Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 9.12
227
В машинах со смешанным возбуждением на каждом сердечнике главного полюса расположены две обмотки (рис. 9.12, г), одна wnap соединяется с цепью якоря параллельно, а другая и>пос — последовательно. Обычно обмотки включаются согласно и в зависимости от соотношения их МДС преобладают свойства машины с параллельным или последовательным возбуждением.
9.5. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока
Провод в пазу сердечника вращающегося якоря машины постоянного тока (рис. 9.13) пересекает силовые линии магнитного поля главного полюса и в нем индуцируется ЭДС, среднее значение которой равно
Ф
E1 = BIv = —V, т
где B= Ф/к — среднее значение магнитной индукции под полюсом в пределах ширины полюсного деления х; Ф — магнитный поток одного главного полюса; luv — длина и окружная скорость провода в пазу сердечника якоря.
Если частота вращения якоря машины п, об/мин, то окружная скорость его проводов в пазах сердечника равна
V = nDn/60 = 2рхп/60,
где р — число пар полюсов машины и учтено, что длина окружности якоря с внешним диаметром D равна nD = %2р.
Обмотка якоря состоит из N активных проводов. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельные ветви, в каждой из которых последовательно соединяются N/2a активных провода.
Следовательно, ЭДС якоря равна ЭДС одной параллельной ветви
Ея = ЕхН/(2а),
или
^=1KQ*-?- = сЕФп, (9.5) а 60
где сЕ — постоянная величина для данной машины.
В генераторе ЭДС якоря возбуждает ток в цепи якоря 1Я и совпадает с ним по направлению (см. рис. 9.9, г). В двигателе ЭДС Ея направлена против тока 1Я (см. рис. 9.11, в) и называется противоЭДС.
Рис. 9.13
228
Значение ЭДС якоря можно регулировать, изменяя магнитный поток главных полюсов или частоту вращения якоря.
При работе машины постоянного тока в режиме генератора (двигателя) взаимодействие тока якоря с магнитным полем главных полюсов создает тормозной (вращающий) момент. Направление передачи энергии в этих режимах разное, но природа электромагнитных моментов, действующих на якорь, одна и та же.
На каждый из N активных проводов обмотки якоря в течение времени его движения под полюсами машины действует средняя сила F1 = BIL Сумма этих сил создает электромагнитный момент, действующий на якорь:
M эы =^ NBIl.
После подстановки соотношений 7 = IJla, B= Ф//т и nD= 2рт получим
Л/зм=^-^Ф/я=смФ/я, (9.6а)
2к а
где см = сЕ- 60/(2я) — постоянная величина для данной машины, или, с учетом (9.5),
M3n=^, (9.66)
где QBp = 2тш/б0— угловая скорость вращения якоря.
9.6. Реакция якоря в машинах постоянного тока
Реакцией якоря называется действие тока в цепи якоря на магнитное поле машины. Рассмотрим явления, сопровождающие реакцию якоря в двухполюсной машине. На рис. 9.14 условно показаны стороны секций обмотки якоря, а не ее витки, и щетки, опирающиеся на якорь в области коммутируемых проводов секций. В действительности щетки опираются на коллектор и расположены на оси симметрии главных полюсов (см. рис. 9.6 и 9.7).
При разомкнутой цепи якоря, т.е. токе 1Я = 0, магнитное поле машины создается только током возбуждения /в в обмотке главных полюсов. Оно симметрично по отношению к оси сердечников полюсов и под полюсными наконечниками почти равномерно (рис. 9.14, а). Геометрическая нейтраль n—rf — линия, перпендикулярная оси полюсов и разделяющая якорь по диаметру на области северного и южного полюсов, совпадает в этих условиях с физической нейтралью т—т' — линией, проходящей через точки на
229
Рис. 9.14
окружности якоря, в которых магнитная индукция равна нулю. Щетки находятся на геометрической нейтрали.
Если ток в обмотке якоря не равен нулю, то якорь представляет собой электромагнит с осью симметрии, проходящей через щетки (рис. 9.14, б). При расположении щеток на геометрической нейтрали оси симметрии магнитных полей главных полюсов и якоря перпендикулярны. Такое поле реакции якоря называется поперечным. Если щетки смещены относительно геометрической нейтрали, то возникнет и продольное поле реакции якоря.
Наложение магнитных полей главных полюсов и якоря создает результирующее магнитное поле машины (см. рис. 9.14, в), которое становится несимметричным относительно оси главных полюсов. Физическая нейтраль смещается относительно геометрической нейтрали на угол ? в направлении (против направления) вращения якоря в генераторном (двигательном) режиме работы машины.
Рассмотрим распределение магнитной индукции под полюсными наконечниками и щетками, расположенными на геометрической нейтрали, вследствие реакции якоря. При отсутствии реакции якоря (см. рис. 9.14, а) магнитная индукция поля главных полюсов распределяется под полюсными наконечниками равномерно и равна нулю под щетками (рис. 9.15, зависимость 1).
МДС контуров магнитных линий (штриховые линии на рис. 9.14, б) пропорциональна числу охваченных ими витков с током 1Я и изменяется вдоль окружности якоря линейно (см. рис. 9.15, зависимость 2). Эта МДС определяет магнитное напряжение, а следовательно, и индукцию вдоль воздушных участков магнитных линий, длины которых малы, постоянны под полюсными наконечниками и сильно возрастают в промежутке между ними. Вследствие этого распределение магнитной индукции поля ре-
