24 / 203
Рис. 1.16. Магнитная система машины постоянного тока.
1 – обмотка возбуждения; 2 – сердечник полюса; 3 – станина; 4 – башмак полюса;
5 – сердечник якоря; 6 – обмотка якоря; 7– зубец; 8– воздушный зазор.
Сумма МДС всех участков магнитной цепи представляет собой величину МДС обмотки
возбуждения:
F
о.в
=
F
δ
+
F
з
+
F
я
+
F
п
+
F
ярм
(1.42)
Расчетная часть магнитной цепи включает в себя два полюса, поэтому вычисляемое значение
МДС F
0B
представляет собой МДС обмотки возбуждения одной пары полюсов. Кроме того,
выражение (1.42) справедливо лишь для режима холостого хода, т.е. при работе машины без
нагрузки. Таким образом, создаваемый
F
о.в
магнитный поток Ф наводит в обмотке якоря ЭДС
Е
я
заданной величины лишь в режиме холостого хода. Впоследствии будет показано, что для
получения заданной величины ЭДС Е
я
под нагрузкой потребуется несколько большая МДС.
Определим слагаемые в выражении (1.42). МДС воздушного
зазора определяется по
формуле:
F
δ
= (2
В
δmax
δ
К
δ
) / µ
0
(1.43)
где
В
δmax
– максимальная магнитная индукция в зазоре машины, Тл; δ – величина воздушного
зазора, м;
К
δ
– коэффициент зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления
зазора вследствие зубчатости поверхности якоря (
К
δ
= 1...2); µ
0
– магнитная проницаемость
воздуха (µ0 = 4×10
-7
π Гн/м). МДС остальных участков магнитной цепи, выполненных из
стали, определяются по формуле:
F
x
=
H
x
l
x
(1.44)
где
Н
х
–
напряженность магнитного поля, А/м, на длине участка
l
x
, м, которая зависит от
магнитной индукции и определяется по кривым намагничивания. Величина магнитной
индукции в различных участках цепи определяется по формуле
В
х
= Ф
x
/ S
x
(1.45)
где Ф
х
– магнитный поток на участке
магнитной цепи, В
δ
; S
x
– площадь поперечного сечения
этого участка, м
2
. Используя выражения (1.42) –(1.44), можно записать выражение для МДС
пары полюсов электрической машины, изображенной на рис. 1.16:
F
о.в
= 2(
В
δ
/ µ
0
) + 2
H
3
h
3
+
H
я
l
я
+2
H
п
h
п
+
H
ярм
l
ярм
(1.46)
где
H
3
,
H
я
,
H
п
,
H
ярм
– напряженность магнитного
поля соответственно зубца, сердечника
якоря, сердечника полюса и ярма, А/м;
h
3
и
h
n
– высота зубцового слоя и главного полюса, м;
l
я
и
l
ярм
– длина средней силовой линии по якорю и ярму, м. Если полюсные башмаки имеют
пазы для компенсационной обмотки, то к перечисленным в выражении (1.46) пяти участкам
магнитной цепи добавляется еще один – зубцы полюсного башмака. Наибольшим
магнитным сопротивлением обладает воздушный зазор, поэтому значительная часть
результирующей МДС
F
о.в
затрачивается на преодоление его магнитного сопротивления.
Магнитное сопротивление других участков магнитной цепи, выполненных из стали, зависит
от степени магнитного насыщения стали. В условиях наибольшего магнитного насыщения
находится зубцовый слой, поэтому его магнитное сопротивление больше, чем сопротивление
других участков магнитной цепи, выполненных из стали.
25 / 203
Как известно, ферромагнитные материалы обладают свойством магнитного насыщения.
Поэтому зависимость между магнитным потоком машины и МДС нелинейная, т. е. поток
увеличивается не пропорционально увеличению МДС обмотки возбуждения. Это
подтверждается графически зависимостью Ф =
f (F), которая называется
характеристикой
намагничивания машины (рис. 1.17). В начальной части характеристика прямолинейна.
Объясняется это тем, что при сравнительно небольших значениях магнитного потока, когда
магнитная цепь не насыщена, МДС обмотки возбуждения
F
о.в
определяется лишь величиной
МДС воздушного зазора F
s
, так как магнитное сопротивление остальных участков магнитной
цепи весьма незначительно. Как видно из выражения (1.43), МДС F$ пропорциональна
магнитной индукции В
5
, а
следовательно, пропорциональна и магнитному потоку. Поэтому
касательная к кривой намагничивания, проведенная через начало координат, представляет
собой зависимость МДС воздушного зазора
F
δ
от полезного магнитного потока Ф. При
увеличении МДС обмотки
возбуждения до значений, выходящих за пределы линейного
участка, наступает магнитное насыщение стальных элементов цепи и зависимость Ф =
f (F)
становится нелинейной. Первым из всех участков насыщается зубцовый слой якоря. Поэтому
МДС F
3
на этом участке с увеличением магнитного потока растет интенсивнее, чем на
остальных участках магнитной цепи
Рис. 1.17. Характеристика намагничивания электрической машины.
1 – режим холостого хода; 2 – режим работы под нагрузкой.
Отношение результирующей МДС ∑
F к МДС воздушного зазора называется коэффициентом
насыщения электрической машины:
К
µ
= ∑
F /
F
δ
(1.47)
По величине
К
µ
можно судить о степени насыщения магнитной
цепи машины и степени
использования магнитных материалов. Обычно машина работает при насыщенной
магнитной системе, т.е. при
К
µ
> 1. Для машин традиционного исполнения
К
µ
= 1,25...1,75.
На рис. 1.17 значение ΔФ иллюстрирует изменение величины магнитного потока Ф
электрической машины, работающей в режиме холостого хода и под нагрузкой, при одном и
том же значении МДС
F
1
a Δ
F = F
2
-
F
о.в
– изменение МДС для поддержания постоянного
значения магнитного потока Ф
1
. Как следует из выражения (1.35), при неизменной частоте
вращения ЭДС машины постоянного тока Е
я
пропорциональна величине магнитного потока
Ф, а МДС возбуждения пропорциональна величине тока возбуждения I
в
:
F
о.в
= 2
I
в
w
в
(1.48)
Кривая намагничивания Ф =
f (F) отражает зависимость ЭДС машины от тока возбуждения
Е
я
= f (I
в
) и называется характеристикой холостого хода машины.
Do'stlaringiz bilan baham: 
