WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Издание четвертое, переработанное и дополненное Москва «Высшая школа» 2003 УДК 621.313 31.26 30 Рецензент: Е. П. вечерний электромеханический техникум им. Л. Б. Красина) М. ...»

-- [ Страница 3 ] --

В процессе работы турбогенератора на его ротор действуют значительные центробежные силы. Поэтому по условиям механи ческой прочности в турбогенераторах применяют Рис Турбогенератор:

— возбудитель, 2 — корпус. 3 — сердечник статора, 4 - секции водородного охлаждения, 5 ротор люсный ротор, имеющий вид удлиненного стального цилиндра с профрезерованными на поверхности продольными пазами для об мотки возбуждения (см. рис. 19.3, б). Сердечник ротора изготовляют в виде цельной стальной поковки вместе с хвостовиками (концами вала) или же делают сборным. Обмотка возбуждения неявнополюсного ротора занимает лишь его по верхности (по периметру). Оставшаяся поверхности образует полюсы. Для защиты лобовых частей обмотки ротора от разруше ния действием центробежных сил ротор с двух сторон прикрыва ют стальными бандажными кольцами (каппами), обычно из немагнитной стали.

Турбогенераторы (рис. 19.5) и дизель-генераторы изготовляют горизонтальным расположением вала. Дизель-генераторы рас считывают на частоту вращения об/мин и выполняют с явнополюсным ротором (рис.

Большую группу синхронных машин составляют синхронные двигатели, которые обычно изготовляются мощностью до не скольких тысяч киловатт и предназначены для привода мощных вентиляторов, мельниц, насосов и других устройств, не требую щих регулирования частоты вращения. Рассмотрим устройство синхронного двигателя серии (рис. 19.7). Двигатели этой серии изготовляются мощностью от до 4000 кВт при частотах вращения от до об/мин и предназначены для включения в сеть частотой 50 Гц при напряжении 6 кВ.

Сердечник статора 4, запрессованный в стальной корпус, со стоит из пакетов-сегментов, собранных из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для лучшего охлаж Рис Синхронный генератор (дизель-генератор):

1 — контактные кольца, 2 — щеткодержатели, 3 — полюсная катушка ротора, 4 — полюсный наконечник, 5 — сердечник статора, 6 — вентилятор, 7 — вал дения двигателя пакеты разделены радиальными вентиляционны ми каналами шириной по 10 мм. Обмотка статора 12 двухслойная с укороченным шагом (см. гл. 7). Сердечники полюсов 11 ротора крепятся к остову 3 шпильками 5. Обмотка ротора состоит из по люсных катушек. Контактные кольца 8 крепятся на конце вала. На роторе имеются лопатки б центробежного вентилятора. Стояковые подшипники скольжения 2 7 установлены на подшипниковых полущитах 7 и Р. Двигатель с торцовых сторон прикрыт сталь ными щитами 13. В обшивке 10 корпуса имеются вентиляцион ные окна, прикрытые жалюзи. На боковой поверхности корпуса расположена коробка выводов 14. Возбуждение двигателей Рис 19.7. Устройство двигателя серии осуществляется от тиристорных преобразователей с автоматиче ским регулированием тока возбуждения при пуске и остановке двигателей.

На рис. 19.8 показано более подробно устройство элемента синхронного двигателя, характерное для большинства конструк ций. На вал 1 посажен шихтованный обод 2, на котором посредст вом Т-образного хвостовика крепится сердечник полюса 3, выпол Рис Полюс синхронного двигателя заодно с полюсным наконечником. Сердечники полюсов изготовлены из штампованных листов конструкционной стали толщиной 1,0 или 1,5 мм. Хвостовик полюса запирается в про дольном пазе обода посредством клиньев Р. Возможно также крепление полюсов к ободу посредством «ласточкина хвоста» (см. рис. 19.3) или шпилек. Стальные щеки 4, стягиваемые шпильками, предотвращают распушение пакета полюса ротора.

Щеки имеют заплечики, удерживающие полюсную катушку ротора 5.

пазах полюсных наконечников расположены латунные или медные стержни б пусковой (успокоительной) обмотки, замкнутые с двух сторон сегментами 7.

Между наружной поверхностью полюсного наконечника и внутренней поверхностью сердечника статора 8 имеется воздуш ный зазор. По оси полюса этот зазор 8 минимален, а на краях — максимален Такая конфигурация полюсного наконечника не обходима для синусоидального распределения магнитной индук ции в воздушном зазоре. Она достигается тем, что поверхность полюсного наконечника имеет радиус -25)/2, где — диаметр расточки сердечника статора.

§ 19.3. Охлаждение крупных синхронных машин В крупных электрических машинах применяют замкнутую систему охлаждения с использованием водорода в каче стве охлаждающего газа. Особые свойства водорода обеспечивают водородному охлаждению ряд преимуществ:

1. Технический водород более чем в десять раз легче воздуха, что способствует снижению потерь на вентиляцию, а следователь но, повышает КПД машины. Например, в турбогенераторе мощно стью 150 тыс. кВт потери на вентиляцию при воздушном охлаж дении составляют 1000 кВт, а при водородном охлаждении турбогенератора такой же мощности эти потери составляют всего лишь 140 кВт, т. е. более чем в семь раз меньше.

2. Благодаря повышенной теплопроводности водорода, кото рая в раз больше, чем у воздуха, он интенсивнее охлаждает машину. Это дает возможность при заданных габаритах изгото вить машину с водородным охлаждением мощностью на 25% больше, чем при воздушном охлаждении.

3. Водородное охлаждение снижает опасность возникновения пожара в машине потому, что водород не поддерживает горения.

4. Водородное охлаждение увеличивает срок службы изоля ции обмоток, так как при явлении короны благодаря отсутствию азота в машине не образуются нитраты — соединения, разъедаю щие органические составляющие изоляционных материалов.

Эффективность водородного охлаждения повышается с рос том давления водорода в машине. Но наряду с перечисленными достоинствами водородное охлаждение имеет и недостатки, сущ ность которых сводится к тому, что водородное охлаждение ведет к усложнению и удорожанию как самой машины, так и ее экс плуатации. Объясняется это, в первую очередь, необходимостью содержания целого комплекса устройств водородного хозяйства, обеспечивающего подпитку, очистку и поддержание требуемого давления водорода в системе охлаждения машины. Однако в ма шинах большой единичной мощности (турбогенераторах, гидро генераторах, синхронных компенсаторах) водородное охлаждение оправдано и дает большой экономический эффект.

Рассмотренные способы охлаждения машин являются кос венными, так как происходят без непосредственного контакта ох лаждающего вещества с наиболее нагретыми элементами машины — обмотками. Отбор теплоты от обмоток при этих способах ох лаждения происходит через электрическую изоляцию (в лобовых частях) и сталь магнитопровода, что снижает эффективность про цесса охлаждения. Поэтому более эффективным является не посредственное охлаждение обмоток и других нагреваемых эле ментов машины. Для осуществления этого способа охлаждения в проводниках обмотки и сердечниках делают внутренние каналы, по которым циркулирует охлаждающее вещество — водород, во да, масло.

Непосредственный контакт охлаждающего вещества с про водниками обмоток и внутренними слоями магнитопроводов по вышает интенсивность теплоотвода и позволяет существенно уве личить удельные электромагнитные нагрузки машины (плотность тока и максимальное значение магнитной индукции). Обычно не посредственное охлаждение применяют в электрических машинах весьма большой мощности — турбо- и гидрогенераторах, что по зволяет значительно увеличить единичную мощность этих Контрольные вопросы Какие существуют способы возбуждения синхронных машин?

Объясните назначение тиристорного преобразователя в системе самовозбу ждения синхронного генератора.

3. Объясните устройство явнополюсных и неявноплюсных роторов.

4. Объясните устройство синхронного серии СДН2.

5. Какие применяются способы крепления полюсов в синхронных явнополюс ных машинах?

6. Чем обеспечивается неравномерный воздушный зазор в синхронной маши не?

7. Каковы достоинства и недостатки водородного охлаждения?

Магнитное поле и характеристики синхронных генераторов § 20.1. Магнитная цепь синхронной машины В режиме х.х. синхронной машины, т. е. при от сутствии тока в обмотке статора, магнитное поле создается лишь МДС обмотки возбуждения Форма графика распределения индукции в зазоре явнополюсной машины в этом случае зависит от конфигурации полюсных наконечников полюсов ротора. Для придания этой кривой формы, близкой к синусоидальной, воздушный зазор делают неравно мерным, увеличивая его на краях полюсных нако нечников (см. рис. 6.2).

Основной магнитный поток явнополюсной син хронной машины, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Как и в асинхронных неявнополюсных машинах (см. § магнитная система явнополюсной синхронной ма шины представляет собой разветвленную симмет ричную магнитную систему (рис. 20.1, состоя щую го 2р параллельных ветвей. Каждая из таких ветвей представляет собой неразветвленную маг нитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис.

20.1, Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 20.2):

воздушный зазор 5, зубцовый слой статора зуб цовый слой ротора полюс ротора спинку ста тора L\ и спинку ротора (обод) Сумма магнитных напряжений на всех перечис ленных участках магнитной цепи определяет МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х.

(А):

(20.1) где и — соответственно маг нитные напряжения зазора, зубцовых слоев статора и ротора, полюсов, спинки статора и обода, А.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча стках магнитной цепи в принципе такой же, как и при расчете магнитной цепи асинхронной машины (см. гл. При расчете магнитного напряжения полюсов и спин ки ротора иметь в виду, что магнитный поток на этих участках несколько больше основного магнитного потока Ф на величину потока рассеяния ротора представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов не проходящего че рез зазор 5, замыкающегося в межполюсном пространстве:

+ + = (20.2) где магнитного рассеяния полюсов ротора.

5) Рис. 20.1. Магнитная система явнополюсной синхрон ной машины Рис. 20.2. Участки магнитной цепи явнополюсной синхронной машины Для синхронных машин коэффициент (20.3) где — коэффициент магнитного насыщения сердечника статора син хронной машины;

— сумма магнитных напряжений в сердечнике статора и воздуш ном зазоре, А.

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент магнит ного рассеяния полюсов ротора 1,4 в зависимости от сте пени магнитного насыщения магнитопровода машины и числа по люсов (с ростом числа полюсов 2р уменьшается межполюсное пространство ротора машины и магнитное рассеяние увеличивает ся). После расчета магнитной цепи синхронной машины строят магнитную характеристику машины, аналогичную представленной на рис. 11.3. Используя МДС обмотки возбуждения в режиме х.х.

путем дополнительных расчетов определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке Обычно =.

Полученное значение МДС позволяет рассчитать число витков в полюсной катушке ротора:

где — ток в обмотке возбуждения синхронной машины, А.

§ 20.2. Магнитное поле синхронной машины В настоящей главе рассматривается трехфазный синхронный генератор, работающий на симметричную нагрузку так, что все фазы обмотки нагружены равномерно, т. е. в них наводятся одина ковые ЭДС и проходят равные по значению и сдвинутые по фазе относительно друг друга на угол 120° токи. Из гл. 9 известно, что в этих условиях трехфазная обмотка статора создает вращающуюся синхронно с ротором МДС, максимальное значение которой опре деляется выражением (9.16):

Как будет показано в § 20.3, вектор МДС статора может зани мать разные пространственные положения относительно оси по люсов ротора.

В неявнополюсной синхронной машине воздушный зазор рав номерен, а поэтому пространственное положение вектора МДС статора относительно оси полюсов ротора не влияет на величину и график распределения магнитного поля статора.

В явнополюсной синхронной машине воздушный зазор нерав номерен из-за наличия значительного межполюсного пространст ва, не заполненного сталью (рис. 20.3), и магнитное сопротивле ние потоку статора по продольной оси dd намного меньше магнитного сопротивления потоку статора по поперечной оси qq. Поэтому величина индукции магнитного поля статора и график ее распределения в воздушном зазоре в явнополюсных машинах зависят от пространственного положения вектора МДС обмотки статора или его составляющих.

Так, амплитуда основной гармоники индукции магнитного поля статора по продольной больше амплитуды основной гармоники индукции поля по поперечной оси (20.6) где — амплитудное значение магнитной индукции поля статора при равномерном зазоре;

и — коэффициенты формы поля статора (якоря) по продольной и поперечной осям.

Коэффициенты и определяют степень уменьшения ам плитуды основной гармоники поля статора (якоря) по продольной Рис. 20.3. Магнитные поля статора синхронной явнополюсной ма шины по продольной и поперечной (б) осям и поперечной осям, обусловленную неравномерностью воздушно го зазора в машинах с явнополюсным ротором.

Значения и зависят от отношения максимального и ми нимального воздушных зазоров, от относительной величи ны зазора 5/т, а также от коэффициента полюсного перекрытия а,. При равномерном зазоре (5 = const) отношение = 1. По люсное деление х определяют по (7.1). Коэффициент полюсного перекрытия = где — ширина полюсного наконечника (см. рис. 19.8).

При равномерном воздушном зазоре = 1) и весьма ма лой его относительной величине коэффициенты формы поля определяются выражениями = + )]/я ;

(20.7) = -. (20.8) Из (20.7) и (20.8) видим, что при а, 1, т. е. при неявнополюсном роторе, = 1.

Рис. 20.4. Магнитные поля возбуждения неявнополюсной (а) и явнополюсной синхронных машин Обмотка возбуждения синхронной машины при прохождении по ней тока создает МДС на пару полюсов (А):

(20.9) При этом форма магнитного поля возбуждения в зазоре ма шины зависит от конструкции ротора. Амплитуда основной гар моники этого поля определяется коэффициентом формы поля возбуждения (20.10) где — максимальное значение магнитной индукции поля воз буждения (рис. 20.4).

Для неявнополюсного ротора коэффициент формы поля воз буждения (рис. 20.4, где у 2а/т — отношение обмотанной части полюса ротора ко всему полюсному делению. Обычно у = Наименьшее содержание высших гармоник поля соответствует у 0,75.

Для явнополюсного ротора при равномерном зазоре и 5/т коэффициент формы поля возбуждения (рис. 20.4, 6) (20.12) Увеличение зазора на краях полюсов способствует приближе нию коэффициента к единице, т. е. приближает форму кривой индукции поля к синусоиде.

При неравномерном воздушном зазоре значения коэффициен тов формы поля определяют по графикам, приводимым в руково дствах по расчету синхронных машин [5 и 15].

§ 20.3. Реакция якоря синхронной машины В процессе работы нагруженного синхронного генератора в нем одновременно действуют МДС возбуждения (20.1)] и статора (якоря) [см. (9.15)], при этом МДС статора (якоря) воз действует на МДС возбуждения, усиливая или ослабляя поле воз буждения или же искажая его форму. Воздействие МДС обмотки статора (якоря) на МДС обмотки возбуждения называется реакци ей якоря. Реакция якоря оказывает влияние на рабочие свойства синхронной машины, так как изменение магнитного поля в маши не сопровождается изменением ЭДС, наведенной в обмотке стато ра, а следовательно, изменением и ряда других величин, связан ных с этой ЭДС. Влияние реакции якоря на работу синхронной машины зависит от значения и характера нагрузки.

Синхронные генераторы, как правило, работают на смешан ную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Но для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря на работу син хронной машины целесообразно рассмотреть случаи работы гене ратора при нагрузках предельного характера, а именно: активной, индуктивной и емкостной. Воспользуемся для этого векторными диаграммами При построении этих диаграмм следует иметь в виду, что вектор ЭДС индуцируемой магнитным потоком возбуждения в обмотке статора, отстает по фазе от вектора этого потока (а следовательно, и вектора МДС ) на 90°. Что же каса ется вектора тока в обмотке статора то он может занимать по отношению к вектору различные положения, определяемые углом в зависимости от вида нагрузки.

Активная нагрузка 0). На рис. 20.5, представлены статор и ротор двухполюсного генератора. На статоре показана часть фазной обмотки. Ротор явнополюсный, вращается против движения часовой стрелки. В рассматриваемый момент времени ротор занимает вертикальное положение, что соответствует мак симуму ЭДС в фазной обмотке. Так как ток при активной на грузке по фазе с ЭДС, то указанное положение ро тора соответствует также и максимуму тока. Изобразив линии магнитной индукции поля возбуждения (ротора) и линии магнит ной индукции поля обмотки статора, видим, что МДС статора направлена перпендикулярно МДС возбуждения Этот вывод также подтверждается векторной диаграммой, построенной для этого же случая. Порядок построения этой диаграммы следующий:

в соответствии с пространственным положением ротора генерато ра проводим вектор МДС возбуждения под углом 90° к этому вектору в сторону отставания проводим вектор ЭДС наведен ной магнитным полем возбуждения в обмотке статора;

при подключении чисто активной нагрузки ток в обмотке статора Рис. 20.5. Реакция якоря синхронного генератора при активной (о), индуктивной (б) и емкостной (в) нагрузках совпадает по фазе с ЭДС а поэтому вектор МДС создаваемый этим током, сдвинут в пространстве относительно вектора на 90°.

Такое воздействие МДС статора (якоря) на МДС возбуж дения вызовет искажения результирующего поля машины:

магнитное поле машины ослабляется под набегающим краем по люса и усиливается под сбегающим краем полюса (рис. 20.6).

Вследствие насыщения магнитной цепи результирующее магнит ное поле машины несколько ослабляется. Объясняется это тем, что размагничивание набегающих краев полюсных наконечников и находящихся над ними участков зубцового слоя статора проис ходит беспрепятственно, а сбегающих краев по люсных наконечников и находящихся над ними участков зубцово го слоя статора ограничивается магнитным насыщением этих элементов магнитной цепи. В итоге результирующий магнитный поток машины ослабляется, т. е. магнитная система несколько размагничивается. Это ведет к уменьшению ЭДС машины Е\.

Индуктивная нагрузка = 90°). При чисто индуктивной нагрузке генератора ток статора отстает по фазе от ЭДС на 90°. Поэтому он достигает максимального значения лишь после поворота ротора вперед на 90° относительно его положения, соот ветствующего максимуму ЭДС (см. рис. 20.5, б). При этом МДС действует вдоль оси полюсов ротора встречно МДС воз буждения В этом мы также убеждаемся, построив векторную диаграмму.

действие МДС статора ослабляет поле машины. Сле довательно, реакция якоря в синхронном генераторе при чисто индуктивной нагрузке оказывает продольно-размагничивающее действие.

В отличие от реакции якоря при активной нагрузке в рассмат риваемом случае магнитное поле не искажается.

Емкостная нагрузка = -90° ). Так как ток при емкостной нагрузке опережает по фазе ЭДС на 90°, то своего наибольшего значения он дости гает раньше, чем ЭДС, т. е. когда ротор займет положение, показан ное на рис. 20.5, в. Магнитодви жущая сила статора так же, как Рис. 20.6. Магнитное поле син и в предыдущем случае, действует хронного генератора при актив по оси полюсов, но теперь уже ной нагрузке согласно с МДС возбуждения При этом происходит усиление магнитного поля возбуждения.

Таким образом, при чисто емкостной нагрузке синхронного гене ратора реакция якоря оказывает продольно-намагничивающее действие. Магнитное поле при этом не искажается.

Смешанная нагрузка.

При смешанной нагрузке син- S) генератора ток стато ра сдвинут по фазе относи тельно ЭДС на угол значения которого находятся в пределах Для выяснения вопроса о влиянии реакции якоря при смешанной нагрузке воспользуемся диа Рис. 20.7. Реакция якоря при сме граммами МДС, представлен шанной ными на рис. 20.7.

При активно-индуктивной нагрузке 20.7, а) вектор от стает от вектора на угол 0 < < 90°. Разложим вектор на две составляющие: продольную составляющую МДС статора и поперечную составляющую МДС статора. Такое же разложение МДС якоря F\ на составляю щие можно сделать в случае активно-емкостной нагрузки (рис.

20.7, б). Поперечная составляющая МДС статора представ ляющая собой реакции якоря по поперечной оси, пропор циональна активной составляющей тока нагрузки =, т. е.

(20.13) а продольная составляющая МДС статора (якоря) представляю щая собой МДС реакции якоря по продольной оси, пропорциональна реактивной составляющей тока нагрузки = т. е.

(20.14) При этом если реактивная составляющая тока нагрузки отста ет по фазе от ЭДС (нагрузка активно-индуктивная), то МДС размагничивает генератор, если же реактивная составляющая тока опережает по фазе ЭДС (нагрузка активно-емкостная), то МДС генератор.

Направление вектора относительно вектора определяет ся характером реакции якоря, который при токе нагрузки от стающем по фазе от ЭДС является размагничивающим, а при токе опережающем подмагничивающим.

Пример 20.1. Определить продольную и поперечную составляющие МДС статора (якоря) трехфазного синхронного генератора номинальной мощностью 150 при напряжении 6,3 кВ, если его четырехполюсная обмотка статора с обмоточным коэффициентом = 0,92 содержит в каждой фазе = последо вательно соединенных витков. Нагрузка генератора номинальная при cos =0,8.

Ток нагрузки номинальный Максимальное значение МДС трехфазной обмотки статора по (9.15) Поперечная составляющая МДС статора по Продольная составляющая МДС статора по (20.14) Магнитодвижущие силы реакции якоря по продольной поперечной осям создают в магнитопроводе синхронной ма шины магнитные потоки реакции якоря. Основные гармоники этих потоков: по продольной оси (20.15) по поперечной оси (20.16) где и — магнитные сопротивления синхронной машины потокам основной гармоники по продольной и поперечной осям.

В машине воздушный зазор по периметру расточки статора равномерен, а поэтому магнитные сопротивле ния по продольной и поперечной осям равны = Магнитные потоки реакции якоря, сцепляясь с обмоткой ста тора, наводят в этой обмотке ЭДС реакции якоря:

по продольной по поперечной оси = = cosy,. (20.18) Здесь — индуктивное сопротивление реакции якоря, представ ляющее собой главное индуктивное сопротивление обмотки ста тора (Ом):

где — внутренний диаметр сердечника статора, — расчет ная длина сердечника статора, м;

8 — воздушный зазор, м.

синхронных машинах магнитные сопротив ления машины потокам основной гармоники по продольной и по перечной осям не одинаковы > (20.20) (20.21) где — магнитное сопротивление машины при равномерном воздушном зазоре по всему периметру расточки статора.

Это обстоятельство оказывает влияние на значения магнитных потоков реакции якоря, а следовательно, и на реакции якоря.

Количественно это влияние учитывается коэффициентами формы поля и (20.22) (20.23) Здесь и — индуктивные сопротивления реакции якоря явно полюсной машины: по продольной оси (20.24) по поперечной оси (20.25) § 20.4. Уравнения напряжений синхронного генератора Напряжение на выводах работающего с от личается от напряжения этого генератора в режиме Это объясняет ся влиянием ряда причин: реакцией якоря, магнитным потоком рассея ния, падением напряжения в активном сопротивлении обмотки статора.

Как было установлено, при нагруженной синхронной машины в ней возникает несколько МДС, которые, взаимодейст вуя, создают результирующий магнитный поток. Однако при учете факторов, влияющих на напряжение синхронного генератора, ус ловно исходят из предположения независимого действия всех МДС генератора, т. е. предполагается, что каждая из МДС создает собственный магнитный поток.

Но следует отметить, что такое представление не соответствует физической сущности так как в одной магнитной системе возникает один лишь магнитный поток — результирующий. Но в данном случае предположение независимости магнитных потоков дает возможность лучше понять влияние всех факторов на работу синхронной машины.

Итак выясним, каково же влияние магнитодвижущих сил на работу явнополюсного синхронного генератора.

1. МДС обмотки возбуждения создает магнитный поток возбуждения Фо, который, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней основную ЭДС генератора 2. МДС реакции якоря по продольной оси создает магнит ный поток который наводит в обмотке статора ЭДС реакции якоря [см. (20.22)], значение которой пропорционально индук тивному сопротивлению реакции якоря по продольной оси [см.

(20.24)]. Это сопротивление характеризует уровень влияния реак ции якоря по продольной оси на работу синхронного генератора.

Так, при насыщенной магнитной системе машины магнитный по ток реакции якоря меньше, чем при ненасыщенной магнитной системе. Объясняется это тем, что поток почти полностью проходит по стальным участкам магнитопровода, преодолевая не большой воздушный зазор (см. рис. 20.3, а), а поэтому при маг нитном насыщении сопротивление этому потоку заметно возрас тает. При этом индуктивное сопротивление уменьшается.

3. МДС реакции якоря по поперечной оси создает магнит ный поток который наводит в обмотке статора ЭДС [см.

(20.23)], значение которой пропорционально индуктивному сопро тивлению реакции якоря по поперечной оси [см. (20.25)].

противление не зависит от магнитного насыщения машины, так как при явнополюсном роторе поток проходит в основном по воздуху межполюсного пространства (см. 20,3, б).

4. Магнитный рассеяния обмотки статора (см. рис.

наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния значение ко торой пропорционально индуктивному сопротивлению рассеяния фазы обмотки статора (20.26) 5. Ток в обмотке статора /;

создает активное напря жения в активном сопротивлении фазы обмотки статора (20.27) Геометрическая сумма всех перечисленных ЭДС, наведенных в обмотке статора, определяет напряжение на выходе синхронного генератора:

Здесь — геометрическая сумма всех ЭДС, наведенных в об мотке статора результирующим магнитным полем машины, обра зованным совместным действием всех МДС и пото ком рассеяния статора Активное сопротивление фазы обмотки статора у синхронных машин средней и большой мощности невелико, и поэтому даже при номинальной нагрузке падение напряжения составляет настолько малую величину, что с некоторым допущением можно принять = 0. Тогда уравнение (20.28) можно записать в виде (20.29) Выражения (20.28) и (20.29) представляют собой уравнения напряжений явнополюсного синхронного генератора.

В синхронных генераторах реакция якоря характеризуется полной МДС статора F\ без разделения ее по осям, так как в этих машинах магнитные сопротивления по продольной и поперечной осям одинаковы. Поэтому ЭДС статора в неявнополюсных машинах Е\, равная индуктивному падению напряжения в обмотке статора, пропорциональна индуктивному сопротивлению реакции якоря [см. т. е.

(20.30) Поток реакции якоря и поток рассеяния статора созда ются одним током [сравните (20.26) и (20.30)], поэтому индук тивные сопротивления и можно рассматривать как суммарное индуктивное сопротивление представляющее собой синхронное сопротивление неявнополюс ной машины. учетом этого ЭДС реакции якоря Е\ и ЭДС рассея ния следует рассматривать также как сумму (20.31) представляющую собой синхронную ЭДС неявнополюсной машины.

С учетом изложенного уравнение напряжений неявнополюс ного синхронного генератора имеет вид (20.32) (20.33) § 20.5. Векторные диаграммы синхронного генератора Воспользовавшись уравнением ЭДС (20.28), построим век торную диаграмму явнополюсного синхронного генератора, работающего на активно-индуктивную нагрузку (ток отстает по фазе от ЭДС Векторную диаграмму строят на основании сле дующих данных: ЭДС генератора в режиме х.х. ;

тока нагрузки и его угла сдвига относительно продольного и поперечного индуктивных сопротивлений реакции якоря;

ак тивного сопротивления фазной обмотки статора При симметричной нагрузке генератора диаграмму строят лишь для одной фазы.

Рис. 20.8. Векторные диаграммы (а и б) и ного (в и г) генераторов:

— при нагрузке;

— при нагрузке Рассмотрим порядок построения векторной диаграммы (рис.

20.8, а). В произвольном направлении откладываем вектор ЭДС и под углом к нему — вектор тока Последний разло жим на составляющие: реактивную = и активную = cos Далее, из конца вектора откладываем векторы ЭДС ;

Соединив конец вектора с точкой получим век тор напряжения значение которого равно геометрической сумме векторов ЭДС [см. (20.28)].

При построении векторной диаграммы генератора, работаю щего на активно-емкостную нагрузку (ток опережа ет по фазе ЭДС вектор тока откладывают влево от вектора ЭДС (рис. 20.8, б), а направление вектора устанавливают со гласно с направлением вектора ЭДС так как при емкостном ха рактере нагрузки реакция якоря имеет характер.

В остальном порядок построения диаграммы остается прежним.

Вектррную диаграмму синхронного генератора строят на основании уравнения (20.32), при этом век тор углом к вектору тока (рис. 20.8, в).

Следует отметить, что построенные векторные диаграммы не учитывают насыщения магнитной цепи, поэтому огражают лишь качественную сторону явлений. Но тем не менее эти диаграммы дают возможность сделать следующие выводы: основным факто ром, влияющим на изменение напряжения нагруженного генера тора, является продольная составляющая магнитного потока яко ря, создающая ЭДС при работе генератора на активно индуктивную нагрузку, т. е. с током отстающим по фазе от ЭДС напряжение на выводах обмотки статора с увеличе нием нагрузки уменьшается, что объясняется размагничивающим влиянием реакции якоря. При работе генератора на активно емкостную нагрузку (с током опережающим по фазе ЭДС напряжение с увеличением нагрузки повышается, что объясня ется влиянием реакции якоря (рис. 20.8, г).

§ 20.6. Характеристики синхронного генератора Свойства синхронного генератора определяются характери стиками холостого хода, короткого замыкания, внешними и регу лировочными.

Характеристика холостого хода синхронного генератора.

Представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме U\ = от тока возбуждения при = const. Схема включения синхронного генератора для снятия ха рактеристики х.х. приведена на рис. Если характеристики х.х.

различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах = то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой х.х.

20.9, которую используют при расчетах синхронных машин:

0,58 1,21 1,33 1,46 1, т 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3, Здесь = — относительная ЭДС фазы обмотки ста тора;

= относительный ток возбуждения;

— ток возбуждения в режиме х.х., соответствующий ЭДС х.х. = Характеристика короткого замыкания. Характеристику трехфазного к.з. получают следующим образом: выводы обмотки статора замыкают накоротко (рис. а) и при вращении ротора с вращения постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабо чий ток статорной обмотки не более чем на 25% Так как в этом случае ЭДС обмотки статора имеет значение, в не сколько раз меньшее, чем в рабочем режиме генератора, и, следо вательно, основной магнитный поток весьма мал, то магнитная цепь машины оказывается ненасыщенной. По этой причине ха рактеристика к.з. представляет собой прямую линию (рис. 20.10, б). Активное сопротивление обмотки статора невелико по сравне нию с ее индуктивным сопротивлением, поэтому, принимая можно считать, что при опыте к.з. нагрузка синхронного генерато ра (его собственные обмотки) является чисто индуктивной. Из этого следует, что при опыте к.з. реакция якоря синхронного гене ратора имеет продольно-размагничивающий характер (см. § 20.3).

Векторная диаграм i) ма, построенная для ге нератора при опыте трехфазного к.з., пред ставлена на рис. 20.10, в. Из диаграммы вид но, что ЭДС инду цируемая в обмотке ста тора, полностью урав новешивается продольной реакции якоря = и ЭДС рассеяния Рис. 20.9. Опыт холостого хода синхронного генератора При этом МДС обмотки возбуждения имеет как бы две со ставляющие: одна ком пенсирует падение на пряжения а дру гая компенсирует раз магничивающее влия ние реакции якоря fid** Характеристики к.з.

и х.х. дают возможность определить значения токов возбуждения, со ответствующие указан 20.10. Опыт короткого замыкания син ным составляющим хронного генератора МДС возбуждения. С этой целью характери стики х.х. и к.з. строят в одних осях (рис. при этом на оси ор динат отмечают относительные значения напряжения х.х.

тока 4 = • ординат отклады вают отрезок в масштабе напряжения относи тельное значение ЭДС рассеяния = -. Затем точку В сносят на характеристику х.х. (точка В') и опускают перпендикуляр B'D на ось Полученная точка D разделила ток возбуждения на две части: — ток возбуждения, необходимый для компен сации падения напряжения и — ток возбуждения, компен сирующий реакцию якоря.

Один из важных параметров синхронной машины — отно шение короткого замыкания (ОКЗ), которое представляет собой отношение тока возбуж дения соответствующего номинальному напряжению при Х.Х., К ВОЗбуЖДеНИЯ соответствующему номиналь ному току статора при опыте к.з.

20.10, б):

ОКЗ (20.34) Для турбогенераторов Определение состав ОКЗ для гидрогене тока к.з.

раторов ОКЗ =1,0+1,4.

ОКЗ имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины: машины с малым ОКЗ менее устой чивы при параллельной (см. гл. имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки, но такие маши ны имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем ма шины с большим ОКЗ.

Внешняя характеристика. Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки:

при = const;

= const;

= = const. На рис.

20.12, а представлены внешние характеристики, соответствующие различным по характеру нагрузкам синхронного генератора.

При активной нагрузке = 1) уменьшение тока на грузки сопровождается ростом напряжения что объясняется уменьшением падения напряжения в обмотке статора и ослабле нием размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси. При индуктивной нагрузке (coscp, < 1;

инд.) увеличение при сбросе нагрузки более интенсивно, так как с уменьшением тока ослабляется размагничивающее действие продольной со ставляющей реакции якоря (см. § 20.3). Однако в случае е о нагрузки генератора (coscp, < 1;

емк.) уменьшение со провождается уменьшением напряжения (У,, что объясняется ослаблением действия продольной состав ляющей реакции якоря.

Изменение напряжения синхронного генератора, вызванное сбросом номинальной нагрузки при = const и л, = const, называ ется номинальным изменением (повышением) напряжения (%):

(20.35) При емкостной нагрузке генератора сброс нагрузки вызывает уменьшение напряжения, а поэтому отрицательно.

В процессе эксплуатации синхронного генератора напряжение U\ при колебаниях нагрузки поддерживается неизменным посредством быстродействующих автоматических регуляторов. Однако во избежа ние повреждения изоляций обмотки не должно превышать 50%.

Рис. Внешние (а) и регулировочные (6) характеристики син хронного генератора Регулировочная характеристика. Она показывает, как следует изменять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, что бы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальному: при U\ — = const;

= = const и const. На рис. 20.12, б представлены регулировочные харак теристики синхронного генератора. При активной нагрузке =1) увеличение тока нагрузки сопровождается уменьшени ем напряжения U\, поэтому для поддержания этого напряжения неиз менным по мере увеличения тока нагрузки следует повышать ток возбуждения. Индуктивный характер <1;

инд.) вызывает более резкое понижение напряжения U\ 20.12, а), по этому ток возбуждения необходимый для поддержания = следует повышать в большей степени. При емкостном же харак тере нагрузки < 1;

емк.) увеличение нагрузки сопровождается ростом напряжения U\, поэтому для поддержания U\ = ток воз буждения следует уменьшать.

§ 20.7. Практическая диаграмма ЭДС синхронного генератора Изменение напряжения синхронного генератора при сбросе номинальной нагрузки можно определить графически — построением практической диаграммы ЭДС. Предположим, что синхронный генератор работал в режиме номинальной нагрузки, а затем нагрузка была полностью сброшена, но частота вращения и ток возбуждения при этом остались неизменными. Напряжение генератора после сброса нагрузки возросло на Для оп ределения этого значения проделаем следующее 20.13): в Рис. Практическая диаграмма ЭДС одних осях координат построим характеристики холостого хода и короткого замыкания. Затем на оси ординат построим вектор ОА и под углом к вектору ОА проведем вектор тока Прибавив к вектору векторы падения напряжения и найдем ЭДС нагруженного генератора:

(20.36) Перенося точку В на характеристику х.х. (точка проведем ординату CD. Полученный на оси абсцисс отрезок OD определяет ток возбуждения необходимый для создания ЭДС нагруженно го генератора Но при работе генератора без нагрузки его ЭДС больше, чем ЭДС на значение ЭДС продольной реак ции якоря е. = +.

Для учета определим ток возбуждения соответст вующий продольно-размагничивающему действию реакции якоря.

Проделав необходимые построения, определяем =' LG (рис.

Затем из точки D под утлом у к CD проводам век тор DM -. Из центра О радиусом ОМ опишем дугу до пересе чения с осью абсцисс в точке N. Тогда ON = — ток возбуж соответствующий ЭДС = Проведя из точки А па раллельно оси абсцисс линию получим Пример 20.2. Построить прак тическую диаграмму ЭДС для трехфазного синхронного генера тора и определить повышение на пряжения при сбросе нагрузки.

Генератор имеет следующие дан ные: 500 кВт;

= 230 В;

= 0,8;

= 0,04 Ом;

= = 0,0015 Ом;

— 1,4;

характери стика нормальная (см. § 20.6), обмотка статора соединена Для построения характеристики к.з. определим относительный ток возбуждения соответствующий номи нальному току нагрузки. Из (20.34) получим § 20.8. Потери и КПД синхронных машин Преобразование энергии в синхронной машине связано с по терями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделя ются на основные и Основные потери в синхронной машине слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора (Вт) (20.37) где — активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре, Ом.

Потери на возбуждение (Вт):

а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройства (20.38) где — активное сопротивление обмотки возбуждения при рас четной рабочей температуре, Ом;

= 2 В — падение напряже ния в щеточном контакте щеток;

б) при возбуждении от генератора постоянного тока (возбуди теля), сочлененного с валом синхронной машины, (20.39) где = — КПД возбудителя.

Магнитные потери синхронной машины происходят в сердеч нике статора, который подвержен перемагничиванию вращаю щимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гисте резиса и потерь от вихревых токов (20.40) Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в под шипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины), — окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ро тора, м/с;

— конструктивная длина сердечника статора, мм.

потери в синхронных машинах разделя ются на два вида: пульсационные потери в полюсных наконечни ках ротора и потери при нагрузке.

Добавочные пульсационные потери Р„ в полюсных наконеч никах ротора обусловлены пульсацией магнитной индукции в за зоре из-за зубчатости внутренней поверхности статора. Значение этих потерь (Вт) (20.43) где — коэффициент, учитывающий листов полюсов ротора (при толщине листов 1 мм = 4,6;

при толщине листов 2 мм = 8,6;

при массивных полюсных наконечниках -23,3);

— ширина полюсного наконечника, — число пазов на статоре;

— индукция в зазоре, Тл;

— коэффициент воз душного зазора статора;

t\ — зубцовое деление статора, мм.

Добавочные потери при нагрузке в синхронных машинах определяют в процентах от подводимой мощности двигателей или от полезной мощности генераторов. Для синхронных машин мощ ностью до 1000 кВт добавочные потери при нагрузке принимают рав ными 0,5%, а для машин мощностью более 1000 кВт — Суммарные потери в синхронной машине (кВт) (20.44) Коэффициент полезного действия:

для синхронного генератора (20.45) где (20.46) — активная мощность, отбираемая от генератора при его номи нальной нагрузке, кВт;

для синхронного двигателя (20.47) Здесь и — фазные значения напряжения и тока статора.

КПД синхронной машины завис от величины нагрузки ((3 = и от ее характера Графики этой зависимости аналогичны изображенным на рис. КПД синхронных машин мощностью до кВт составляет у более мощных ма шин КПД достигает Более высокие значения КПД отно сятся к турбо- и гидрогенераторам мощностью в десятки и даже сотни тысяч киловатт.

Контрольные вопросы 1. Из каких участков состоит магнитная цепь синхронной ма шины?

2. В чем состоит явление реакции якоря?

3. Каково действие реакции якоря при активной, индуктивной и емкостной на грузках синхронного генератора?

4. Какие ЭДС наводят в обмотке синхронного генера тора магнитные потоки реакции якоря и каким индуктивным сопротивлени ям эти ЭДС эквивалентны?

5. Почему характеристика к.з. синхронной машины имеет вид линии?

Что такое ОКЗ и как влияет этот параметр на свойства синхронного генера тора?

7. Что такое номинальное изменение напряжении при сбросе нагрузки и почему при емкостной нагрузке его величина отрицательна?

8. Определите изменение напряжения при сбросе нагрузки для примера 20.2, если генератор работал с нагрузкой, равной половине номинальной.

9. Какие виды потерь имеют место в синхронной машине?

Глава 21 < Параллельная работа синхронных генераторов § 21.1. Включение генераторов на параллельную работу На электрических станциях обычно устанавли вают несколько синхронных генераторов, включае мых параллельно для совместной работы (рис.

Наличие нескольких генераторов вместо одного суммарной мощности дает преимущества, объяс няемые теми же соображениями, которые были из ложены применительно к параллельной работе трансформаторов (см. § 2.2).

При включении синхронного генератора в сеть на параллельную работу необходимо соблюдать следующие условия: ЭДС генератора В момент подключения его к сети должна быть равна и проти воположна по фазе напряжению сети = частота ЭДС должна быть равна часто те переменного напряжения в порядок следо вания фаз на выводах генератора должен быть таким же, что и на зажимах сети.

Приведение генератора в состояние, удовлетво ряющее всем указанным условиям, называют син хронизацией. Несоблюдение любого из условий син хронизации приводит к появлению в обмотке статора больших уравнительных токов, чрезмерное значение которых может явиться причиной аварии.

Включить генератор в сеть с параллельно рабо тающими генераторами можно или способом точной синхронизации, или способом самосинхронизации Способ точной синхронизации. Сущность это го способа состоит в том, что, прежде чем включить генератор в сеть, его приводят в состояние, удовле творяющее всем вышеперечисленным условиям.

Момент соблюдения этих условий, т. е. момент син хронизации, определяют прибором, называемым синхроноскопом. По конструкции синхроноскопы разделяют на стрелочные и ламповые. Рассмотрим процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа, который состоит из трех ламп /, 2, 3, расположенных в вершинах равносто роннего треугольника.

При включении ламп по схеме «на погасание» (рис. 21.2, а) мо мент синхронизации соответствует одновременному погасанию всех ламп. Предположим, что звезда ЭДС генератора враща ется с угловой частотой превышающей угловую частоту враще ния звезды напряжений сети ;

;

. В этом случае напря жение на лампах определяется геометрической суммой (рис.

21.2, б). В момент сов падения векторов звезды ЭДС с векторами звезды напряжений эта сумма достигает наибольшего значения, при этом лам пы горят с наибольшим накалом (напряжение на лампах равно удвоенно Рис 21.1. Включение синхронных генера му напряжению сети). В торов на параллельную работу:

последующие моменты — синхронные — времени звезда ЭДС об приводные двигатели гоняет звезду напряже ний и напряжение на лампах уменьшается. В момент синхрониза ции векторы ЭДС и напряжений занимают положение, при кото ром = 0;

= 0, т. е. = 0, и все три лампы одновременно гаснут (рис. в). При большой разности уг ловых частот и лампы вспыхивают час то. Изменяя частоту вращения первичного двигателя, добиваются равенства о чем будет свидетельст вовать погасание ламп на длительное время. В этот момент и следует замкнуть рубильник, после чего генератор окажется подключен ным к сети.

Способ самосин хронизации. Ротор не возбужденного генера тора приводят во вра- Рис 21.2. Ламповый синхроноскоп щение первичным дви гателем до частоты вращения, отличающейся от синхронной не более чем на затем генератор подключают к сети. Для того чтобы избежать перенапряжений в обмотке ротора в момент под 2S ключения генератора к сети, ее замыкают на некоторое активное сопротивление. Так как в момент подключения генератора к сети его ЭДС равна нулю (генератор не возбужден), то под действием напряжения сети в обмотке статора наблюдается резкий бросок тока, превышающий номинальное значение тока генератора.

Вслед за включением обмотки статора в сеть подключают обмотку возбуждения к источнику постоянного тока и синхронный генера тор под действием электромагнитного момента, действующего на его ротор, втягивается в синхронизм, т. е. частота вращения ротора становится синхронной. При ток статора быстро уменьшается.

При самосинхронизации в генераторе протекают сложные электромеханические переходные процессы, вызывающие значи тельные механические воздействия на обмотки, подшипники и муфту, соединяющую генератор с турбиной. Влияние этих воздей ствий на надежность генератора учитывается при проектировании синхронных генераторов. Способ самосинхронизации (грубой синхронизации) обычно применяют в генераторах при их частых включениях. Этот способ прост и легко автоматизируется.

§ 21.2. Нагрузка генератора, включенного на параллельную работу Обычно совместно на одну сеть работают несколько синхрон ных генераторов и мощность любого из них намного меньше сум марной мощности всех остальных генераторов. Будем считать, что синхронный генератор подключают на параллельную работу другими генераторами, суммар ная мощность которых настолько велика по сравнению с мощно О, стью подключаемого генератора, что при любых изменениях пара метров этого генератора напря жение сети и ее ос таются неизменными.

После подключения генерато ра в сеть при соблюдении всех ус ловий синхронизации его ЭДС равна по значению и по фазе напряжению сети генератора, вклю 21.3, поэтому ток в цепи на параллельную работу генератора равен нулю, т. е. гене- сеть большой мощности:

ратор работает без нагрузки. Меха- _ работе без нагрузки;

б — ническая мощность приводного при работе с нагрузкой двигателя Р\ в этом случае полно стью затрачивается на покрытие потерь = + + + Отсутствие тока в обмотке статора синхронного генератора = 0) приводит к тому, что обмотка статора не создает вра щающегося магнитного поля и в генераторе действует лишь магнитное поле возбуждения, вращающееся вместе с ротором с одной ветви семь секций, а в другой — шесть. Поэтому в ма шинах с простыми волновыми обмотками устанавливают пол ный комплект щеток, столько же, сколько главных полюсов, тем более что это позволяет уменьшить значение тока, прихо дящегося на каждую щетку, а следовательно, уменьшить раз меры коллектора.

Сложная волновая обмотка (рис. 25.9). Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, об 5\6\ Рис. 25.9. Развернутая схема сложной волновой обмотки разуют сложную волновую обмотку. Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2а = (обычно 2а = 4), где т — чис ло простых обмоток в сложной (обычно т = 2). Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток.

Шаг по коллектору, а следовательно, и результирующий шаг по якорю (25.7) Первый частичный шаг по якорю определяют по (25.3).

Пример 25.5. Сложная волновая обмотка = 2 состоит из 18 секций. Вы полнить развернутую схему этой если 2р = 4.

Решение. Шаги обмотки: = = 4 паза, = у т)/р = (18 2)/2 = 8 пазов;

= 4 паза.

Порядок выполнения схемы обмотки такой же, как и при сложной петлевой обмотке: сначала укладывают в пазы якоря одну простую обмотку, состоящую из нечетных секций, а затем другую, состоящую из четных секций 25.9) Число параллельных ветвей в обмотке 2а = 4.

§ 25.3. Уравнительные соединения и комбинированная обмотка якоря Условия обмотки якоря. Обмотку якоря назы вают симметричной, если ее параллельные ветви обладают одина ковыми электрическими свойствами: имеют одинаковые электри ческие сопротивления и в них индуцируются одинаковые ЭДС.

несимметричной якоря ток якоря распределяется в парал лельных ветвях неодинаково, что влечет за собой перегрузку од них ветвей в недогрузку других. В результате растут электриче ские потери в обмотке якоря, а полезная мощность машины уменьшается.

Обмотка якоря становится симметричной лишь при соблюде нии определенных условиями симметрии.

Первое условие. Каждая пара параллельных ветвей об мотки должна состоять из одинакового числа секций. Это условие выполняется, если на каждую пару параллельных ветвей прихо дится одинаковое число секций, т. е. отношение числа секций S к числу пар параллельных ветвей а обмотки якоря равно целому числу (ц.ч.):

Нетрудно убедиться, что при несоблюдении этого условия электрическое сопротивление параллельных ветвей, а также их ЭДС становятся неодинаковыми. Это привело бы к неравномер ному распределению токов в параллельных ветвях со всеми неже лательными последствиями.

условие. Секции каждой пары параллельных вет вей должны занимать на якоре одинаковое число пазов:

Третье условие. Каждая пара параллельных ветвей об мотки должна занимать одинаковое положение относительно сис темы главных Для сложной петлевой обмотки 2а = 2рт. Подставляя это в (25.10), получим Отсюда следует, что сложная петлевая обмотка будет симмет ричной только при 2.

Уравнительные соединения. Даже при соблюдении всех ус ловий симметрии обмоток ЭДС параллельных ветвей обмотки якоря в многополюсных машинах могут оказаться неодинаковы ми. Причина этого — магнитная несимметрия, из-за нее магнит ные потоки одноименных полюсов оказываются неодинаковыми.

Происходит это из-за дефектов, возникающих при изготовлении машины: наличия раковин в отливке станины, некачественной сборки полюсов, неправильной центровки якоря, т. е. его перекоса, отчего воздушный зазор под полюсами становится неодинаковым.

Влияние магнитной несимметрии на работу машины зависит от типа обмотки якоря. В волновых обмотках секции каждой па раллельной ветви равномерно распределены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная несимметрия не влечет за собой не равенства ЭДС в параллельных ветвях, так как она одинаково влияет на все параллельные ветви обмотки.

В петлевых обмотках якоря секции, параллель ную ветвь, расположены под смежной парой полюсов. Поэтому при 2р>2 магнитная несимметрия становится причиной неравен ства ЭДС параллельных ветвей, что ведет к появлению в обмотке якоря уравнительных токов.

Рис. 25.10. Уравнительные токи в параллельных ветвях простой петле вой обмотки якоря при магнитной несимметрии Например, при неправильной центровке якоря (рис. 25.10, а) ЭДС первой и четвертой параллельных ветвей становятся меньше ЭДС второй и третьей ветвей (зазор под нижним полюсом меньше, чем под верхним). При этом потенциалы щеток 5, и оказывают ся неодинаковыми и в параллельных ветвях обмотки появляются уравнительные токи (рис. 25.10, б). Эти токи замыкаются через шину, соединяющую указанные щетки, и во внешнюю цепь маши ны не выходят. Следует обратить внимание, что даже при незна чительной разности потенциалов между щетками и ток может оказаться весьма значительным, так как электрическое со противление параллельной ветви невелико. Например, при = 2 В и = 0,01 Ом уравнительный ток - 100 А.

Если при этом нагрузочный ток в параллельной ветви =200 А, то токи в параллельных ветвях обмотки становятся неоди наковыми: = = = 200 А;

Неравномерная нагрузка параллельных ветвей ведет к пере греву обмотки и увеличению электрических потерь в ней. Пере численные явления нарушают работу машины, на пример перегружаются некоторые щетки (в рассматриваемом щетка что вызывает интенсивное искрение на кол лекторе (см. § 27.3). Для уменьшения неравномерной нагрузки ще ток в простых петлевых обмотках поступают следующим образом:

точки обмотки якоря, потенциалы которых теоретически должны быть одинаковыми, электрически соединяют между собой. В этом случае возникающее в обмотке уравнительные токи замыкаются внутри обмотки без выхода на щетки.

Указанные соединения выполняют медными проводами и на зывают уравнительными соединениями первого рода (уравните лями). Практически доступными для соединения точками равного потенциала являются концы секций, присоединяемые к коллек торным пластинам, или лобовые части обмотки со стороны, об ратной коллектору.

Количество точек в обмотке, имеющих одинаковый потенци ал, равно числу полюсов в машине. Расстояние между двумя со седними точками равного потенциала называют потенциальным шагом При расположении уравнительных соединений со сто роны коллектора потенциальный шаг выражается числом коллек торных делений:

(25.11) Полное число уравнителей первого рода, которое можно уста новить в машине, равно (25.12) Однако такое количество уравнительных соединений приме няют только в машинах большой мощности, например в двигате лях прокатных станов. В целях экономии меди и упрощения кон струкции машины обычно применяют неполное число урав нителей. Например, в четырехполюсных двигателях делают уравнительных соединения. Уравнительные соединения выполня ют проводом, сечение которого составляет % сечения про вода обмотки якоря.

Пример 25.6. В машине с = 4 и простой петлевой обмоткой якоря из секций необходимо установить уравнители первого рода, снабдив ими каждую вторую пластину.

Потенциальный шаг = К/р = 12/2 = Полное число урав нителей = = 12/2 = В соответствии с условием задачи показываем на схеме = 3 уравните ля, расположив их со стороны коллектора (рис. и соединив с пластинами следующим образом: первый уравнитель соединяем с пластинами У и 7, второй — с 3 и 9, третий — с 5 и 11.

В сложных петлевых и волновых обмотках простые обмотки, образующие сложную, соединены параллельно через щеточный контакт. Но обеспечить одинаковый контакт щеток со всеми про стыми обмотками практически невозможно, поэтому ток между простыми распределяется неодинаково, что нарушает равномерное распределение потенциала по коллектору и может вызвать на нем искрение. Для устранения этого нежелательного явления применяют уравнительные соединения (уравнители) вто рого рода, с помощью которых простые обмотки, входящие в сложную, электрически соединяют между собой в точках равного потенциала. Таким образом, если уравнители первого рода устра няют нежелательные последствия магнитной несимметрии, то уравнители второго рода устраняют неравномерность в рас пределении потенциала по коллектору при сложных обмотках якоря.

Рис. Уравнительные соединения первого рода:

а — развернутая схема обмотки, б — со стороны коллектора На рис. 25.9 представлена схема сложной волновой обмотки с уравнителями второго рода, соединяющими точки равного потен циала на лобовых частях обмотки со стороны, противоположной коллектору. Эти точки отстоят друг от на расстоянии потен циального шага Секцию 2 соединяют с секцией секцию 3 — с секцией 12 и т. д. (на схеме показаны лишь два уравнителя). Полное число уравнителей определяется по (25.12), но из соображения экономии меди обычно делают неполное число уравнителей второго рода.

В сложных петлевых обмотках уравнители второго рода вы полняют, как показано на рис. 25.12. Ввиду того что в этой обмот ке каждую секцию одной из простых обмоток присоединяют к пластинам коллектора, расположенным через одну (например, к нечетным пластинам), то пластины, находящиеся между ними (на пример, четные), делят напряжение каждой секции на две части.

Для обеспечения равномерного распределения напряжения между пластинами необходимо, чтобы эти части были одинаковыми, т. е.

чтобы напряжение между каждой парой рядом лежащих пластин (например 7 и 2) было равно половине напряжения секции. С этой целью в обмотке применяют уравнители второго рода, с помощью которых середину секции со стороны, противоположной коллек тору, соединяет с промежуточной пластиной (например, середину секции, присоединенной к пластинам 1 и 3, соединяют с пласти ной 2, как это показано на рис. 25.12). Такой уравнитель прихо дится «протягивать» между валом и сердечником якоря через спе циальное отверстие.

Таким образом, если в сложных волновых обмотках применяют лишь уравнители второго рода, то в сложных петлевых обмотках необхо димы как уравнители первого, так и уравнители второго рода.

Комбинированная обмотка. Комбиниро ванная (лягушачья) обмотка представляет собой сочетание петлевой и волновой обмоток, распо ложенных в одних пазах и присоединенных к общему коллектору. Секция этой обмотки пока зана на рис. 25.13, а. Так как каждая из состав ляющих обмоток двухслойная, то комбиниро ванную обмотку укладывают в пазах якоря в четыре слоя, а к каждой пластине коллектора Рис. Урав- припаивают по четыре нительные соеди- Достоинство комбинированной обмотки — нения второго ро- большое число параллельных ветвей при отсут да ствии уравнительных соединений. Однако неко торая технологическая трудность в выполнении комбинированных обмоток ограничивает их применение машинами постоянного тока большой мощности, а также быстроходными машинами, в которых выполнение уравни телей затруднено.

Ч Рис. Комбинированная обмотка якоря На 25.13, б показана часть развернутой схемы комбини рованной обмотки. Шаги секций комбинированной обмотки при нимают одинаковыми (у, = Шаг по якорю комбиниро ванной обмотки равен сумме шагов составляющих обмоток:

Z. К т. е. шаг комбинированной обмотки по якорю равен потенциаль ному шагу [см. Поэтому пластины коллектора, которые должны быть соединены уравнителями, в комбинированной об мотке оказываются соединенными секциями.

Следует обратить внимание, что комбинированная обмотка выполнима лишь при условии равенства чисел параллельных вет вей в волновой и петлевой составляющих обмотках. При этом ЭДС параллельных ветвей обмоток должны быть одинаковыми. В петлевой обмотке число параллельных ветвей 2а = 2р, в волновой обмотке 2а = 2. Для получения одинакового числа параллельных ветвей в обмотках волновую обмотку выполняют сложной с чис лом = р. Число параллельных ветвей в комбинированной об мотке 2а = + § 25.4. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока Электродвижущая сила. Она наводится в обмотке якоря ос новным магнитным потоком. Для получения выражения этого по тока обратимся к графику распределения индукции в зазоре ма шины (в поперечном сечении), который при равномерном зазоре в пределах каждого полюса имеет вид криволинейной трапеции (рис. 25.14, а, график 1). Заменим действительное распределение индукции в зазоре прямоугольным (график 2), при этом высоту прямоугольника примем равной максимальному значению индук ции а ширину — равной величине при которой площадь прямоугольника равна площади, ограниченной криволинейной трапецией. Величина называется расчетной полюсной дугой. В машинах постоянного тока расчетная полюсная дуга мало отлича ется от полюсной дуги (25.13) или, воспользовавшись коэффициентом полюсного перекрытия = получим (25.14) С учетом (25.14) основной магнитный поток (Вб) Ф = • • (25.15) Здесь х — полюсное деление, мм;

— расчетная длина якоря, мм.

Коэффициент полюсного перекрытия имеет большое влия ние на свойства машины постоянного тока. На первый взгляд ка жется целесообразным выбрать наибольшее значение а,, так как это способствует увеличению потока Ф, а следовательно, и увели чению мощности машины (при заданных размерах). Однако слиш ком большое приведет к сближению полюсных наконечников смежных полюсов, что будет способствовать росту магнитного потока рассеяния и неблагоприятно отразится на других свойствах машины. При этом полезный поток машины может оказаться даже меньше предполагаемого значения (см. § 26.1). Обычно = при этом меньшие значения соответствуют машинам малой На рис. 25.14, б показан продольный разрез главного полюса и якоря радиальными вентиляционными каналами. График рас пределения магнитной индукции в воздушном зазоре по продоль ному разрезу машины имеет вид зубчатой кривой (кривая За Рис. 4. Распределение магнитной индукции в воздуш ном зазоре машины постоянного тока эту кривую прямоугольником высотой и основанием /,, величина которого такова, что площадь прямоугольника равна площади, ограниченной зубчатой кривой. Это основание пред ставляет расчетную длину якоря (мм) где — длина полюса, мм;

— длина якоря без радиальных вентиляционных каналов, мм;

— общая длина якоря, включая вентиляционные каналы, мм;

— ширина вентиляционного канала (обычно мм), мм.

При выводе формулы ЭДС будем исходить из прямоугольного закона распределения индукции в зазоре, при этом магнитная ин дукция на участке расчетной полюсной дуги = равна а за ее пределами равна нулю и в проводниках, расположенных за пре делами ЭДС не наводится. Это эквивалентно уменьшению об щего числа пазовых проводников в обмотке якоря до значения = Исходя из этого и учитывая, что ЭДС обмотки определяется суммой ЭДС секций, входящих лишь в одну параллельную ветвь с числом пазовых проводников запишем где — ЭДС одного пазового проводника обмотки, активная длина ко торого /,.

Окружную скорость вращающегося якоря заменим час тотой вращения (об/мин): v = = где = С учетом (25.18), (25.19) получим 2рп N 60 2а или, учитывая, что произведение = получим выражение ЭДС машины постоянного тока (В):

(25.20) — постоянная для данной машины величина;

Ф — основной маг нитный поток, Вб;

и — частота вращения якоря, об/мин.

Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции Наибольшее значение ЭДС соответствует полному (диаметраль ному) шагу = т, так как в этом случае с каждой секцией обмотки сцепляется весь основной магнитный поток Ф. Если же секция укорочена < т), то каждая секция сцепляется лишь с частью ос новного потока, а поэтому ЭДС обмотки якоря уменьшается. Та ков же эффект при удлиненном шаге секций (у > так как в этом случае каждая секция обмотки сцепляется с основным потоком одной пары полюсов и частично с потоком соседней пары, имею щим противоположное направление, так что результирующий по ток, сцепленный с каждой секцией, становится меньше потока од ной пары полюсов. По этой причине в машинах постоянного тока практическое применение получили секции с полным или укоро ченным шагом.

На ЭДС машины влияет положение щеток: при нахождении щеток на геометрической нейтрали ЭДС наибольшая, так как в этом случае в каждой параллельной ветви обмотки все секции имеют одинаковое направление ЭДС;

если же щетки сместить с нейтрали, то в параллельных ветвях окажутся секции с противопо ложным направлением ЭДС, в результате ЭДС обмотки якоря бу дет уменьшена.

При достаточно большом числе коллекторных пластин уменьшения ЭДС машины при сдвиге щеток с нейтрали учитыва ется множителем cos где смещения оси щеток относительно нейтрали (рис.

Электромагнитный момент. При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока на каждом из проводников по является электромагнитная сила всех электромагнитных сил на якоре, дейст вующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря создает на якоре электромагнитный момент М.

Исходя из прямоугольного закона рас пределения индукции в зазоре (см. рис. 25.14, график 2), следует счи тать, что сила одновременно действует ;

на число пазовых проводников Следовательно, электромагнитный момент машины постоянного тока Учитывая, что = а также что ток параллельной ветви = получим Рис. Наведение ЭДС в обмотке якоря при сдвиге щеток с Используя выражение основного маг геометрической ней нитного потока а также имея в ви трали на угол ду, что = получим выражение электромагнитного мрмента (25.24) где — ток якоря, А;

(25.25) — величина, постоянная для машины.

Электромагнитный момент машины при ее работе в двига тельном режиме является вращающим, а при генераторном режи ме — тормозящим по отношению к вращающему моменту при водного двигателя.

Подставив из (25.20) в (25.24) выражение основного магнит ного потока Ф = получим еще одно выражение электро магнитного момента:

(25.26) где со = — угловая скорость вращения;

(25.27) — электромагнитная мощность машины постоянного тока, Вт.

Из (25.26) следует, что в машинах равной мощности электро магнитный момент больше у машины с меньшей частотой враще ния якоря.

§ 25.5. Выбор типа обмотки якоря Применение в машине постоянного тока того или иного типа обмотки якоря определяется технико-экономическими требова ниями. Выбранный тип обмотки должен обеспечивать в машине необходимую ЭДС при заданном токе. При этом следует стре миться к минимальному числу уравнительных соединений. Требо вания экономического характера при выборе типа обмотки сводят ся к возможно лучшему пазов сердечника якоря, что определяется значением коэффициента заполнения паза [см. (8.4)].

Выбранный тип обмотки должен содержать возможно мень шее число пазовых проводников N, так как в противном случае значительная часть площади паза будет занята изоляцией этих проводников. Преобразуя выражения (25.20), получим (25.28) Отсюда следует, что при заданных число провод ников в обмотке прямо пропорционально числу пар параллельных ветвей. Поэтому при выборе типа обмотки следует отдавать предпочтение обмоткам якоря с минимальным числом параллель ных ветвей, например простой волновой обмотке с 2а = 2, которая к тому же не требует уравнительных соединений. В табл. 25. приведены рекомендации по выбору типа обмотки якоря для дви гателей постоянного тока общепромышленного назначения в зави симости от числа полюсов и силы тока якоря.

Таблица 25. К условиям, ограничивающим применение простой волновой обмотки, следует отнести в первую очередь предельно допустимое значение тока в параллельной ветви (300—400 А) и среднее значе ние напряжения между смежными коллекторными пластинами которое не должно превышать (В):

Указанные предельные значения распространяются и на обмотки якоря других типов. При превышении указанных преде лов появляется вероятность возникновения в машине опасного явления, называемого круговым огнем (см. § 27.4).

Контрольные вопросы 1. В чем принципиальное отличие обмоток якоря от обмоток статора бескол лекторных машин переменного тока?

2. Какими параметрами характеризуется обмотка якоря?

3. Сколько параллельных ветвей имеет обмотка якоря шестиполюсной машины в случаях простой петлевой и простой волновой обмоток?

4. Во сколько раз изменится ЭДС обмотки якоря шестиполюсной машины, если простую волновую обмотку заменить простой петлевой при том же числе 5. Что такое магнитная несимметрия и каковы ее 6. В каких обмотках якоря применяют уравнители первого и второго рода?

7. Каковы комбинированной обмотки?

8. Как влияют ширина секции и положение щеток на ЭДС машины?

9. Какими соображениями руководствуются при выборе типа обмотки якоря?

• глава Магнитное поле машины постоянного тока § 26.1. Магнитная цепь машины постоянного тока Магнитная система машины постоянного тока состоит из станины (ярма), сердечников главных полюсов с полюсными наконечниками, воздушного зазора и сердечника якоря.

На 26.1 показана картина магнитного поля четырехполюсной машины. При этом имеется в виду машина, работающая в режиме х.х., когда МДС соз дается лишь обмоткой возбуждения, а в обмотке якоря и обмотке добавочных полюсов тока нет или он настолько мал, что его влиянием на картину маг нитного поля можно пренебречь. В целях упрощения на не показаны добавочные полюсы, так как в режиме х.х. их влияние на картину магнитного по ля машины незначительно. Как это следует из рис.

26.1, магнитный поток главных полюсов состоит из двух неравных частей: большая часть образует ос новной магнитный поток Ф, а меньшая — магнит ный поток рассеяния полюсов Поток рассеяния учитывается коэффициентом рассеяния (см. § 20.1).

Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. определяется суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи (рис. 26.2):

+ (26.1) где — магнитные напряжения воз душного зазора, зубцового слоя якоря, главного по люса, спинки якоря, станины (ярма) соответственно.

Если машина имеет компенсационную обмотку (см. § 26.4), то в (26.1) следует ввести еще одно сла гаемое представляющее собой магнитное на пряжение зубцового слоя главного полюса.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча стках магнитной цепи машины постоянного тока в принципе такой же, что и в случае асинхронной ма шины (см. гл. При этом расчет магнитных на пряжений станины и сердечника главного полюса ведут по магнитному потоку главного полюса который больше основного потока Ф на значение потока рассеяния где коэффициент магнитного рассеяния.

При заданном значении ЭДС машины определяют требуе мое значение основного магнитного потока (Вб) [см. (25.20)]:

Рис. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме х.х.

(26.2) Далее рассчитывают магнитную индукцию для каждого уча стка магнитной цепи:

— магнитный поток на данном уча стке магнитной цепи, — площадь поперечного сечения этого участка, м2.

По таблицам или кривым намагничи вания для соответст Рис. 26.2. Расчетный участок магнитной цепи вующих ферромаг четырехполюсной машины постоянного тока нитных материалов находят напряженность магнитного поля на участках цепи а затем определяют магнитное напряжение (А) F = Н и МДС обмотки возбуждения на пару полюсов по Значения магнитных напряжений для различных участков магнитной цепи неодинаковы и зависят от магнитных сопротивле ний этих участков. Наибольшим магнитным сопротивлением об воздушный зазор, поэтому магнитное напряжение на много больше любого из слагаемых выражения (26.1).

Другие участки магнитной цепи выполняют из ферромагнит ных материалов. В машинах постоянного тока для изготовления различных элементов магнитной цепи применяют следующие ма териалы.

Сердечник якоря электротехниче ские стали марок 2013, 2312 и 2411 толщиной 0,5 мм (см.

табл.

Сердечник главного полюса — листовая анизо тропная (холоднокатаная) сталь марки толщиной 1 мм, пла стины не изолируют.

Станина — в машинах малой мощности станину изготов ляют из стальных цельнотянутых труб, а для машин средней и большой мощности станины делают сварными из листовой конст рукционной стали марки СтЗ.

Магнитное напряжение воздушного зазора (А) (26.4) где 5 — величина воздушного зазора, мм;

— коэффициент воз душного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротив ления зазора из-за зубчатости якоря > 1).

Магнитная индукция в воздушном зазоре (Тл) пропорцио нальна основному магнитному потоку Ф. В машинах постоянного тока общего назначения,0 Тл (большие значения со ответствуют более крупным машинам).

Обычно расчет МДС ведут для ряда значений магнитного потока и а затем строят магнитную характери стику машины Ф, где Ф, = — относительное значение магнитного потока;

— относитель ное значение МДС обмотки возбу ждения на пару полюсов в режиме х.х.;

номинальные значения магнитного потока и МДС в режиме х.х., соответствую щие номинальному значению ЭДС Рис. 26.3. Магнитная характе [см. (26.2) ]. В начальной части ристика магнитная характеристика прямо линейна (рис. 26.3). Объясняется это тем, что при небольших значениях магнитная цепь не насыщена и МДС возбуждения определяется, в основном, магнит ным напряжением воздушного зазора F « Затем с ростом наступает насыщение магнитной цепи и магнитная характе ристика становится криволинейной. Коэффициент насыщения магнитной цепи машины (26.5) Для машин постоянного тока § 26.2. Реакция якоря машины постоянного тока При работе машины в режиме х.х. ток в обмотке якоря прак тически отсутствует, а поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 26.4, График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре представ ляет собой кривую, близкую к трапеции.

же машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины МДС якоря До пустим, что МДС возбуждения равна нулю и в машине действует лишь МДС якоря. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС, будет иметь вид, представленный на рис. 26.4, б. Из этого 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 яко ря остается неизменным, так как направление этой МДС опреде ляется положением щеток.

Наибольшее значение МДС якоря — на линии щеток (рис.

26.4, б, кривая а по оси полюсов эта МДС равна нулю. Однако распределение магнитной индукции в зазоре от потока якоря сов падает с графиком МДС лишь в пределах полюсных наконечни ков. В межполюсном пространстве магнитная индукция резко ос лабляется (рис. 26.4, б, кривая 2). Объясняется это увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном про странстве. МДС обмотки якоря на пару полюсов пропорциональна числу проводников в обмотке N и току якоря (26.6) Введем понятие линейной нагрузки представляющей со бой суммарный ток якоря, приходящийся на единицу длины его окружности по наружному диаметру якоря (26.7) где = — ток одного проводника обмотки, А.

Значение линейной нагрузки для машин постоянного тока об щего назначения в зависимости от их мощности может быть Воспользовавшись линейной нагрузкой, запи шем выражение для МДС якоря: = Таким образом, в нагру женной машине постоянного тока действуют две МДС: возбужде ния и якоря Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины на зывают реакцией якоря. Реакция якоря искажает магнитное поле 26.4. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

На рис. 26.4, в показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генератор ном режиме при вращении якоря по часовой стрелке. Такое же распределение магнитных линий соответствует работе машины в режиме двигателя, но при вращении якоря против часовой стрел ки. Если принять, что магнитная система машины не а, реакция якоря будет лишь искажать результирующий маг нитный поток, не изменяя его значения: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря сов падает по направлению с МДС возбуждения, другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения, размагничиваются. При этом резуль тирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов на некоторый угол, а физическая нейтраль (линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали пп' на угол а. Чем больше нагрузка машины, тем сильнее искаже ние 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 двигателем — против вращения якоря.

Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физиче ской нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послу жить причиной усиления искрения на коллекторе (см. § 27.1).

Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 26.4, в показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 26.4, а, б. Из этого графика сле дует, 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 момен ты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значе ний магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает на пряжение между смежными коллекторными пластинами При значительных нагрузках машины напряжение может превзойти допустимые пределы (см. § 25.5) и миканитовая про кладка между смежными пластинами будет перекрыта электри ческой дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита бу дут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или значительную его часть, — явления чрез вычайно опасного (см. § 27.5).

Таковы последствия влияния реакции якоря на машину с не насыщенной магнитной системой. Если же магнитная система машины что имеет место у большинства электриче ских машин, то подмагничивание одного края полюсного нако нечника и находящегося под ним зубцового слоя якоря происхо дит в меньшей степени, чем размагничивание другого края и находящегося под ним зубцового слоя якоря.

N Это благоприятно ска зывается на распреде лении магнитной ин дукции в зазоре, кото рое становится более равномерным, так как максимальное значение индукции под подмаг ничиваемым краем полюсного наконеч ника уменьшается на Рис. 26.5. Разложение МДС обмотки якоря на величину, определяв- продольную и поперечную составляющие мую высотой участка на рис. 26.4, в. результирующий магнитный поток машины при этом уменьшается. Таким образом, реакция якоря в машине с насыщенной магнитной системой размагничивает машину (так же как и у синхронной машины при активной на грузке). В результате ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вра щающий момент.

Влияние реакции якоря на работу машины усиливается при смещении щеток с геометрической нейтрали. Объясняется это тем, что вместе со щетками смещается и вектор МДС якоря (рис.

26.5, а). При этом МДС якоря помимо поперечной составляю щей cos приобретает и продольную составляющую = p, направленную по оси полюсов. Если машина работает в генераторном режиме, то при смещении щеток в направ лении вращения якоря продольная составляющая МДС якоря дей ствует встречно МДС обмотки возбуждения что ослабляет ос новной магнитный поток машины;

при смещении щеток вращения якоря продольная составляющая МДС якоря дейст согласованно с МДС что вызывает некоторое подмагни чивание машины и может явиться причиной искрения на коллек торе (см. гл. 27). Если машина работает в двигательном р е, то при смещении щеток по направлению вращения яко ря продольная составляющая МДС якоря ма шину, а при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая размагничивает машину. При дальнейшем рас смотрении вопросов, связанных с действием продольной состав ляющей МДС якоря, будем иметь в виду лишь ее размагничиваю щее действие, так как действие машинах постоянного тока общего назначения недопустимо из-за наруше ния работы щеточного контакта.

Следует обратить внимание на то, что смещение щеток с гео метрической нейтрали влияет и на поперечную составляющую МДС якоря — величину, зависящую от угла р, с ростом которого она уменьшается - cos p). Таким образом, в коллекторных машинах возможны два случая: 1) щетки установлены на геомет рической нейтрали и реакция якоря является только поперечной;

2) смещены с геометрической нейтрали и реакция якоря имеет две составляющие — поперечную и продольную (размагни чивающую). Принципиально также возможен случай, когда реак ция якоря по поперечной оси отсутствует. Это имеет место, когда щетки по оси, перпендикулярной геометрической т. е. когда = 90° (рис. 26.5, Однако такой случай не имеет практического применения, так как машина становится не работоспособной: в генераторном режиме ЭДС машины равна ну лю, так как в параллельную ветвь обмотки входит равное число секций со встречным направлением ЭДС, а в двигательном режи ме электромагнитные силы активных сторон обмотки якоря, дей ствующие слева и справа от оси щеток, равны и противоположно направлены, а поэтому вращающего момента не создают.

§ 26.3. Учет размагничивающего влияния реакции якоря Размагничивающее влияние реакции якоря при нагрузке машины постоянного тока учитывают при расчете числа вит ков полюсных катушек возбуждения. С этой целью при расче те числа витков такой катушки используют значение МДС обмотки возбуждения соответствующее номинальной на грузке машины:

(26.8) где — ток в обмотке возбуждения, А.

Значение МДС обмотки возбуждения на пару полюсов должно быть таким, чтобы ЭДС якоря при работе машины с номинальной нагрузкой была такой же, что и в режиме холостого хода, когда МДС возбуждения = [см. (26.1) ].

В современных машинах постоянного тока щетки устанавли вают на геометрической нейтрали. В этом случае МДС возбуждения при нагрузке машины:

(26.9) Здесь представляет собой приращение МДС обмотки воз буждения, компенсирующее размагничивающее влияние реакции якоря по поперечной оси на пару полюсов (А).

Количественный учет размагничивающего действия реакции якоря усложнен тем, что МДС поперечной реакции якоря действу ет перпендикулярно оси главных полюсов и вызывает искажение магнитного потока обмотки возбуждения. Возникающее при этом размагничивание машины происходит из-за магнитного насыще ния элементов магнитной цепи машины, в первую очередь зубцов сердечника якоря.

Размагничивающее действие реакции якоря по поперечной оси учитывают введением коэффициента реакции якоря Этот коэффициент получен в ре зультате исследования боль шого количества некомпен сированных машин постоян ного тока при различных значениях магнитной индук ции в зубцах якоря Приращение МДС, ком пенсирующее реакцию якоря по поперечной оси (А), F F (26.10) qd » где — МДС обмотки якоря 26.6. График на пару полюсов (26.6), А.

Для большинства машин постоянного тока магнитная индукция в зубцах якоря = Тл. Приращение МДС определяют по графику = ftFJFt0) (рис. 26.6), нижняя граница графика соответствует = 1,7 Тл, а верхняя — = 2,3 Тл.

Значение тока в обмотке возбуждения [см. (26.8)] принимают в зависимости от вида возбуждения машины постоянного тока:

при параллельном возбуждении при мощности машин от 10 до 1000 кВт ток принимают соответственно от 4,0 до 1,0% от номи тока машины, а в машинах мощностью от 1 до 10 кВт — соответственно от 8,0 до 4,0%;

в машинах последовательного возбуж дения ток возбуждения принимают равным току якоря (см. § 29.6).

В машинах постоянного тока с компенсационной обмоткой (см. § 26.4) = 0, т. е. расчет числа витков полюсной катушки (26.8) ведут по величине = Пример 26.1. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения мощностью = 75 кВт работает от сети напряжением U = 220 В. КПД двигате ля при номинальной нагрузке = 0,89. Двигатель четырехполюсный, обмотка якоря простая волновая (2а = 2), число эффективных проводников в обмотке = = 164, ток возбуждения составляет 1,3% от номинального потребляемого двига телем тока. Определить число витков в полюсной катушке возбуждения если все они соединены последовательно, воздушный зазор 5 = 2,0 мм, коэффициент воздушного зазора = 1,3, магнитная индукция в зазоре 0,76 Тл, в зубцах якоря =1,8 Тл, а коэффициент насыщения магнитной цепи машины = 1,35.

Ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке, 75-Ю = 383 А.

0, Ток в обмотке возбуждения Ток в обмотке якоря Магнитное напряжение воздушного зазора по (26.4) МДС возбуждения в режиме холостого хода на пару полюсов МДС обмотки якоря на пару полюсов по (26.6) Коэффициент реакции якоря по рис. 26.6 при =7749/4266 = 1,8 и = 1,8 Тл равен = Приращение МДС, компенсирующее реакцию якоря по поперечной оси, по (26.10) возбуждения при номинальной нагрузке двигателя по (26.9) Число витков в полюсной катушке возбуждения по (26.8) § 264. Устранение вредного влияния реакции якоря В связи с тем что реакция якоря неблагоприятно влияет на ра бочие машины постоянного тока1, при проектировании машины принимают меры к устранению реакции якоря или хотя бы к ослаблению ее влияния до допустимых пределов.

Компенсационная обмотка. Наиболее эффективным средст вом подавления влияния реакции якоря по поперечной оси являет ся применение в машине компенсационной обмотки. Эту обмотку укладывают в пазы полюсных наконечников (рис. 26.7) и включа ют последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы МДС компенсационной обмотки была противоположна по направле нию МДС обмотки якоря Компенсационную обмотку делают распределенной по поверхности полюсного наконечника всех главных полюсов машины. При этом линейную нагрузку для ком пенсационной обмотки принимают равной линейной нагрузке об мотки якоря.

Включение компенсационной обмотки последовательно в цепь якоря обеспечивает автоматичность компенсации МДС якоря при любой (в пределах номинальной) нагрузке машины. Таким образом, в машине постоянного тока с компенсационной обмоткой при переходе от холостого хода к режиму нагрузки закон распре Исключение составляют машины постоянного тока, в которых поперечное поле якоря используется полезно, например электромашинные усилители попереч ного поля (см. § 30.1).

деления магнитной индукции в зазоре главных полюсов остается практически неизменным. Однако в межполюсном пространстве часть МДС якоря остается нескомпенсированной. Нежелательное влияние этой МДС на работу щеточного контакта устраняют при менением в машине добавочных полюсов (см. § 27.4).

Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах сред ней и большой кВт при U > 440 В, Рис. 26.7. Компенсационная обмотка работающих с резкими колебаниями нагрузки, например в двига телях для прокатных станов. Объясняется это тем, что компенса ционная обмотка удорожает и усложняет машину и ее применение в некоторых случаях экономически не оправдывается.

Увеличение воздушного зазора под главными полюсами. В машинах малой и средней мощности, не имеющих компенсацион ной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. При этом следует иметь в виду, что при дос таточно малом воздушном зазоре и значительной линейной на грузке реакция якоря по поперечной оси может не только ослабить магнитное поле под одной из частей главного полюса, но и пере магнитить его, т. е. изменить полярность — «опрокинуть поле».

Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюса ми, особенно на их краях, значительно ослабляет действие реак ции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воздушно го зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличению размеров по люсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.

На этом же принципе уменьшения МДС поперечной реакции якоря за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия основан и другой способ ослабления действия реакции якоря. Этот способ состоит в том, что сердечники главных полю сов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно применяют сталь марки Эта сталь в направлении проката обладает повышенной магнитной проницаемостью, а «по перек проката» — небольшой магнитной проницаемостью. Штам повать пластины полюсов из такой стали следует так, чтобы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали.

§ 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока Для работы электрической машины наличие маг нитного В большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током.

Свойства машин постоянного тока в значительной степени опре деляются способом включения обмотки возбуждения, т. е. спосо бом возбуждения.

По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:

машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от источ ника, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 26.8, машины параллельного возбуждения, в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 26.8, машины последовательного возбуждения (обыч но применяемые в качестве двигателей), в которых обмотка воз буждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 26.8, в);

машины смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения — параллельная и после довательная ОВ2 (рис. 26.8, машины с возбуждением постоянными маг (рис. 26.8, д).

Все указанные машины (кроме последних) относятся к маши нам с электромагнитным возбуждением, так как маг нитное поле в них соз дается электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения.

Начала и концы обмоток машин по стоянного тока со гласно ГОСТу обо значаются: обмотка якоря — Я1 и об Рис. 26.8. Способы возбуждения машин по мотка добавочных стоянного тока полюсов — Д1 и Д2, компенсационная обмотка — К1 и К2, обмотка возбуждения независимая — Ml и 2, обмотка возбуждения параллельная (шунтовая) — и 2, обмотка возбуждения последовательная (сериесная) и С2.

Контрольные вопросы 1. Какие участки содержит магнитная цепь машины постоянного тока?

2. В чем сущность явления реакции якоря машины постоянного тока?

3. Почему МДС якоря, действующая по поперечной оси, вызывает размагничи вание машины по продольной оси?

4. Как учитывается размагничивающее действие реакции якоря при расчете числа витков полюсной катушки обмотки возбуждения?

5. С какой целью компенсационную обмотку включают последовательно с об моткой якоря?

6. Почему с увеличением воздушного зазора ослабляется размагничивающее влияние реакции якоря?

7. Какие способы возбуждения применяют в машинах постоянного тока?

Коммутация в машинах постоянного тока § 27.1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соот ветствии с допустимой плотностью тока для вы бранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхно стью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и ком мутационные.

Механические причины искрения — сла бое давление щеток на коллектор, биение коллекто ра, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щет кодержателей, а также другие причины, вызываю щие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появ ляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышаю щего допустимое значение (см. § 25.5). В этом слу чае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электри ческих дуг.

Коммутационные причины искрения соз даются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из од ной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начи нать с механических, так их обнаруживают ос мотром коллектора и щеточного устройства. Труд нее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода ней настраивают коммутацию, исключающую какое-либо искрение. Од нако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходи мо остановить для выяснения и устранения причин искрения.

Однако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается степе нью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1 — искрения нет (темная коммутация).

искрение под небольшой частью щет ки, не вызывающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

Степень — слабое искрение под большей частью щет ки, приводящее к появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием поверхности коллектора бензи ном, и следов нагара на щетках.

Степень 2 — искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и при перегрузке.

Приводит к появлению следов почернения на коллекторе, не уст раняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

Степень 3 — значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к значи тельному почернению коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также к и разруше нию щеток. Допускается только для моментов прямого (безрео статного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для даль нейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электрической машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками.

При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на дру гую (набегающую) сопровождается переключением секции об мотки из одной параллельной ветви в другую и изменением как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс пере ключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопро вождающие его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется ком мутирующей, а продолжительность процесса коммутации — пе риодом коммутации:

где — ширина щетки;

К — число коллекторных пластин;

п — частота вращения якоря, об/мин;

— расстояние между середи нами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допуска ют, что ширина щетки равна коллекторному делению;

щетки рас положены на геометрической нейтрали;

электрическое сопротив ление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по срав нению с сопротив лением переходного контакта коллектор» пренеб режимо мало (обыч но такое соотноше ние указанных со противлений соот ветствует действи тельности).

В начальный момент коммутации (рис. 27.1, а) кон тактная поверхность Рис. 27.1. Переход коммутирующей секции из щетки касается одной параллельной ветви в другую только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в равен Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате комму тирующая секция оказывается замкнутой щеткой и ток в ней по степенно уменьшается. В середине процесса коммутации = = контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 27.1, б). В конце коммутации = щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пла стиной 1 (рис. 27.1, в), а ток в коммутирующей секции становится равным — т. е. по значению таким же, что и в начале коммута ции, а по направлению — противоположным. При этом коммути рующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

§ 27.2. Прямолинейная коммутация Этот вид коммутации имеет место в машине, если в процессе коммутации в коммутирующей секции ЭДС не наводится или, что более реально, сумма ЭДС в коммутирующей секции равна нулю. В этом случае для коммутирующей секции, замкнутой щеткой (рис.

27.1, б), в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать fa-to (27.1) и — переходные сопротивления между щеткой и сбегающей и набегающей 2 пластинами;

и — токи, переходящие в обмот ку якоря через пластины 1 и 2:

здесь — ток в коммутирующей секции.

Используя (27.2), получим откуда ток в коммутирующей секции Закон изменения тока коммутирующей секции в функции времени определяется уравнением (27.4) Это уравнение является линейным, а поэтому график = fit) представляет собой прямую линию, пересекающую ось абсцисс в точке t = 0,5 (рис. 27.2). Коммутация, при которой ток в комму тирующей секции изменяется по прямолинейному закону, назы вают прямолинейной (идеальной) коммутацией.

Весьма важным фактором, определяющим качество коммута ции, является плотность тока в переходном контакте — плотность тока под сбегающим краем fa — плотность тока под набегающим краем щетки.

Плотность тока под щеткой прямо пропорциональна тангенсу угла между осью абсцисс и графиком коммутации, е. у, и График прямолинейной (идеальной) коммутации имеет вид прямой линии. При = а следовательно, плот ность тока в переходном кон такте в течение всего периода комму тации остается неизменной = = = const). Физически это объясняется тем, что при линейной коммутации убывание тока, проходящего через сбе гающую пластину коллектора, пропорционально уменьшению площади контакта щетки с этой пластиной, а нарастание тока через набегающую пластину пропорционально увеличению Рис. 27.2. График тока прямоли площади контакта щетки с этой нейной коммутации пластиной.

Из построений, сделанных на рис. 27.2, следует, что к моменту времени, когда щетка теряет контакт со сбегающей пластиной, ток через эту пластину уменьшается до нуля. Таким образом, при пря молинейной коммутации пластина коллектора выходит из-под щетки без разрыва тока.

Изложенные свойства прямолинейной (идеальной) коммута ции — постоянство плотности тока под щеткой и выход пластины из-под щетки без разрыва тока — являются основными, и благода ря им этот вид коммутации не сопровождается искрением на кол лекторе.

§ 27.3. Криволинейная замедленная коммутация Период коммутации в современных машинах постоянного то ка весьма мал и составляет приблизительно с. При этом средняя скорость изменения тока в коммутирующей секции очень что приводит к появлению в ком мутирующей секции ЭДС самоиндукции (27.5) где — индуктивность секции;

i — ток в коммутирующей секции.

Обычно в каждом пазу якоря на ходится несколько пазовых сторон (не менее двух), принадлежащих разным секциям. При этом если шаг обмотки полный = то все эти секции од новременно находятся в состоянии коммутации, будучи замкнутыми раз ными щетками (рис. 27.3, Обычно ширина щетки больше коллекторного деления и каждая щетка замыкает од новременно несколько секций. Так как пазовые части коммутирующих секций лежат в одних пазах, то изме няющийся магнитный поток каждой из этих частей наводит в пазовых частях других секций ЭДС взаимоиндукции (27.6) где — взаимная индуктивность од где — взаимная Рис. 27.3. Магнитная связь новременно коммутирующих секций.

одновременно коммути Обе ЭДС создают в коммути рующих секций:

рующей секции реактивную (резуль а — при полном шаге = т);

тирующую) б — при укороченном шаге с обмотки < (27.7) которая препятствует изменению тока в коммутирующей секции.

Кроме того, под влиянием реакции якоря магнитная индукция в зоне коммутации (на геометрической нейтрали) приобретает неко торое значение (см. рис. 26.4, в), под действием которой в ком мутирующей секции наводится ЭДС вращения (27.8) где — длина пазовых секции;

— число витков в сек ции;

v — линейная скорость движения секции.

Электродвижущая сила вращения в отличие от реактивной ЭДС может иметь разное направление в зависимости от полярно сти магнитного поля в зоне коммутации. Если машина не имеет добавочных полюсов, то ЭДС вращения направлена со гласованно с реактивной ЭДС. В этом случае в контуре коммути рующей секции действует сумма ЭДС = (27.9) С учетом изложенного уравнение по второму закону Кирхгофа для коммутирующей секции замкнутой щеткой имеет вид = (27.10) или с учетом (27.3) запишем выражение тока в коммутирующей секции при криволинейной замедленной коммутации:

+ (27.11) Первое слагаемое правой части полученного выражения пред ставляет собой ток прямолинейной коммутации [см. (27.3)] (27.12) Второе слагаемое правой части вьфажения определяет значение дополнительного тока коммутации, возни кающего в контуре коммутирующей секции под действием ЭДС (27.13) Таким образом, ток в коммутирующей секции при криволиней ной замедленной коммутации равен сумме двух составляющих:

Характер изменения тока определяется графиком, показан ным на рис. 27,2. Что же касается дополнительного тока коммута ции то для определения характера его изменения за период коммутации необходимо предварительно выяснить, как меняются за период коммутации величины, определяющие этот ток, а имен но ЭДС и сумма сопротивлений + Если в машине нет добавочных полюсов и магнитная индук ция в зоне коммутации невелика, то ЭДС определяется главным образом реактивной ЭДС = + При прямолинейном законе изменения тока di/dt = const, а следова тельно, const.

Закон изменения суммы сопротивлений + определяется выражением где R — сопротивление переходного контакта когда пластина коллектора полностью перекрыта щеткой и пло щадь переходного контакта равна В начале (t = 0) и в конце = коммутации + = при = Гц сумма сопротивлений + На рис. 27.4, представлен график fo + Этому закону изменения суммы сопротивлений и постоянству ЭДС соответствует кривая 7 измене ния добавочного тока коммутации = fit), представленная на рис. 27.4, б.

График изменения результирую щего тока коммутации = + = полученный сложением орди нат графиков тока прямолинейной коммутации fit) (см. рис. 27.2) и добавочного тока коммутации (см. рис. 27.4, б, график 7), представ лен на рис. 27.5. Криволинейный вид этого графика обусловлен криволи графика = fit). Физиче ски это объясняется реактивным дей ствием суммарной ЭДС наводи мой в коммутирующей секции, пре пятствующей изменениям тока в этой секции от в начале коммутации до 27.4. Графики измене в ее конце. По этой причине в се ний сопротивлений + редине периода коммутации (точка а) и тока ток в коммутирующей секции = т. е. он не равен нулю, как это имело место при прямолинейной коммутации (см. рис. 27.2), а равен добавочному току коммутации который в этот момент времени = имеет наибольшее значение (см. рис. 27.4, б, график 7). Уменьшение тока до нуля и изменение его направления наступают во второй половине перио да коммутации в момент времени t > (точка Ь), т. е. по срав нению с прямолинейной в рассматриваемом виде коммутации процесс изменения направления тока в коммутирующей секции затягивается во времени. В итоге график коммутации приобретает криволинейный вид. По этой причине такую коммутацию называ ют криволинейной замедленной. Характерный признак этого вида коммутации — неодинаковая плотность тока под щеткой в начале и в конце периода коммутации.

В этом можно убедиться, воспользовавшись построениями, сделанными на рис. 27.5, для момента времени t Среднее значение плотности тока под набегающим краем имеющим контакт с пластиной 2 (рис. 27.6, а), меньше среднего значения плотности под сбегающим краем щетки, имеющим контакт с пластиной 1. одной стороны, это объясняет ся тем, что tg < tg (см. рис. 27.5), а с другой стороны, тем, что при = токи, отходящие в обмотку якоря через пластины 1 и 2, не равны: При криволинейной замедленной коммутации площадь S\ соприкосновения пластины с щеткой уменьшается быстрее, чем ток = + а поэтому плотность тока под сбе гающим краем щетки повышается. К концу периода коммутации эта плотность тока достигает наибольшего значения j соответствует (см. рис. 27.5).

При значительных нагрузках машины плотность тока под сбе гающим краем щетки может дос тигнуть недопустимо больших значений и вызвать искрение на коллекторе. Однако, как показы вает опыт, возможно появление искрения и при небольших нагру зочных токах в цепи якоря. Это свидетельствует о том, что уве личение плотности тока под сбе гающим краем щетки не единст венная причина искрения на коллекторе. Искрение возникает также при размыкании замкнутой 27.5. График тока криволи накоротко щеткой цепи коммути- нейной замедленной коммутации рующей секции при выходе сбе пластины коллектора из-под щетки. В момент размыкания коммутирующей секции с добавочным током коммутации накоп ленная в ней энергия магнитного поля (Дж) 27.6. Распределение плотности тока под щеткой при криво линейной замедленной (о) и ускоренной (б) видах коммутации затрачивается на создание электрической дуги между сбегающим краем щетки и сбегающей коллекторной пластиной.

Изложенные выше свойства криволинейной замедленной коммутации — повышение плотности тока под сбегающим краем щетки и выход сбегающей пластины из-под щетки с разрывом це пи тока — создают условия к возникновению искре ния на коллекторе под сбегающими краями щеток.

§ 27.4. Способы улучшения коммутации Основная причина неудовлетворительной коммутации в ма шинах постоянного тока — добавочный ток коммутации (27.17) Здесь — сумма электрических сопротивлений добавочному току коммутации сопротивления мест пайки в петушках, пере ходного контакта между коллекторными пластинами и щеткой и собственно щетки.

Однако из перечисленных сопротивлений, входящих в наибольшее значение имеет сопротивление щетки и переходного контакта, поэтому, обозначив их с некоторым приближением можно записать (27.18) Из полученного выражения следует, что уменьшить ток a следовательно улучшить коммутацию, можно либо увеличением сопротивления либо уменьшением суммарной ЭДС в ком мутирующей секции. Отсюда вытекает ряд способов улучшения коммутации, основные из которых рассмотрены ниже.

Выбор щеток. С точки зрения обеспечения удовлетворитель ной коммутации целесообразнее применять щетки с большим пе реходным падением напряжения в переходном контакте и собст венно щетке, т. е. щетке с большим сопротивлением Однако допустимая плотность тока в щеточном контакте этих щеток неве лика, а поэтому их применение в машинах со значительным рабо чим током ведет к необходимости увеличения площади щеточного контакта, что требует увеличения площади коллектора за счет его длины. привело бы к увеличению габаритов машины и допол нительному расходу меди. Поэтому щетки с большим приме няют преимущественно в машинах с относительно высоким на пряжением, а следовательно, и с небольшим рабочим током.

Щетки для электрических машин разделяют на четыре груп пы, различающиеся составом, способом изготовления и характе ристиками (табл. 27.1). Выбирают щетки в соответствии с реко мендациями, выработанными на основании многолетнего опыта проектирования и эсплуатации электрических машин. Наибольшее применение в машинах постоянного тока напряжением В имеют электрографитированные щетки.

Увеличению переходного сопротивления щеточного контакта, а следовательно улучшению коммутации, способствует поли коллектора — тонкая оксидная пленка на поверхности коллектора, обладающая повышенным электрическим сопро тивлением.

Уменьшение реактивной Существенное влияние на суммарную ЭДС в коммутирующей секции оказывает реактивная ЭДС = + ЭДС взаимоиндукции в значительной степени зависит от ширины щетки: чем шире щетка, тем большее число коллекторных пластин перекрывает она одновременно, а следова тельно, тем больше секций одновременно коммутируется, что вы зывает повышение ЭДС взаимоиндукции Однако слишком уз кие щетки также нежелательны из-за недостаточной механической а также потому, что для создания необходимой площади Таблица 27. контактной поверхности в узкой щетке пришлось бы увеличить ее длину, а это привело бы к необходимости увеличения длины кол лектора. Наиболее целесообразны щетки шириной в коллек торных деления.

Заметное влияние на реактивную ЭДС оказывает тип обмотки якоря. Так, если обмотку якоря выполнить с укороченным шагом < т), то активные стороны одновременно коммутирующих сек ций окажутся в разных пазах (см. рис. 27.3, что будет способст вовать уменьшению ЭДС взаимоиндукции. Реактивная ЭДС может быть ослаблена уменьшением индуктивности секций Для этого не следует применять в обмотке якоря секции с большим числом витков и полузакрытые пазы. Однако осуществление этих мероприятий привело бы к созданию громоздких и неэконо мичных машин. Поэтому при проектировании машин постоянного тока выбор указанных связывают со стремлением по лучить компактную и экономичную машину. При этом реактивная ЭДС может быть в значительной степени уменьшена или даже полностью устранена созданием в зоне (по оси щеток) коммутирующего поля определенной полярности и величины.

Создается такое поле добавочными полюсами или сдвигом щеток с геометрической нейтрали.

Добавочные полюсы. Назначение добавочных полюсов — создать в зоне коммутации магнитное поле такой величины и на правления, чтобы наводимая этим полем в коммутирующей сек ции ЭДС вращения компенсировала реактивную ЭДС В ма шине постоянного тока без принятия мер по улучшению коммутации ЭДС и направлены в одну сторону, т. е. дейст вуют согласно:

ЭДС в коммутирующей секции окажется рав ной нулю, если посредством добавочных полюсов создать в зоне коммутации магнитное поле с магнитной индукцией такой ве личины и направления, чтобы ЭДС вращения изменила свое направление на обратное [см. (27.8)], а значение ее было бы равно ЭДС реактивной В этом случае и коммутация становится прямолинейной (идеальной).

Добавочные полюсы располагают между главными. При этом щетки устанавливают на геометрической нейтрали.

Все машины постоянного тока мощностью свыше 1 кВт снаб жаются добавочными полюсами, число которых принимают рав ным числу главных полюсов или же вдвое меньшим. Наличие до бавочных полюсов позволяет увеличить линейную нагрузку машины и при заданной мощности получить машину меньшего веса и габаритов.

Число витков обмотки добавочных полюсов выбирают таким, чтобы МДС добавочных полюсов компенсировала МДС якоря по поперечной оси в зоне коммутации и имела некоторый избыток, необходимый для создания коммутирующего поля с индукцией направленного противоположно полю реакции якоря (рис. 27.7).

Исходя из этого, МДС добавочного полюса для некомпенсирован ных машин постоянного тока принимают равной (А) (27.19) где = — коэффициент, учитывающий требуемое превы шение МДС обмотки добавочного полюса над МДС якоря [см. (26.6)]. Для машин постоянного тока серий этот коэффициент принимают равным Если машина снабжена компенсационной обмоткой, то МДС добавочных полюсов следует уменьшить на величину МДС ком пенсационной обмотки Обычно в компенсированных маши нах постоянного тока МДС добавочных полюсов на % больше МДС якоря.

Если МДС добавочных полюсов сделать больше требуемого значения [см. (27.19) ], то ЭДС вращения станет больше реактивной ЭДС. В этом случае суммарная ЭДС изменит свой знак, а добавочный ток коммутации — свое направление на про тивоположное по сравнению с тем, какое он имел при криволи нейной замедленной коммутации (см. рис. 27.4,6, кривая 2).

График изменения результирующего тока коммутации = + в этом случае принимает вид, представленный на рис. 27.8, т. е.

коммутация становится криволинейной ускоренной, так как ток в коммутирующей секции достигает нулевого значения за время Т < 0,5 (точка Для криволинейной уско ренной коммутации ха рактерно повышение плотности тока под на бегающим краем щетки (см. рис. 27.6, Объ ясняется это тем, что при этом виде комму тации площадь сопри косновения пластины с щеткой нарастает медленнее, чем увели чивается — + Наибольшее значение плотности тока соответствует началу периода коммутации Рис. 27.7. Результирующее магнитное поле в При значитель воздушном зазоре машины с добавочными ных нагрузках это полюсами в генераторном и двигатель жет привести к искре ном режимах нию под набегающим краем щетки. Это объ ясняется тем, что при ускоренной коммута ции выход сбегающей пластины из-под щетки происходит с разрывом цепи добавочного тока коммутации, который имеет направление, про тивоположное току за медленной коммутации.

Для обеспечения компенсации реактив ной ЭДС при различ- Рис. 27.8. График тока криволинейной уско ных нагрузках машины рентой коммутации обмотку добавочных полюсов включают по следовательно с обмоткой якоря. В этом случае МДС добавочных полюсов при различных нагрузках машины изменяется пропор ционально току якоря т. е. пропорционально МДС якоря Полярность добавочного полюса в генераторе должна быть такой же, как и у следующего по направлению вращения главного а в двигателе — как у предшествующего полюса (рис. 27.9).

Генератор Двигатель 27.9. Полярность добавочных Рис. График изменения ЭДС полюсов при работе машины в в коммутирующей секции в зависи генераторном и двигательном ре- мости от тока нагрузки жимах Добавочные полюсы обеспечивают удовлетворительную ком мутацию в машине только в пределах номинальной нагрузки. При перегрузке машины происходит насыще ние магнитной цепи добавочных полюсов.

В этом случае реактивная ЭДС изменя ется пропорционально току нагрузки, а рост ЭДС внешнего поля из-за насыщения магнитной цепи несколько задерживается (рис. 27.10). В результате в коммутирую щей секции появляется суммарная ЭДС т.е. коммутация становится замедленной. Насыщению сердечников добавочных полюсов способствует маг нитный поток рассеяния замыкаю щийся через сердечники смежных главных полюсов и станину (рис. В целях уменьшения магнитного потока рассеяния, а следовательно, обеспечения более линей ной зависимости потока добавочных полю сов от тока нагрузки воздушный зазор до Рис. К понятию о потоке рассеяния бавочного полюса разделяют на два:

добавочных полюсов один — между сердечником и яко рем а другой — между сердечником полюса и станиной (см. рис. 27.7). В этом случае зазор ограничит значение потока Зазор создается пакетом немагнитных прокладок, закладываемых между сердечником полюса и станиной.

Получение коммутирующего поля смещением щеток. В машинах постоянного тока мощностью до 1 кВт, выполняемых без добавочных полюсов, коммутирующее поле в зоне коммутации создается смещением щеток с геометрической нейтрали.

Если щетки установлены на геометрической нейтрали 27.12, а), то поперечное магнитное поле якоря с магнитной индукцией создает в зоне коммутации индукцию (рис. 27.12, б). В результате в коммутирующих секциях наводится ЭДС вращения направленная согласованно с реактивной ЭДС и способствующая замедленной Рис. 27.12. Создание коммутирующего поля сдвигом щеток коммутации. При сдвиге щеток на физическую нейтраль комму тирующее поле с индукцией исчезает и ЭДС вращения = 0. При коммутирующих секциях наводится лишь реактивная ЭДС Если же щетки сдвинуть на угол т. е. за физическую нейтраль (линия то коммутирующее поле с индукцией изменит свое направление относительно направления при положении щеток на геометрической нейтрали. Это поле будет наводить в коммутирую щих секциях ЭДС вращения, равную реактивной ЭДС и противопо ложную ей по направлению - = 0), т. е. реактивная ЭДС ока жется скомпенсированной и коммутация станет прямолинейной (идеальной). Для получения необходимого эффекта щетки следует смещать в направлении вращения якоря у генераторов или против вращения якоря у двигателей.

Описанный способ улучшения коммутации имеет следующие недостатки: а) коммутирующее поле изменяется не пропорцио нально нагрузке машины, что исключает полную компенсацию реактивной ЭДС во всем диапазоне нагрузок, так как для этого пришлось бы при каждом изменении нагрузки менять положение щеток (обычно щетки устанавливают в фиксированное положение, соответствующее полной компенсации реактивной ЭДС при но минальной нагрузке);

б) при смещении щеток с геометрической нейтрали усиливается размагничивающее действие реакции якоря (см. рис. 26.5);

в) для реверсируемых машин смещение щеток с геометрической нейтрали недопустимо, так как требуемое направ ление смещения физической нейтрали меняется с изменением на правления вращения якоря.

§ 27.5. Круговой огонь по коллектору При значительных перегрузках или внезапном коротком за мыкании машины постоянного тока коммутация приобретает рез ко замедленный характер. В этом случае между сбегающей кол лекторной пластиной и сбегающим краем щетки возникает электрическая дуга. Так как коллектор вращается, то дуга механи чески растягивается (рис. 27.13, Наря ду с этим перегрузка машины сопровожда ется усилением реак ции якоря, под дейст вием которой распре деление индукции в воздушном зазоре ма 27.13. Растяжение шины становится не коллекторе и расположение равномерным (см. рис.

барьеров между щетками 26.4, в). В результате напряжение между соседними коллекторными пластинами увеличивается, превышая допустимые пределы (см. § Это, с одной стороны, может привести к возникновению электрических дуг между смежными пластинами, а с другой стороны, появление высокого потенциала на некоторых пластинах резкое повышение напряжения между щеткой и коллекторными пластинами по мере их удаления от сбегающего края щетки. Все это создает условия для возникнове ния электрической дуги между щеткой и коллекторными пластинами.

Таким образом, в условиях перегрузки в машине постоянного тока появляются и потенциальные причины для возникновения дуги на коллекторе.

При этом электрические дуги, вызванные коммутационными при чинами, сливаются с дугами, вызванными потенциальными при чинами, образуя вокруг коллектора электрическую дугу, которая может перекинуться также и на корпус машины. Описан ное явление называется круговым огнем по коллектору. Круговой огонь очень опасен, так как может привести к тяжелой аварии ма шины, включая возникновение в пожара.

Добавочные полюсы и компенсационная обмотка хотя и ос лабляют опасность возникновения кругового огня, но полностью ее не устраняют. Поэтому для защиты обмотки якоря от повреж дения электрической дугой в случае возн кругового огня в электрических машинах, работающих в условиях частых пере грузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран. В некоторых машинах применяют воздушное дутье, сдувающее дугу в сторону защищенного теп лостойкой изоляционной препятствия на пути распространения дуги между разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала (рис. 27.13, б).

§ 27.6. Радиопомехи от коллекторных машин и способы их подавления При неудовлетворительной коммутации коллекторная машина становится источником радиопомех, ухудшающих качество ра диоприема, а иногда делающих его невозможным, поэтому уро вень индустриальных радиопомех не превышать значений, определяемых действующими нормами.

Радиопомехи распространяются дву мя путями: по эфиру (электромагнитное излучение) и через электросеть. Для по давления помех, распространяемых по эфиру, электрические машины экрани руют. В качестве экрана используют за земленный корпус машины. Если со сто роны коллектора в машине имеются окна, то их следует закрыть металлическим колпаком или сеткой, обеспечив им на дежный контакт с корпусом машины.

Для подавления помех, проникающих от машины в сеть, применяют симметри рование обмоток и включение фильтров.

Симметрирование обмоток состоит в том, что каждую обмотку, включенную после Рис. 27.14. Схема вклю довательно в цепь якоря, разделяют на чения помехозащитного две равные части и присоединяют сим фильтра метрично к щеткам разной полярности.

Применение фильтров — основной способ подавления радиопо мех. Для большинства машин достаточно установить емкостный фильтр в виде конденсаторов, включаемых между каждым токо несущим проводом и корпусом машины (рис. 24.14). Значение ем кости конденсаторов подбирают опытным путем, при этом они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение машины. Для фильтров предпочтительны конденсаторы типа у которых одним из зажимов является металлическая обо лочка, прикрепляемая непосредственно к корпусу машины.

Контрольные вопросы 1. Какие причины могут вызвать искрение на коллекторе?

2. Какие степени искрения предусмотрены ГОСТом? Дайте каждой из них ха рактеристику и укажите условия допустимости.

3. Почему прямолинейная коммутация не сопровождается искрением?

4. Какие причины, вызывающие искрение, возникают при замедленной комму тации?

5. Объясните назначение и устройство добавочных полюсов.

6. Каковы причины, способные вызвать круговой огонь по коллектору?

7. Как можно снизить уровень радиопомех в коллекторной машине?

глава Коллекторные генераторы постоянного тока 28.1. Основные понятия В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС [см. (25.20)], При подключении к генератору нагрузки в цепи яко ря возникает ток, а на выводах генератора устанав ливается напряжение, определяемое уравнением на пряжений для цепи якоря генератора:

Здесь (28.2) — сумма сопротивлений всех участков цепи якоря:

обмотки якоря обмотки добавочных компенсационной обмотки последовательной обмотки возбуждения и переходного щеточного При отсутствии в машине каких-либо из указан ных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение при водным двигателем, который создает на валу гене ратора вращающий момент Если генератор ра ботает в режиме х.х. = 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холо стого хода Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М [см. (25.24)]. В генераторе этот момент направлен встречно вра щающему моменту приводного двигателя ПД (рис.

28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

При неизменной частоте вращения (и = const) вра щающий момент приводного двигателя М\ уравнове шивается суммой противодействующих моментов: мо ментом х.х. и электромагнитным моментом М, т. е.

Выражение (28.3) моментов для генератора при п = const. Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря, получим уравнение мощностей:

где = — подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха ническая);

= — ность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключен ной нагрузке);

= — электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока или с учетом (28.1) (28.5) где — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ ность, отдаваемая генератором нагрузке;

— мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря (см. § 29.8).

Учитывая потери на возбуждение генератора получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

(28.6) Следовательно, механическая мощность, развиваемая при водным двигателем Р\, преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность передаваемую нагрузке, и мощ ность, затрачиваемую на покрытие потерь + Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии п = = const. Рассмотрим основные характеристики генераторов посто янного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. от тока возбуждения Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу ждения Внешняя характеристика — зависимость напряжения на вы ходе генератора U от тока нагрузки /:

где — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж Регулировочная — зависимость тока возбуж дения от тока нагрузки / при неизменном напряжении на выходе генератора:

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой ства генераторов постоянного тока.

§ 28.2. Генератор независимого возбуждения Схема включения генератора независимого возбуждения по казана на рис. 28.2, а. Реостат включенный в цепь возбужде ния, дает возможность регулировать ток в обмотке возбуждения, а следовательно, и основной магнитный поток машины. Обмотка возбуждения питается от источника энергии постоянного тока:

аккумулятора, выпрямителя или же другого генератора постоян ного тока, называемого в этом случае возбудителем.

max Рис. 28.2 Принципиальная схема (я) и характеристики х.х. (б) генера тора независимого возбуждения Характеристика холостого хода. При снятии характеристики = генератор работает в режиме х.х. = 0). Установив номинальную частоту вращения и поддерживая ее неизменной, постепенно увеличивают ток в обмотке возбуждения от нулево го значения до = Оа, при котором напряжение х.х. = = Получают данные для построения кривой / (рис. 28.2, б).

Начальная ордината кривой / не равна нулю, что объясняется дей ствием небольшого магнитного потока остаточного магнетизма, сохранившегося от предыдущего намагничивания машины.

Уменьшив ток возбуждения до нуля и изменив его направление, постепенно увеличивают ток в цепи возбуждения до Ob. По лученная таким образом кривая 2 называется нисходящей ветвью характеристики. первом квадранте кривая 2 располагается вы ше кривой 1. Объясняется это тем, что в процессе снятия кривой произошло увеличение магнитного потока остаточного намагни чивания. Далее опыт проводят в обратном направлении, т. е.

уменьшают ток возбуждения от = до 0, а затем увеличи вают его до значения = Оа. В результате получают кривую 3, называемую восходящей ветвью характеристики х.х. Нисходящая и восходящая ветви характеристики х.х. образуют петлю намагни чивания. Проведя между кривыми 2 и 5 среднюю линию 4, полу чим расчетную характеристику х.х.

Прямолинейная часть характеристики х.х. соответствует нена сыщенной магнитной системе машины. При дальнейшем увеличе нии тока сталь машины насыщается и характеристика приобретает криволинейный характер. Зависимость повторяет в другом масштабе магнитную характеристику машины (см. § 26.1) и дает возможность судить о магнитных свойствах машины.

Нагрузочная характеристика генератора. Эта характери стика выражает зависимость напряжения U на выходе генератора от тока возбуждения при неизменных токе нагрузки, например номинальном, и частоте вращения. При указанных условиях на пряжение на выводах генератора меньше ЭДС [см. (28.1)], поэто му нагрузочная характеристика 1 располагается ниже характери стики холостого хода 2 (рис. 28.3). Если из точки а, соответствующей номинальному напряжению отложить вверх отрезок ab, равный провести горизонтально отре зок до пересечения с характеристикой х.х., а затем соединить точки а и с, то получим — треугольник реактивный {характе Так, при работе генератора в режиме х.х. при токе возбужде ния = напряжение на выводах с подключением нагрузки (при неизменном токе возбуждения) напряжение генера тора снизится до значения Таким образом, отрезок da выражает значение напряжения AU = Uo- при = На пряжение на выводах генератора в этом случае уменьшилось в ре зультате действия двух причин: падения напряжения в цепи якоря [см. (28.1)] и размагничивающего влияния реакции якоря. Измерив значение сопротивления цепи якоря и подсчитав падение напря жения можно определить ЭДС генератора при заданном токе нагрузки: = U + На рис. 28.3 эта ЭДС представлена отрезком be. Электродвижущая сила генератора при нагрузке меньше, чем в режиме х.х. (be < de), что объясняется размагничи вающим влиянием реакции якоря. Для количественной оценки этого влияния из точки с опускаем перпендикуляр на ось абсцисс.

14 Полученный отрезок с/ представляет собой ЭДС генератора при нагрузке;

в режиме х.х. для создания этой ЭДС необходим ток возбуждения < Следовательно, отрезок равный разности токов возбуждения - представляет собой ток возбуждения, компенсирующий размагничивающее влияние реакции якоря.

Катеты реактивного треугольника количественно определяют причины, вызывающие умень шение напряжения генератора при его падение на пряжения в цепи якоря определяет катет возбуждения - ком пенсирующий размагничиваю щее действие реакции якоря, оп ределяет катет Рис. 28.3. Нагрузочная характери стика генератора независимого возбуждения (28.8) где и — величины, опре деляющие размагничивающее действие реакции якоря по попе речной и продольной осям (см. § 26.2);

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.