2.4. Магнитная цепь машины постоянного тока

Ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает м.д.с. F. Она обусловливает магнитный поток Ф₀, который замыкается че­рез участки машины, образующие ее магнитную систему. Сюда входят (рис.2.12.): воздушный зазор δ; зубцовый слой h_з; спинка сердечника якоря L_я; полюса h_пи ярмо L_яр. Магнитный поток каждого полюса разделяется на две равные части и направляется одновременно к двум соседним полюсам.

Рис. 2.12. Магнитная цепь машины постоянного тока

В соответствии с законом Ома, применительно к магнитной цепи величина магнитного потока Ф прямо пропорциональна м.д.с. F и обратно пропорциональна сумме магнитных сопро­тивлений ∑R_m всех участков магнитной цепи:

где Ф_S - поток рассеяния между полюсами.

Величина основного (полезного) магнитного потока, необхо­димая сила наведения в обмотке якоря требуемой э.д.с., опреде­ляется по формуле (2.2.)

Необходимая м.д.с. для создания в магнитной цепи требуе­мого магнитного потока определяется расчетом магнитной цепи.

Так как магнитная цепь машины состоит из пяти участков, отли­чающихся как размерами, так и свойствами материалов, из кото­рых они изготовлены, то рассчитывают магнитные напряжения для каждого участка цепи в отдельности. Затем, сложив резуль­таты, получают значение м.д.с. всей магнитной цепи в расчете на пару полюсов:

где F_δ - магнитное напряжение воздушных зазоров;

F_з - магнитное напряжение зубцовых зон;

F_я - магнитное напряжение сердечника якоря;

F_п - магнитное напряжение сердечников полюсов;

F_яр - магнитное напряжение ярма.

Основное значение здесь имеет магнитное напряжение воздуш­ного зазора, которое вычисляется по формуле

где Н_δ - напряженность магнитного поля, А/м;

В_δ. - магнитная индукция, mл;

δ - воздушный зазор, м;

μ₀=4π·10^-7 - магнитная проницаемость вакуума, гн/м;

К_δ - коэффициент зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления вследствие зубчатой поверхности якоря (К_δ = 1,15 — 1,3).

Магнитное напряжение остальных участков магнитной цепи, выполненных из стали, определяется по формуле

Напряженность магнитного поля на различных участках цепи определяется по магнитной индукции, подсчитываемой по фор­муле

где Ф_х - магнитный поток на участке, вб;

S_х - площадь поперечного сечения участка, м².

Зная величину магнитной индукции участка, по кривым на­магничивания определяют напряженность магнитного поля. Та­ким образом, в соответствии с рис.2.12. и формулой (2.19.) маг­нитодвижущая сила на пару полюсов будет

Число витков в катушке возбуждения w_B, располагаемой на полюсе, определяется из отношения м. д. с. F к току в обмотке возбуждения i_и:

Величина тока в обмотке возбуждения, включенной параллельно обмотке якоря, обычно не превышает 1-5% номинально­го тока якоря. В последовательной обмотке возбуждения проте­кает ток якоря.

О магнитных свойствах машины судят по так называемой кривой намагничивания Ф=f(F). Для ее построения берут несколько значений магнитного потока, например, 0,5 Ф; 0,75 Ф; 1,0 Ф и 1,25 Ф, и для каждого из них рассчитывают м.д.с. F. По полученным данным строится кривая Ф=f(F) (рис.2.13. ). В начальной части кривая намагничивания имеет прямолинейный характер, так как при малых значениях магнитного потока сталь машины не насыщена и м.д.с. тратится на прохождение магнитного потока практически толь­ко через воздушный зазор.

Рис.2.13. Кривая намагничивания машины постоянного тока

По мере увеличения маг­нитного потока Ф, все боль­шая часть м.д.с. тратится на проведение магнитного потока по стали, и характе­ристика становится криво­линейной. Если прямолиней­ную часть характеристики Ф=f(F) продолжить до пе­ресечения с горизонтальной прямой ас, то отрезок ab покажет практически величину магнит­ного напряжения воздушного зазора F_δ. Отношение

называется коэффициентом насыщения.

По величине К_Н можно судить о степени насыщения магнит­ной цепи машины (обычно К_Н = 1,1 — 1,35).