Как влияют ширина секции и положение щеток на эдс машины

Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока

площади, ограниченной криволинейной трапецией. Ве­личина b_i называется расчетной полюсной дугой. В машинах посто­янного тока расчетная полюсная дуга мало отличается от полюсной дуги b_m:

(2.13)

или, воспользовавшись коэффициентом полюсного перекрытия at [см. (11.8)], получим

(25.14)

С учетом (25.14) основной магнитный поток (Вб)

(25.15)

Здесь — полюсное деление, мм; l_i — расчетная длина якоря, мм. Коэффициент полюсного перекрытия (расчетной полюсной дуги) имеет большое влияние на свойства машины посто­янного тока. На первый взгляд кажется целесообразным выбрать

Рис. 25.17. Распределение магнитной индукции в зазоре машины постоянного тока

наибольшее значение , так как это способствует увеличению по­тока Ф, а следовательно, и увеличению мощности машины (при за­данных размерах). Однако слишком 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 =0,6 0,8, при этом меньшие значения соответствуют машинам малой мощности.

На рис. 25.17, б показан продольный разрез главного полюса и якоря с радиальными вентиляционными каналами. График распре­деления магнитной индукции в воздушном зазоре по продольному разрезу машины имеет вид зубчатой кривой (кривая 1). Заменим эту кривую прямоугольником высотой и основанием l_i,-, величина которого такова, что площадь прямоугольника равна площади, ог­раниченной зубчатой кривой. Это основание представляет собой расчетную длину якоря (мм)

(25.16)

где l_m — длина полюса, мм;

(25.17)

— длина якоря без радиальных вентиляционных каналов, мм; l_а — общая длина якоря, включая вентиляционные каналы, мм; b_к — ширина вентиляционного канала (обычно 10 мм), мм.

При выводе формулы ЭДС будем исходить из прямоугольного закона распределения индукции в зазоре, при этом магнитная ин­дукция на участке расчетной полюсной дуги равна , а за ее пределами равна нулю и в проводниках, расположенных за пре­делами b_i ЭДС не наводится. Это эквивалентно уменьшению об­щего числа пазовых проводников в обмотке якоря до значения N_i = N. Исходя из этого и учитывая, что ЭДС обмотки определя­ется суммой ЭДС секций, входящих лишь в одну параллельную ветвь с числом пазовых проводников N/(2a), запишем

(25.19)

— ЭДС одного пазового проводника обмотки, активная длина ко­торого l_i.

Окружную скорость вращающегося якоря (м/с) заменим часто­той вращения (об/мин): v=πD_an/60=2pτn/60, где D_a=2pτ.

С учетом (25.18), (25.19) получим

E_a= l_i a_i(2pn,60) [N/(2a)] (25.20)

или, учитывая, что произведение l_i a_i = Ф, получим ЭДС маши­ны постоянного тока (В)

(25.21)

— постоянная для данной машины величина; Ф — основной магнит­ный поток, Вб; n — частота вращения якоря, об/мин.

Пример 25.7. Четырехполюсный генератор постоянного тока имеет на якоре простую волновую обмотку из 133 двухвитковых секций. Определить ЭДС гене­ратора, если частота вращения якоря 1600 об/мин, а основной магнитный поток

Решение. Так как секции обмотки двухвитковые, то общее число пазо­вых проводников в обмотке якоря N = 2 _cS = 2*2*133 = 532.

Обмотка простая волновая, следовательно, 2а=2. Тогда ЭДС генератора по (25.20)

Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции .Наибольшее значение ЭДС соответствует полному (диаметраль­ному) шагу y₁= , так как в этом случае с каждой секцией обмотки сцепляется весь основной магнитный поток Ф. Если же секция уко­рочена (y ), так как в этом случае каждая секция обмотки сцепляется с основным потоком одной па­ры полюсов и частично с потоком соседней пары, имеющим про­тивоположное направление, так что результирующий поток, сцеп­ленный с каждой секцией, становится меньше потока одной пары полюсов. По этой причине в машинах постоянного тока практическое применение получили секции с полным или укороченным 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 противоположным направлением ЭДС, в результате ЭДС обмотки якоря будет уменьшена.

При достаточно большом числе коллек­торных пластин количественный учет умень­шения ЭДС машины при сдвиге щеток с нейтрали ведется множителем cos β:

(25.22)

где β — угол смещения оси щеток относи­тельно нейтрали (рис. 25.18).

Электромагнитный момент.При про­хождении по пазовым проводникам обмот­ки якоря тока i_a на каждом из проводников появляется электромагнитная сила

F_эм= (25.23)

Исходя из прямоугольного закона распределения магнитной индукции в зазоре (см. рис. 25.17, а, график 2), следует считать, что сила F_эм одновременно действует на число пазовых проводни­ков N_i = α_iN. Следовательно, электромагнитный момент машины постоянного тока (Н*м)

Учитывая, что F_эм = , а также, что ток параллельной ветви i_a =I_а/(2а), получим

M =

Используя выражение основного магнитного потока (25.15), также имея в виду, что D_a=2pτ/π, получим выражение электрс магнитного момента (Н*м):

M = (25.24)

= (25.25)

— величина, постоянная для данной машины.

Электромагнитный момент машины при ее работе в двигатель­ном режиме является вращающим, а при генераторном режиме — тормозящим по отношению к вращающему моменту приводного дви­гателя.

Подставив из (25.20) в (25.24) выражение основного магнитно­го потока Ф = Е_а/(с_еп), получим еще одно выражение электромаг­нитного момента:

M = (25.26)

где — угловая скорость вращения;

— электромагнитная мощность машины постоянного тока, Вт.

Из (25.26) следует, что в машинах равной мощности электро­магнитный момент больше у машины с меньшей частотой враще­ния якоря.

Источник

Смещение щеток

Наиболее целесообразны щетки шириной 2-3 коллекторных деления.

Уменьшение реактивной ЭДС.

Угольно-графито- 2.0 0.06-0.07 Для машин со средними

Электрографи- 2.0-2.7 0.10-0.15 Для машин со средними и

Увеличение сопротивления цепи коммутации. Выбор щеток.

Увеличив сопротивление.

2. Уменьшив суммарную ЭДС es.

Увеличить сопротивление коммутируемой цепи можно применив щетки с большим удельным сопротивлением.

Однако не следует забывать, что при этом следствие нагрева таких щеток падает допустимая плотность тока для данной щетки, а, следовательно, растет ее размер и падение напряжения в щетке.

Щетки эля электрических машин разделяются на четыре группы:

________________________ _______________________ _______________

Графитовые Г, 1.9-2.0 0.11-0.12 Для машин с облегченными

10-40 условиями коммутации.

тированные ЭГ. затруненными условиями

вые УГ,Т. 18-60 условиями коммутации.

Медно-графитовые 0.2-1.5 0.15-0.20 Для низковольтных

ЭМ. МПТ. 7.11. 22.12.10

Существенное влияние на суммарную ЭДС в коммутируемой секции оказывает реактивная ЭДС.

ЭДС взаимно индукции зависит от ширины щетки, чем шире щетка, тем больше число коллекторных пластин перекрывает она одновременно, тем больше секций коммутируется тем больше em.

Слишком узкие щетки так же нежелательны, так как для получения необходимой плотности тока пришлось бы увеличивать их длину.

Заметное влияние на величину реактивной ЭДС оказывает тип обмотки.

Так если обмотку выполнить с укороченным шагом, то активные стороны одновременно коммутирующих секций окажутся в разных пазах, что будет способствовать уменьшению ЭДС взаимоиндукции.

ЭДС самоиндукции можно уменьшить применяя открытые пазы ротора вместо закрытых.

Если щетки установлены в нейтрали то поперечное поле реакции якоря с индукцией Baq создает в зоне коммутации индукцию Bk, которую можно скомпенсировать смещением щеток с геометрической нейтрали.

1. Если щетки смещены в физическую нейтраль, то в этом случае ЭДС реакции якоря равна нулю и остается только реактивная ЭДС.

2. При угле смещения щеток за физическую нейтраль коммутирующее поле меняет знак и в коммутируемых секциях будет, наводится ЭДС противоположная реактивной ЭДС. В этом случае при определенном угле смещения можно получить прямолинейную коммутацию.

При смещении щеток с нейтрали необходимо следить за тем, чтобы зона коммутации не попала под основной полюс машины. Попадание зоны коммутации под основоной полюс машины в зону больших индукций приводит к резкому ухудшению коммутации.

Описанный способ имеет следующие недостатки:

1. Полную компенсацию можно сделать только для одной конкретной нагрузки.

2. Компенсацию можно сделать только для одного направления вращения машины.

3. Компенсирующее поле усиливает размагничивающее действие реакции якоря.

Радикальным способом уменьшения реактивной ЭДС являются добавочные полюсы.

Источник

Выбор типа обмотки якоря

Применение в машине постоянного тока того или иного типа обмотки якоря определяется технико-экономическими требова­ниями. Выбранный тип обмотки должен обеспечивать в машине необходимую ЭДС при заданном токе. При этом следует стре­миться к минимальному числу уравнительных соединений. Требо­вания экономического характера при выборе типа обмотки сводят­ся к возможно лучшему использованию пазов сердечника якоря, что определяется значением коэффициента заполнения паза медью [см. (8.4)].

Выбранный тип обмотки должен содержать возможно мень­шее 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 и число провод­ников в обмотке прямо пропорционально числу пар параллельных ветвей. Поэтому при выборе типа обмотки следует отдавать предпочтение обмоткам якоря с минимальным числом параллель­ных ветвей, например, простой волновой обмотке с 2 = 2, которая к тому же не требует уравнительных соединений. В табл. 25.1 приведены рекомендации по выбору типа обмотки якоря для дви­гателей постоянного тока общепромышленного назначения в зави­симости от числа полюсов и силы тока якоря.

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

Указанные предельные значения распространяются и на обмотки якоря других типов. При превышении указанных преде­лов 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 бесколлекторных 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 секций?

5. Что такое магнитная несимметрия и каковы ее последствия?

6. В каких обмотках якоря применяют уравнители первого и второго рода?

7. Каковы достоинства комбинированной обмотки?

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

9. Какими соображениями руководствуются при выборе типа обмотки якоря?

Глава 26

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Электродвижущая сила и электромагнитный Момент машины постоянного тока

Электродвижущая сила. Она наводится в обмотке якоря ос^- новным магнитным потоком. Для получения выражения этого потока обратимся к графику распределения индукции в зазоре машины (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 индукции Вδ, а ширину — равной величине bi, при которой пло­щадь прямоугольника равна площади, ограниченной криволи­нейной трапецией. Величина bi называется расчетной полюсной дугой. В машинах постоянного тока расчетная полюсная дуга мало отличается от полюсной дуги bm:

или, воспользовавшись коэффициентом полюсного перекрытия αiτ= bi/τ, получим

С учетом (25.14) основной магнитный поток (Вб)

Здесь τ— полюсное деление, мм; li — расчетная длина якоря, мм.

Коэффициент полюсного перекрытия αi- имеет большое влия­ние на свойства машины постоянного тока. На первый взгляд кажется целесообразным выбрать наибольшее значение а,-, так как это способствует увеличению потока Ф, а следовательно, и увеличению мощности машины (при заданных размерах). Одна­ко слишком большое αi 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 αi= 0,6 0,8, при этом меньшие значения а,- соответст­вуют машинам малой мощности.

Рис. 25.14. Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока

На рис. 25.14, б показан продольный разрез главного полюса и якоря с радиальными вентиляционными каналами. График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре по про­дольному разрезу машины имеет вид зубчатой кривой (кривая 1). Заменим эту кривую прямоугольником высотой Bδ и основани­ем li, величина которого такова, что площадь прямоугольника равна площади, ограниченной зубчатой кривой. Это основание представляет собой расчетную длину якоря (мм)

где lm — длина полюса, мм;

— длина якоря без радиальных вентиляционных каналов, мм; lа — общая длина якоря, включая вентиляционные каналы, мм; bк — ширина вентиляционного канала (обычно 10 мм), мм.

При выводе формулы ЭДС будем исходить,из прямоугольного, закона распределения индукции в зазоре, при этом магнитная индукция на участке расчетной полюсной дуги bi = αiτ равна Bδ, а за ее пределами равна нулю и в проводниках-, расположенных за пределами bi, ЭДС не наводится. Это эквивалентно уменьше­нию общего числа пазовых проводников в обмотке якоря до значения Ni = αiN. Исходя из этого и учитывая, что ЭДС обмотки определяется суммой ЭДС секций, входящих лишь в одну параллельную ветвь с числом пазовых проводников N/(2а), запишем

ЭДС одного пазового проводника обмотки, активная длина которого li

Окружную скорость вращающегося якоря (м/с) заменим часто­той вращения (об/мин): υ = πDan/60 = 2рτn/60, где πDa=2pτ.

С учетом (25.18), (25.19) получим

или, учитывая, что произведение = Ф, получим выражение

ЭДС машины постоянного тока (В):

(25.20)

постоянная для данной машины величина; Ф — основной магнитный поток, Вб; n — частота вращения якоря, об/мин.

Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции у1. Наибольшее значение ЭДС соответствует полному (диаметраль­ному) шагу у1 = τ, так как в этом случае с каждой секцией обмотки сцепляется весь основной магнитный поток Ф. Если же секция укорочена (у τ), так как в этом случае каждая секция обмотки сцепля­ется с основным потоком одной пары полюсов и частично с потоком соседней пары, имеющим противоположное направление, так что результирующий поток, сцепленный с каждой секцией, становится меньше потока одной пары полюсов. По этой при­чине в машинах постоянного тока практическое применение получили секции с полным или укороченным 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 проти­воположным направлением ЭДС, в результате ЭДС обмотки якоря будет уменьшена.

При достаточно большом числе коллекторных пластин умень­шения ЭДС машины при сдвиге щеток с нейтрали учитывается множителем cosβ:

Еа = cеФn cosβ, (25.22)

гдеβ— угол смещения оси щеток относительно нейтрали (рис. 25.15).

Рис. 25.15. Наведение. ЭДС в обмотке якоря при сдвиге щеток с геометрической ней­трали на угол р

Электромагнитный момент. При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока ia на каждом из проводников появляется электромагнитная сила

Исходя из прямоугольного закона рас­пределения магнитной индукции в зазоре (см. рис. 25.14, а, график 2), следует считать, что сила Fэм одновременно действует на число пазовых проводников

Ni = αiN. Следователь­но, электромагнитный момент машины по­стоянного тока (Н-м)

Учитывая, что Fэм = Bδliia, а также что ток параллельной ветви ia= Ia/(2a), получим

М = Bδli[Ia/(2a)] αiN(Da/2).

Используя выражение основного магнитного потока (25.15), а также имея в виду, что Da = 2рτ/π, получим выражение электромагнитного момента (Н-м):

М = ^Ф1а= смФ1а, (25.24)

где Iа — ток якоря, А;

— величина, постоянная для данной машины.

Электромагнитный момент машины при ее работе в двига­тельном режиме является вращающим, а при генераторном режиме — тормозящим по отношению к вращающему моменту приводного двигателя.

Подставив из (25.20) в (25.24) выражение основного маг­нитного потока Ф = Еа/(сеn), получим еще одно выражение электромагнитного момента:

где ω = 2πn /60 — угловая скорость вращения;

— электромагнитная мощность машины постоянного тока, Вт.

Из (25.26) следует, что в машинах равной мощности электро­магнитный момент больше у машины с меньшей частотой вра­щения якоря.

Источник