Холостой ход генератора постоянного тока

Поле машины постоянного тока при холостом ходе

Рис. 5.21. Поле машины постоянного тока при холостом ходе

При холостом ходе машины постоянного тока, работающей в генераторном режиме, ток в якоре /я = 0, а магнитное поле в воздушном зазоре создается обмоткой возбуждения (рис. 5.21). В машинах постоянного тока не стремятся к синусоидальному полю в воздушном зазоре при холостом ходе, поэтому зазор под полюсным наконечником обычно делают равномерным, а ширину полюсного наконечника берут равной Ьр = 0,65-^0,75т. При этих условиях на холостом ходу поле близко к трапецеидальному. Трапецеидальное поле можно при расчетах заменить прямоугольным полем с индукцией Вср. При переходе к индукции Вср поток на полюсном делении остается таким же, как и при трапецеидальном поле

где /§ — активная длина проводника обмотки якоря.

Если обмотка якоря имеет N проводников, а число параллельных ветвей 2а, то число последовательно включенных проводников в параллельной

ветви —. Тогда ЭДС якоря 2 а

где Вы — индукция в воздушном зазоре иод k-м проводником.

В выражении (5.12) произведение под знаком суммы представляет собой ЭДС витка

Так как окружная скорость якоря

где п — частота вращения якоря, об/с, то ЭДС якоря в отличие от выражения (5.2) может быть выражена через частоту вращения

В выражении (5.15) постоянный коэффициент

если п — в об/с, и если п — в об/мин.

Коэффициенты в формулах (5.2) и (5.15) связаны соотношением

Если обмотка выполнена с укороченным шагом, а на

Наведение ЭДС в витке с укороченным шагом у < х

Рис. 5.22. Наведение ЭДС в витке с укороченным шагом у < х

якоре есть скос пазов, это учитывается уменьшением потока воздушного зазора (рис. 5.22), сцепленного с витком обмотки якоря. В машинах постоянного тока обычного исполнения влияние укорочения и скоса на ЭДС небольшое и не учитывается при расчете.

При определении Е можно рассматривать неподвижный якорь и вращающиеся полюсы с обмоткой возбуждения. Естественно, Е при этом не изменится. Можно определить Е при неподвижной обмотке якоря с учетом того, что в воздушном зазоре вращается магнитное поле Ф. Как и в машинах переменного тока, можно ввести обмоточный коэффициент k0 = kpky, равный произведению коэффициентов распределения и укорочения. Коэффициент ky в обычных машинах постоянного тока близок к единице. Считая, что обмотка якоря распределенная, получаем С, = — (отношение диаметра

У 71

к длине полуокружности).

Магнитную цепь машины рассчитывают при холостом ходе и обычно на один полюс. Магнитная цепь машины постоянного тока, как и других электрических машин, состоит из пяти участков (рис. 5.23). Магнитодвижущая сила на один полюс

где ^8(3,4)- ^(4,5)> Fm(2,3). Fa(5,6)- Fc(,2) ~ МДС ВОЗДУШНОГО ЗД-

зора, зубцов якоря, полюса, ярма якоря и ярма статора; цифры в индексах соответствуют границам участков. Магнитодвижущая сила воздушного зазора

где /гй — коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления зазора из-за неравномерного распределения индукции, обусловленного наличием зубцов и пазов на якоре.

При гладкой поверхности полюсного наконечника коэффициент воздушного зазора можно определить по формуле

Магнитная цепь машины постоянного тока

Рис. 5.23. Магнитная цепь машины постоянного тока

где tz зубцовое деление:

здесь ?>я — диаметр якоря; Zя — число пазов на якоре. Коэффициент у:

где Ьи ширина раскрытия паза. В машинах с открытым пазом Ьп равно ширине паза.

Обычно kA определяется по полуэмпирической формуле

При расчете зубцовой зоны считают, что поток проходит по зубцам. При больших насыщениях зубца часть потока вытесняется в паз. При прямоугольных пазах зубцы якоря трапецеидальные и расчет индукции и МДС осуществляется для трех сечений (рис. 5.24).

Зная ширину зубца Ьгтлх, bzcp и bzmin, находим значения индукции в этих сечениях:

где b2 — ширина зубца соответственно в грех сечениях; / — длина машины; /§ — расчетная длина машины (без вентиляционных каналов); kcr — коэффициент заполнения пакетов сердечника якоря сталью, k„ = 0,9-Ю,94.

К расчету зубцов якоря

Рис. 5.24. К расчету зубцов якоря

При расчете индукции в воздушном зазоре считают, что индукция в зазоре распределена равномерно, а в зубцах поток проходит по стали.

Определив по кривым или таблицам для данного сорта стали Я2тах, Hzmin

и Hzcр, найдем среднее значение напряженности в зубце (см. рис. 5.24):

После этого вычисляем МДС зубцов: где hz высота зубца.

При индукциях, больших 1,8 Тл, необходимо учитывать вытеснение потока в паз, так как при насыщении зубцов часть силовых линий потока замыкается параллельно стенкам паза. При расчете потока в полюсах учитываем поток рассеяния обмотки возбуждения

где Фа — поток рассеяния, замыкающийся вокруг обмотки возбуждения и не сцепленный с обмоткой якоря. Поток рассеяния замыкается вокруг лобовых частей по воздуху и но добавочным полюсам. Поток в полюсе можно определить, зная коэффициент рассеяния обмотки возбуждения, создающий в машине поток при холостом ходе

В машинах постоянного тока обычно а = 1,1-И,25. Меньшие значения а относятся к машинам без дополнительных полюсов, большие — к многополюсным машинам.

Тогда индукция в сердечниках главных полюсов

где L, Ьгп высота и ширина полюса (рис. 5.25).

К расчету полюсов и ярма статора

Рис. 5.25. К расчету полюсов и ярма статора

Если полюс имеет радиальные и аксиальные каналы, это учитывается коэффициентом заполнения />

'Чт*

По В„, для соответствующего сорта стали находят МДС полюса:

Поток в ярмах статора и якоря делится на две части (см. рис. 5.23).

Индукция в ярме статора

где lSJ hs длина и высота станины (см. рис. 5.25).

Коэффициент заполнения kCT = 1, так как станина обычно литая. Индукция в ярме якоря

где la, ha длина и высота ярма якоря (расстояние от дна паза до отверстия под вал). Наличие для охлаждения аксиальных и радиальных каналов учитывается коэффициентом заполнения kCT и введением в уравнение (5.33) расчетной длины якоря, учитывающей воздушные промежутки.

Далее по Bs и Ва для соответствующих сортов стали находят Hs и #5, а затем МД С:

и

где Ls, La соответственно длина средних силовых линий в ярме статора и ротора (см. рис. 5.23).

Задаваясь несколькими значениями индукции в воздушном зазоре, проводим расчет магнитной системы и строим кривую намагничивания или магнитную характеристику (рис. 5.26). Как и в других электрических машинах, в машинах постоянного тока характеристика намагничивания имеет две линейные зоны — в начальной части характеристики

Характеристика намагничивания машины постоянного тока

Рис. 5.26. Характеристика намагничивания машины постоянного тока

при небольших токах возбуждения и МДС и при больших насыщениях соответственно при больших токах возбуждения и МДС.

Обычно рабочая точка выбирается на изгибе характеристики. При этих условиях в машине постоянного тока получаются лучшие энергетические характеристики при меньших удельных расходах активных материалов.

Степень насыщения магнитной системы машины характеризуется коэффициентом насыщения

Коэффициент насыщения kц можно определить по характеристике намагничивания (см. рис. 5.26)

Обычно /гц = 1,2-И,5. В специальных машинах постоянного тока, когда первостепенное значение имеют массогабаритные показатели, коэффициент насыщения может быть

1.7- 2,0.

При проектировании машин постоянного тока сечения участков магнитопроводов выбираются так, чтобы в зубцах якоря в наименьшем сечении индукция лежала в пределах

1.8- 5-2,5, в сердечнике якоря 1,0-И,5, в полюсах 1,2-5-1,6, а в ярме станины 1,1-г-1,3 Тл. Индукция в воздушном зазоре 0,5-г-1 Тл.

Определив X/’, найдем ток возбуждения и число витков обмотки возбуждения

где /„ — ток возбуждения; wB — число витков обмотки возбуждения на один полюс.

Выбор тока возбуждения и числа витков обмотки возбуждения зависит от системы возбуждения и напряжения в контуре обмотки возбуждения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >