Магнитная цепь машины постоянного тока

Магнитная система машины постоянного тока со­стоит из станины (ярма), сердечников главных по­люсов с полюсными наконечниками, воздушного за­зора и сердечника якоря.

На рис. 26.1 показана картина магнитного поля четырехполюсной машины. При этом имеется в виду V машина, работающая в режиме х. х., когда МДС создается лишь обмоткой возбуждения, а в обмотке якоря и обмотке добавочных полюсов тока нет или он настолько мал, что его влиянием на картину маг­нитного поля можно пренебречь. В целях упрощения на рисунке не показаны добавочные полюсы, так как в режиме х. х. их влияние на картину магнитного поля машины незначительно. Как это следует из рис. 26.1, магнитный поток главных полюсов состоит из двух неравных частей: большая часть образует основной магнитный поток Ф, а меньшая — магнит­ный поток рассеяния полюсов Ф„. Поток рассеяния учитывается коэффициентом рассеяния от (см. § 20.1).

Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. определяется суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи (рис. 26.2):

Fво= ∑F=2Fδ + 2Fz + 2Fm + 2Fa + Fя, (26.1)

где Fδ, Fz, Fm, Fa, Fя — магнитные напряжения воз­душного зазора, зубцового слоя якоря, главного полюса, спинки якоря, станины (ярма) соответст­венно.

Если машина имеет компенсационную обмотку (см. § 26.4), то в (26.1) следует ввести еще одно слагаемое Fzm, представляющее собой магнитное напряжение зубцового слоя главного полюса.

Порядок расчета магнитных напряжений на участках магнитной цепи машины постоянного тока в принципе такой же, что и в случае асинхронной машины (см. гл. 11). При этом расчет магнитных

напряжений станины и сердечника главного полюса ведут по магнитному потоку главного полюса Фт, который больше основно­го потока Ф на значение потока рассеяния Фа:

Фm = Ф+ Фσ = Ф (1 + σm),

где σm≈10δ/τ = 0,10-0,25 — коэффициент рассеяния.

Рис. 26.1. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме х.х.

При заданном значении ЭДС машины Еа определяют требуемое значение основного магнитного потока (Вб) [см. (25.20)]:

(26.2)

Рис. 26.2. Расчетный участок магнитной цепи четырехполюсной машины постоянного тока

Далее рассчитывают магнитную индукцию для каждого участка магнит­ной цепи:

Вх = Фx/Sx, (26.3)

где Фх — магнитный поток на данном участке магнит­ной цепи, Вб; Sx — пло­щадь поперечного сечения этого, участка, м².

По таблицам или кри­вым намагничивания для соответствующих ферромагнитных материалов находят напряжен­ность магнитного поля на участках магнитной цепи Нх, а затем определяют магнитное напряжение (А)

Fx — Hxlx

и -МДС обмотки возбуждения на пару полюсов по (26.1). Значения магнитных напряжений для различных участков магнитном цепи неодинаковы и зависят от магнитных сопротив­лений этих участков. Наибольшим магнитным сопротивлением обладает воздушный зазор, поэтому магнитное напряжение Fδ намного больше любого из слагаемых выражения (26.1).

Другие участки магнитной цепи выполняют из ферромагнит­ных материалов. В машинах постоянного тока для изготовления различных элементов магнитной цепи применяют следующие материалы.

Сердечник якоря — тонколистовые электротехнические стали марок 2013, 2312 и 2411 толщиной 0,5 мм (см. табл. 11.1).

Сердечник главного полюса — листовая анизо­тропная (холоднокатаная) сталь марки 3411 толщиной 1 мм, пластины не изолируют.

Станина — в машинах малой мощности станину изготов­ляют из стальных цельнотянутых труб, а для машин средней, и большой мощности станины делают сварными из листовой^ конструкционной стали марки СтЗ.

Магнитное напряжение воздушного зазора (А)

(26.4)

Fδ=0.8Bδδkδ10³,

где δ — величина воздушного зазора, мм; — коэффициент воз­душного зазора, учитывающий увеличение магнитного' сопротив­ления зазора из-за зубчатости якоря (kδ>1).

Магнитная индукция в воздушном зазоре Вδ (Тл) пропорцио­нальна основному магнитному потоку Ф. В машинах постоянного тока общего назначения Вδ = 0,6-1,0 Тл (большие значения Вδ, соответствуют более крупным машинам).

Рис. 26.3.

Магнитная характеристика

Обычно расчет МДС ∑F ведут для ряда значений магнитного пото­ка (0,5Фном, 0,75Фном, Фном и 1,2 Фном), а затем строят магнитную характери­стику машины Ф* = f(∑F*), где Ф* =Ф/Фном — относительное значение магнитного потока; ∑F* = ∑F/ ∑ZFном — относительное значение МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х. х.; Фном и ∑Fном — номинальные значения маг­нитного потока и МДС в режиме х. х., соответствующие номинальному зна­чению ЭДС Еа [см. (26.2) ]. В началь­ной части магнитная характеристика прямолинейна (рис. 26.3). Объясня­ется это тем, что при небольших зна­чениях ∑F* магнитная цепь не насы­щена и МДС возбуждения определяется, в основном, магнитным напряжением воздушного зазора ∑F≈2Fδ.Затем с ростом 2F*

наступает насыщение магнитной цепи и магнитная характеристика становится криволинейной. Коэффициент насыщения магнитной цепи машины

kμ = ∑Fном*/(2Fδ*) = ba/bc = 1/(2Fδ*) (26.5)

Для машин постоянного тока kμ =1,2-1,7.