Л 11. Тема: «Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке»

Значение индукции в машинах постоянного тока.

Участок магнитной цепи	Значения индукции, Тл
Сердечник якоря	1,0... 1,5
Зубцы якоря в наименьшем сечении	1,8... 2,5
Полюс	1,2... 1,6
Ярмо станины:
а) стальное литье и стальной прокат	1,1... 1,2
б) чугунное литье	0,5... 0,7
Воздушный зазор	0,5... 1,0

При индукции в стали более 1,7... 1,8 Тл магнитное сопротивление стальных участков магнитопровода сильно возрастает и характеристика холостого хода становится нелинейной.

k_нас=ав/ас=1,1... 1,4

§1. Реакция якоря.

При работе машины на холостом ходу в ней существует основная намагничивающая сила F_в, созданная обмоткой возбуждения (индуктором) (рис.1). При нагрузке по обмотке якоря протекает значительный ток, который создает свою намагничивающую силу. Картина этого поля при установке щеток на геометрической нейтрали и при отсутствии возбуждения показана на рисунке 2. При холостом ходе магнитный поток возбуждения направлен по продольной оси машины.

Рис.1. Магнитное поле индуктора.

Рис.2. Магнитное поле якоря.

При работе под нагрузкой магнитный поток Ф_aq, созданный м.д.с. якоря F_aq при установке щеток на геометрической нейтрали, направлен по поперечной оси машины. Поэтому магнитное поле якоря называют поперечным.

Как видно из рисунка, ось поля якоря направлена по оси щеток 1-1. Развиваемый в машине электромагнитный момент можно рассматривать как результат взаимодействия полюсов поля якоря и полюсов поля возбуждения (рис.2 и 1).

Воздействие намагничивающей силы якоря на основную намагничивающую силу генератора называется реакцией якоря.

а) Поперечная реакция якоря.

При установке щеток на геометрической нейтрали 1-1 поле якоря направлено поперек оси полюсов, и в этом случае она называется полем поперечной реакции якоря. Это приводит к ослаблению поля под одним краем и усиление его под другим краем полюса.

1-1 – геометрическая нейтраль, где индукция равна нулю;

2-2 – физическая нейтраль.

Результирующее поле поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе – в обратную сторону.

Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности якоря, на которой В_δ=0, поворачивается из положения геометрической нейтрали 1-1 на некоторый угол β в положение 2-2, которое называется линией физической нейтрали.

Имеется два главных положения щеток:

1. щетки на геометрической нейтрали (рассмотрено выше);

2. щетки на осевой линии полюсов, т.е. сдвинуты с линии геометрической нейтрали на 90 электрических градусов. Поле реакции якоря действует и направлено вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря.

В зависимости от направления тока якоря оно может быть либо намагничивающим, либо размагничивающим. Такое поле дает результирующий электромагнитный момент, равный нулю, э.д.с. также равна нулю.

Общий случай реакции якоря.

Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако, могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α, причем 0<α<90° электрических. В таком случае поверхность якоря на протяжении двойного полюсного деления можно разбить на 2 пары симметричных секторов:

1. аб и гв;
2. аг и бв.

Токи первой пары секторов создают поле поперечной реакции якоря с намагничивающей силой F_aq,

а токи второй пары – поле продольной реакции якоря с размагничивающей силой F_ad.

Как следует из последнего рисунка, при повороте щеток генератора в направлении вращения и щеток двигателя против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая уменьшение потока полюсов. При сдвиге щеток в обратном направлении возникает намагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая увеличение потока полюсов. С определением величины реакции якоря связана линейная токовая нагрузка якоря.

§2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины.

Рассмотрим вопросы количественного учета влияния реакции якоря на магнитный поток машины. При этом для простоты примем следующие допущения:

1. якорь не имеет пазов, однако влияние пазов на магнитное сопротивление зазора учитываем введением в рассмотрение эквивалентного воздушного зазора δ^’=k_δ∙δ.
2. проводники якоря распределены равномерно по окружности якоря.

Получаемые при этом результаты достаточно точны для практических цепей.

На рисунке изображена машина в развернутом виде на протяжении двойного полюсного деления, причем установлены на геометрической нейтрали. Характер возникающего поля поперечной реакции якоря также показан на рисунке. Величины, относящиеся к поперечной реакции якоря, будем обозначать индексами aq, а к продольной реакции – индексами ad.

Применим закон полного тока

к линии магнитной индукции, пересекающей зазор в пределах полюсного наконечника на расстоянии Х от центра полюса.

4 – кривая индукции с учетом насыщения;

2 – распределение индукции поля возбуждения в зазоре;

3 – результирующее поле (сложение ординат кривых 1и 2).

Предположим:

1. в стальных участках магнитной цепи μ_с=∞ и поэтому в стали Н=0.
2. вдоль магнитной линии в воздушном зазоре Н_aqx=const.

Тогда вместо указанного соотношения получим

2 Н_aqx∙δ^’=2А_а∙Х,

где А_а – линейная нагрузка якоря.

Н_aqx=

В_aqx=μ₀∙ Н_aqx=,

где λ_х= - магнитная проводимость зазора на единицу площади;

F_aqx= - намагничивающая сила поперечной реакции якоря в точке Х;

F_aqm=- максимальное значение намагничивающей силы.

Кривая В_aqx повторила бы кривую F_aqx. Однако, в междуполюсном пространстве магнитная проводимость λ_х= уменьшается и индукция принимает вид, показанный на рисунке (кривая 4).

Один край полюса насыщается, что приводит к уменьшению магнитного потока. В этом случае говорят о размагничивающем действии реакции якоря.

2.1. Борьба с отрицательными влияниями реакции якоря.

Эффективным средством борьбы с искажением поля является компенсационная обмотка. Она размещается в пазах наконечников полюсов и соединяется с якорем последовательно.

Если А_а=А_ко, то поперечная реакция якоря в пределах полюсного наконечника устраняется полностью в машинах >80... 100 кВт, U_н>400... 450 В.

Дата добавления: 2014-01-13