Написать отчет по практике

При холостом ходе машины магнитное поле в ней создается только обмоткой возбуждения, так как только по этой обмотке будет проходить ток. При нагрузке ток проходит и по обмотке якоря, н.с. которой изменяет поле машины, на что впервые была указано Э. X. Ленцем.

Воздействие н.с. якоря на поле машины называется реакцией якоря. При помощи рис. 5-23 мы можем выяснить, как изменяется поле машины в результате этого воздействия. На рис. 5-23,а изображено поле машины при ее холостом ходе, когда оно создается только н.с. обмотки возбуждения. На рис. 5-23,б показано поле якоря. Такое поле получается в машине при наличии тока только в обмотке якоря. При этом сам якорь превращается в электромагнит. Его н.с. имеет ось, всегда совпадающую с линией щеток.

Рис. 5-23. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали.
а – поле при холостом ходе; б – поле якоря, в – поле при нагрузке (nn’ – геометрическая нейтраль, mm’–физическая нейтраль)

Мы расположили щетки на геометрической нейтрали, т. е. на линии, перпендикулярной оси полюсов. В этом случае токи в проводниках якоря верхней и нижней его частей имеют противоположные направления. Намагничивающая сила якоря, действующая по линии щеток, будет наибольшей, так как соответствующая магнитная линия охватывает наибольший полный ток. Далее н.с. убывает и под серединой полюса становится равной нулю. Можно приближенно считать, что она убывает по закону прямой линии, как это показано на рис. 5-24, где кривая 2 представляет собой кривую н.с. якоря, ординаты которой равны соответствующей н.с. якоря на половину обхода (на один полюс).

Рис. 5-24. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали.
1 – кривая поля при холостом ходе, 2 – кривая н.с, якоря, 3 – кривая поля якоря, 4 – кривая результирующего поля без учета изменения насыщения, 5 – кривая действительного поля машины при нагрузке (nn’ – геометрическая нейтраль, mm’ –физическая нейтраль).

На рис. 5-23,е показано поле машины при ее нагрузке. Мы видим, что в результате реакции якоря поле машины, работающей генератором, изменилось: произошло усиление поля под сбегающей половиной полюса и ослабление его под набегающей половиной полюса. Другим следствием реакции якоря является смещение физической нейтрали, т. е. линии, проходящей через точки окружности якоря, где индукция равна нулю.

При холостом ходе физическая нейтраль совпадает с геометрической. При нагрузке она смещается относительно геометрической нейтрали: при работе генератором – в сторону вращения, при работе двигателем – против вращения (при принятых на рис. 5-23,в направлениях поля и токов в обмотке якоря машина при работе двигателем будет вращаться в обратную сторону).

На рис. 5-24 показаны кривые поля машины при холостом ходе и при нагрузке: здесь также приведена кривая поля якоря. Если кривую поля машины при ее нагрузке будем определять, исходя из принципа наложения, т. е. складывая ординаты кривой поля при холостом ходе 1 и кривой поля якоря 3, то получим кривую результирующего поля 4. Однако принцип наложения здесь не может дать точных результатов, так как поле в ферромагнитных телах не является линейной функцией тока. Кривая действительного поля машины при нагрузке 5 отличается от кривой результирующего поля 4. Кривая 5 показывает, что ослабление поля под набегающей половиной полюса будет больше, чем усиление поля под сбегающей половиной полюса (вследствие насыщения главным образом зубцов якоря). В результате получается ослабление общего поля и, следовательно, уменьшение полезного потока Ф, определяющего значение э.д.с. якоря.

Уменьшение э.д.с. якоря при положении щеток на геометрической нейтрали также вызвано смещением физической нейтрали, так как при этом и параллельные ветви будут входить проводники с обратными э.д.с. (см. рис. 5-23,в, где крестами и черточками внутри якоря показаны направления э.д.с., наведенных в проводниках).

В машинах мощностью от 0,3 кВт и выше обычно применяются дополнительные полюсы, о назначении которых сказано в следующем § 5-6. Они помещаются между главными полюсами (рис. 5-1), оси их совпадают с геометрическими нейтралями машины. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы ее н.с. действовала против н.с. обмотки якоря. Действие н.с. дополнительных полюсов ограничивается сравнительно неширокой зоной поверхности якоря, где находятся проводники замыкаемых щетками секций. Щетки при наличии дополнительных полюсов должны стоять на геометрической нейтрали.

В небольших машинах, не имеющих дополнительных полюсов, щетки нужно сдвинуть вслед за физической нейтралью: в генераторе – по вращению, в двигателе – против вращения.

В этом случае для определения влияния реакции якоря его н.с. Fa, действующую по линии щеток, заменяют двумя н.с. Fq и Fd, действующими по продольной и поперечной осям машины и в сумме равным Fa (рис. 5-25,а и б; на рис. 5-25,а стрелки показывают направления н.с.).

Рис. 5-25. Разложение н.с. якоря Fа на поперечную Fq и продольную Fd н.с.

Поперечная н.с. Fq реакции якоря практически действует так же, как н.с. якоря Fa при положении щеток на геометрической нейтрали, т. е. искажает поле под главными полюсами и несколько уменьшает полезный поток Ф (рис. 5-24).

Продольная н.с. Fd реакции якоря действует против н.с. обмотки возбуждения и, следовательно, уменьшает полезный поток Ф. При сдвиге щеток в обратную сторону от геометрической нейтрали мы получили бы продольную н. с. Fd, действующую согласно с н.с. обмотки возбуждения и, следовательно, увеличивающую полезный поток Ф. Однако такой сдвиг для нормальных машин недопустим, как будет показано в § 5-7, из-за возникающего при этом искрения под щетками.

Поперечная н.с. якоря, как мы видели искажает поле под главными полюсами и вместе с этим уменьшает полезный поток Ф, которым определяется э.д.с. якоря Еа при данной скорости вращения. Мы можем пренебречь действием н.с. якоря вне полюсной дуги и считать, что поле под полюсами искажается вследствие действия н.с. якоря, равной на полюс bА; здесь b – длина полюсной дуги (обычно b  0,68 [см]), А/см;

есть линейная нагрузка, условно показывающая нагрузку в амперах, приходящуюся на 1 см длины окружности якоря (Iа/2а – ток в проводнике обмотки).

Рассматриваемая н.с. bА действует по обходу, включающему воздушные зазоры, зубцы якоря, пути по ярму якоря и поперек полюса. Последними двумя магнитными сопротивлениями можно пренебречь и считать, что поперечная н.с. якоря изменяет лишь магнитные напряжения воздушных зазоров и зубцов. Поэтому используется «переходная» характеристика (рис. 5-26), представляющая собой зависимость

Под каждой половиной полюса действует н.с. якоря 0,5bA. Отложим 0,5bA вправо и влево от н.с., соответствующей индукции BE. Последняя определяется по э.д.с. якоря

Здесь обозначают: U – напряжение на зажимах машины, Ia – ток якоря;rx – сумму сопротивлений внутренней цепи якоря; 2Uщ –падение напряжения в переходных контактах щеток, которое практически можно принять постоянным при изменении тока якоря в пределах 0,2–1,5 Iн и приближенно равным 2 В при угольных и графитных щетках. В формуле (5-22) нужно взять знак плюс для генератора, знак минус для двигателя.

Из рис 5-26 видим, что поток, который при холостом ходе можно принять пропорциональным площади прямоугольника ACHF, при нагрузке уменьшается, так как теперь он будет определяться площадью криволинейного четырехугольника ABGF. Уменьшение потока под одной половиной полюса будет больше, чем увеличение потока под другой половиной полюса. При этом мы принимаем, что при холостом ходе машины индукция в воздушном зазоре по длине дуги якоря b (практически равной длине дуги полюсного наконечника) распределена равномерно, а при нагрузке она распределена соответственно кривой BEG.

Рис. 5-26. Переходная характеристика (к определению размагничивающей н.с. Fqd обусловленной поперечной реакцией якоря).

Для того чтобы поток при нагрузке остался неизменным, необходимо н.с. обмотки возбуждения увеличить на некоторую величину Fqd, которая находится следующим образом.

Передвинем отрезок вправо настолько, чтобы заштрихованные площади были равны между собой. При этом мы получаем площадь криволинейного четырехугольника A1B1G1F1 равной площади прямоугольника ACHF. Найденная указанным способом Fqd и представляет собою ту н.с., которую должна добавочно создать обмотка возбуждения, чтобы скомпенсировать размагничивающее действие поперечной н.с. якоря.

Значение нс. Fqd будет, очевидно, зависеть от насыщения машины, т. е. от положения точки Е на переходной характеристике, и от тока якоря Iа. Обе эти зависимости имеют сложный характер и не могут быть точно выражены аналитически. Если принять, что машина (как это обычно бывает) работает при насыщении, соответствующем точке E на переходной характеристике, то можно допустить, что при небольшом отклонении от этой точки, вызванном изменением Еа из-за изменения внутреннего падения напряжения, н.с Fqd зависит только от Ia. Как показывают опыт и расчеты, для машин, у которых поперечная реакция якоря резко проявляется, зависимость Fqd от Iа может быть приближенно представлена следующим уравнением:

где k – постоянный коэффициент;   1,5 ÷ 2 для тока якоря Iа = (0,6 ÷ 1,5) Iн.

При отсутствии дополнительных полюсов, когда для улучшения коммутации (§ 5-7,д) приходится щетки смешать с геометрической нейтрали, необходимо учесть размагничивающую продольную н.с. якоря Fd, которая равна (на один полюс)

где с (см) – сдвиг щеток относительно геометрической нейтрали (рис 5-25,а). Для малых машин (

Источник

Реакция якоря в машинах постоянного тока

Магнитный поток в машине постоянного тока создается всеми ее обмотками, по которым протекает ток. В режиме холостого хода по обмотке якоря генератора ток не протекает, а по обмотке якоря двигателя протекает ток холостого хода, небольшой по значению. Поэтому в машине существует только основной магнитный поток Ф0, создаваемый обмоткой возбуждения полюсов и симметричный относительно их осевой линии (рис. 1, а).

На рис. 1, а (коллектор не показан) щетки расположены рядом с проводниками обмотки якоря, от которых идут отпайки к тем коллекторным пластинам, с которыми в данный момент соединены щетки. Такое положение щеток называется положением на геометрической нейтрали, т. е. на линии, проходящей через центр якоря и проводники обмотки, в которых индуцируемая основным магнитным потоком э. д. с. равна нулю. Геометрическая нейтраль перпендикулярна осевой линии полюсов.

Когда к обмотке якоря генератора присоединена нагрузка Rn или когда на вал двигателя действует тормозной момент, по обмотке протекает ток якоря 1Я, который создает магнитный поток якоря Фя (рис. 1, б). Магнитный поток якоря направлен по линии, на которой расположены щетки. Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то поток якоря направлен перпендикулярно основному магнитному потоку и поэтому называется поперечным магнитным потоком.

Рис. 1. Магнитные потоки в машине постоянного тока: а — магнитный поток полюсов; б — магнитный поток обмотки якоря; в — результирующий магнитный поток

Влияние магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря. В генераторе постоянного тока под «сбегающим» краем полюса магнитные потоки складываются, под «набегающим» — вычитаются. У двигателя — наоборот. Таким образом под одним краем полюса результирующий магнитный поток Ф увеличивается по сравнению с основным магнитным потоком, под другим краем полюса — уменьшается. В результате он становится несимметричным по отношению к осевой линии полюсов (рис. 1, в).

Физическая нейтраль — линия, проходящая через центр якоря и проводники обмотки якоря, в которых индуцируемая результирующим магнитным потоком э. д. с. равна нулю, поворачивается на угол а по отношению к геометрической нейтрали (в сторону опережения у генераторов, в сторону отставания — у двигателей). При холостом ходе физическая нейтраль совпадает с геометрической.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре машины становится еще более неравномерной. В проводниках якоря, находящихся в точках повышенной магнитной индукции, индуцируется большая э. д. с, что приводит к увеличению разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе. Иногда электрическая дуга перекрывает весь коллектор, образуя «круговой огонь».

Кроме того, реакция якоря приводит к уменьшению э. д. с. якоря, если машина работает в области, близкой к насыщению. Это связано с тем, что когда основной магнитный поток Ф0 создает насыщенное состояние магнитопровода, то увеличение магнитного потока на +ΔФ под одним краем полюса будет меньшим, чем уменьшение на —ΔФ под другим (рис. 2). Это приводит к уменьшению суммарного потока полюса и э. д. с. якоря, так как

Отрицательное влияние реакции якоря можно уменьшить, сдвигая щетки на физическую нейтраль. При этом поток якоря поворачивается на угол α и встречный поток под набегающим краем полюса генератора уменьшается. Сдвиг щеток осуществляют у генератора по направлению вращения якоря, а у двигателя — против направления вращения якоря. Угол α меняется с изменением тока якоря Iя. На практике щетки обычно устанавливают на угол, соответствующий средней нагрузке.

В машинах средней и большой мощностей применяют компенсационную обмотку, расположенную в пазах главных полюсов и включаемую последовательно с обмоткой якоря так, чтобы ее магнитный поток Фк был противоположен магнитному потоку Фя. Если при этом Фк = Фя, то магнитный поток в воздушном зазоре из-за реакции якоря практически не искажается.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Что такое геометрическая и физическая нейтраль генератора

Поле машины при холостом ходе. При холостом ходе (I_а = 0) магнитный поток машины создается м. д. с. возбуждения. Направление потока в якоре на рис. 2.17, а показано стрелкой. Поток жестко связан с полюсами и направлен по оси полюсов, независимо ни от скорости вращения якоря, ни от положения щеток. На рис. 2.3,а представлено распределение индукции В потока полюсов в воздушном зазоре, кривая 1 на рис. 2.18, в повторяет это распределение.

Точки, в которых кривая распределения индукции проходит через нуль, определяют положение так называемой нейтрали. Кривая 1 индукции B_ох, обусловленной потоком, создаваемым полюсами, проходит через нуль в точке г (рис. 2.18, в), которая находится посередине между полюсами. Определяемая этой точкой нейтраль гг’ (рис. 2.17, б) называется геометрической, ее положение связано с геометрией машины и не изменяется при работе.

Расположение щеток на геометрической нейтрали в генераторном режиме. При вращении якоря в активных проводниках обмотки

Рис. 2.17. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали: а — направление потока полюсов; б — направление потока реакции якоря; в — направление потока машины при нагрузке (гг’ — геометрическая нейтраль, фф’ — физическая нейтраль)

индуктируется э. д. с. Если щетки замкнуты на нагрузочное сопротивление, то по обмотке якоря проходит ток, направление которого в проводниках (рис. 2.17, б) совпадает с направлением индуктируемых в них э. д. с. Такой режим работы называется генераторным. Определяя направление линий магнитной индукции, видим, что поток, вызываемый м. д. с. якоря, направлен по оси щеток (поле якоря напоминает поле электромагнита с осью, совпадающей с линией щеток). Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то ось потока якоря сдвинута на 90° относительно оси полюсов. Такой поток называют поперечным.

* Во многих случаях в литературе также применяется термин «намагничивающая сила».

2.18, а). При дальнейшем увеличении х м. д. с. убывает и под серединой полюса проходит через нуль, а затем меняет знак. Приближенно можно считать, что м. д. с. F_ax изменяется по закону прямой линии (рис. 2.18, б). Если бы воздушный зазор был равномерным, то кривая 2 индукции В_ах поля якоря (рис. 2.18, б) повторяла бы в соответствующем масштабе кривую м. д. с. F_ax (рис. 2.18, б) и имела бы вид треугольника с вершиной на оси щеток. Вследствие того что воздушный зазор между полюсами значительно больше, чем под полюсом, кривая индукции В_ах имеет между полюсами провал;

Если машина возбуждается постоянными магнитами, то путь потока поперечной реакции якоря имеет большое сопротивление, так как магнитная проницаемость постоянных магнитов мала. Поэтому поток поперечной реакции якоря в машинах с постоянными магнитами незначителен и его обычно не учитывают. В машинах с электромагнитным возбуждением поток поперечной реакции якоря может достигать большой величины.

Рис. 2.18. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали: а — развернутый якорь с равномерно распределенным слоем проводников; б — м.д.с. реакции якоря; в — распределение индукции в воздушном зазоре

При прохождении тока по обмотке якоря поток машины создается м. д. с, которая складывается из м. д. с. обмоток возбуждения и якоря. Воздействие магнитодвижущей силы якоря на поле машины называется реакцией якоря.

Для получения общей картины поля при нагрузке пользуются методом наложения полей обмотки возбуждения и реакции якоря. На рис. 2.17, в линии магнитной индукции изображают поток машины при нагрузке, а на рис. 2.18, в кривая 3 показывает распределение индукции В_ôx в воздушном зазоре. Из сравнения распределения потока и индукции В_ôx при холостом ходе и при нагрузке следует, что при нагрузке поток машины и нейтраль смещаются относительно оси полюсов в сторону вращения якоря. При этом индукция под набегающим краем полюсного наконечника уменьшается, а под сбегающим — увеличивается. Смещенная при нагрузке машины нейтраль называется физической. С изменением нагрузки ее положение меняется. Новое положение нейтрали фф’ (рис. 2.17, в) определяется на рис. 2.18, в точкой ф.

Если сталь полюсов не насыщена, то уменьшение потока под набегающим краем компенсируется увеличением его под сбегающим краем полюсного наконечника. При насыщении стали такой компенсации нет, в результате чего поток машины уменьшается. Размагничивающее действие поперечной реакции якоря объясняется тем, что на набегающем крае сталь полюсного наконечника обычно не насыщена, и здесь имеет место значительное уменьшение потока, а на сбегающем крае сталь насыщена, поэтому здесь наблюдается лишь незначительное увеличение потока. В результате общий

Рис. 2.19. Реакция якоря при сдвиге щеток с геометрической нейтрали: а — распределение тока в обмотке якоря; б — витки обмотки, создающие поперечную реакцию якоря; в — витки обмотки, создающие продольную реакцию якоря

поток машины под полюсом существенно уменьшается, и для его поддержания при нагрузке необходимо увеличивать ток возбуждения.

Сдвиг щеток в генераторном режиме. При сдвиге щеток токораспределение обмотки якоря меняется и направление м. д. с. якоря совпадает с новым положением оси щеток. Сравнивая распределение тока в якоре при щетках, расположенных на геометрической нейтрали (см. рис. 2.17, в) и в случае их сдвига (рис. 2.19, а) видим, что направление тока в проводниках обмотки, расположенных по соответствующей сдвигу дуге в изменяется на обратное. Следует иметь в виду, что расстояние между осями двух одноименных полюсов соответствует 360 эл. град. Поэтому в случае многополюсной машины угол α_э, соответствующий электрическим градусам, в р раз больше угла αа_г, выраженного в геометрических градусах, т. е. α_ээ = рα_эГ. Положение щеток при сдвиге на 90 эл. град (что соответствует сдвигу на половину полюсного деления τ) называется продольным (рис. 2.20).

Распределение тока в обмотке якоря при продольном положении щеток можно получить и при неподвижном якоре, если к щеткам подвести напряжение от внешнего источника питания. При

Рис. 2.20. Реакция якоря при продольном положении щеток: а — размагничивающая; б — намагничивающая

продольном положении щеток максимальное значение F_ad м. д. с. реакции якоря F_ax располагается по оси полюсов (рис. 2.21). Определяя направление потока, создаваемого током якоря, видим, что при сдвиге щеток на 90 эл. град в сторону вращения генератора (рис. 2.20, а) поток реакции якоря направлен встречно потоку полюсов и размагничивает машину. Такая реакция якоря называется продольно-размагничивающей. При сдвиге щеток в сторону, обратную вращению генератора (рис. 2.20, б), поток якоря усиливает поток полюсов машины. Такая реакция называется продольно-намагничивающей.

Заметим, что поскольку физическая нейтраль при нагрузке машины в генераторном режиме сдвигается по вращению, то для уменьшения искрения коллектора, надо сдвинуть щетки в сторону вращения. В этом случае поток реакции якоря размагничивает машину. При сдвиге щеток в обратном направлении возникло бы сильное искрение.

В реальных случаях щетки сдвигают на угол меньше 90 эл. град. При этом для удобства анализа действительное распределение тока якоря условно заменяют двумя системами тока. Токи проводников обмотки якоря, расположенных по дуге τ — 2в (рис. 2.19, б), образуют систему, создающую поперечную реакцию якоря. Токи проводников обмотки якоря, расположенных по дуге 2в (рис. 2.19, в), образуют систему, создающую продольную реакцию якоря. Таким образом, при сдвиге щеток м. д. с. реакции якоря имеет две составляющие: поперечную и продольную. В результате действия поперечной составляющей реакции якоря поток машины смещается в сторону вращения (при наличии насыщения поток уменьшается). В результате действия продольной составляющей изменяется величина потока. Поэтому при сдвиге щеток в сто.

Рис. 2.21. Распределение м. д. с. продольно размагничивающей реакции якоря

рону вращения поток генератора уменьшается, что приводит к уменьшению э. д. с. Чтобы сохранить величину э. д. с, необходимо увеличить ток возбуждения.

Двигательный режим. В двигательном режиме э. д. с. обмотки якоря направлена встречно по отношению к подведенному напряжению сети. При этом напряжение всегда больше, чем э. д. с. В результате ток в якоре двигателя направлен встречно по отношению к э. д. с, т. е. он имеет обратное направление по отношению к тому, какое имел в генераторном режиме. Поэтому действие реакции якоря машины постоянного тока в двигательном режиме противоположно тому, какое имело место в генераторном. Таким образом, поперечная реакция якоря, возникающая при положении щеток на геометрической нейтрали, смещает поток машины и нейтраль в сторону, обратную вращению. При этом индукция под набегающим краем полюсного наконечника увеличивается, а под сбегающим — уменьшается.

При сдвиге щеток с геометрической нейтрали, помимо поперечной, имеет место также продольная реакция якоря. При сдвиге щеток в сторону, обратную вращению якоря, возникает продольно-размагничивающая, а при сдвиге в сторону вращения — продольно-намагничивающая реакция якоря.

У микродвигателей щетки закрепляют на геометрической нейтрали, поэтому продольная реакция якоря у них отсутствует. Для микродвигателей характерно большое размагничивающее действие поперечной реакции якоря.

1. В каких случаях возникает только поперечная и только продольная реакции якоря? Как изменяется поперечная реакция якоря при сдвиге щеток?

2. В каких случаях возникают продольно-размагничивающая и в каких продольно-намагничивающая реакция якоря? Какой вид продольной реакции якоря возникает при сдвиге щеток (для уменьшения искрения) с геометрической нейтрали в физическую в генераторном и двигательном режимах? При каком режиме физическая нейтраль совпадает с геометрической?

Источник