pdf.php@id=6159.pdf

повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе — в обратную сторону.

Из рис. 5-1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рис. 5-1, б, поле поперечной реакции

якоря индуктирует э. д. с. одного направления, а в правой — дру­ гого, В результате этого при установке щеток на геометрической нейтрали суммарная э. д. с. от поля реакции якоря в каждой па­ раллельной ветви обмотки и на щетках равна нулю.

Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с геометри­ ческой нейтрали на 90° эл. (рис. 5-3), то поле якоря действует вдоль

оказывает на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие, и в результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуктируемая при вра­ щении якоря э. д. с. на щетках будет в этом случае также равна нулю.

Общий случай реакции якоря. Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной уста­ новки щеток, а также сознательных действий персонала щетки мо­ гут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол а (рис. 5-4, а), причем 0 < а < 9 0 ° эл. В таком общем случае по­ верхность якоря на протяжении двойного полюсного деления можно

разбить на две пары симметричных секторов: 1) аб и гв, 2) аг и бв. Токи первой пары секторов (рис. 5-4, б) создают поле поперечной реакции якоря, а токи второй пары (рис. 5-4, в) — поле продольной реакции якоря.

Указанные на рис. 5-4, а полярности полюсов и направления токов якоря соответствуют вращению якоря в режиме генератора (Г) по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) — против часовой стрелки.

Рис. 5-4. Разложение н. с. реакции якоря при сдвиге щеток с ней­ трали (а) на поперечную (б) и продольную (в)

Как следует из рис. 5-4, при повороте щеток генератора в на­ правлении вращения и щеток двигателя против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая уменьшение потока полюсов. При сдвиге щеток в обратном направлении возникает намагничивающая про­ дольная реакция якоря, вызывающая увеличение потока полю­ сов.

§5-2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины

Н.с. поперечной реакции якоря. Рассмотрим вопросы количе­ ственного учета влияния реакции якоря на магнитный поток ма­

шины. При этом для простоты примем следующие допущения: 1) якорь не имеет пазов, однако влияние пазов на магнитное сопро­ тивление зазора учитывается введением в рассмотрение эквивалент­ ного воздушного зазора б' = к68 (см. § 2-2); 2) проводники якоря распределены равномерно по окружности якоря. Получаемые при этом результаты достаточно точны для практических целей.

На рис. 5-5, а изображена машина в развернутом виде на протя­ жении двойного полюсного деления, причем щетки установлены на геометрической нейтрали. Характер возникающего поля попереч­ ной реакции якоря также показан на рисунке, Величины, относя­

щиеся к поперечной реакции якоря, будем обозначать индексами си},

ак продольной реакции — индексами ай. Применим закон полного тока

клинии магнитной индукции, пересекающей зазор в пределах по­ люсного наконечника на расстоянии х от центра полюса, и предпо­ ложим сначала, что в сталь­ ных участках магнитной цепи рс — оо и поэтому в стали Н = 0. Можно при­ нять также, что вдоль маг­ нитной линии в воздушном

зазоре Надх — сопз!. Тогда вместо указанного инте­ грального соотношения по­ лучим

представляет собой магнитаую проводимость зазора на единицу площади, а

—н. с. поперечной реакции якоря в точке с координатой х.

На основании соотношения (5-3) можно построить зависимость

РаЯх = / (х), причем надо учесть, что при изменении направления тока в проводниках якоря Аа меняет знак (рис. 5-5, б). Максималь­ ное значение Радх достигается на линии геометрической нейтрали:

а возле края полюсного наконечника

Размагничивающее действие поперечной реакции якоря. При %х = сош1 кривая индукции Вацх повторяла бы кривую РаЯх- Од­ нако в тйеждуполюсном пространстве Хх уменьшается, и Вадх — = / (л:) принимает форму кривой 1 на рис. 5-5, в. На этом же рисунке кривая 2 представляет собой распределение индукции поля возбу­ ждения в зазоре. Кривая индукции результирующего поля 3 полу­ чается при отсутствии насыщения путем сложения ординат кривых 1 и 2. В действительности вследствие насыщения магнитной цепи ре­ зультирующая индукция на тех участках, где поля складываются, будет меньше арифметической суммы ординат кривых 1 и 2, а на участках, где поля вычитаются, — больше арифметической раз­ ности ординат кривых / и 2. Поэтому с учетом насыщения кривая индукции результирующего поля примет вид штриховой кривой 4.

При отсутствии насыщения поперечная реакция якоря вызы­ вает лишь искажение кривой поля в зазоре, однако поток одного полюса остается неизменным. Но при наличии насыщения уменьше­ ние потока на том краю полюса, где поля складываются, будет больше, чем увеличение на том,краю полюса, где поля вычитаются. Это объясняется тем, что насыщение сильнее там, где сильнее ре­ зультирующее поле.

Вследствие этого под влиянием насыщения поперечная ре­ акция якоря всегда вызывает некоторое уменьшение потока по­ люсов, и в этом смысле говорят, что поперечная реакция якоря действует размагничивающим образом.

Следует отметить, что в некоторых случаях в машинах мощностью до 30—40 кет при номинальной нагрузке, а также в других маши­ нах в таких режимах работы, когда поток возбуждения ослаблен, под воздействием реакции якоря возможно изменение направления («опрокидывание») поля под одним краем полюса. При Рп > 50 кет величину б обычно выбирают такой, чтобы при номинальной нагрузке не происходило «опрокидывания» поля. С этой же целью в мощных машинах зазор под краями полюсных наконечников делают больше, чем под центром полюса. Это приводит также к улучшению условий коммутации сложных обмоток, так как распределение индукции поля возбуждения приближается к синусоидальному и э. д. с. от высших гармоник поля, которые могут вызвать большие разности напряжений между соседними коллекторными пластинами много­ ходовых петлевых обмоток, уменьшается.

Количественный учет влияния поперечной реакции якоря. На­ сыщение полюсных наконечников и тела якоря невелико, и поэтому

при количественном учете влияния поперечной реакции якоря до­ статочно учесть лишь насыщение зубцов. Для такого учета по дан­ ным расчета магнитной цепи при холостом ходе (см. гл. 2) строят так называемую переходную магнитную характеристику машины (рис. 5-6), представляющую собой зависимость индукции в воздуш­ ном зазоре В6 при холостом ходе от суммы н. с. зазора и зубцов:

Р&г — Р& + Р г-

Пусть при холостом ходе Вь определяется ординатой аб на рис. 5-6. Тогда н. с. воздушного зазора и зубцового слоя Р1г созда­

в этих точках на протяжении полюсного наконечника опреде­ лится ординатами участка кривой дбе.

Отрезок вг на рис. 5-6 пропорционален ширине полюсного на­ конечника, и поэтому площадь фигуры вдбегав пропорциональна потоку полюса при нагрузке. В то же время площадь прямоуголь­ ника вжзг пропорциональна потоку полюса при холостом ходе. Поэтому площадь криволинейного треугольника без характеризует увеличение потока под одной половиной полюса, а площадь треу­ гольника джб — его уменьшение под другой половиной полюса. Таким образом, разность площадей этих треугольников определяет уменьшение потока полюса под влиянием поперечной реакции якоря.

Заменим на рис. 5-6 фигуру вдбегав равновеликим ей по площади прямоугольником вилг. Тогда ордината ак представляет собой сред­ нюю индукцию Ван в воздушном зазоре при нагрузке, а отрезок

С другой стороны, если увеличить и. с. возбуждения на ДРдЬ (рис. 5-7, б), чтобы скомпенсировать таким образом влияние реакции якоря, это будет соответ­ ствовать увеличению потока на сумму площадей криволинейных прямоугольни­ ков дж ж 'д' и зее'э', которая приближенно равна

ДФв=*ж д ДРчЬ+ ез&Рчь —(В& + Ва) ДРчь-

Приравнивая два выражения для ДФв, имеем

Более точные результаты можно получить, если вычислить сначала ДРдъ по формуле (5-7), отложить это значение &Р^ь иа рис. 5-7, б от точек виг вправо и вы­

числить затем АРдЬ снова, подставив в выражение (5-7) вместо 5д и В'й' полусум­ мы (дж + д'ж'): 2 и (зе + з'е') : 2.

Учет реакции якоря при сдвиге щеток. Сдвиг щеток с геометри­ ческой нейтрали, измеряемый длиной дуги

с = а Д ,/2

по окружности якоря (см. рис. 5-4), обычно невелик, так что т —

— 2с> Ь6. При этом намагничивающая сила продольной реакции якоря на один полюс

в зависимости от ее направления непосредственно складывается

сн. с. возбуждения или вычитается из нее. В результате получается

н.с. по продольной оси

Для компенсации продольной реакции якоря в этом случае достаточно увеличить .или уменьшить Рв на величину Ра 1в зависи­ мости от того, является ли действие Раа размагничивающим или на­

кривые 1, 2 и 3 представляют собой соответственно полную, попе­

Напряжения между коллекторными пластинами. Реакция якоря в определенных условиях может вызвать нежелательные по своим последствиям явления.

К числу таких явлений относится прежде всего увеличение напряжения между коллекторными пластинами вследствие иска­ жения поля под воздействием поперечной реакции якоря.

При холостом ходе максимальное напряжение между соседними пластинами в случае, например, применения простой петлевой об­ мотки

цк= 2Вво \М ..

где — число витков секции.

При нагрузке максимальная индукция под одним из краев по­

Среднее напряжение между соседними коллекторными пласти­ нами

«к.ср = 2Ввсроус/во0 = 2а6В6юс16оа,

и поэтому

При расчете машин постоянного тока число коллекторных пла­ стин К выбирается таким, чтобы среднее напряжение между сосед­ ними коллекторными пластинами

Предельное значение мкмакс ограничивается возможностью воз­ никновения электрической дуги между смежными пластинами. Поэтому обычно требуется, чтобы «к ыакс ^ 30 н- 50 в.

Недопустимое повышение ик иакс может произойти либо вслед­ ствие увеличения Ввмакс под воздействием реакции якоря (напри­ мер, значительная перегрузка машины), либо вследствие уменьше­

Искажение кривой поля тем значительнее, чем меньше воздуш­ ный зазор. Величину зазора в машинах средней и большой мощности выбирают обычно такой, чтобы при номинальном режиме индукция под краем полюса (х = Ъ&12) не меняла своего направления («опро­ кидывание» поля). Согласно выражению (5-6), для этого необхо­ димо, чтобы

~~2АаЬй.

При 1)а = 10 -г- 50 см обычно б « 0,009 Компенсационная обмотка.

Эффективным средством борьбы с искажением кривой поля и увеличением напряжения между коллекторными пластинами является применение компенсационной обмотки.

Она размещается в пазах, выштампованных в полюсных нако­ нечниках (рис. 5-9, а), так, чтобы направления токов в этой обмотке и обмотке якоря в пределах каждого полюсного деления были про­ тивоположны. Если линейные нагрузки обеих обмоток равны

(Аа = Ак0), то влияние поперечной реакции якоря в пределах по­ люсного наконечника устраняется полностью (рис. 5-9, б). После­ довательное соединение этих обмоток обеспечивает такую компенсацию при всех на­ грузках. Однако соблюдение условия Аа = Лк.о в точности не всегда возможно. В таких случаях в пределах полюсно­ го наконечника сохраняется некоторое влияние попереч­ ной реакции якоря и макси­ мальное значение н. с. реакции

якоря в нейтральной зоне

Глава шестая

КОММУТАЦИЯ

§ 6-1. Природа щеточного контакта

Природа проводимости в щеточном контакте.

Как уже указывалось (см. § 3-3), коммутацией называется процесс переключения секций обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменения направления тока в них на обратное.