Геометрическая нейтраль в машинах постоянного тока: 26. Физическая и геометрическая нейтрали машин постоянного тока.

26. Физическая и геометрическая нейтрали машин постоянного тока.

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.

Геометрическая нейтраль п — п — линия, перпендикулярная оси полюсов и разделяющая на дуге якоря области северного и южного полюсов, совпадает в этих условиях с физической нейтралью — линией, проходящей через точки окружности якоря, где магнитная индукция равна нулю. Щетки, условно показанные опирающимися на якорь ( хотя фактически они установлены на коллекторе), находятся на геометрической нейтрали.

27. Применение дополнительных полюсов.

Наладка коммутации методом подпитки дополнительных полюсов.

Ввиду сложности теоретического анализа коммутационных процессов окончательная настройка коммутации МПТ осуществляется экспериментально, по данным визуального контроля степени искрения. Схема испытательной установки (рис. 2.9 – а) помимо испытуемой машины М1 с основной обмоткой возбуждения ОВ1 и обмоткой дополнительных полюсов ОДП включает в себя вспомогательный ГПТ М2 с регулируемым токов возбуждения, обмотка якоря которого подключается параллельно ОДП, и измерительные приборы.

Рисунок 2.9 — Схема испытательной установки (а) и кривые подпитки дополнительных полюсов МПТ (б – д)

Ток в обмотке дополнительных полюсов регулируется путем изменения тока возбуждения генератора, и равен алгебраической сумме тока якоря и тока подпитки: . Методика испытаний заключается в следующем.

  • В режиме холостого хода М1

    устанавливаются токи подпитки ±ΔI, при которых наблюдается допустимая степень искрения.

  • М1 последовательно нагружается, а токи ±ΔI регулируются таким образом, чтобы степень искрения оставалась неизменной.

  • Снимаются кривые подпитки ±ΔI = f(Ia), по которым судят об условиях коммутации.

Если при любых значениях тока якоря при неизменной степени искрения соблюдается равенство: (рис. 2.9 – б), МДС добавочных полюсов обеспечивает нормальную коммутацию.

Характеристики, показанные на рис. 2.9 – в указывают на недостаточную величину МДС добавочных полюсов, а характеристики на рис. 2.9 – г – на их насыщение.

Если кривые подпитки имеют вид, показанный на рис. 2.9 – д, МДС дополнительных полюсов избыточна.

28. Машины постоянного тока в режиме генератора.

Свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток

где  U — напряжение на зажимах генератора;  Rя — сопротивление обмотки якоря.

                                (11.2)

Уравнение (11.2) называется основным уравнением генератора. С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. На рис. 11.5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.

                             

Рис. 11.5 

Воспользовавшись правилом левой руки,

видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент Мэм, препятствующий вращению якоря генератора.       Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент.

Геометрическая нейтраль — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Геометрическая нейтраль

Cтраница 1

Геометрическая нейтраль лежит посредине между полюсами машины.  [1]

Геометрическая нейтраль п — п — линия, перпендикулярная оси полюсов и разделяющая на дуге якоря области северного и южного полюсов, совпадает в этих условиях с физической нейтралью — линией, проходящей через точки окружности якоря, где магнитная индукция равна нулю. Щетки, условно показанные опирающимися на якорь ( хотя фактически они установлены на коллекторе), находятся на геометрической нейтрали.  [2]

Геометрическая нейтраль коллектора проходит в плоскости, совпадающей с плоскостью оси полюсов. Щетки устанавливаются на геометрической нейтрали коллектора.  [3]

Назовем геометрической нейтралью воображаемую линию, которая проходит строго посередине между полюсами и лежит в плоскости, разделяющей магнитную систему машины на две симметричные части.  [5]

На геометрических нейтралях при холостом ходе генератора магнитная индукция ( В0) в воздушном зазоре равна нулю.  [7]

Что такое геометрическая нейтраль в машинах постоянного тока и как она определяется.  [8]

Определение положения геометрической нейтрали основано на том, что в электродвигателях с добавочными полюсами сдвиг щеток с геометрической нейтрали против направления вращения якоря приводит вследствие ослабления результирующего магнитного поля к увеличению скорости, а при сдвиге щеток по направлению вращения вследствие намагничивания — к уменьшению скорости вращения якоря.  [10]

Определение положения геометрической нейтрали основано на том, чт в двигателях с добавочными полюсами сдвиг щеток с геометрической нейтра ли против направления вращения якоря приводит к ослаблению результ.  [11]

Щетки на геометрическую нейтраль устанавливают методом максимального напряжения, максимальной частоты вращения или индукционным способом. К проверке приступают только при соответствии указанных параметров установленным нормам. Сущность метода максимального напряжения состоит в том, что при вращении машины и перемещении траверсы выбирают положение, соответствующее максимальному напряжению. Метод максимальной частоты вращения заключается в изменении частоты вращения якоря на вращающемся с установленным режимом электродвигателе при вращении в обоих направлениях.  [12]

Сдвиг щеток с геометрической нейтрали может возникнуть из-за погрешности в установке траверсы со щетками, игры щеток в обоймах, износа щеток и неправильного их касания к коллектору.  [13]

Токораздел совпадает с геометрической нейтралью, сталь машины не насыщена. На рис. 4 — 5, а показана в развернутом виде окружность якоря, соответствующая паре полюсов.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

§29. Реакция якоря | Электротехника

Физическая сущность реакции якоря. При холостом ходе магнитный поток в машине создается только магнитодвижущей силой обмотки возбуждения 1 (рис. 104). В этом случае магнитный поток возбуждения Фв, пронизывающий якорь 2, распределяется симметрично относительно продольной оси. Поток возбуждения направлен по продольной оси полюсов, поэтому магнитное поле возбуждения называют продольным (рис. 105, а).

При работе машины под нагрузкой по обмотке якоря проходит

Рис. 104. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме холостого хода

ток, который создает свое магнитное поле. Воздействие поля якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Магнитный поток Фя, созданный током якоря, в двухполюсной машине при установке щеток на геометрической нейтрали направлен по поперечной оси машины (рис. 105,б), поэтому магнитное поле якоря называют поперечным.

В результате действия потока якоря Фя симметричное распределение магнитного поля машины искажается и результирующий поток Фрез оказывается сосредоточенным в основном у краев главных полюсов (рис. 105, в). Рис. 106 поясняет распределение магнитного поля машины вдоль окружности якоря (кривые распределения индукции).

Вредные последствия реакции якоря. 1. Физическая нейтраль б — б (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали а — а на некоторый угол ? (см. рис. 105, в и 106, в). В генераторах физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, в двигателях — против направления вращения. Как будет показано далее, это ухудшает коммутацию машины, т. е. способствует возникновению искрения под щетками.

2. Результирующий магнитный поток машины Фрез при насыщении магнитной цепи уменьшается, т. е. уменьшается и э. д. с. E, индуцированная при нагрузке, по сравнению с э. д. с. Е0 при холостом ходе.

3. В кривой распределения результирующей индукции в воздушном зазоре (см. рис. 106, в) возникают пики индукции Вмах под краями главных полюсов, способствующие образованию в машине кругового огня.

Размагничивающее действие реакции якоря. Поток якоря Фя усиливает результирующий магнитный поток под одной половиной полюса и ослабляет его под другой половиной (см. рис. 105, в). Однако благодаря насыщению магнитной цепи машины увеличение потока под одной половиной полюса оказывается меньшим, чем ослабление потока под другой его половиной,

Рис. 105. Магнитное поле машины постоянного тока: а — от обмотки возбуждения; б — от обмотки якоря; в — результирующее; 1 — обмотка возбуждения; 2 — якорь

вследствие чего общий поток машины уменьшается. Это наглядно видно на магнитной характеристике магнитной цепи машины (рис. 107), на которой показаны потоки под «правой» и под «левой» половинами полюса Фпр и Флев и их приращение ?Фпр и ?Флев, обусловленные действием реакции якоря.
Поток Фпр создается совместным действием м. д. с. возбуждения FB и м. д. с. якоря Fя, направленных согласно, т. е. F

B + Fя, поток Флев — действием этих м. д. с, направленных встречно, т. е. FB— Fя. Поэтому в данном случае ? Фпр < Флев.

Рис. 106. Распределение индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока: а — от обмотки возбуждения; б — от обмотки якоря; в — результирующее

Рис. 107. Магнитная характеристика машины постоянного тока

При холостом ходе, когда м. д. с. Fя = 0, потоки Фпр и Флев будут равны.

Хотя уменьшение магнитного потока под действием м. д. с. якоря обычно невелико и составляет всего 1—3 %, это существенно сказывается на характеристиках генераторов постоянного тока и приводит к уменьшению э. д. с. Е машины при нагрузке по сравнению с э. д. с. Е0 при холостом ходе.

Круговой огонь на коллекторе. Круговым огнем называют мощную электрическую дугу, возникающую в некоторых случаях на коллекторе машин постоянного тока. Эта дуга замыкает накоротко всю или значительную часть обмотки якоря (рис. 108, а), вследствие чего резко возрастает ток машины. Круговой огонь является крупной аварией. Образовавшаяся дуга сильно повреждает коллекторные пластины, изоляторы щеткодержателей и изоляцию лобовых частей машины, выводя ее из строя. В тяговых двигателях дуга часто перебрасывается на ближайшие заземленные части машины — корпус и наконечник главного полюса (рис. 108, б), вызывая также тяжелые повреждения. Появление такой дуги называют вспышкой на коллекторе электрической машины.

Причинами возникновения кругового огня могут быть вытягивание дуги из-под щетки или образование дуги между соседними коллекторными пластинами из-за замыкания их осколками щеток или щеточной пылью. Однако для того, чтобы эти причины могли вызвать круговой огонь, вдоль коллектора должно действовать сильное электрическое поле.

Электрическое поле, действующее вдоль окружности коллектора, определяется напряжением между положительными и , тем интенсивнее электрическое поле в данном месте и тем больше его напряженность. Напряжение uк между смежными коллекторными пластинами практически равно э. д. с. ес, индуцированной в одной

Рис. 108. Образование кругового огня на коллекторе

Рис. 109. Возникновение напряжения Uк max

Рис. 110. Схема образования кругового огня при замыкании коллекторных пластин посторонними частицами: 1 — замыкание; 2 — посторонняя частица; 3 — наволакивание меди; 4 — щеточная пыль; 5 — прогоревший миканит; 6 — первичная дуга; 7 — газы и пары меди; 8 — мощная дуга

секции обмотки якоря, которая согласно закону электромагнитной индукции пропорциональна индукции в воздушном зазоре машины.

При перемещении секций 1 (рис. 109) обмотки якоря они проходят под краями полюсов, где результирующая индукция в воздушном зазоре Врез достигает максимального значения Вmах При этом напряжение между смежными коллекторными пластинами также будет максимальным uK max. Увеличение uK mах свыше 36—40 В для машин большой мощности, какими являются тяговые двигатели и тяговые генераторы, недопустимо, так как это приводит к возникновению кругового огня на коллекторе. Следовательно, реакция якоря, создавая пики индукции Вmaх под краями полюсов и увеличивая этим напряжение uK max способствует возникновению в машине кругового огня. Чем больше ток якоря и максимальная индукция Вв по отношению к индукции Вв, тем больше неравномерность распределения индукции вдоль окружности якоря и тем больше «склонность» машины к круговому огню. По этой причине при работе тяговых двигателей в режиме ослабления возбуждения, когда индукция Вв уменьшается, а ток якоря и индукция Вв возрастают, увеличивается опасность кругового огня. То же имеет место и при боксовании, колесных пар, при этом возрастает напряжение на коллекторе двигателя, связанного с боксующей колесной парой, что приводит к увеличению напряжения uк.

Круговой огонь на коллекторе обычно развивается из небольших дуг, возникающих между соседними коллекторными пластинами А, Б в результате замыкания их накоротко посторонней частицей 2 (угольной пылью, осколками щеток) (рис. 110, а), а у тепловозных генераторов также частицами дизельного топлива и масла, попадающими на коллектор вместе с охлаждающим воздухом. Замыканию коллекторных пластин угольной пылью способствует плохой уход за коллектором, некачественная его шлифовка, наволакивание меди 3 в верхней части пластин (медь под действием силы трения и нагрева коллектора и щеток сползает в сторону, обратную вращению якоря) (рис. 110,б) и пр. Через электропроводящие мостики, образованные этими посторонними частицами, проходит ток, и мостик сгорает; если при этом между соседними пластинами имеется достаточно большое напряжение uк, то между ними возникает первичная дуга 6 (рис. 110, в). В результате горения первичной дуги пространство, прилегающее к коллектору, заполняется раскаленными газами и парами меди, т. е. становится ионизированным. Поэтому может легко произойти его пробой с образованием мощной электрической дуги 8, охватывающей ряд коллекторных пластин (рис. 110, г).

Сильное искрение щеток также способствует возникновению кругового огня. В этом случае резко увеличивается износ щеток, поверхность коллектора загрязняется щеточной пылью и возрастает вероятность попадания этой пыли и осколков щеток между коллекторными пластинами. Поэтому в машинах с большим значением напряжения uк опасность появления кругового огня в значительной мере зависит от состояния коллектора. При сильном искрении может произойти вытягивание дуги из-под щетки в направлении вращения коллектора. Если такая дуга доходит до места на коллекторе, где напряжение uк достигает 36—40 В, то она не гаснет, а продолжает гореть, вследствие чего дуги между отдельными пластинами быстро сливаются в сплошную дугу.

Устранение вредных последствий реакции якоря. «Склонность» машины к круговому огню, вызванную увеличением индукции под краями полюсных наконечников, устраняют, применяя компенсационную обмотку (рис. 111). Ею снабжают крупные машины постоянного тока, в частности генераторы тепловозов и тяговые двигатели мощных электровозов переменного и постоянного тока. Компенсационную обмотку включают таким образом, чтобы поток Фк, создаваемый ею, был направлен, против потока якоря Фя. При условии равенства м. д. с. этих обмоток FK = Fя происходит полная компенсация поперечного потока якоря и устраняются все вызываемые им вредные последствия. Компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря, что обеспечивает компенсацию потока якоря при любой нагрузке машины. При увеличении тока якоря возрастает поток якоря Фя, но одновременно увеличивается и поток компенсационной обмотки, вследствие чего результирующий поперечный поток машины Фп = Фя— Фк = 0.

В машинах без компенсационной обмотки для предотвращения сильного увеличения индукции под краями полюсных наконечников

Рис. 111. Схема компенсации потока якоря (а) и расположение компенсационной обмотки на главных полюсах (б): 1 — компенсационная обмотка; 2 — обмотка якоря; 3 — добавочный полюс; 4 — обмотка добавочного полюса; 5 — обмотка возбуждения: 6 — главный полюс; 7 — якорь

искусственно увеличивают магнитное сопротивление в указанных местах. Для этого делают больше воздушный зазор под краями полюсных наконечников, внутреннюю поверхность которых располагают эксцентрично относительно наружной поверхности якоря. Так как магнитный поток стремится пройти по пути с наименьшим магнитным сопротивлением, то большая часть потока полюса проходит в этом случае в якорь через среднюю часть полюса, а потоки, проходящие через края полюсных наконечников, будут минимальными.

Геометрическая и физическая нейтраль — Клуб строителей

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.

Геометрическая нейтраль

Геометрическая нейтраль лежит посредине между полюсами машины. [1]

Геометрическая нейтраль п – п – линия, перпендикулярная оси полюсов и разделяющая на дуге якоря области северного и южного полюсов, совпадает в этих условиях с физической нейтралью – линией, проходящей через точки окружности якоря, где магнитная индукция равна нулю. Щетки, условно показанные опирающимися на якорь ( хотя фактически они установлены на коллекторе), находятся на геометрической нейтрали. [2]

Геометрическая нейтраль коллектора проходит в плоскости, совпадающей с плоскостью оси полюсов. Щетки устанавливаются на геометрической нейтрали коллектора. [3]

Назовем геометрической нейтралью воображаемую линию, которая проходит строго посередине между полюсами и лежит в плоскости, разделяющей магнитную систему машины на две симметричные части. [5]

На геометрических нейтралях при холостом ходе генератора магнитная индукция ( В0) в воздушном зазоре равна нулю. [7]

Что такое геометрическая нейтраль в машинах постоянного тока и как она определяется. [8]

Определение положения геометрической нейтрали основано на том, что в электродвигателях с добавочными полюсами сдвиг щеток с геометрической нейтрали против направления вращения якоря приводит вследствие ослабления результирующего магнитного поля к увеличению скорости, а при сдвиге щеток по направлению вращения вследствие намагничивания – к уменьшению скорости вращения якоря. [10]

Определение положения геометрической нейтрали основано на том, чт в двигателях с добавочными полюсами сдвиг щеток с геометрической нейтра ли против направления вращения якоря приводит к ослаблению результ. [11]

Щетки на геометрическую нейтраль устанавливают методом максимального напряжения, максимальной частоты вращения или индукционным способом. К проверке приступают только при соответствии указанных параметров установленным нормам. Сущность метода максимального напряжения состоит в том, что при вращении машины и перемещении траверсы выбирают положение, соответствующее максимальному напряжению. Метод максимальной частоты вращения заключается в изменении частоты вращения якоря на вращающемся с установленным режимом электродвигателе при вращении в обоих направлениях. [12]

Сдвиг щеток с геометрической нейтрали может возникнуть из-за погрешности в установке траверсы со щетками, игры щеток в обоймах, износа щеток и неправильного их касания к коллектору. [13]

Токораздел совпадает с геометрической нейтралью , сталь машины не насыщена. На рис. 4 – 5, а показана в развернутом виде окружность якоря, соответствующая паре полюсов. [14]

Установка щеточной траверсы относительно геометрической нейтрали машины, или установка щеток на нейтраль, не входит в перечень часто выполняемых операций. Правильность этой установки чаще всего проверяется по заводской метке, нанесенной на корпус машины при ее изготовлении.

Однако бывают случаи, когда указанная метка отсутствует вследствие повреждений машины или во время предыдущего ремонта были изменены обмоточные данные, и новое положение метки неясно.

В то же время известно, что при смещении щеточной траверсы относительно геометрической нейтрали даже у полностью исправной машины при работе будут наблюдаться внешние признаки дефектов и неисправностей. Поэтому проверка и установка щеточной траверсы машины относительно ее геометрической нейтрали, т. е. линии, проходящей посередине между соседними главными полюсами, имеют важное значение при оценке состояния электрических машин.

При этом необходимо учитывать, что в машинах, снабженных для устранения вредного действия реакции якоря добавочными полюсами или компенсационными обмотками, при правильной установке траверсы щетки находятся действительно на геометрической нейтрали. В машинах, не имеющих указанных полюсов и обмоток, при правильном положении траверсы щетки оказываются несколько смещенными с геометрической нейтрали: для генераторов — по направлению вращения якоря, для двигателей — в противоположную сторону.

На наличие смещения щеточной траверсы указывают такие признаки: при ее сдвиге по направлению вращения якоря напряжение генератора снижается; если сдвиг траверсы против направления вращения, то напряжение генератора повышается, частота вращения электродвигателя возрастает.

Судовые электрические машины постоянного тока обычно выполняются с добавочными полюсами. Для этих машин известны следующие способы установки щеточной траверсы на нейтраль. Индуктивный метод, метод наибольшего напряжения для генераторов, метод измерения частоты вращения для двигателей.

При индуктивном методе, применимом как для генераторов, так и для двигателей, положение щеточной траверсы определяется при неподвижном якоре машины.

При этом методе траверсу предварительно устанавливают в такое положение, при котором линия щеток приходится примерно против середины главных полюсов. К щеткам отсоединенной от сети машины подключают вольтметр магнитоэлектрической системы с нулем по середине шкалы и пределами измерения до 3 . . . 5В.

К отсоединенной от якоря обмотке возбуждения от аккумуляторной батареи через рубильник и реостат подают пониженное напряжение, обеспечивающее ток в обмотке возбуждения, равный 10 . . . 15% номинального. На рис. 1 слева показана схема для двигателя параллельного возбуждения (сплошными линиями показана штатная схема двигателя, пунктирными — элементы схемы настройки).

Быстро замыкая и размыкая рубильник в цепи питания обмотки возбуждения, вызывают появление в якоре индуктированной ЭДС и наблюдают положение стрелки вольтметра.

Проверка и установка щеточной траверсы по схеме, приведенной на рис.1 слева, обеспечивает ориентацию щеток относительно главных полюсов машины. В электрических машинах с добавочными полюсами щетки могут быть ориентированы как относительно главных полюсов, так и относительно добавочных. Для машин с точным размещением главных и добавочных полюсов проверка и установка щеточной траверсы относительно тех или других полюсов из указанных дает одинаковые результаты.

Если же указанные полюсы в какой-то степени смещены относительно друг друга, то положения щеточной траверсы, определенные относительно главных или добавочных полюсов, не совпадают.

Практическое значение данное обстоятельство имеет для электрических машин реверсивных приводов. Реверсирование машины, щеточная траверса которой установлена на нейтраль, определенной относительно главных полюсов, обеспечивает лучшие скоростные характеристики (обеспечивается уменьшение отклонений этих характеристик при реверсе). Реверс этих же машин, но со щеточной траверсой, установленной на нейтраль, которая определена относительно добавочных полюсов, сопровождается отклонением скоростных характеристик. В то же время во втором случае допускаются лучшие условия коммутации. Потому определение нейтрали может зависеть от особенностей привода, для которого предназначен электродвигатель.

Проверка и установка щеточной траверсы относительно добавочных полюсов может выполняться по методу, применяемому для тяговых машин.

Рис. 1 — Схемы установки щеток на нейтраль двигателя

параллельного возбуждения (а) и на нейтраль двухякорной машины (б)

При этом методе на обмотку добавочных полюсов электродвигателя с петлевой обмоткой при неподвижном якоре от сварочного трансформатора или другого источника подают переменное напряжение 30 … 80В. Вольтметром переменного тока, оснащенным щупом, контролируют напряжение между соседними пластинами, коллектора в зоне коммутации. Скачкообразное изменение напряжения между соседними пластинами указывает на подключение щупа к пластинам, соединенным с секциями другой катушки. Затем вольтметр подключают к пластинам коллектора, относящимся к средней секции катушки и, поворачивая якорь, находят такое его положение, при котором вольтметр показывает отсутствие напряжения. В этом положении якоря нейтраль машины проходит точно посередине между указанными пластинами коллектора. Щеточную траверсу поворачивают так, чтобы середина щетки приходилась на паз между этими пластинами. Таким же образом производится установка всех щеткодержателей.

Для двигателей с волновой обмоткой якоря все действия выполняют аналогично, за исключением нахождения пластин коллектора. Измеряя напряжение между соседними пластинами, находят три пластины, между которыми оно имеет одинаковое значение. Пластины, к которым подключают вольтметр, находятся рядом с тремя указанными.

При использовании индуктивного метода для двухякорных машин с общим валом (на судах применяются в гребных электрических установках) применяют схему, приведенную на рис.1 справа. Правильная установка щеточных траверс относительно общей нейтрали таких машин будет иметь место при минимальных показаниях трех вольтметров.

Индуктивный метод применяется и для электромашинных усилителей (ЭМУ). Для этих машин при установке щеточной траверсы вначале удаляют перемычку, соединяющую короткозамкнутые щетки, и включают между этими щетками вольтметр с нулем посередине. В одну из обмоток управления при перемещении якоря подают напряжение от постороннего источника постоянного тока. Далее выполняются действия, как и описанные выше. После нахождения таким образом нейтрали для ЭМУ обычно требуется сместить щетки дополнительно на 1,5 … 2 мм по направлению вращения якоря. Это связано с тем, что при установке щеток на нейтрали, иногда наблюдается, так же как при сдвиге щеток против направления вращения, самовозбуждение и потеря управления ЭМУ.

Метод наибольшего напряжения применяется для генераторов параллельного и смешанного возбуждения, не работающих параллельно, и реализуется в режиме холостого хода этих машин. При этом методе генератор запускают в режим холостого хода и посредством реостата возбуждения доводят напряжение на его зажимах до нормального (напряжение контролируют вольтметром, подключенным к зажимам генератора). При неизменном положении реостата возбуждения смещают в одну и другую сторону щеточную траверсу, наблюдая по вольтметру за изменением напряжения на зажимах генератора. Положение щеточной траверсы, при которой наблюдается наибольшее напряжение, является точным. Данный метод менее точен, чем индуктивный, но для генераторов, не работающих параллельно, обеспечивает приемлемые для практики результаты. Для генераторов, работающих в параллель, даже небольшое смещение траверсы от точного положения может вызвать их перемагничивание, поэтому для этих генераторов метод наибольшего напряжения не рекомендуется.

Методом измерения частоты вращения определяется правильность положения щеточной траверсы электродвигателей. При этом методе, также реализуемом в режиме холостого хода машины, измеряют ее частоту вращения в обоих направлениях при некотором положении щеточной траверсы. Изменение направления вращения обеспечивается переключением параллельной обмотки возбуждения.

Смещением щеточной траверсы в обе стороны добиваются такого положения, при котором частота вращения якоря одинакова для обоих направлений вращения. Это положение траверсы и есть точное.

При установке щеточной траверсы методом наибольшего напряжения или методом измерения частоты вращения следует помнить, что перемещать траверсу можно только после отключения машины от сети и полной остановки якоря.

Наиболее точным и безопасным методом является индуктивный.

Магнитное поле машины постоянного тока, работающей под нагрузкой

Магнитное поле в машине постоянного тока, которое создается вокруг проводников с током, выходит в воздушный зазор и начинает влиять на основное магнитное поле.

В воздушном зазоре машины складываются два поля: основное магнитное поле и поле нагрузки. Влияние поля нагрузки на основное магнитное поле называется реакцией якоря. Чтобы определить, как влияет поле нагрузки на основное магнитное поле машины, используют метод наложения.

Основное магнитное поле машины постоянного тока при холостом ходе, создаваемое обмоткой возбуждения.

Магнитное поле якоря машины постоянного тока под нагрузкой.

Магнитное поле машины постоянного тока, работающей под нагрузкой.

Если при расчете магнитной цепи не имело значения местоположение щеток, то для поля нагрузки положение щеток является определяющим. У большинства машин постоянного тока щетки располагаются на геометрической нейтрали.

Геометрическая нейтраль — это плоскость, проходящая через центр машины перпендикулярно средней линии полюсов.

Пара щеток по конструкции машины жестко соединяется между собой, и это соединение называется осью щеток.

Магнитное поле, создаваемое током нагрузки, всегда располагается вдоль оси щеток и вращается вместе с осью щеток.

Задавшись направлением вращения и током якоря используя правило правой руки определяют направление действия поля нагрузки.

Используя метод наложения, определим влияние поля нагрузки на основное магнитное поле. Под действием поля нагрузки, т.е. под действием поля якоря, происходит перераспределение основного магнитного потока вдоль полюсного деления.

Влияние реакции якоря зависит от режима работы машины и от направления вращения якоря.

У генератора магнитное поле увеличивается по сбегающим кольцом полюса, а уменьшается под набегающим. У двигателя наоборот.

Чтобы уменьшить влияние реакции якоря на основное магнитное поле машины, между главными полюсами устанавливаются добавочные полюса. Обмотки добавочных полюсов включаются последовательно с обмоткой якоря, а их магнитный поток выбирается таким, чтобы компенсировал реакцию якоря.

Магнитный поток добавочных полюсов изменяется с изменением тока нагрузки, в результате чего достигается компенсация поля нагрузки. Для того чтобы добавочные полюса полностью компенсировали поле нагрузки в двигателе за главным полюсом должен следовать дополнительный полюс той же полярности.

В генераторе по направлению вращения якоря за главным полюсом должен следовать добавочный полюс противоположной полярности.

Реакция якоря, коммутация, мощность, к.п.д.

Реакция якоря. При работе электрической машины в режиме холостого хода (/я = 0) ее э. д. с. создается обмоткой возбуждения главных полюсов (рис. 2.9, а), а магнитное поле распределяется симметрично относительно оси полюсов. При нагрузке вокруг проводников обмотки якоря образуется магнитное поле (рис. 2.9, б), ось которого направлена по оси щеток, расположенных на геометрической нейтрали ГН. Воздействие м. д. с. обмотки якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря. Число магнитных линий, пересекающих поверхность якоря, не везде одинаково: наибольшая густота — под серединой полюса, наименьшая — по геометрической нейтрали. В витках, расположенных по самой нейтрали, э. д. с. не индуктируется.

При вращении якоря под нагрузкой результирующий магнитный поток будет распределяться, как показано на рис. 2.9, в. Под левой частью северного полюса он будет ослаблен потоком якоря, имеющим противоположное направление потоку, создаваемому полюсами. Под правой частью северного полюса силовые линии потока якоря имеют одинаковое направление с основным потоком, поэтому в этой части густота магнитного потока увеличивается. Подобное явление будет наблюдаться и у южного полюса. В результате действия реакции якоря основной магнитный поток исказится и как бы повернется на небольшой угол в направлении вращения якоря. Линия ФН, проходящая через точки на поверхности якоря с индук-

цией В = 0, является физической нейтралью. Смещение нейтрали повлечет за собой перемещение щеток на такой же угол, так как они должны замыкать накоротко те витки, в которых э. д. с. не индуктируется.

Таким образом, если машина работает как генератор, то при нагрузке ее щетки необходимо сдвигать по направлению вращения якорей. С увеличением нагрузки угол сдвига увеличивается. Если электрическая машина работает в качестве электродвигателя, то в ней также действует реакция якоря, поэтому ее щетки приходится сдвигать в направлении, противоположном вращению якоря.

Практически смещение щеток при работе электрической машины представляет большие затруднения в эксплуатации, а для тяговых машин вообще невыполнимо, так как они работают в широком диапазоне изменения нагрузки и скорости. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали, кроме поперечной м. д. с. якоря Л,,, (рис. 2.10), появляется продольная м. д. с. якоря 1^д, которая суммируется алгебраически с м. д. с. создаваемой обмоткой возбуждения. При сдвиге щеток с геометрической нейтрали по направлению вращения продольная м. д. с. якоря уменьшает результирующее магнитное поле генератора и увеличивает его при смещении щеток против направления вращения.

Искажение основного магнитного потока под действием поперечной м. д. с. якоря может привести к резкому увеличению напряжения между смежными коллекторными пластинами. У тяговых электродвигателей максимальное напряжение между двумя коллекторными пластинами ик ,11ах может превысить в 3 раза его среднее значение икср. По опытным данным, для нормальной работы тяговых двигателей напряжение икср не должно превышать 20 В; при работе двигателей в режиме электрического торможения -14 В; для тяговых генераторов-14- -16 В. Если икср будет превышать указанные значения, то на коллекторе может возникнуть искрение.

Ограничение иКтах обусловлено возможностью возникновения кругового огня на коллекторе, т. е. мощной электрической дуги, замыкающейся между щетками разной полярности. В тяговых машинах с заземленной цепью якоря возможен переброс дуги и на корпус.

Для тяговых машин с толщиной изоляции между коллекторными пластинами 0,8-1,2 мм ик не должно быть больше 35-40 В

гнахв режиме наименьшего возбуждения, для поддержания возникшей дуги достаточно напряжения 25-28 В. Для вспомогательных машин «кгпах равно 60-70 В.

Коммутация. Процесс изменения направления тока в секции обмотки якоря, связанный с переходом ее из одной параллельной ветви в другую, называется коммутацией, а секция — коммутируемой.

Время 7″к, в течение которого секция замкнута накоротко щеткой и коммутируется, называется периодом коммутации. Обычно Гк равно 0,001-0,0003 с.

Рассмотрим процесс коммутации в секции простой петлевой обмотки при различных положениях щетки относительно коллекторных пластин. Для простоты считаем, что ширина коллекторной пластины и щетки одинакова. На рис. 2.11, а показано положение секции в начале коммутации. Щетка перекрывает коллекторную пластину 1, и ток якоря 1н, пройдя щетку, распределяется по обеим сторонам коммутируемой секции поровну. Когда якорь вращается, то коллекторные пластины сдвигаются относительно щетки и в какой-то момент щетка равномерно перекрывает обе коллекторные пластины 1 и 2. Тогда через коммутируемую секцию ток протекать не будет, а в параллельных ветвях он будет равен 1„/2.

Следовательно, за время перекрытия щеткой обеих коллекторных пластин ток в секции уменьшается от 1я/2 до нуля. Изменение тока вызывает наведение э. д. с. самоиндукции е3 (а также взаимоиндукции, если в процессе коммутации участвует несколько секций), а так как процесс происходит быстро, то в коммутируемой секции возникает довольно большая э. д. с. самоиндукции и взаимо-

Рис. 2.11. Ток коммутации: а -■- изменение тока коммутации в коммутируемой секции; б — добавочный ток коммутации в коммутируемой цели кольцевого якоряиндукции. Эту э. д. с. называют реактивной ер. а наводимый сю ток — током коммутации.

Электродвижущая сила самоиндукции и взаимоиндукции действует всегда так, чтобы поддерживать в цепи установившееся значение тока. При вращении якоря в коммутируемой секции индуктируется э. д. с. внешнего поля ек, имеющегося в зоне коммутации (части поверхности якоря, занимаемой сторонами коммутируемых секций). Электродвижущая сила вращения ек от внешнего поля называется коммутирующей. Она может иметь разные знаки, смотря по тому, в поле какой полярности — северной или южной — находится коммутируемая секция.

В общем случае в коммутирующей цепи имеются обе э. д. с. ер и ек. Под действием суммы этих э. д. с. в замкнутой щеткой коммутирующей цепи возникает добавочный ток коммутации г\ (рис.»2.11, б).

По мере набегания щетки на пластину 1 ток 1г возрастает, а ток 1-2 уменьшается, следовательно, ток направлен против тока 1г(еР препятствует происходящим в цепи изменениям) и согласно с током 12- Поэтому плотность тока на сбегающем конце щетки будет больше, чем на набегающем; это может вызвать искрение щеток. Сбегание щетки с коллекторной пластины можно рассматривать как размыкание цепи; если запас электромагнитной энергии в этой цепи достаточно велик, т. е. велика е, и плотность тока на сбегающем крае щетки, то при размыкании цепи она рассеивается в форме искры размыкания. В конце процесса коммутации (см. рис. 2.11, а) щетка сойдет с коллекторной пластины 1 и перекроет только пластину 2, вследствие чего ток в коммутируемой секции изменит свое направление по сравнению с первоначальным.

Искрение на коллекторе вызывает нагревание и порчу его поверхности, нарушение работы щеточного аппарата, вследствие чего машина работает ненадежно. Чтобы степень искрения не превышала допустимого значения, необходимо скомпенсировать реактивную э. д. с. ер, но так как реактивная и коммутирующая э. д. с. в течение периода коммутации изменяются, то оперируют средним значением реактивной э. д. с. ерср. По опытным данным для тяговых электродвигателей врср не должна превышать 4 В. Для наиболее тяжелого режима работы двигателя при наибольшем ослаблении возбуждения ерср не должна быть больше 8—9 В. Для тяговых генераторов ерСр не должна превышать 8 В.

Уменьшения ерср практически можно достичь уменьшением числа витков в секции обмотки якоря и уменьшением коэффициента удельной суммарной магнитной проводимости. В тяговых машинах тепловозов применяют только одновитковые секции. Для уменьшения удельной магнитной проводимости применяют укороченные шаги обмотки или ступенчатую обмотку. Для улучшения процесса коммутации используют два основных способа: применяют добавочныеполюсы и производят подбор щеток с повышенным электрическим сопротивлением (электрографитированные), уменьшая тем самым добавочный ток коммутации.

В условиях эксплуатации мерами предупреждения искрения являются содержание в чистоте поверхности коллектора, конуса, канавок между пластинами, своевременное удаление с рабочей поверхности коллектора подтеков, царапин, заусенцев, смена сколотых и изношенных щеток и пр.

Добавочные полюсы. Добавочные полюсы располагают по нейтрали, т. е. между главными полюсами. Они предназначены создавать магнитное поле, индуктирующее в коммутируемых витках э. д. с, направленную против реактивной э. д. с. Чтобы магнитное поле действовало только в зоне коммутации, ширину полюсов делают небольшой.

Обмотки добавочных полюсов всегда включаются последовательно с обмоткой якоря для того, чтобы происходило автоматическое усиление действия добавочных полюсов при увеличении внешней нагрузки, вызывающей усиление реакции якоря и реактивной э. д. с. в коммутируемых секциях.

У генераторов полярность добавочных полюсов должна быть такой, чтобы шел разноименный добавочный полюс. При работе машины в режиме двигателя за главным полюсом должен располагаться одноименный добавочный полюс. Число добавочных полюсов не обязательно должно быть равным числу главных полюсов; оно иногда меньше 2р. В машинах, несущих ответственную нагрузку, оно всегда равно 2р.

Площадь поперечного сечения сердечников добавочных полюсов выбирается такой, чтобы индукция магнитного поля была сравнительно небольшой -0,6- 0,7 Тл. Это необходимо для увеличения предельной нагрузки, при которой происходит насыщение магнитной цепи добавочных полюсов. С этой же целью обычно воздушный зазор под добавочными полюсами делают значительно большим, чем под главными.

При относительно небольшом полезном потоке добавочных полюсов их м. д. с. получается значительной, так как большая ее доля идет на компенсацию поперечной м. д. с. реакции якоря.

Витки обмотки добавочных полюсов стараются разместить ближе к якорю, а между остовом машины и сердечником добавочного полюса устанавливают немагнитные прокладки (Н П) с тем, чтобы разделить воздушный зазор между сердечником полюса и якорем на две части (рис. 2.12). Это позволяет уменьшить рассеивание магнитного потока и влияние на коммутацию вихревых токов, индуктируемых в остове и сердечнике главного полюса при резких изменениях тока якоря.

Вихревые токи задерживают изменение магнитного потока добавочных полюсов.

При резких изменениях нагрузки изменение потока добавочных полюсов может отставать от изменения тока 1я вследствие влияния вихревых токов. В этом случае коммутация расстраивается. Чтобы этого не происходило, сердечники добавочных полюсов в машинах, работающих с резкопе-ременной нагрузкой, изготовляют из отдельных листов стали.

Если в электрической машине имеются добавочные полюсы, то щетки должны устанавливаться на геометрической нейтрали. В действительности в тяговых машинах щетки устанавливают под серединой главных полюсов. Это объясняется тем, что секции обмотки якоря имеют определенный шаг по пазам, т. е. они выгнуты таким образом, что к коллекторным пластинам, с которыми соприкасаются щетки, присоединяются проводники, расположенные на нейтральной линии (под добавочными полюсами).

Компенсационная обмотка. Добавочные полюсы компенсируют действие реакции якоря только в зоне коммутации. Наиболее эффективное средство борьбы с вредным действием поперечной реакции якоря — с искажением основного поля и увеличением напряжения между коллекторными пластинами — использование компенсационной обмотки. В пазах полюсных наконечников главных полюсов укладывают стержни (проводники) так, чтобы направления токов в них и обмотке якоря в пределах каждого полюсного деления были противоположны.

Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря, тем самым обеспечивается компенсация поперечной реакции якоря при всех нагрузках. Компенсационная обмотка усложняет конструкцию, увеличивает расход меди и стоимость машины, ухудшает отвод тепла из зоны полюсных наконечников. Поэтому она применяется в мощных и быстроходных машинах, подвергающихся большим перегрузкам.

Вредное влияние поперечной м. д. с. якоря может быть ослаблено увеличением воздушного зазора по краям полюсного наконечника главного полюса путем скоса наконечника либо выполнения эксцентричного очертания его поверхности. Такой способ широко используется при конструировании тяговых электродвигателей.

Вихревые токи. При вращении в магнитном поле сердечника якоря в нем индуктируются э. д. с, и токи, которые, замыкаясь накоротко в толще сердечника, могут достигать больших значений и вызывать чрезмерный его нагрев. Для уменьшения вихревых токов сердечники электрических машин набирают из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга лаковым мокры тиом. Это преграждает путь распространению вихревых токов и уменьшает поперечное сечение сердечника.ощ, (2.18)

где 1ф и (‘ц, фазовый юк и фазовое напряжение; (( угол сдвига фаз между фазовым током и фазовым напряжением.

Мощность трехфазной машины также может быть выражена через линейный ток 1., и линейное напряжение ІІл\

р= Vз/л(У.1cosф.

Превращение одного вида энергии в другой, т. е. электрической энергии в механическую (электродвигатель) или механической в электрическую (генератор), сопровождается рядом потерь. Основные потери:

электрические потери возникающие при прохождении токапо обмоткам полюсов и якоря, и потери в переходном сопротивлении щеточных контактов. Эти потери пропорциональны квадрату тока: \/\, = 1′;

потери в стали (магнитные) АЛ,, возникающие вследствие перемагничивания сердечника якоря (гистерезис) и индуктирования вихревых токов, пропорциональны индукции В и частоте вращения:

\Р,, = В2 піи;

механические потери от трения вала якоря в подшипниках, трения теток о коллектор и сопротивления воздуха вращению якоря пропорциональны частоте вращения:

\Рш., = п.

Все виды потерь вызывают нагрев машины. Отношение полезной мощности (мощности на валу электродвигателя или на зажимах генератора) к потребляемой (электрической мощности, потребляемой электродвигателем, или механической мощности, затрачиваемой на вращение якоря генератора) называется коэффициентом полезногодействия машины п. К. п. д. тепловозных тяговы.х генераторов составляет 0,94- 0,96, а тяговых электродвигателей — 0,90 0,94.

Для электродвигателя полезная мощность, кВт, где с/7Л-напряжение, подводимое к электродвигателю, В; 1тя -ток, потребляемый двигателем, А.

Полезная мощность генератора

(2.20)

Рис. 2.13. Изменение к. п. д. в зависимости от нагрузки

Полную мощность генератора находим по формуле

Рг полн = Рг/Т)г, или Рг „„.,„ = Рг-4-ЛР, (2.21) где ЛР = ДРэ., + ДР1.т-г-ЛРмех — основные потери мощности.

Характер изменения к. п. д. при изменении нагрузки показан на рис. 2.13. При холостом ходе полезная мощность равна нулю, следовательно, и г| равен нулю. При малых нагрузках магнитные и механические потери, оставаясь примерно постоянными, имеют относительно большое значение по сравнеию с полезной мощностью, поэтому к. п. д. небольшой. С увеличением нагрузки полезная мощность растет, а магнитные и механические потери изменяются незначительно, и хотя электрические потери увеличиваются, но сказываются сравнительно слабо; в результате к. п. д. увеличивается. Максимальное значение к. и. д. имеет при номинальном режиме или близком к нему При дальнейшем увеличении нагрузки к. п. д. падает, так как рост электрических потерь, пропорциональный квадрату тока, начинает превышать прирост полезной мощности (пропорциональный первой степени от тока).

⇐ | Принцип действия электрических машин | | Рудая К. И., Логинова Е. Ю. Тепловозы. Электрическое оборудование и схемы. Устройство и ремонт | | Материалы. Нагревание и охлаждение в электрических машинах | ⇒

Реакция якоря машин постоянного тока.Режим генератора и режим двигателя

Реакция якоря-это влияние магнитодвижущей силы (МДС) обмотки якоря на магнитное поле возбуждения машины постоянного тока.

Реакция якоря искожает магнитное поле возбуждения искажает магнитное поле возбуждения машины,т.е.делает его нессиметричным относительно оси полюсов(геометрической нейтрали).

Геометрическая нейтраль-это воображаемая линия между двумя смежными полюсами на которой ЭДС равна нулю.

При работе машины в режиме холостого хода ток в обмотке якоря практически отсутствует,а поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения.Магнитное поле возбуждения симметрично оси полюсов.

Если же машину нагрузить,то в обмотке якоря появится ток,а следовательно и МДС якоря.Магнитное поле этой МДС будет направлена по линии щеток(по геом.нейтрали),якорь вращается,а пространственное положение МДС якоря остается неизменным.

Т.к.направление этой МДС определяется положением щеток.

Если предположить что магнитная система машины ненасыщена,

То реакция якоря будет искажать результирующий магнитный поток(магнитное поле якоря+магнитное поле возбуждения).

Край полюса и находящийся под ним

Зубцовый слой якоря,где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения подмагничиваются край полюса и зубцовый слой якоря.Другой край полюса и зубцовый слоя якоря,где МДС якоря направлена против МДС возбуждения размагничевается.

При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов.А физическая нейтраль(воображаемая линия проходящая через точки на якоре в которых индукция равна 0).Смещается относительно геометрической на некоторый угол зависящий от нагрузки машины.

При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря.

А при работе в двигательном режиме против вращения якоря.

Искажание результирующего поля машины приводит к более тяжелым условиям работы-щеточного контакта,это может быть причиной усиления искрения на коллекторе.

При насыщенной магнитной системеме подмагничивание одного края полюсного наконечника и находящегося под ними зубцового слоя якоря происходит в меньше степени,чем размагничивание другого края и находящегося под ним зубцового слоя якоря. Это благоприятно сказывается на распределении магнитной индукции в зазоре,которая становится более равномерной.Однако при этом результирующий магнитный потом машины уменьшается.Реакция якоря при насыщенной магнитной системе размагничивает машину,в результате у генераторов снижается ЭДС на его зажимах,а у двигателя вращающий момент.

Для компенсации реакции якоря устанавливают добавочные полюсые которые при усилении(увеличении) нагрузки подмагничивают магнитную систему машины.

Реакция якоря в машинах постоянного тока

В машине постоянного тока присутствуют два вида магнитных потоков; «поток якоря» и «поток основного поля». Влияние потока якоря на поток основного поля называется реакцией якоря .

МПЯО и ВНС

ЭДС индуцируется в проводниках якоря, когда они пересекают силовые линии магнитного поля. Существует ось (или, можно сказать, плоскость), вдоль которой якорные проводники движутся параллельно силовым линиям и, следовательно, не пересекают силовые линии, находясь на этой плоскости.MNA (магнитная нейтральная ось) может быть определена как ось, вдоль которой в проводниках якоря не создается ЭДС, поскольку они движутся параллельно линиям потока. Щетки всегда располагают вдоль МНА, так как по этой оси происходит реверсирование тока в проводниках якоря.

GNA (геометрическая нейтральная ось) может быть определена как ось, перпендикулярная оси поля статора.

Реакция якоря

Эффект реакции якоря хорошо показан на рисунке ниже.

Учтите, что в проводниках якоря ток не течет, и только обмотка возбуждения находится под напряжением (как показано на первом рисунке изображения выше). В этом случае магнитные силовые линии полюсов поля равномерны и симметричны полярной оси. «Магнитная нейтральная ось» (M.N.A.) совпадает с «геометрической нейтральной осью» (GNA).

На втором рисунке на изображении выше показаны линии потока якоря из-за тока якоря. Полевые полюса обесточены.

Теперь, когда машина постоянного тока работает, оба потока (поток из-за проводников якоря и поток из-за обмотки возбуждения) будут присутствовать одновременно.Поток якоря накладывается на поток основного поля и, следовательно, возмущает поток основного поля (как показано на третьем рисунке выше). Этот эффект называется реакцией якоря в машинах постоянного тока .


Побочные эффекты реакции якоря:

  1. Реакция якоря ослабляет основной поток. В случае генератора постоянного тока ослабление основного потока снижает генерируемое напряжение.
  2. Реакция якоря искажает основной поток, отсюда и положение М.N.A. смещается (M.N.A. перпендикулярен силовым линиям потока основного поля). Щетки следует ставить на М.Н.А., иначе это приведет к искрению на поверхности щеток. Таким образом, из-за реакции арматуры трудно определить точное положение MNA
  3. .
Для нагруженного генератора постоянного тока МНА будет смещаться в направлении вращения. С другой стороны, для нагруженного двигателя постоянного тока МНА будет смещаться в сторону, противоположную направлению вращения.

Как уменьшить реакцию якоря?

Обычно для небольших машин (до нескольких киловатт) не предпринимают особых усилий по уменьшению реакции якоря.Но для больших машин постоянного тока компенсационная обмотка и промежуточные полюса используются, чтобы избавиться от вредных последствий реакции якоря .

Компенсационная обмотка: Теперь мы знаем, что реакция якоря обусловлена ​​наличием потока якоря. Поток якоря создается за счет тока, протекающего в проводниках якоря. Теперь, если мы поместим другую обмотку в непосредственной близости от обмотки якоря и если по ней будет течь тот же ток, но в направлении, противоположном току якоря, то это аннулирует поле якоря.Такая дополнительная обмотка называется компенсационной обмоткой и размещается на торцах полюсов. Компенсационная обмотка включена последовательно с обмоткой якоря так, что по ней течет ток в противоположном направлении.

Интерполюсы: Интерполюсы — это небольшие вспомогательные полюса, расположенные между основными полюсами поля. Обмотка на межполюсниках соединена последовательно с якорем. Каждый промежуточный полюс намотан таким образом, что его магнитная полярность совпадает с магнитной полярностью основного полюса перед ним.Межполюсники сводят на нет поток якоря по квадратурной оси.

Реакция якоря в генераторе постоянного тока — ее эффект

Определение: Реакция якоря просто показывает влияние поля якоря на основное поле. Другими словами, реакция якоря представляет собой воздействие потока якоря на поток основного поля. Поле якоря создается проводниками якоря, когда по ним протекает ток. А основное поле создается магнитными полюсами.

Поток якоря оказывает два влияния на поток основного поля.

  • Реакция якоря исказила поток основного поля.
  • Уменьшает величину потока основного поля.

На рисунке ниже показан двухполюсный генератор постоянного тока. Когда к генератору не подключена нагрузка, ток якоря становится равным нулю. В этом состоянии в генераторе существует только МДС основных полюсов. Поток ММП равномерно распределен вдоль магнитной оси. Магнитная ось означает центральную линию между северным и южным полюсами.Стрелка на приведенном ниже изображении показывает направление магнитного потока Φ M . Магнитная нейтральная ось или плоскость перпендикулярна оси магнитного потока.

MNA совпадает с геометрической нейтральной осью (GNA). Щетки машин постоянного тока всегда располагаются на этой оси, поэтому эта ось называется осью коммутации.

Рассмотрим состояние, при котором ток проходит только по проводникам якоря, а через их основные полюса ток не течет.Направление тока остается одинаковым во всех проводниках, лежащих под одним полюсом. Направление тока, индуцируемого в проводнике, определяется правилом правой руки Флеминга. А направление потока, создаваемого в проводниках, задается правилом штопора.

Направление тока на левой стороне проводника якоря переходит в бумагу (обозначено крестом внутри круга). Проводники якоря объединяют свои МДС для создания потоков через якорь в направлении вниз.

Точно так же правые боковые проводники несут ток, и их направление выходит за пределы бумаги (показано точками внутри круга). Проводник с правой стороны также объединяет их МДС для создания потока в направлении вниз. Следовательно, проводник с обеих сторон объединяет свои МДС таким образом, что их поток направлен вниз. Поток, индуцируемый в проводнике якоря Φ A , указан стрелкой, показанной выше.

На рисунке ниже показано состояние, при котором ток возбуждения и ток якоря одновременно действуют на проводник.

Это происходит, когда машины работают на холостом ходу. Теперь машина имеет два потока, т. е. поток якоря и поток полюса возбуждения. Поток якоря создается током, наведенным в проводниках якоря, в то время как поток полюсов поля индуцируется из-за основных полюсов поля. Эти два потока объединяются и дают результирующий поток Φ R , как показано на рисунке выше.

При попадании потока поля в якорь они могут искажаться.Искажение увеличивает плотность потока в верхнем полюсном наконечнике N-полюса и нижнем полюсном наконечнике южного полюса. Точно так же плотность потока уменьшается в нижней части северного полюса и в верхней части южного полюса.

Результирующий поток, индуцируемый в генераторе, смещается в сторону направления вращения генератора. Магнитная нейтральная ось полюсов всегда перпендикулярна оси результирующего потока. MNA постоянно смещается с результирующим потоком.

Эффект реакции арматуры

Эффекты реакции арматуры следующие:

  • Из-за реакции якоря плотность потока более чем на половине полюса увеличивается, а на другой половине уменьшается. Общий поток, создаваемый каждым полюсом, немного меньше, из-за чего уменьшается величина напряжения на клеммах. Эффект, из-за которого реакция якоря уменьшает общий поток, известен как эффект размагничивания.
  • Результирующий поток искажен.Направление оси магнитного нейтрали смещается вместе с направлением результирующего потока в случае генератора и противоположно направлению результирующего потока в случае двигателя.
  • Реакция якоря индуцирует поток в нейтральной зоне, и этот поток создает напряжение, вызывающее проблемы с коммутацией.

Ось MNA — это ось, на которой значение индуцированной MEF становится равным нулю. А ГНА делит сердечник якоря на две равные части.

▷ Реакция якоря в генераторе постоянного тока

Чтобы понять концепцию реакции якоря в генераторе постоянного тока, ознакомьтесь с предыдущими статьями, описывающими конструкцию генератора постоянного тока. Концепция реакции якоря хорошо объяснена в этой статье.

Что такое реакция якоря?

Реакция якоря возникает в двигателях и генераторах постоянного тока. В генераторе постоянного тока и двигателе постоянного тока две обмотки:

  1. Обмотка возбуждения
  2. Обмотка якоря.

Назначением обмотки возбуждения является создание магнитного поля (называемого основным потоком ), тогда как назначением обмотки якоря является проведение тока якоря.

Хотя обмотка якоря не предназначена для создания магнитного поля, тем не менее ток в обмотке якоря также создает магнитный поток (называемый потоком якоря ).

Поток якоря искажает и ослабляет основной поток и создает проблемы для правильной работы машин постоянного тока.

Воздействие потока якоря на основной поток называется реакцией якоря в генераторе постоянного тока .

(i) Генератор без нагрузки (ii) Генератор под нагрузкой (iii) Наложение потоков

Явление реакции якоря в генераторе постоянного тока показано на рисунке ниже. Для ясности мы берем только один полюс.

Когда генератор работает без нагрузки (рис. i) , через якорь протекает небольшой ток, поэтому поток, создаваемый в якоре, очень мал и не влияет на основной поток φ1  , исходящий от полюса.

Когда генератор нагружен (рис. ii) , большой ток начинает протекать через проводники якоря, поэтому создается высокий поток φ2 , как показано на рис. (ii).

Путем наложения потоков φ1 и φ2 (рис. iii) , мы получаем результирующий поток φ3 , как показано на рис. (iii).

Вот что происходит с потоком под одним полюсом при реакции якоря в генераторе постоянного тока.

Из рис. (iii) видно, что плотность потока на конце заднего полюса (точка B) увеличивается, а на конце переднего полюса (точка A) уменьшается.

Это неравномерное распределение поля из-за реакции якоря в генераторе постоянного тока приводит к двум следующим эффектам:

  • Основной поток искажен.
  • Основной флюс ослаблен.

Ослабление потока из-за реакции якоря в генераторе постоянного тока также зависит от положения щеток . Для этого нам нужно понять геометрическую и магнитную нейтральные оси.

Геометрические и магнитные нейтральные оси

Необходимо четко понимать геометрическую нейтральную ось и магнитную нейтральную ось, чтобы получить четкое представление о реакции якоря в генераторе постоянного тока.

Геометрическая нейтральная ось (GNA) — это ось, которая делит пополам угол между центральной линией соседних полюсов.

Магнитная нейтральная ось (MNA) представляет собой ось, проведенную перпендикулярно среднему направлению потока, проходящего через центр якоря.

Нет э.д.с. создается в проводниках якоря вдоль этой оси, потому что тогда они не отсекают поток. При отсутствии тока в проводниках якоря МНА совпадает с ОНА.

Геометрическая нейтральная ось (GNA) и магнитная нейтральная ось (MNA)

Объяснение реакции арматуры

Реакция якоря в генераторе постоянного тока объясняется следующим образом:

Если считать, что ток в проводниках якоря отсутствует, тогда MNA совпадает с GNA .

Теперь, когда ток начинает течь по проводникам якоря, за счет совместного действия основного потока и потока якоря МНА смещается от GNA .

В случае генератора M.N.A. смещается в сторону вращения машины. Чтобы добиться безискровой коммутации , щетки следует перемещать по новому МНА.

При таких условиях реакция якоря в генераторе постоянного тока приводит к следующим двум эффектам:

  • Размагничивает или ослабляет основной поток.
  • Перемагничивает или искажает основной поток.

Давайте обсудим эти эффекты реакции якоря в генераторе постоянного тока , рассматривая 2-полюсный генератор (хотя следующие замечания справедливы и для многополярного генератора).

(i) поток из-за главных полюсов (главный поток) (ii) поток из-за тока, протекающего только в проводниках якоря (iii) поток из-за главных полюсов и из-за тока в проводниках якоря, действующих вместе

На рис. (i) показан поток от основных полюсов (основной поток), когда по проводникам якоря не протекает ток.

Поток через воздушный зазор равномерный. М.м.ф. создающий основной поток, представлен по величине и направлению вектором OF m  на рис. (i). Обратите внимание, что OF м перпендикулярно GNA.

На рис. (ii) показан поток, обусловленный током, протекающим только по проводникам якоря генератора постоянного тока (главные полюса невозбуждены) .

Проводники арматуры слева от GNA. проводят ток «вход» (×), а те, что справа, проводят ток «выход» (•).Направление магнитных силовых линий можно найти по правилу штопора.

Видно, что поток якоря направлен вниз параллельно оси щетки. М.м.ф. создающий поток якоря, представлен по величине и направлению вектором OF A  на рис. (ii).

На рис. (iii) показан поток из-за основных полюсов и из-за тока в проводниках якоря, действующих вместе. Результирующая м.м.ф. OF — это векторная сумма OF m и OF A , как показано на рис. (iii).

Поскольку MNA всегда перпендикулярен результирующей МДС, MNA смещается на угол θ.

Обратите внимание, что МНА смещен в направлении вращения генератора.

Для достижения безискровой коммутации щетки должны располагаться вдоль МПа. Следовательно, щетки смещаются на угол θ , чтобы лежать вдоль нового МПА, как показано на рис. (iv) .

Из-за сдвига щеток м.м.ф. F A якоря также поворачивается на тот же угол θ.Это связано с тем, что некоторые проводники, которые раньше находились под N-полюсом, теперь проходят под S-полюсом, и наоборот.

В результате арматура м.м.ф. F A больше не будет направлен вертикально вниз, а будет повернут в направлении вращения на угол θ, как показано на рис. (iv).

Теперь F A можно разложить на прямоугольные компоненты F c и F d .

Компонент F d находится в прямой оппозиции к m.м.ф. ИЗ м  за счет основных опор. Это оказывает размагничивающее действие на поток из-за основных полюсов. По этой причине его называют размагничивающим или ослабляющим компонентом реакции якоря в машинах постоянного тока.

Компонент F c расположен под прямым углом к ​​МДС. ИЗ м  за счет основных опор. Это искажает основное поле. По этой причине он называется перекрестным намагничивающим или искажающим компонентом реакции якоря в машинах постоянного тока.

Можно отметить, что с увеличением тока якоря будут возрастать как размагничивающие, так и искажающие эффекты.

Реакция якоря в машине постоянного тока

В машине постоянного тока угольные щетки всегда располагаются на магнитной нейтральной оси. В отсутствие нагрузки ось магнитного нейтрали совпадает с осью геометрического нейтрали. Теперь, когда машина нагружена, поток якоря направлен вдоль межполюсной оси (ось между магнитными полюсами) и имеет треугольную форму волны. В результате поток тока якоря направлен вдоль оси щетки и вызывает перекрестное намагничивание основного поля.Этот эффект перекрестного намагничивания приводит к концентрации потока на конце заднего полюса при работе генератора и на конце переднего полюса при работе двигателя.
Реакция якоря – это влияние потока якоря на основной поток. В случае двигателя постоянного тока результирующий поток усиливается на переднем полюсе и ослабляется на концах заднего полюса.

Что такое передний и задний наконечник полюса?

Наконечник полюса, с которого вступают в контакт проводники якоря, называется ведущим наконечником, а другой конец, противоположный по направлению к нему, будет задним концом.Например, на приведенном выше рисунке, если двигатель вращается по часовой стрелке, то для северного полюса нижний наконечник является ведущим наконечником, а для южного полюса верхний наконечник является ведущим наконечником. Если движение обратное (в случае генератора), наконечники меняются местами. Из-за перекрестного намагничивания ось магнитного нейтрали под нагрузкой смещается вдоль направления вращения в генераторе постоянного тока и противоположно направлению вращения в двигателе постоянного тока. Если щетки остаются в прежних положениях, то обратная ЭДС в случае мотора или генерируемая эл.m.f в случае генератора будет уменьшаться и коммутация будет сопровождаться сильным искрением. Это связано с тем, что коммутация происходит только на катушках, расположенных на щетках, а коммутируемая катушка попадает под влияние переменного полюса (меняет свое положение с северного на южный полюс или наоборот). Следовательно, направление тока меняется с +i на –i или наоборот за небольшой промежуток времени. Это индуцирует очень высокое напряжение реактивного сопротивления (L × di/dt) в катушке, которое выделяется в виде тепловой энергии вместе с искрением, повреждая таким образом щетки и сегмент коллектора.Для уменьшения побочных эффектов, упомянутых выше, и повышения производительности машины используются следующие методы:

Смещение щеток

Естественным решением проблемы является смещение щеток по направлению вращения при генераторном воздействии и против направления вращения. в двигательном воздействии это привело бы к уменьшению потока в воздушном зазоре. Это уменьшит наведенное напряжение в генераторе и увеличит скорость двигателя. Создаваемая таким образом размагничивающая магнитодвижущая сила определяется как:
Где
I a = ток якоря,
Z = общее количество проводников,
P = общее количество полюсов,
β = угловое смещение угольных щеток (в электрических градусах).
Перемещение щеток имеет серьезные ограничения, поэтому щетки приходится перемещать в новое положение каждый раз при изменении нагрузки или изменении направления вращения или изменении режима работы. Ввиду этого щеточное смещение ограничивается только очень маленькими машинами. Здесь также щетки фиксируются в положении, соответствующем их нормальной нагрузке и режиму работы. Из-за этих ограничений этот метод обычно не является предпочтительным.

Inter Pole

Ограничение смещения щеток привело к использованию промежуточных полюсов почти во всех машинах постоянного тока средних и больших размеров.Интерполюсы — это длинные, но узкие полюса, расположенные на межполярной оси. Они имеют полярность следующего полюса (следующего в последовательности вращения) в генераторном действии и предшествующего (прошедшего в последовательности вращения) полюса в двигательном действии. Межполюсник предназначен для нейтрализации реакции якоря МДС в межполюсной оси. Поскольку межполюсные соединения соединены последовательно с якорем, изменение направления тока в якоре изменяет направление межполюсного соединения.
Это связано с тем, что направление реакции якоря mmf находится на межполюсной оси.Он также обеспечивает коммутационное напряжение для катушки, подвергающейся коммутации, так что коммутационное напряжение полностью нейтрализует реактивное напряжение (L × di/dt). Таким образом, искрообразования не происходит.
Межполюсные обмотки всегда соединены последовательно с якорем, поэтому по межполюсным обмоткам протекает ток якоря; поэтому работает удовлетворительно независимо от нагрузки, направления вращения или режима работы. Межполюсники делают более узкими, чтобы они воздействовали только на коммутируемую катушку и их влияние не распространялось на другие катушки.Основание межполюсников сделано шире, чтобы избежать насыщения и улучшить отклик.

Компенсационная обмотка

Проблема коммутации не единственная проблема в машинах постоянного тока. При больших нагрузках перекрестная реакция намагничивания якоря может вызвать очень высокую плотность потока на конце заднего полюса при работе генератора и на конце переднего полюса при работе двигателя.
Следовательно, катушка под этим наконечником может развивать наведенное напряжение достаточно высокое, чтобы вызвать вспышку между соответствующими соседними сегментами коммутатора, особенно потому, что эта катушка физически находится близко к зоне коммутации (у щеток), где температура воздуха может быть уже высокой. из-за коммутационного процесса.
Эта вспышка может распространиться на соседние сегменты коллектора, что в конечном итоге приведет к полному возгоранию поверхности коллектора от щетки к щетке. Кроме того, когда машина подвергается быстро меняющимся нагрузкам, напряжение L×di/dt, которое появляется на соседних сегментах коммутатора, может достигать значения, достаточно высокого, чтобы вызвать перекрытие между соседними сегментами коммутатора. Это начнется от центра полюса, поскольку катушка под ним обладает максимальной индуктивностью. Это может снова вызвать подобный пожар, как описано выше.Эта проблема становится более острой, когда нагрузка уменьшается при генераторном воздействии и увеличивается при двигательном воздействии, так как тогда ЭДС индукции и напряжение L×di/dt будут поддерживать друг друга. Указанные выше проблемы решаются применением компенсационной обмотки.

Компенсационная обмотка состоит из проводников, встроенных в торец полюса, которые проходят параллельно валу и пропускают ток якоря в направлении, противоположном направлению тока в проводниках якоря под этой полюсной дугой. При полной компенсации основное поле восстанавливается.Это также уменьшает индуктор цепи якоря и улучшает реакцию системы. Компенсационная обмотка работает удовлетворительно независимо от нагрузки, направления вращения и режима работы. Очевидно, это помогает в коммутации, так как межполюсная обмотка освобождается от своей обязанности компенсировать МДС якоря под полюсной дугой.

Основные недостатки компенсационных обмоток:

  • В больших машинах, подверженных сильным перегрузкам или засорению
  • В небольших двигателях, подверженных резким реверсам и большим ускорениям.

ПРИМЕЧАНИЕ:

  1. Эффект поперечной намагничивающей реакции якоря в основном вызван проводниками якоря, расположенными под полюсной дугой. При высоких нагрузках этот эффект реакции якоря может вызвать чрезмерную плотность потока на концах заднего полюса (в генераторе) и концах переднего полюса (в двигателе). Из-за насыщения полюсного башмака увеличение плотности потока может быть меньше, чем снижение плотности потока в оставшейся части полюсного башмака. В конечном итоге это приведет к чистому уменьшению потока на полюс.Таким образом, это явление известно как размагничивающий эффект перекрестной намагничивающей реакции якоря, который дополнительно компенсируется использованием компенсирующих обмоток.
  2. Межполюсная обмотка и компенсационная обмотка включаются последовательно с обмоткой якоря, но с противоположных сторон по отношению к якорю.
  3. Основная задача межполюсной обмотки — улучшить процесс коммутации, а компенсационной обмотки — компенсировать увеличение или уменьшение чистого потока в воздушном зазоре i.е., чтобы поддерживать его постоянное значение.

Реакция якоря в машине постоянного тока

В этом руководстве рассматривается реакция якоря в машине постоянного тока (генератор и двигатель) и способы ее корректировки с помощью смещения щеток, компенсирующей обмотки и межполюсников.

Якорь, вращающийся в своем магнитном поле, может иметь различные значения тока, протекающего в его катушках. Ток может изменяться от нуля без нагрузки до расчетного максимума, фактическое значение зависит от размера машины. Якорь, проводя ток, создает собственное магнитное поле.Это поле объединяется с основным полем, создавая результирующее поле, и этот процесс называется реакцией якоря .

Результирующее поле закручивается либо в направлении вращения, либо против него, в зависимости от того, используется ли машина в качестве генератора или двигателя .

Искажение основного поля

Генератор, не имеющий нагрузки на якорь, не имеет тока, протекающего по проводникам якоря, и, следовательно, существует только одно магнитное поле, которое преднамеренно создано для того, чтобы проводники якоря отключались и генерировали напряжение.Это показано на Рисунок 1(a) , где магнитное поле выходит из Северного полюса, пересекает воздушный зазор к сердечнику якоря и в конечном итоге входит в Южный полюс с противоположной стороны.

Рисунок 1 Магнитные поля в якоре постоянного тока

Его направление параллельно центральной линии или оси, проходящей через полюс поля. На 90°E к полярной оси находится геометрическая нейтральная позиция. В условиях холостого хода геометрическая нейтральная плоскость также принимается за магнитную нейтральную позицию или плоскость.

В отличие от геометрической нейтрали, которая находится в фиксированном положении, положение магнитной нейтрали можно изменять за счет смещения магнитного поля. Взаимное расположение плоскостей показано на Рисунок 1(b) .

На рисунке 1(b) также показано поле, создаваемое в двухполюсном якоре током нагрузки, протекающим по проводникам якоря. Это поле расположено под прямым углом к ​​основному полю и параллельно магнитной нейтральной позиции.Взяв каждое поле отдельно, относительные направления находятся либо в горизонтальной, либо в вертикальной плоскостях.

В практическом случае поле якоря может присутствовать только в том случае, если также присутствует основное поле, так что на самом деле существует как минимум два магнитных поля, когда машина находится под нагрузкой. Конечным результатом является комбинация этих полей в одно результирующее поле, направление которого будет зависеть от относительной силы каждого поля.

Смещение основной оси поля показано на Рисунок 2(a ).Оно сместилось вперед в направлении вращения и стало более сконцентрированным на концах задних полюсов с последующим ослаблением напряженности поля на концах ведущих полюсов.

Рисунок 2(c)  показывает векторный подход для определения направления результирующего поля, а  Рисунок 2(b)  показывает угол смещения для магнитно-нейтральной плоскости. Рисунок 2 Сдвиг поля из-за реакции якоря в генераторе постоянного токаПри том же направлении вращения смещение происходит в направлении, противоположном направлению вращения генератора (т. е. против вращения якоря).

Рисунок 3 Сдвиг поля из-за реакции якоря в двигателе постоянного тока

Независимо от того, работает ли машина как генератор или двигатель, результатом нагрузки машины является сдвиг потока поля в новое положение. Величина смещения зависит от величины приложенной нагрузки.

Щетки номинально размещаются в магнитно-нейтральной плоскости при полной нагрузке для получения наилучших характеристик коммутации.Пока они не находятся в плоскости магнитного нейтрали при малых нагрузках, течет меньший ток и меньше искрение.

При отсутствии нагрузки, что на самом деле означает только нагрузку, вызванную потерями при вращении, протекает меньший ток и меньше искрение на щетках, если щетки смещены. Поэтому щетки обычно настроены на искажение поля при полной нагрузке. Это нормально для машин с постоянной нагрузкой и для машин с небольшим изменением нагрузки.

Коррекция реакции якоря

Машины постоянного тока часто используются из-за присущей им способности работать в широком диапазоне скоростей и нагрузок.Поэтому часто необходимы другие методы контроля искрения щеток. Для надежности машина постоянного тока должна иметь хорошую коммутацию, чтобы продлить срок службы как коммутатора, так и щеток.

Сдвиг щеток

Самый простой способ – смещать щетки в новое положение магнитно-нейтральной плоскости каждый раз при изменении нагрузки. Это удовлетворительный метод для нагрузок, которые относительно постоянны или изменяются лишь время от времени. В тех случаях, когда нагрузки подвержены внезапным или быстрым изменениям, этот метод неудовлетворителен.

Щеточное переключение также используется в генераторах (или двигателях), меняющих направление, как это было в случае со старыми генераторами железнодорожных вагонов, которые приводились в движение независимо от направления движения вагона.

Компенсационные обмотки

Правильно спроектированные и установленные компенсационные обмотки, возможно, являются наиболее успешным методом минимизации реакции якоря; но увы, самый дорогой. Компенсационные обмотки представляют собой катушки, намотанные на основные полюса возбуждения (см. Рисунок 4(a)).

Компенсационные обмотки соединены последовательно с якорем, так что ток нагрузки в катушках всегда равен току якоря и поэтому создается магнитное поле, противоположное полю, создаваемому якорем.

Рис. 4 Компенсационные обмотки

Фактически, из трех магнитных полей, создаваемых в машине, два компенсируют друг друга, оставляя третье (основное поле) незатронутым. Магнитная нейтральная плоскость остается невозмущенной, и щетки могут оставаться в ней независимо от какой-либо нагрузки, прилагаемой к машине. На рисунке 4(b) показаны векторы магнитных сил.

Межполюсники

Межполюсники меньше, чем полюса основного возбуждения, размещаются между полюсами основного возбуждения и соединяются последовательно с якорем. Число витков, умноженное на ток якоря, дает необходимые ампер-витки для создания магнитного поля, равного по силе поперечному полю якоря.

Промежуточные полюса показаны на  Рисунок 5(a)  и иллюстрируют разницу в размерах по сравнению с основными полюсами поля.

Рисунок 5 Расположение промежуточных полюсов

Чтобы исключить влияние реакции якоря, промежуточные полюса должны быть соединены с определенной полярностью по отношению к основным полюсам с обеих сторон. На соединение не влияет направление вращения, пока межполюсники и якорь рассматриваются как одно целое, то есть изменение направления достигается путем изменения полярности либо полей, либо группы якорь/межполюсник.

После того, как будет найдено правильное соединение, это соединение останется постоянным, независимо от того, для чего используется машина, двигатель или генератор.

Рисунок 6  показывает полярность промежуточных полюсов для двигателя или генератора, приводимого в движение по часовой стрелке.

Рисунок 6 Межполюсные соединения

Межполюсные соединения очень эффективны для минимизации эффектов реакции якоря, поскольку они дешевле компенсационных обмоток, но менее эффективны. Для быстро меняющихся нагрузок компенсирующие обмотки гораздо эффективнее, чем промежуточные полюса, но в очень больших машинах можно использовать оба метода.Это показано на Рисунок 7 .

Рисунок 7 Часть большого двигателя постоянного тока с компенсационными обмотками и промежуточными полюсами

Реакция якоря в генераторе постоянного тока

Реакция якоря в генераторе постоянного тока и генераторах постоянного тока. В генераторе постоянного тока и двигателе постоянного тока две обмотки:

  1. Обмотка возбуждения
  2. Обмотка якоря.

Целью обмотки возбуждения является создание магнитного поля (называемого основным потоком), тогда как назначение обмотки якоря — проведение тока якоря.

Хотя обмотка якоря не предназначена для создания магнитного поля, тем не менее ток в обмотке якоря также создает магнитный поток (называемый потоком якоря).

Поток якоря искажает и ослабляет основной поток и создает проблемы для правильной работы машин постоянного тока.

Воздействие потока якоря на основной поток называется реакцией якоря в генераторе постоянного тока.

(i) Генератор без нагрузки (ii) Генератор под нагрузкой (iii) Наложение потоков

Явление реакции якоря в генераторе постоянного тока показано на рисунке ниже.Для ясности мы берем только один полюс.

Когда генератор работает без нагрузки (рис. i), через якорь протекает небольшой ток, поэтому поток, создаваемый в якоре, очень мал и не влияет на основной поток φ1, исходящий от полюса.

Когда генератор нагружен (рис. ii), через проводники якоря начинает течь сильный ток, поэтому создается сильный поток φ2, как показано на рис. (ii).

Путем наложения потоков φ1 и φ2 (рис. iii) мы получаем результирующий поток φ3, как показано на рис. (iii).

Именно это происходит с потоком под одним полюсом при реакции якоря в генераторе постоянного тока.

Из рисунка (iii) видно, что плотность потока на конце заднего полюса (точка B) увеличивается, а на конце переднего полюса (точка A) уменьшается.

Это неравномерное распределение поля из-за реакции якоря в генераторе постоянного тока приводит к следующим двум эффектам:

  • Основной поток искажен.
  • Основной поток ослаблен.

Ослабление потока из-за реакции якоря в генераторе постоянного тока также зависит от положения щеток . Для этого нам нужно понять геометрическую и магнитную нейтральные оси.

Геометрические и магнитные нейтральные оси

Геометрическая нейтральная ось и магнитная нейтральная ось должны быть четко поняты, чтобы получить четкое представление о реакции якоря в генераторе постоянного тока.

Геометрическая нейтральная ось (GNA) – это ось, которая делит пополам угол между осевой линией соседних полюсов.

Магнитно-нейтральная ось (MNA) — это ось, проведенная перпендикулярно среднему направлению потока, проходящего через центр якоря.

Нет э.д.с. создается в проводниках якоря вдоль этой оси, потому что тогда они не отсекают поток. При отсутствии тока в проводниках якоря МНА совпадает с ОНА.

Геометрическая нейтральная ось (GNA) и магнитная нейтральная ось (MNA)

Объяснение реакции арматуры

Реакция якоря в генераторе постоянного тока объясняется следующим образом:

Если в проводниках якоря нет тока, то MNA совпадает с GNA.

Теперь, когда ток начинает течь по проводникам якоря, из-за совместного действия основного потока и потока якоря МНА смещается от ГНА.

В случае генератора M.N.A. смещается в сторону вращения машины. Чтобы добиться безыскровой коммутации, щетки следует перемещать по новому МНА.

При таких условиях реакция якоря в генераторе постоянного тока вызывает следующие два эффекта:

  • Размагничивает или ослабляет основной поток.
  • Перемагничивает или искажает основной поток.

Давайте обсудим эти эффекты реакции якоря в генераторе постоянного тока, рассмотрев 2-полюсный генератор (хотя следующие замечания справедливы и для многополярного генератора).

(i) поток от основных полюсов (главный поток) (ii) поток от тока, протекающего только по проводникам якоря (iii) поток от главных полюсов и от тока в проводниках якоря, действующих вместе

На рис. (i) показан поток из-за основных полюсов (основной поток), когда по проводникам якоря не протекает ток.

Поток через воздушный зазор равномерный. М.м.ф. создающий основной поток, представлен по величине и направлению вектором OFm на рис. (i). Обратите внимание, что OFm перпендикулярна GNA.

На рис. (ii) показан поток, обусловленный током, протекающим только по проводникам якоря генератора постоянного тока (основные полюса невозбуждены).

Проводники арматуры слева от GNA. проводят ток «вход» (×), а те, что справа, проводят ток «выход» (•). Направление магнитных силовых линий можно найти по правилу штопора.

Видно, что поток якоря направлен вниз параллельно оси щетки. М.м.ф. создающий поток якоря, представлен по величине и направлению вектором OFA на рис. (ii).

На рис. (iii) показан поток из-за основных полюсов и из-за тока в проводниках якоря, действующих вместе. Результирующая м.м.ф. OF — это векторная сумма OFm и OFA, как показано на рис. (iii).

Поскольку MNA всегда перпендикулярен результирующей МДС, MNA смещается на угол θ.

Обратите внимание, что МНА смещен в направлении вращения генератора.

Для достижения безискровой коммутации щетки должны лежать вдоль МНА. Следовательно, щетки смещаются на угол θ, чтобы лежать вдоль нового МПЯ, как показано на рис. (iv).

Из-за сдвига щеток м.м.ф. ТВС якоря также повернута на тот же угол θ. Это связано с тем, что некоторые проводники, которые раньше находились под N-полюсом, теперь проходят под S-полюсом, и наоборот.

В результате арматура м.м.ф. FA больше не будет направлен вертикально вниз, а будет повернут в направлении вращения на угол θ, как показано на рис. (iv).

Теперь FA можно разложить на прямоугольные компоненты Fc и Fd.

Компонент Fd находится в прямой оппозиции к м.м.ф. OFm из-за главных полюсов. Это оказывает размагничивающее действие на поток из-за основных полюсов. По этой причине его называют размагничивающей или ослабляющей составляющей реакции якоря в машинах постоянного тока.

Компонент Fc находится под прямым углом к ​​м.д.с. OFm из-за главных полюсов. Это искажает основное поле. По этой причине его называют перекрестным намагничивающим или искажающим компонентом реакции якоря в машинах постоянного тока.

В этом посте мы узнаем характеристики генератора постоянного тока с последовательной обмоткой. Эта статья является продолжением характеристик генератора постоянного тока.

Схема подключения генератора с последовательной обмоткой показана на рисунке (i) ниже.

Поскольку имеется только один ток (тот, который протекает через всю машину), ток нагрузки такой же, как и ток возбуждения.


Здесь обсуждаются разомкнутая цепь, внутренние и внешние характеристики генераторов постоянного тока с последовательной обмоткой.

Характеристика разомкнутой цепи


Кривая 1 показывает характеристику холостого хода (OCC) последовательного генератора.

Его можно получить экспериментально, отключив обмотку возбуждения от машины и возбудив ее от отдельного источника постоянного тока. источник, как описано в характеристиках генератора постоянного тока.

Внутренняя характеристика

Кривая 2 показывает общую или внутреннюю характеристику последовательного генератора.

Он дает связь между генерируемой Э.Д.С. E. по нагрузке и току якоря.

Из-за реакции якоря в генераторе постоянного тока поток в машине будет меньше, чем поток на холостом ходу.

Следовательно, э.д.с. Е, генерируемая в условиях нагрузки, будет меньше, чем ЭДС. E0 генерируется без нагрузки.

Следовательно, внутренняя характеристическая кривая лежит ниже O.C.C. изгиб; разница между ними представляет собой эффект реакции якоря.

Эта кривая также показывает связь между ЭДС Eg и током якоря Ia, поскольку Ia=If.

Внешняя или нагрузочная характеристика

Кривая 3 показывает внешнюю характеристику последовательного генератора.

Он дает соотношение между напряжением на клеммах и током нагрузки IL.



V = E – Ia (Ra + Rse )

Следовательно, внешняя характеристика будет лежать ниже внутренней характеристики на величину, равную омическому падению [т.е.е., Ia(Ra + Rse)] в машине.

Это падение напряжения для различных значений тока нагрузки может быть представлено прямой линией ОС.

Внутренние и внешние характеристики постоянного тока. генератор серии может быть построен один из другого, как показано на рисунке справа.

Предположим, нам дана внутренняя характеристика генератора. Пусть линия OC представляет собой сопротивление всей машины, т. е. Ra + Rse.

Если ток нагрузки равен OB, падение в машине равно AB i.е. AB = омическое падение в машине = OB(Ra + Rse)


Теперь из точки B поднимите перпендикуляр и отметьте на этой прямой точку b так, что ab = AB. Тогда точка b будет лежать на внешней характеристике генератора.

Аналогичным образом можно найти и другие точки внешней характеристики.

Легко видеть, что мы можем также построить внутреннюю характеристику по внешней характеристике. Таким образом, внешняя характеристика — это то, что мы получаем, вычитая омическое падение из внутренней характеристики.


Примечание:

По внешней характеристике видно, что напряжение на клеммах сначала увеличивается с увеличением нагрузки, достигает максимума и, наконец, уменьшается.

Если сопротивление нагрузки достаточно уменьшено, напряжение на клеммах может упасть до нуля.

Таким образом, если последовательный генератор работает на начальном прямолинейном участке характеристики, он дает напряжение, приблизительно пропорциональное току нагрузки.

Если он работает на падающей части характеристики, он дает приблизительно постоянный ток независимо от сопротивления цепи внешней нагрузки.

Реакция якоря – обзор

3.10 Реакция якоря при постоянном токе генераторы

Реакция якоря – это влияние на поток основного поля потока, создаваемого токами в обмотке якоря. Эффект одинаков как для машин с круговой, так и с волновой обмоткой. В машине, называемой амплидин, используется реакция якоря, но на постоянном токе. генератора (и двигателя постоянного тока), реакция якоря приводит к нежелательным эффектам.

Для простоты будет рассмотрена двухполюсная машина, но описанные эффекты повторяются для каждой пары полюсов.Эффекты реакции якоря одинаковы для всех режимов работы постоянного тока. двигатели и генераторы.

На рис. 3.7 показаны два основных полюса постоянного тока. генератора и распределение магнитного потока, который пересекает воздушный зазор и входит в якорь. Это распределение потока, существующее, когда генератор не имеет нагрузки, и видно, что оно симметрично распределено относительно полюсов. Полюса несут сосредоточенные катушки и прямоугольные м.д.с. распределение, установленное, когда эти катушки пропускают ток, создают прямоугольное распределение потока, потому что m.м.ф. действует на однородный воздушный зазор, поэтому поток пропорционален МДС. в любой момент.

РИС. 3.7. Распределение потока без нагрузки на постоянном токе машина.

Условие, которое использовалось при построении диаграммы, состоит в том, что, когда направление потока от полюсов направлено вниз, форма волны изображается ниже ссылки OX , а когда поток направлен вверх, форма волны потока распределение рисуется над этой линией. Вертикальная цепочка, проведенная между полюсами, представляет собой геометрическую нейтральную плоскость (G.Н.П.), а в условиях холостого хода магнитно-нейтральная плоскость (М.Н.П.) совпадает с Г.Н.П.

Это распределение потока можно показать на осциллографе, если поисковая катушка подключена к C.R.O. заставляет вращаться в магнитном поле.

До сих пор рассматривалось распределение потока только по основным полюсам. Теперь будет обсуждаться распределение потока, которое существовало бы, если бы только обмотки якоря несли ток.

На диаграмме рис. 3.8 предполагается, что проводники движутся справа налево и, следовательно, по правилу правой руки Флеминга направление e.м.ф. индуцируется в проводниках, как показано на рисунке. Если также предположить, что щетки расположены на коммутаторе так, что они всегда соединены с катушками, лежащими в середине межполюсного промежутка, т. е. с катушками, лежащими в НЧ, то ⊕ и ⊙ также обозначают направление ток в проводниках якоря. Заметим, что все проводники, лежащие между соседними Г.Н.П., несут ток в одном направлении.

РИС. 3.8. Поток, создаваемый током якоря в сети постоянного тока. машина.

Эффективный m.м.ф. любой обмотки есть равнодействующая М.Д.С. устанавливается каждой катушкой, по которой течет ток. Одиночная катушка якоря может быть представлена, как показано на рис. 3.9 (а), стороны катушки в этом случае пронумерованы 1, 1 ‘. Обходя якорь со стороны катушки 1, мы подходим к стороне катушки 1′, а затем снова возвращаемся к стороне катушки 1. Эта катушка по-другому представлена ​​на рис. 3.9(b). От 1 до 1′ ниже катушки, рис. 3.9(а), поток входит в ротор от статора и от 1’ до 1 выше катушки, поток выходит из ротора и входит в статор.

РИС. 3.9. М.М.Ф. схемы обмотки якоря.

М.м.ф. установка этого потока представлена ​​прямоугольной формой волны, показанной на рис. 3.9(b), и соглашение, используемое в этой книге, состоит в том, что если поток из-за токов действует вниз, прямоугольная м.д.с. форма волны также рисуется в этом направлении и наоборот. Это альтернативный метод изложения соглашения, приведенный в предыдущем разделе.

Если по двум катушкам текут одинаковые токи, как показано на рис.3.9(c), результирующая м.д.с. находится добавлением отдельного m.m.f.s. Простой способ найти результирующую м.м.ф. состоит в том, чтобы провести линию вертикально вниз на расстояние, представляющее ток, каждый раз, когда достигается проводник, отмеченный ⊕, и вертикально вверх на такое же расстояние каждый раз, когда достигается проводник, отмеченный ⊙. Это было сделано на рис. 3.9(d) для расположения проводников, показанного на рис. 3.8. Поскольку обмотки и токи симметричны, центральная ось, показанная штриховой линией на рис. 3.9 (d), вставляется путем проверки, чтобы форма волны была симметричной относительно этой оси.

Арматура м.м.ф. Форма волны, найденная этим методом на рис. 3.9(d), приближается к показанной треугольной форме волны. Видно, что максимальное значение м.д.с. якоря действует по линии G.N.P. при соединении щеток с катушками, лежащими в этой плоскости. Этот м.м.ф. создает магнитный поток, и действие этого потока на поток, создаваемый главными полюсами, называется реакцией якоря.

Арматура м.м.ф. действует на относительно небольшой воздушный зазор под основными полюсами и на длинный воздушный путь с высоким сопротивлением между полюсами.Под полюсами поток, создаваемый м.д.с. якоря будет пропорциональна м.д.с. но между полюсами установленный поток будет довольно мал даже при том, что м.д.с. является наибольшим в этом регионе. Пренебрегая магнитным насыщением, результирующее распределение потока находится путем сложения двух отдельных потоков. Результирующая также показана на рис. 3.10, и видно, что положение M.N.P., то есть место пересечения результирующей кривой потока с осью, сместилось для генератора в направлении вращения проводников.Это означает, что щетки больше не связаны с катушками, в которых нет ЭДС. генерируется, и, следовательно, поскольку щетки закорачивают катушку, в которой протекает ток, из-за этой ЭДС может возникнуть искрение на щетках.

РИС. 3.10. Результирующий поток в воздушном зазоре постоянного тока. машина.

Если токи якоря были больше из-за увеличения нагрузки, то М.

0 comments on “Геометрическая нейтраль в машинах постоянного тока: 26. Физическая и геометрическая нейтрали машин постоянного тока.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *