Меню

Мдс якоря машины постоянного тока



Определение МДС реакции якоря

При определении МДС обмотки возбуждения, необходимой для создания нужного потока при нагрузке, необходимо учитывать влияние реакции якоря. Амплитуда первой гармоники МДС рeaкции якоря при токе фазы Iф

МДС реакции якоря Fa обычно разлагают на две составляющие: продольную Fd=Fa sinψ и поперечную Fq=Fa cosψ , где ψ – угол между векторами тока Iф и ЭДС холостого хода Ео. Одинаковые МДС обмотки возбуждения и якоря создают различные потоки, поэтому одну из МДС необходимо привести к другой. Так как при расчетах используют характеристику холостого хода E=f(Iво), то целесообразно МДС якоря привести к МДС обмотки возбуждения. При переходе от Fd и Fq к эквивалентным Fad и Faq используют коэффициенты kad и kaq:

Коэффициенты kad и kaq , зависящие от отношений bp/τ =α и δ/τ, находят по рис. 8.1.

Рис. 8.1 Рис. 8.2

Приближенно учет насыщения осуществляют следующим образом. Определяют коэффициенты χq и χd в функции отношения FδZa/Fδ (рис. 8.2), на которые умножают МДС Fad и Faq,чтобы получить их насыщенные значения F’ad и F’aq.

Для компенсации размагничивающего действия поперечной реакции якоря при насыщении магнитопровода увеличивают МДС обмотки возбуждения на некоторую величину Fqd . В случае δм/δ=1,5

Определение параметров обмотки статора

Для установившегося режима работы

Для построения диаграмм и расчета характеристик необходимо знать параметры обмотки статора.

Активное сопротивление обмотки статора, Ом,

где ρθ – удельное сопротивление медного проводника обмотки, равное

10 -6 /57, 10 -6 /47 и 10 -6 /41 Ом·м соответственно при температурах 20, 75, 115 °С; qэл·nэл – сечение эффективного проводника, м 2 ; – средняя длина витка обмотки статора, м.

В случае выполнения обмотки из прямоугольного провода длина лобовой части

где β=y1/τ – относительное укорочение шага обмотки статора; Si – допустимое расстояние между соседними катушками в лобовой части; В1 – вылет прямолинейной части катушек из паза (рис. 9.1). Параметры Si и В1 в зависимости Рис. 9.1

от номинального напряжения определяются по табл. 9.1.

Активное сопротивление фазы в относительных единицах

где – базовое сопротивление.

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы статора

где λпк, λл, λд – коэффициенты удельной (на единицу длины) магнитной проводимости пазового, лобового и дифференциального рассеяния.

UH, В Si, м B1, м
≤ 660 0,0035 0,025
До 3300 0,005 – 0,006 0,035 – 0,04
До 6600 0,006 – 0,007 0,04 – 0,05
≥ 10000 0,007 – 0,008 0,06 – 0,065

где – проводимость между стенками паза, а – проводимость по коронкам зубцов. Здесь h, h1, h2 – высоты частей паза, зависящие от площади паза, занятой медью, и определяемые внешними кромками крайних проводников сторон катушек без учета изоляции (рис. 9.2); при 2/3≤β

10.3. По из зависимости определяют отношение , по которому из рис. 8.2 находят коэффициенты χq, χd и k.

10.4. Определяют направление вектора результирующей ЭДС по продольной оси Erd и угол ψн. Для этой цели находят относительное значение МДС

где , отложив которое по оси абсцисс характеристики , на оси ординат получают ЭДС, равную Еaq*/cosψ. Добавляя эту ЭДС к вектору , получают точку Д, через которую пройдет линия, совпадающая с направлением Ėон. Угол между током İ* и этой линией является углом ψн.

10.5. Опустив перпендикуляр из конца вектора на линию ОД, находят ЭДС Еrd*, наводимую в обмотке якоря результирующим потоком по продольной оси Frd* = Еrd*. Из характеристики по Еrd* определяют МДС Frd* (рис. 10.2).

10.6. Определяют МДС продольной реакции якоря

10.7. По сумме Frd* + Fad* по характеристике определяют поток рассеяния полюса Фσ*.

10.8. По потоку полюса Фm*rdδ* из характеристики Фm*=f(Fmj*) определяют сумму магнитных напряжений ротора Fmj*.

10.9. Находят МДС обмотки возбуждения при нагрузке в относительных единицах

и в физических единицах (амперах) .

Из характеристики холостого хода по Fвн* определяют ЭДС Еон*, которая будет наводиться в обмотке статора потоком Фн* при холостом ходе, а затем находят изменение напряжения генератора ΔUн*=Eoн* -1.

Расчет обмотки возбуждения

Обмотку возбуждения синхронных машин подключают к источнику постоянного тока, в качестве которого до недавнего времени применялись специальные генераторы постоянного тока – возбудители.

В настоящее время для возбуждения синхронных машин все чаще применяют статические устройства, например, комплектные тиристорные возбудительные устройства (ТВУ), особенностью которых является бесконтактное и быстродействующее управление током возбуждения во всех эксплуатационных режимах и наличие автоматического регулирования напряжения. Это повышает надежность и КПД, а также улучшает использование машин. Со схемой и особенностями работы ТВУ можно ознакомиться в пособии [1].

При проектировании обмоток возбуждения для улучшения охлаждения и заполнения катушки медью стремятся увеличить сечение проводников обмотки и уменьшить число ее витков при соответствующем увеличении тока возбуждения. В связи с этим напряжение для питания обмотки возбуждения выбирают низким и в некоторых случаях нестандартным. Предварительно можно принять следующую шкалу напряжений: 25, 35, 46, 65, 80, 100, 115, 160, 200, 230 В, которая не является строго обязательной. В зависимости от конкретной схемы возбуждения напряжения могут выбираться иными. Меньшие значения напряжения выбирают для машин меньшей мощности. При наличии контактных колец и щеток напряжение на обмотке возбуждения Ue выбирают на 1-2 В меньше, чем напряжение ТВУ. Номинальный ток всех типов ТВУ равен 320 А.

Обмотки возбуждения машин мощностью свыше нескольких сотен киловатт выполняют однорядными (рис. 11.1) из прямоугольной голой меди сечением больше 30 мм 2 , намотанной на ребро, а ее МДС увеличивают (для компенсации технологических отклонений и проч.) на 10–20 % по сравнению со значением, полученным из векторной диаграммы для номинального режима:

Предварительное значение плотности тока Je выбирают в пределах (3,5–5,3)·10 6 A/м 2 , причем меньшие значения соответствуют машинам большей длины и большей мощности.

Сечение проводника обмотки возбуждения qe, м 2 , предварительно определяют по формуле , задавшись значением тока 320 А.

Величина напряжения на обмотке возбуждения (предварительно), В,

где ρ130 = 1/39·10 6 0м·м – удельное сопротивление меди при рабочей температуре обмотки возбуждения 130 °С и изоляции класса В; lеср средняя длина витка обмотки возбуждения

В приведенной формуле δ1 = (1,5–2)·10 -3 м – односторонняя толщина изоляции полюса (рис. 11.2); δ»– расстояние от центра закругления катушки с радиусом r, м,до края штампованной части полюса (табл. 11.1); be –ширина проводника обмотки, которую предварительно можно принять равной (0,05–0,1)τ.

bm, м До 0,1 0,1–0,12 0,12–0,15 0,15–0,2
δ», м 0,0125 0,015 0,02 0,03

По конструктивным и технологическим требованиям отношение размеров поперечного сечения проводника обмотки возбуждения должно быть не больше 10–15. Изоляция между витками состоит из двух слоев асбестовой бумаги общей толщиной после опрессовки 0,3 мм, приклеенной к широкой стороне проводника.

Читайте также:  Сила тока в рамке физика

Число витков в катушке полюса обмотки возбуждения

Меньший размер прямоугольного проводника определяют в зависимости от выбранной ранее высоты полюсного сердечника

где δn≈ 0,3·10 -3 м – толщина изоляции между витками;

δкп=(10–15)·10 -3, м – суммарная толщина изоляции обмотки от полюсного наконечника и ярма ротора (большие значения соответствуют более крупным машинам).

Рис. 11.1 Рис. 11.2

Возможный размер широкой стороны провода, м,

Затем по табл. 6.1 выбирают близкие к найденным размеры стандартной прямоугольной меди ae×be и определяют ее уточненное сечение qe=ae×be. После этого по формуле для расчёта уточняют напряжение питания обмотки возбуждения и с учётом падения напряжения 1-2 В в щёточном контакте выбирают из предложенной выше шкалы напряжений ближайшее большее значение.

Затем необходимо уточнить высоту сердечника полюса hm и проверить минимальное расстояние между катушками соседних полюсов

которое должно быть не менее 7 мм.

После окончательного установления размеров обмотки возбуждения уточняют размеры полюса и, при необходимости, среднюю длину витка. Затем определяют активное сопротивление обмотки возбуждения при 130 и 75 °С.

Ток обмотки возбуждения при номинальной нагрузке и температуре 130 °С.

МДС обмотки возбуждения при 130 0 С

Проверяют коэффициент запаса возбуждения, который должен быть в пределах 1,1–1,25:

После этого уточняют плотность тока

и определяют превышение температуры, °С,

где – линейная скорость ротора, м/с.

Допустимое превышение равно 90 и 110 °С соответственно при изоляции классов нагревостойкости В и F. Расчетное значение Δθе рекомендуется принимать на 5–15 °С меньше допустимого.

Если превышение температуры получится больше или, наоборот, много меньше допустимого, необходимо осуществить пересчет обмотки возбуждения, что может потребоваться и в том случае, если расстояние x будет мало или отрицательно.

При пересчете следует попытаться изменить значения следующих величин: плотности тока в обмотке, соотношения между сторонами прямоугольного проводника, высоты и, в небольших пределах (до 6 %), ширины полюсного наконечника, сечения проводника за счет изменения Ue, воздушного зазора машины.

Источник

Реакция якоря машины постоянного тока

При работе машины в режиме холостого хода ток в обмотке якоря практически отсутствует, поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения Fв0. Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 14, а). График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре представляет собой кривую, близкую к трапеции.

Если же машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины МДС якоря Fa. Допустим, что МДС возбуждения равна нулю и в машине действует лишь МДС якоря. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС, будет иметь вид, представленный на рис. 14, б. Из рисунка видно, что МДС обмотки якоря направлена по линии щеток (в данном случае по геометрической нейтрали). Несмотря на то что якорь вращается, пространственное положение МДС обмотки якоря остается неизменным, так как направление этой МДС определяется положением щеток.

Наибольшее значение МДС якоря — на линии щеток (рис. 14, б, график 1), а по оси полюсов эта МДС равна нулю. Однако распределение магнитной индукции в зазоре от потока якоря совпадает с графиком МДС лишь в пределах полюсных наконечников. В межполюсном пространстве магнитная индукция резко ослабляется (рис. 14, б, график 2). Объясняется это увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном пространстве. МДС обмотки якоря на пару полюсов пропорциональна числу проводников в обмотке N и току якоря Iа:

Таким образом, в нагруженной машине постоянного тока действуют две МДС: возбуждения Fb и якоря Fa.

Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

Рис. 14. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции в воздушном зазоре окружности по наружному диаметру якоря Da:

На рис. 14, в показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генераторном режиме при вращении якоря по часовой стрелке. Такое же распределение магнитных линий соответствует работе машины в режиме двигателя, но при вращении якоря против часовой стрелки.

Если принять, что магнитная система машины не насыщена, то реакция якоря будет лишь искажать результирующий магнитный поток, не изменяя его: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения, подмагничиваются; другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения, размагничиваются. При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов на некоторый угол, а физическая нейтраль mm 1 (линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали пп’ на угол α. Чем больше нагрузка машины, тем сильнее искажение результирующего поля, а следовательно, тем больше угол смещения физической нейтрали. При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателемпротив вращения якоря.

Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физической нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послужить причиной усиления искрения на коллекторе. Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 19, в показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 14, а, б. Из этого графика следует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в моменты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значений магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает напряжение между смежными коллекторными пластинами UK. При значительных нагрузках машины напряжение UK может превзойти допустимые пределы и миканитовая прокладка между смежными пластинами будет перекрыта электрической дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита будут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или значительную его часть, — явления, чрезвычайно опасного.

Влияние реакции якоря на работу машины усиливается при смещении щеток с геометрической нейтрали. Если машина работает в генераторном режиме, то при смещении щеток в направлении вращения якоря продольная составляющая МДС якоря действует встречно МДС обмотки возбуждения Fв0, что ослабляет основной магнитный поток машины.Если машина работает в двигательном режиме, то при смещении щеток по направлению вращения. якоря продольная составляющая МДС якоря Fad подмагничивает машину, а при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая Fad размагничивает машину. |

Читайте также:  Определить рабочий ток для асинхронного двигателя

Источник

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

date image2015-02-15
views image1431

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Режим холостого хода. Магнитный поток при холостом ходе в машине создается только МДСFв обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток Фв при симметричном воздушном зазоре между якорем и сердечником главного полюса распределяется симметрично относительно продольной оси машины (рис. 8.21).

Зависимость магнитного потока возбуждения Фв от МДС Fв (магнитная характеристика — рис. 8.22) для машин постоянного тока подобна магнитной характеристике для синхронных машин. Однако при проектировании машин постоянного тока допускают большие индукции на участках магнитной цепи (в зубцах, якоре, станине и полюсах), чем в синхронных машинах, вследствие чего для них коэффициент насыщения kнас = F/Fδ = ab/ac = 1,2 ÷ 2. Расчет магнитной цепи машины постоянного тока производят так же, как и для машин переменного тока (см. § 3.7).

Реакция якоря. При работе машины под нагрузкой по обмотке якоря проходит ток, вследствие чего возникает МДС якоря. Воздействие МДС якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Для упрощения анализа явления реакции якоря будем пренебрегать насыщением магнитной цепи машины и считать, что МДС Fв обмотки возбуждения и МДС Faqобмотки якоря расходуются на преодоление магнитными потоками воздушного зазора. В этом случае вместо указанных МДС можно рассматривать соответствующие потоки: возбуждения Фв и реакции якоря Фaq .

Рис. 8.21. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме холостого хода: 1 — полюс; 2 — обмотка возбуждения; 3 — якорь; 4 — корпус (станина)
Рис.8.22. Магнитная характеристика машины постоянного тока (а) и графикдля определения размагничивающего действия поперечного поля реакции якоря (б)
Рис. 8.23. Характер магнитного поля машины постоянного тока,: создаваемые обмоткой возбуждения (а), обмоткой якоря (б)и результирующего поля (в)

При холостом ходе магнитный поток возбуждения направлен по продольной оси машины (рис. 8.23, а). При работе под нагрузкой магнитный поток Фaq , созданный МДС якоря Faq , в двухполюсной машине при установке щеток на геометрической нейтрали направлен по поперечной оси машины (см. рис. 8.23,б), поэтому магнитное поле якоря называют поперечным. В результате действия реакции якоря симметричное распределение магнитного поля машины относительно оси главных полюсов искажается и результирующее поле оказывается смещенным к одному из краев каждого главного полюса (см. рис. 8.23, в). При этом физическая нейтраль О’ —О’ (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали О — О на некоторый угол β. В генераторах (обозначениеГ на рис. 8.23, в) физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря; в двигателях(обозначение Д) — против направления вращения.

Чтобы построить кривую Врез = f(х) распределения результирующей индукции вдоль окружности якоря, применим метод суперпозиции. Его можно использовать, если пренебречь насыщением магнитной цепи машины и считать, что МДС Fв и Faq расходуются на компенсацию разности магнитных потенциалов в воздушном зазоре. Так как обмотка возбуждения является сосредоточенной, то кривая распределения создаваемой ею МДС F’в =f(x) имеет форму прямоугольника, где F’в = 0,5Fв — МДС, приходящаяся на один воздушный зазор. В этом случае кривая индукции Вв = f(x) имеет форму криволинейной трапеции (рис. 8.24, а).

Для построения кривой МДС Faqx = f(x) и создаваемой ею индукции Baqx =f(x) примем,

Рис. 8.24. Кривые распределения индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока

что обмотка якоря равномерно распределена по его окружности. Тогда на основании закона полного тока МДС якоря, действующая вдоль контура обхода через точки воздушного зазора на расстояния х от оси главных полюсов,

а МДС, приходящаяся на один зазор,

где А = ia N/(πDa ) — линейная нагрузка якоря (число ампер, приходящихся на 1 см окружности якоря).

Следовательно, МДС якоря Faqxизменяется линейно вдоль его окружности (рис. 8.24, б); под серединой главного полюса она равна нулю, а в точках, где установлены щетки, имеет максимальное значение. При ненасыщенной магнитной системе магнитная индукция в воздушном зазоре

где δx — величина воздушного зазора в точке х.

Из (8.12) следует, что под полюсом при
δx = const индукция Baqx изменяется линейно вдоль окружности якоря. Но в межполюсном пространстве резко возрастает длина магнитной силовой линии, т. е. воздушный зазор δx , и поэтому резко уменьшается индукция Baqx = f(x). В результате кривая распределения индукцииBaqx = f(x) приобретает седлообразную форму.

Кривую распределения результирующей индукции Врез = f(x) можно получить алгебраическим сложением ординат кривых Bв = f(x) и
Baqx = f(x). Как видно из рис. 8.24, в, эта кривая имеет пики индукции Вmax под краями главных полюсов.

Таким образом, реакция якоря оказывает неблагоприятное влияние на работу машины постоянного тока: а) физическая нейтраль О’ — О’ (см. рис. 8.23, в) смещается относительно геометрической нейтрали О — О на некоторый угол β; б) искажается кривая распределения индукции Врез = f(x) в воздушном зазоре и возрастает индукция под одним из краев главных полюсов, что ведет к повышению напряжения в секциях, когда их стороны проходят зоны с увеличенной индукцией. Кроме того, как показано ниже, результирующий магнитный поток машины при насыщенной магнитной цепи уменьшается.

Размагничивающее действие поперечного поля реакции якоря. Если магнитная цепь машины не насыщена, то кривая результирующей индукции в воздушном зазоре под действием реакции якоря искажается (рис. 8.24, в), однако площадь ее остается равной площади кривой индукции при холостом ходе (рис. 8.24, а). Следовательно, результирующий поток Фрез при нагрузке равен потоку Фв при холостом ходе. Однако при насыщенной магнитной цепи реакция якоря уменьшает поток Фрез . Чтобы установить влияние МДС Faq на величину потока Фрез , рассмотрим зависимость результирующей индукции Врез в воздушном зазоре от результирующей МДС Fрезx = Fв ± Faqx , действующей в некоторой точке х зазора (рис. 8.22,б).

Примем, что в машине насыщены только зубцы якоря. Тогда МДС Fв расходуется на преодоление магнитного сопротивления одного воздушного зазора и одного зубцового слоя. В точках, лежащих под серединой полюсов, эта МДС создает индукцию Вср = Вв , так как в этих точках Faqx = 0. По мере приближения к одному из краев полюса N, например к правому, индукция Врез возрастает до величины Впрх , так как здесь действует МДС F’в+ Faqx ; при приближении к другому краю того же полюса (в данном случае к левому) индукция уменьшается до Влевх , так как здесь действует МДС F’в — Faqx . Однако из-за нелинейного характера зависимостиВрез = f(x) прирост индукции Впрху правого края полюса меньше, чем снижение индукции Влевх у левого края, вследствие чего результирующий поток машины уменьшается (см. косую штриховку в кривой индукции на рис. 8.24, в). Снижение магнитного потока под действием МДС якоря обычно невелико и составляет всего 1 — 3%, однако оно существенно влияет на характеристики генераторов постоянного тока и приводит к уменьшению ЭДС Е машины при нагрузке по сравнению с ЭДС Е при холостом ходе.

Читайте также:  Реле тока для чего оно служит

Если машина работает при небольших токах возбуждения, т. е. на прямолинейной части (машина не насыщена), то реакция якоря размагничивающего действия не оказывает. Аналогичный эффект получается и при значительном насыщении, когда машина снова работает на прямолинейном участке магнитной характеристики.

Реакция якоря при сдвиге щеток с геометрической нейтрали.Вэтом случае окружность якоря с обмоткой можно разделить на четыре зоны (рис. 8.25). Две из них охватывают стороны секций в пределах угла 2α и образуют продольную МДС Fad = (2α/π) А, а две другие охватывают стороны секций в пределах угла (π — 2α) и образуют поперечную МДС Faq = (π — 2α) А/π.

Рис. 8.25. Схемы возникновения продольной (а) и поперечной (б) МДС якоря при сдвиге щеток с геометрической нейтрали

Продольная МДС Фaq создает продольный поток Фad , который может сильно увеличивать или уменьшать результирующий магнитный поток машины Фрез в зависимости от того, совпадает МДС Faq с Fв или направлена против нее. Направление определяется тем, в какую сторону сдвинуты щетки. Если щетки сдвинуты по направлению вращения генератора или против направления вращения электродвигателя, то продольная МДС Fad размагничивает машину. При сдвиге щеток в обратном направлении МДС Fad подмагничивает машину. Свойство продольной МДС Fad изменять результирующий магнитный поток Фрез используется в некоторых специальных машинах, например в электромашинных усилителях с поперечным полем. Поперечная МДС Faq создает магнитный поток Фaq ; она действует на поток Фрез так же, как и при расположении щеток на геометрической нейтрали.

Источник

Магнитное поле машины постоянного тока

На холостом ходу в машине постоянного тока основной магнитный поток создается только МДС обмотки возбуждения основных полюсов. При нагрузке, когда по обмотке якоря протекает ток, возникает МДС якоря, взаимодействующая с основной МДС возбуждения. Магнитный поток Ф под нагрузкой есть результирующий поток, созданный результирующей МДС возбуждения и якоря.

Воздействие МДС якоря на основную МДС называется реакцией якоря. Реакция якоря искажает магнитное поле, делает его несимметричным относительно оси полюсов. Для ее анализа при ненасыщенной магнитной цепи пользуются методом наложения.

Линейная нагрузка якоря:

,
где – число витков проводников обмотки; – ток в одном проводнике на единицу длины окружности якоря.

Так как щетки находятся на геометрической нейтрали и шаг обмотки , то якорь можно представить в виде, показанном на рисунке 4.10.

Рис. 4.10. МДС (1) и магнитная индукция (2) поля якоря.

Линии поля якоря располагаются вокруг осевой линии полюса симметрично по обе ее стороны. Пусть одна из таких линий находится на расстоянии х от средней точки. Полный ток, охватываемый этим контуром (МДС линий, составляющих магнитное поле):

.

Кривая МДС якоря представит собой ломаную линию 1 (см. рисунок 4.10), проходящую через ось абсцисс в средней точке между щетками и достигающую максимума над каждой из щеток, т.е. при . Тогда

.

Линия поля 2 раза проходит через зазор и замыкается по якорю и полюсному наконечнику. Сопротивление стали невелико, им можно пренебречь и считать, что сопротивление линии определяется только сопротивлением двойного зазора. Тогда

.

Поле якоря изображают в виде вектора, занимающего то или иное положение в пространстве в зависимости от положения щеток.

Если щетки стоят по линии геометрической нейтрали, см. рисунок 4.11, в основном положении, то поле якоря называется поперечным (направленным под углом 90° к осевой линии основных полюсов). Наоборот, при сдвиге щеток с нейтрали па угол ±90°, (на ), поле становится продольным по отношению к оси полюсов. Его напралвение определяется полярностью щеток. Продольная и поперечная МДС якоря соответственно:

и .

Рис. 4.11. МДС поперечной и продольной реакции якоря.

В общем случае щетки могут быть сдвинуты с нейтрали на угол , что соответствует дуге по окружности якоря. При этом якорь можно рассматривать как два совмещенных ортогонально расположенных электромагнита: продольного и поперечного, – с МДС

и .

В машине, работающей под нагрузкой, МДС якоря взаимодействует с МДС основных полюсов, образуя результирующую МДС машины. В общем случае результирующий магнитный поток машины нельзя рассматривать как образованный независимым действием продольной и поперечной МДС из-за насыщения магнитной цепи.

Рассмотрим несколько важных случаев реакции якоря.

Предположим, что машина работает в режиме генератора и вращается против часовой стрелки с некоторой постоянной частотой вращения.

1. Щетки стоят на нейтрали. Магнитная индукция под набегающим краем полюса уменьшается – реакция якоря размагничивающая, а под сбегающим краем полюса увеличивается – реакция якоря намагничивающая.

В ненасыщенной машине размагничивание под набегающим краем компенсируется намагничиванием под сбегающим краем полюса. Результирующимй магнитный поток остается неизменным по величине, но смещается на некоторый угол по направлению вращения якоря. Точки, в которых кривая результирующего поля машины проходит через нуль, определяют положение физической нейтрали. При холостом ходе (отсутствии тока якоря) физическая нейтраль совпадает с геометрической, а при нагрузке – смешается по направлению вращения.

В действительности, по причине насыщения магнитной цепи, намагничивание (увеличение магнитной индукции) под сбегающим краем полюса не настолько велико как размагничивание под набегающим, поэтому результирующий магнитный поток вследствие реакции якоря несколько уменьшается.

2. Щетки сдвинуты с нейтрали по направлению вращения якоря. Имеем поперечную и продольную МДС якоря. Поперечная МДС искажает основное поле так же, как и в рассмотренных двух первых случаях. Продольная МДС действует размагничивающе. То есть в генераторе при сдвиге щеток по направлению вращения якоря возникает продольно-размагничивающая МДС якоря.

3. Щетки сдвинуты с нейтрали против направления вращения якоря. В генераторе возникает продольно-намагничивающая МДС якоря. В двигателе, в отличие от генератора, ток якоря течет против направления индуцируемой в якоре ЭДС, а в генераторе – по направлению. Поэтому МДС якоря двигателя действует в обратном направлении по сравнению с МДС якоря генератора.

Если машина работает генератором, то индуцируемая в ней ЭДС:

,
где – напражение на зажимах генератора; – падение напряжения в цепи якоря. При номинальных условиях работы падение напряжения составляет обычно 3-10 % от . При нагрузке нужно учитывать размагничивающую МДС якоря . Тогда МДС на одну пару полюсов:

,
где сумме МДС отдельных участков магнитной цепи: воздушного зазора ; зубщов ; якоря с учетом продольной и поперечной реакции , , ; полюсов ; ярма . Для всей машины значение МДС будет больше в раз.

Источник