9. Машины постоянного тока

Из (9.39) определяется машинная постоянная:

С			D2 l	δ	n			1			(9.40)
	А	=	я			=			.
			P				π2α	B A
			эм					δ δ
Величина СА пропорциональна объему якоря D2l										δ	на единицу элек-
тромагнитного момента (Рэм / n).									я
					При проектировании машины следует

правильно выбрать соотношение между диаметром якоря и его активной длиной, помня о неодинаковой зависимости от них электромагнитной мощности и машинной постоянной.

9.3. Магнитное поле машины постоянного тока

На холостом ходу машины действует одна МДС возбуждения, создаваемая током, проходящим по обмотке возбуждения. Картина магнитного поля для этого случая (2р = 2) показана на рис. 9.9.

При нагрузке машины (Iя ≠ 0) обмотка якоря создает собственное магнитное поле, картина которого при установке щеток на линии геометрической нейтрали и при отсутствии возбуждения (Iв = 0) изображена на рис. 9.10. Ось поля якоря направлена по оси щеток 1–1. Электромагнитный момент, развиваемый в машине, – это результат взаимодействия полюсов поля якоря Nя – Sя (рис. 9.10) и полюсов возбуждения N – S (рис. 9.9). Характер результирующего магнитного поля при установке щеток на геометрической нейтрали приведен на рис. 9.11. Полярность полюсов и направление токов якоря на рисунке соответствует случаю, когда в режиме генератора Г якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя Д – против часовой стрелки.

При установке щеток по линии геометрической нейтрали поле якоря направлено поперек полюсов и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря. Поперечная реакция якоря искажает магнитное поле машины, ослабляяегопододнимкраемполюса и усиливая поддругим(рис. 9.11).

Под влиянием магнитного поля якоря результирующее поле машины меняется. Воздействие магнитного поля якоря на основное поле (поле полюсов) называется реакцией якоря.

Ось результирующего поля поворачивается из положения геометрической нейтрали 1–1 на некоторый угол в положение 2–2, которое называют линией физической нейтрали.

Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90º эл., ось поля якоря устанавливается по оси полюсов. Такое поле называют полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в об-

387

9. Машины постоянного тока

мотке якоря оказывает размагничивающее или намагничивающее действие на поле полюсов. Электромагнитный момент и индуктируемая ЭДС якоря равны нулю. В общем случае щетки могут быть сдвинуты с нейтрали на угол β. В этих условиях рассматривают якорь как два совмещенных электромагнита, из которых один, образованный частью обмотки, находящейся в двойном угле 2β, образует продольную МДС якоря Fяd, a другой, образованный остальной частью обмотки по дуге, создает поперечную МДС яко-

ря Fяq (рис. 9.12).

N

n

1

Sя

Fя

n

N я

1

S

	Рис. 9.9. Магнитное поле машины	Рис. 9.10. Магнитное поле
	при холостом ходе		якоря
			Fв
	2	Fя
			Fяd
	1	1
	n	Fяq	n
		2

Рис. 9.11. Результирующий магнитный	Рис. 9.12. Реакция якоря при
поток в машине	щетках, сдвинутых с нейтрали

388

9. Машины постоянного тока

Влияние реакции якоря на магнитный поток машины рассмотрим при следующих допущениях:

•якорь не имеет пазов, их влияние учитывают введением в рассмотрение эквивалентного воздушного зазора δ = Kδδ;

•проводники якоря распределены равномерно по окружности

якоря.

При существенном упрощении анализа получаемые результаты достаточно точны для практических целей.

Удобно рассматривать машину (рис. 9.13) развернутой на плоскость. МДС вдоль одной из единичных трубок магнитной индукции, выделенной на рис. 9.13 жирной линией, по закону полного тока составит

Fδя = ∫Hδяdl = ∑I = A2x,

(9.41)

так как на единицу длины окружности приходится ААмпер, а контур охватывает две единицы длины. Под центром полюса МДС Fяδ = 0; для трубки, проходящей на расстоянии x = τ/2 от центра, МДС

F = A2x = A2

τ

= Aτ.

(9.42)

яδ 2

МДС Fяδ достигает максимального значения на линии геометрической нейтрали (рис. 9.13, а):

F =

Аτ

,

(9.43)

яδ 2

поскольку МДС контура затрачивается на то, чтобы провести элементарный поток через зазор дважды – в прямом и обратном направлениях.

Поток единичной трубки Фяδ через некоторое сечение

Φяδ = ВЯяδхS =	Fяδх	.	(9.44)
	Rμ

Пренебрегая весьма малым сопротивлением стальных участков сравнительно с сопротивлением воздушного зазора, можно записать, что магнитное сопротивление контура

	R =	l	=	2δ	,	(9.45)
		μ0S		μ0S
	μ

389

9. Машины постоянного тока

тогда по (9.44) с учетом (9.41)	и (9.45) получим
	BδяхS =					A2x		,	(9.46)
						2δ
откуда						μ0S
				A
B		= μ			x = cAx.				(9.47)
δях			0 δ

Из (9.42) и (9.47) следует, что форма кривой магнитной индукции повторяет форму распределения МДС Fя (рис. 9.13, б).

Рис. 9.13. Распределение индукции на поверхности якоря

390