Магнитная система машины постоянного тока
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Магнитная система машины постоянного тока представляет собой 2р симметричных магнитных цепей ( рис. 10.22), каждая из которых состоит из семи последовательно соединенных условно однородных участков: воздушного зазора под главными полюсами, зубцов якоря, ярма якоря, зубцов полюсных наконечников главных полюсов ( у компенсированных машин), сердечника главного полюса, зазора между главным полюсом и станиной и станины. [2]
Магнитная система машины постоянного тока представляет собой 2р симметричных магнитных цепей ( рис. 11.22), каждая из которых состоит из семи последовательно соединенных условно однородных участков: воздушного зазора под главными полюсами, зубцов якоря, ярма якоря, зубцов полюсных наконечников главных полюсов ( у компенсированных машин), сердечника главного полюса, зазора между главным полюсом и станиной. [3]
Так как магнитная система машины постоянного тока является симметричной, то и магнитный поток каждого полюса разветвляется симметрично на две равные части относительно его оси в станину и другие участки цепи. Поэтому на изображенной на рис. 2.1 части магнитной системы, соответствующей паре полюсов, замыкается только половина магнитного потока. [4]
При поверочном расчете магнитной системы машины постоянного тока задаются величиной полезного магнитного потока полюса Ф8 в воздушном зазоре и полагают известными геометрические размеры магнитной системы. В случае расчета новой машины размеры ее магнитной системы определяют по заданному полезному потоку Фг путем предварительного выбора индукций в отдельных ее участках, исходя из опытных данных построенных машин. [6]
Магнитные системы генераторов принципиально подобны магнитной системе машины постоянного тока с той разницей, что магнитопровод статора и ротора из высоколегированной электрической стали и зубчатый ротор с открытыми пазами не имеет обмотки. [8]
Как уже говорилось, целью расчета магнитной системы машины постоянного тока является построение кривой намагничивания ее. [11]
Pereosnastka.ru
Обработка дерева и металла
Магнитная система, изображенная на рис. 1, состоит из станины, главных и дополнительных полюсов и шин, соединяющих обмотки полюсов.
Конструктивное исполнение станин магнитных систем зависит от мощности и габаритов машин, а также определяется технологическими возможностями прессового оборудования металлургических заводов, поставляющих заготовки для ярма станины.
По конструктивному исполнению станины магнитных систем крупных машин делятся на несколько типов.
1. Разъемные станины сварно-литого исполнения, имеющие массивное ярмо, отлитое из стали, иногда усиленное ребрами жесткости, к которому приварены стыковые брусья (в разъеме), лапы и кронштейны для крепления кольца траверсы или кольцевое основание траверсы.
2. Разъемные станины сварно-кованого исполнения, отличающиеся от станин первого типа тем, что заготовки для ярма гнутся из горячекатаной толстолистовой стали марки Ст. 3 на мощном прессовом оборудовании металлургических заводов.
3. Разъемные станины шихтованного исполнения, состоящие из корпуса, в котором набран сердечник (ярмо) из нелакированных сегментов тонколистовой стали марки Ст. 3 толщиной 1 мм. Сердечник стянут шпильками, пропущенными через отверстия в сегментах между опорной полкой корпуса и нажимным кольцом. Корпус таких станин выполняется сварным; он состоит из торцевых стенок, соединенных между собой ребрами, и опорных лап.Шихтованные станины в последние годы применяются все более широко, особенно в реверсивных машинах, работающих с большими перегрузками при резких изменениях режимов, так как они снижают демпфирующее действие магнитопровода, улучшая тем самым условия коммутации при переходных процессах. Кроме того, они достаточно технологичны и стоимость их ниже, чем, например, станин сварно-литого исполнения.
Рис. 1. Магнитная система.
1 — станина; 2 — главный полюс; 3 — дополнительный полюс; 4 н 5 — прокладки под полюсы; 6 — соединительные шины; 7 — стержни компенсационной обмотки; 8 — прокладки под лапы; 9 — картонные прокладки; 10 — клин; 11 — выводной кабель; 12 — втулка; 13 — болты для крепления дополнительных полюсов; 14 — гибкая шина; 15 — зажим; 16 — выводная шина; 17 — тафтяная лента; 18 — болты для крепления главных полюсов.
4. Неразъемные станины сварного исполнения, которые в крупных машинах применяются редко. Они более характерны для машин средней и малой мощности, и потому технология их изготовления в данной книге не рассматривается.
Рис. 2. Станина сварно-литого исполнения.
Станины выполняются разъемными для удобства сборки и монтажа машины; у особенно крупных прокатных машин это диктуется, кроме того, допускаемыми габаритами и весом для перевозки по железной дороге. Если разъем совпадает с осевой линией машины, то для прохода болтов, крепящих дополнительные полюсы, установленные по разъему, предусматриваются специальные втулки, привариваемые к нижней части станины. Это дает возможность не снимать дополнительные полюсы при разборке магнитной системы.
Главные и дополнительные полюсы состоят из сердечников и катушек, надеваемых на них. Сердечники главных и дополнительных полюсов набираются на заклепках из стальных штампованных листов толщиной 1—1,5 мм. Сердечники имеют резьбовые отверстия для крепления к станине.
Сердечники главных полюсов комплектуются параллельными и последовательными катушками в зависимости от системы возбуждения машины. Последовательные катушки изготовляются из полосовой меди, загнутой на ребро, с последующим изолированием витков. Параллельные катушки изготовляются из проводников с хлопчатобумажной ( ПБД ) или стеклянной ( ПСД ) изоляцией и состоят из большого числа витков небольшого сечения.
В полюсных башмаках главных полюсов имеются пазы, в которые укладывается компенсационная обмотка, служащая для компенсации поля якоря. Эта обмотка состоит из медных стержней прямоугольного сечения (реже — круглого), соединенных между собой шинами. Пазовая часть стержней изолирована. Стержни выполняются из меди сплошного сечения или из двух полос, каждая из которых имеет свою пазовую изоляцию, раздвоенных на концах в местах соединения с шиной.
Соеди нительные шины изготовляются из мягкой отожженной полосовой меди. Для соединения со стержнями на концах шин предусмотрены хомутики — открытые или замкнутые. Контактные поверхности шин лудятся. Соединение стержней и Шин с открытыми хомутиками производится при помощи болтов или винтов и гаек. Шины с замкнутыми хомутиками соединяются со стержнями пайкой.
Рис. 3. Станина шихтованного исполнения.
Рис. 4. Хомутики соединительных шин:
а — открытый хомутик для соединения болтами; б — открытый хомутик для соединения винтами; в — замкнутый хомутик для соединения пайкой.
Катушки дополнительных полюсов наматываются из голой медной полосы прямоугольного сечения. Зазор между витками катушки принимается от 3 до 10 мм, и поэтому в ряде случаев отпадает необходимость изолирования витков. Катушки крепятся к изолированному сердечнику сквозными изолированными шпильками или скобами.
Между полюсами и станиной прокладываются магнитные и немагнитные прокладки для удобства регулировки воздушного зазора между якорем и полюсными башмаками при наладке коммутации машины.
Рис. 5. Заготовки ярма станины:
а — литое ярмо; б — гнутое ярмо.
Глава 26 магнитное поле машины постоянного тока § 26 1 магнитная цепь машины постоянного тока
Магнитное поле машины постоянного тока
§ 26.1. Магнитная цепь машины постоянного тока
Магнитная система машины постоянного тока состоит из станины (ярма), сердечников главных полюсов с полюсными наконечниками, воздушного зазора и сердечника якоря.
Магнитодвижущая сила обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. определяется суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи (рис. 26.2):
где — магнитные напряжения воздушного зазора, зубцового слоя якоря, главного полюса, спинки якоря, станины (ярма) соответственно.
где — коэффициент магнитного рассеяния.
Рис. 26.1. Магнитное поле машины постоянного тока в режиме х.х.
При заданном значении ЭДС машины определяют требуемое значение основного магнитного потока (Вб) [см. (25.20)]:
Далее рассчитывают магнитную индукцию для каждого участка магнитной цепи:
где — магнитный поток на данном участке магнитной цепи. Вб;
Рис. 26.2. Расчетный участок магнитной цепи
четырехполюсной машины постоянного тока
и МДС обмотки возбуждения на пару полюсов по (26.1).
Значения магнитных напряжений для различных участком магнитной цепи неодинаковы и зависят от магнитных сопротивлений этих участков. Наибольшим магнитным сопротивлением обладает воздушный зазор, поэтому магнитное напряжение намного больше любого из слагаемых выражения (26.1).
Другие участки магнитной цепи выполняют из ферромагнитных материалов. В машинах постоянного тока для изготовления различных элементов магнитной цепи применяют следующие материалы.
Сердечник якоря — тонколистовые электротехнические стали марок 2013, 2312 и 2411 толщиной 0,5 мм (см. табл. 11.1).
Сердечник главного полюса — листовая анизотропная (холоднокатаная) сталь марки 3411 толщиной 1 мм, пластины не изолируют.
Станина — в машинах малой мощности станину изготовляют из стальных цельнотянутых труб, а для машин средней и большой мощности станины делают, сварными из листовой конструкционной стали марки СтЗ.
Магнитное напряжение воздушного зазора (А)
где — величина воздушного зазора, мм; — коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления зазора из-за зубчатости якоря ( > 1).
Рис. 26.3 Магнитная характеристика
Затем с ростом наступает насыщение магнитной цепи и магнитная характеристика становится криволинейной. Коэффициент насыщения магнитной цепи машины
§ 26.2. Реакция якоря машины постоянного тока
Введем понятие линейной нагрузки (А/м), представляющей собой суммарный ток якоря, приходящийся на единицу длины его окружности по наружному диаметру якоря :
где — ток одного проводника обмотки, А.
Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.
26.4. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции
в воздушном зазоре
Рис. 26.5. Разложение МДС обмотки якоря
на продольную и поперечную составляющие
§ 26.3. Учет размагничивающего влияния реакции якоря
где — ток в обмотке возбуждения, А.
Значение МДС обмотки возбуждения на пару полюсов должно быть таким, чтобы ЭДС якоря при работе машины с номинальной нагрузкой была такой же, что и в режиме холостого хода, когда МДС возбуждения [см. (26.1)].
В современных машинах постоянного тока щетки устанавливают на геометрической нейтрали. В этом случае МДС обмотки возбуждения при нагрузке машины:
Здесь представляет собой приращение МДС обмотки воз буждения, компенсирующее размагничивающее влияние реакции якоря по поперечной оси на пару полюсов (А).
Количественный учет размагничивающего действия реакции якоря усложнен тем, что МДС поперечной реакции якоря действует перпендикулярно оси главных полюсов и вызывает искажение магнитного потока обмотки возбуждения. Возникающее при этом размагничивание машины происходит из-за магнитного насыщения элементов магнитной цепи машины, в первую очередь зубцов сердечника якоря.
Приращение МДС, компенсирующее реакцию якоря по поперечной оси (А),
где — МДС обмотки якоря на пару полюсов (26.6), А.
Для большинства машин постоянного тока магнитная индукция в зубцах якоря Тл. Приращение МДС определяют по графику (рис. 26.6), где нижняя граница графика соответствует = 1,7 Тл, а верхняя — = 2,3 Тл.
Решение. Ток, потребляемый двигателем при номинальной нагрузке.
Ток в обмотке возбуждения
Ток в обмотке якоря
Магнитное напряжение воздушного зазора по (26.4)
МДС возбуждения в режиме холостого хода на пару полюсов
МДС обмотки якоря на пару полюсов по (26.6)
Коэффициент реакции якоря по рис. 26.6 при и Тл равен 0,19.
Приращение МДС, компенсирующее реакцию якоря по поперечной оси, по (26.10)
МДС возбуждения при номинальной нагрузке двигателя по (26.9)
Число витков в полюсной катушке возбуждения по (26.8)
§ 26.4. Устранение вредного влияния реакции якоря
Включение компенсационной обмотки последовательно в цепь якоря обеспечивает автоматичность компенсации МДС якоря при любой (в пределах номинальной) нагрузке машины. Таким образом, в машине постоянного тока с компенсационной обмоткой при переходе от холостого хода к режиму нагрузки закон распределения магнитной индукции в зазоре главных полюсов остается практически неизменным. Однако в межполюсном пространстве часть МДС якоря остается нескомпенсированной. Нежелательное влияние этой МДС на работу щеточного контакта устраняют применением в машине добавочных полюсов (см. § 27.4).
Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах средней и большой мощности — более 150—500 кВт при > 440 В, работающих с резкими колебаниями нагрузки, например в двигателях для прокатных станов. Объясняется это тем, что компенсационная обмотка удорожает и усложняет машину и ее применение в некоторых случаях экономически не оправдывается.
1 Исключение составляют машины постоянного тока, в которых поперечное поле’ якоря используется полезно, например электромашинные усилители поперечного поля (см. § 30.1).
Рис. 26.7. Компенсационная обмотка
Увеличение воздушного зазора под главными полюсами. В машинах малой и средней мощности, не имеющих компенсационной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. При этом следует иметь в виду, что при достаточно малом воздушном зазоре и значительной линейной нагрузке реакция якоря по поперечной оси может не только ослабить магнитное поле под одной из частей главного полюса, но и перемагнитить его, т. е. изменить полярность — «опрокинуть поле». Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюсами, особенно на их краях, значительно ослабляет действие реакции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воздушного зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличению размеров полюсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.
На этом же принципе уменьшения МДС поперечной реакции якоря за счет повышенного магнитного сопротивления на пути ее действия основан и другой способ ослабления действия реакции коря. Этот способ состоит в том, что сердечники главных полюсов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно применяют сталь марки 3411). Эта сталь в направлении проката обладает повышенной магнитной проницаемостью, а «поперек проката» — небольшой магнитной проницаемостью. Штамповать пластины полюсов из такой стали следует так, чтобы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали.
§ 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока
Для работы электрической машины необходимо наличие магнитного поля. В большинстве машин постоянного тока это поле создается обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током. Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются способом включения обмотки возбуждения, т. е. спосо бом возбуждения.
По способам возбуждения машины постоянного тока можно классифицировать следующим образом:
машины последовательного возбуждения (обычно применяемые в качестве двигателей), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 26.8, в )
Рис. 26.8. Способы возбуждения машин постоянного
Начала и концы машин постоянного тока согласно ГОСТу обозначаются: обмотка якоря — Я1 и Я2, обмотка добавочных полюсов — Д1 и Д2, компенсационная обмотка — К1 и К2, обмотка возбуждения независимая — М1 и М2, обмотка возбуждения параллельная (шунтовая) — Ш1 и Ш2, обмотка возбуждения последовательная (сериесная) — С1 и С2.
Какие участки содержит магнитная цепь машины постоянного тока?
В чем сущность явления реакции якоря машины постоянного тока?
Почему МДС якоря, действующая по поперечной оси, вызывает размагничивание машины по продольной оси?
Как учитывается размагничивающее действие реакции якоря при расчете числа витков полюсной катушки обмотки возбуждения?
С какой целью компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря?
Почему с увеличением воздушного зазора ослабляется размагничивающее влияние реакции якоря?
Какие способы возбуждения применяют в машинах постоянного тока?