обмотки возбуждения и построить графически зависимость Ф = f(Fo) . Эта зависимость (рисунок 1.26) носит название характеристики намагничивания машины.

Степень насыщения магнитной системы машины характеризуется коэффициентом насыщения, который находится расчетным путем или из кривой намагничивания .

Коэффициент насыщения для различных машин находится в пределах 1,25…1,75. Характеристика намагничивания, выраженная в другом масштабе, представляет собой характеристику холостого хода машины Eo = f(Iв), т.е. завиcимость ЭДС от тока возбуждения при постоянной частоте вращения n = const .

Реакция якоря

 

При работе машины постоянного тока в режиме холостого хода ток в обмотке якоря практически отсутствует (Iа= 0) и в магнитной цепи машины действует лишь одна МДС обмотки возбуждения Fо. Магнитное поле машины в этом случае является симметричным относительно полюсов и не зависит от направления вращения машины и расположения щеток на коллекторе (рисунок 1.27).

Обмотка возбуждения сосредоточена на главных полюсах и любая замкнутая магнитная линия основного потока охватывает всю сумму токов обмотки. МДС такой обмотки в пределах полюсного деления τ постоянна и равна Fo/2 (рисунок 1.27(б)). Распределение магнитной индукции поля вдоль окружности якоря зависит от величины воздушного зазора и приближенно показано на рисунке 1.27(б).


При нагрузке машины по обмотке якоря протекает ток, который создает собственное магнитное поле. Поэтому магнитный поток в воздушном зазоре и пространственное распределение магнитного поля при нагрузке машины определяется совместным намагничивающим действием полюсов и якоря.

Рисунок 1.27 – Распределение МДС и магнитной индукции машины постоянного тока при холостом ходе  
Магнитный поток и распределение результирующего поля в воздушном зазоре будут уже иными, чем при холостом ходе. Воздействие МДС якоря Fa на основное магнитное поле машины называется реакцией якоря.

На рисунке 1.28 показано поле, создаваемое токами в проводниках якоря при отсутствии МДС главных полюсов, когда щетки стоят на геометрической нейтрали qq.

Под каждым полюсом располагается часть обмотки, в проводни-

ках которой проходит ток одного направления. Как видно из рисунка 1.28 ось поля якоря совпадает с осью щеток, обуславливающих токораздел в якоре. При щетках, установленных на геометрической нейтрали, картина поля якоря симметрична относительно продольной и поперечной осей машины. Ось поля направлена по поперечной оси qq, поэтому такое поле якоря называют поперечным, а реакцию якоря – поперечной.

Рисунок 1.29 – Результирующее магнитное поле машины постоянного тока тока при нагрузке
Рисунок 1.28 – Магнитное поле обмотки якоря  

Если наложить поле якоря на поле главных полюсов, то получим картину результирующего поля (рисунок 1.29). Как видно из этого рисунка поле при нагрузке смещается по направлению вращения в генераторе (Г) и против направления вращения в двигателе (М), распределяясь несимметрично относительно оси полюсов. Под набегающим краем полюса генератора поле ослабляется, а под сбегающим усиливается, в двигательном режиме - наоборот. Под воздействием поперечной реакции якоря физическая нейтраль (т.е. линия, на которой В=0), смещается на некоторый угол β и занимает положение mm . У современных машин с добавочными полюсами щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако вследствие неточной установки щеточной траверзы может иметь место некоторый сдвиг щеток относительно геометрической нейтрали. В этом случае распределение токов якоря относительно главных полюсов становится несимметричным (рисунок 1.30). МДС якоря Fa, направленную всегда по линии щеток, можно разделить на две составляющие: поперечную Faq, направленную по оси qq, и продольную Fad, направленную вдоль оси dd. При сдвиге щеток с нейтрали в направлении вращения якоря продольная МДС якоря генератора действует навстречу МДС возбуждения, т.е. размагничивает машину; а при сдвиге щеток против вращения МДС реакции якоря действует согласно с МДС возбуждения, т.е. намагничивает машину. В двигательном режиме получается обратная картина.

При сдвиге щеток с геометрической нейтрали возникает также реакция добавоч ных полюсов. В генераторах она воздает размагничивающий эффект при сдвиге щеток по направлению вращения якоря и намагничивающие – при сдвиге против вращения якоря. Добавочные полюса в этом случае начинают частично выполнять роль главных полюсов.

Рисунок 1.30 - Распределение поля реакции якоря при сдвиге щеток с нейтрали
Таким образом, под действием реакции якоря происходит изменение магнитного потока машины и перераспределение поля в воздушном зазоре. Это оказывает влияние на мгновенные значения ЭДС отдельных секций якоря и на результирующую ЭДС его обмотки. Для устранения вредного влияния реакции якоря на работу машины используются добавочные полюсы, последовательная и компенсационная обмотки.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.