Синхронные машины. Машины постоянного тока
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
е магнитных потоков полюсов; условие симметрии в случае двухполюсной обмотки сводится к равномерному распределению проводников на внешней поверхности якоря.
Электродвижущая сила. Мгновенное значение э.д. с, индуктируемой в каждом активном проводнике (рис.2.12),
,(2.1)
где Вхиндукция в рассматриваемой точке х воздушного зазора; vaокружная скорость якоря; lадлина проводника в магнитном поле.
Следовательно,
.(2.2)
Здесь N общее числа активных проводников обмотки якоря; N/2а число активных проводников, входящих в одну параллельную ветвь.
При достаточно большом числе коллекторных пластин можно пренебречь пульсацией э. д.с. и считать, что
,(2.3)
где Вср среднее значение индукции на протяжении полюсного деления ?.
Учитывая также, что
Вср1а = Ф, (2.4)
где ? = ?Da/(2p) полюсное деление;
,
Получим
,(2.5)
где се = pN/(60a) коэффициент, определяемый конструктивными параметрами машины и не зависящий от режима ее работы.
Рис.2.12 Направление э д с и тока в витке обмотки якоря при его вращении относительно полюсов
Формула (2.5) дает среднее значение э.д.с. Е. В действительности величина ее колеблется (пульсирует) между двумя предельными значениями Емакс и Емин. При вращении якоря часть витков, замыкаясь накоротко щетками, выключается из параллельных ветвей и за время поворота якоря на угол, соответствующий одной коллекторной пластине, сумма мгновенных значений э.д.с. успевает несколько измениться. Максимальное значение возникающих при этом пульсаций э.д.с. ?Е = 0,5 (Емакс Емин) зависит от числа коллекторных пластин К:
К248102040Е, 017,242,50,620,16
Значения ?Е приведены в процентах от теоретического среднего значения э.д.с. Е.
Период пульсаций равен времени поворота якоря на одну коллекторную пластину, вследствие чего их частота в K/p раз больше частоты fa, с которой изменяется э.д. с, индуктированная в проводниках обмотки якоря.
Напряжение между соседними коллекторными пластинами. Если падением напряжения в витке пренебречь, то напряжение ик между соседними пластинами будет равно сумме э.д. с, индуктируемых во включенных между ними витках обмотки якоря. Например, для обмотки, состоящей из одновитковых секций (рис.2.12), напряжение ик = 2е. Из (2.1) следует, что э.д. с. е пропорциональна индукции Вх в соответствующей точке воздушного зазора. Поэтому кривая распределения вдоль коллектора напряжений ик между соседними пластинами будет подобна кривой распределения индукции Bx = f(x) в воздушном зазоре (рис.2.13, а).
Рис.2.13 Кривые распределения индукции Вх и напряжения ик вдоль окружности якоря при установке щеток на геометрической нейтрали (а) и при сдвиге их с нейтрали (б)
Важной характеристикой надежности работы машины постоянного тока является так называемая потенциальная кривая, представляющая собой зависимость изменения напряжения Ux вдоль окружности коллектора. При переходе от одной коллекторной пластины к другой напряжение Uх изменяется ступенчато, но при достаточно большом числе коллекторных пластин эту зависимость можно заменить плавной кривой (рис.2.13, а). Потенциальная кривая является интегральной по отношению к кривой магнитного поля Bx = f(x), так как площадь кривой магнитного поля пропорциональна сумме э.д. с, индуктируемых во всех витках, которые включены между щетками А и В. Наибольшее напряжение между соседними коллекторными пластинами ик.макс возникает там, где потенциальная кривая имеет наибольшую крутизну.
Как было указано выше, при холостом ходе машины значение э.д. с. Е будет максимальным при установке щеток А и В на геометрической нейтрали. Если смещать щетки с геометрической нейтрали на некоторый угол ? (рис.2.13, б), то часть окружности якоря, соответствующая углу ?, будет находиться в зоне с индукцией Вх, созданной полюсом противоположной полярности. При этом уменьшится результирующая э.д. с. Е и напряжение U между щетками А и В, так как в проводниках якоря, расположенных в
указанной зоне, индуктируются э. д. с, противоположные по направлению э. д. с. в остальных проводниках.
Электромагнитный момент. На якорь, по обмотке которого проходит ток Iа, действует электромагнитный момент
M = 0,5Fve3Da, (2.6)
где Fpeз результирующая электромагнитная сила, возникающая при взаимодействии тока с магнитным полем.
Сила Fрез представляет собой сумму усилий fx, приложенных ко всем активным проводникам обмотки якоря,
.
При достаточно большом числе коллекторных пластин силу Fрез можно считать постоянной:
.(2.7а)
Здесь iаток в одной параллельной ветви (см. рис.2.12),
С учетом (2.4) и (2.7а) электромагнитный момент
(2.7б)
При работе машины в двигательном режиме электромагнитный момент является вращающим, а в генераторном режиметормозным.
2.4 Обмотки якоря
В настоящее время применяют якоря только барабанного типа, в которых проводники обмотки укладывают в два слоя в пазы, расположенные на наружной поверхност