Схема магнитной цепи машины

Магнитная цепь машины постоянного тока и реакция якоря

В магнитную цепь машины постоянного тока входят:

— сердечники главных полюсов с полюсными наконечниками,

В режиме холостого хода (х. х.), когда ток в обмотке якоря практически отсутствует, магнитный поток Ф образуется главными полюсами. Он состоит из основного магнитного потока Фосн и потока рассеивания Фσ (часть магнитного потока, не проходящего через воздушный зазор между статором и ротором):

Ф = Фосн = Фσ.

В машинах постоянного тока для изготовления различных элементов магнитной системы применяют следующие материалы:

— сердечник якоря – тонколистовая электротехническая сталь,

— сердечники лавных полюсов – листовая холоднокатаная сталь,

— станина – в машинах средней и большой мощности станины делают сварными из листовой конструкционной стали, а в машинах малой мощности из стальных цельнотянутых труб, алюминиевых сплавов или пластмассы.

Магнитная индукция в магнитном зазоре В пропорциональна основному магнитному потоку Фосн и составляет в машинах постоянного тока общего назначения (0,6÷1,0) [Тл] (мощные машины имеют большие значения В).

Реакцией якоря машины постоянного тока называют влияние магнитодвижущей силы (МДС) якоря на магнитное поле машины. В режиме х. х. магнитное поле машины будет симметрично относительно оси полюсов. Если машину нагрузить, то ток, появившийся в обмотке якоря, создаст в магнитной системе машины МДС якоря, которая исказит результирующее магнитное поле машины.

Реакция якоря оказывает неблагоприятное влияние на рабочие свойства машины постоянного тока, т. к. утяжеляет условия работы щёточного контакта и может послу жить усилению искрения на коллекторе. Поэтому при проектировании машин постоянного тока принимают меры к устранению или ослаблению реакции якоря. Для этого:

1). Применяют компенсационную обмотку. Её укладывают в пазы полюсных наконечников и включают последовательно с обмоткой якоря, т. о. чтобы МДС компенсационной обмотки была противоположна по направлению МДС обмотки якоря, при этом МДС якоря уменьшается. Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах средней и большой мощности, т. к. она усложняет и удорожает машину, и её применение не всегда экономически оправдано.

2). Увеличивают воздушный зазор под главными полюсами. Этот способ применяют в машинах малой и средней мощности не имеющих компенсационной обмотки, однако, не следует забывать, что увеличение воздушного зазора приводит к необходимости повышать МДС обмотки главных полюсов, а, следовательно, и к увеличению полюсных катушек, полюсов и габаритов машины в целом.

Источник статьи: http://studopedia.ru/4_2699_magnitnaya-tsep-mashini-postoyannogo-toka-i-reaktsiya-yakorya.html

Магнитная цепь машины постоянного тока

Если по катушкам машины постоянного тока, расположенным на главных полюсах, начнет протекать ток, вокруг катушек полюсов будет создаваться магнитное поле.

В зависимости от направления тока в обмотке возбуждения, полюса будут иметь разную полярность.

Для того чтобы машина постоянного тока могла работать, число полюсов всегда должно быть парным.

Магнитное поле обозначается магнитными силовыми линиями. Направление всегда от северного полюса к южному.

Магнитные силовые линии в машине постоянного тока должны быть замкнуты между полюсами противоположной полярности.

При расчете магнитной цепи принято использовать среднюю магнитную силовую линию. Прежде чем нарисовать эту линию, введем понятие средней линии полюсов.

Средняя линия полюсов — это плоскость, проходящая вдоль машины через центр посередине полюсов. Средняя магнитная силовая линия обозначает основной магнитный поток, который обозначается Ф_δ.

Основным магнитным потоком называется поток, создаваемый полюсом и через воздушный зазор сцепляющийся с обмоткой якоря. Число основных магнитных потоков равно числу полюсов.

E_а — ЭДС обмотки якоря.
C_м — машинная постоянная. Она зависит от конструкции якоря машины и для каждой конкретной машины — величина постоянная.
Ф_δ — основной магнитный поток.
ω — угловая скорость вращения.
M — момент, развиваемый двигателем на валу.
I_а — ток якоря.
P_эм — электромагнитная мощность. Служит доказательством того, что от магнитного потока зависит мощность машин.

Кроме основного магнитного потока вокруг полюсов создаются магнитные потоки, которые не соединяются с якорем, они называются потоками рассеяния и обозначаются Ф_σ. Потоки рассеяния возникают в местах крепления железа полюса к корпусу и на концах башмаков.

Основной задачей расчета магнитной цепи является определение числа витков и тока одного витка, необходимых для создания магнитного потока и проведения его через магнитную цепь машины.

Произведение числа витков на ток называется намагничивающей силой цепи. Величина намагничивающей силы цепи зависит от сопротивления цепи прохождению магнитного потока.

Для того чтобы определить сопротивление магнитной цепи, ее делят на участки, исходя из условия, что магнитное сопротивление, выражаемое в напряженности по всей длине участка, будет постоянным. Таких условий пять:

1. Воздушный зазор и его магнитное сопротивление.
F_δ=H_δ·δ
H_δ — напряженность воздушного зазора.

2. Зубцы якоря.
F_z=H_z·h_z
F_z — магнитное сопротивление зубца;
H_z — напряженность в зубце;
h_z — высота зубца.

3. Ярмо якоря.
F_а=H_а·L_а
F_а — магнитное сопротивление ярма;
H_а — напряженность в ярме;
L_а — длина магнитной силовой линии.

4. Полюса.
F_m=H_m·h_m
h_m — длина магнитной силовой линии (высота статора).

5. Магнитное сопротивление ярма статора.
F_я=H_я·L_я
L_я — длина магнитной силовой линии в ярме статора.

Намагничивающая сила цепи должна быть равна сумме магнитных сопротивлений участков цепи.

Воздушный зазор в машине постоянного тока колеблется от 2 до 4 мм и, несмотря на такую маленькую величину, воздушный зазор оказывает самое большое сопротивление прохождению магнитного потока.

От точности расчета воздушного зазора зависит точность определения намагничивающей силы цепи, а соответственно мощности и габаритов машины.

Источник статьи: http://el-dvizhok.ru/magnitnaya-cep-mashiny-postoyannogo-toka/

2.4. Магнитная цепь машины постоянного тока

Ток, проходящий по обмотке возбуждения, создает м.д.с. F. Она обусловливает магнитный поток Ф₀, который замыкается че­рез участки машины, образующие ее магнитную систему. Сюда входят (рис.2.12.): воздушный зазор δ; зубцовый слой h_з; спинка сердечника якоря L_я; полюса h_пи ярмо L_яр. Магнитный поток каждого полюса разделяется на две равные части и направляется одновременно к двум соседним полюсам.

Рис. 2.12. Магнитная цепь машины постоянного тока

В соответствии с законом Ома, применительно к магнитной цепи величина магнитного потока Ф прямо пропорциональна м.д.с. F и обратно пропорциональна сумме магнитных сопро­тивлений ∑R_m всех участков магнитной цепи:

где Ф_S — поток рассеяния между полюсами.

Величина основного (полезного) магнитного потока, необхо­димая сила наведения в обмотке якоря требуемой э.д.с., опреде­ляется по формуле (2.2.)

Необходимая м.д.с. для создания в магнитной цепи требуе­мого магнитного потока определяется расчетом магнитной цепи.

Так как магнитная цепь машины состоит из пяти участков, отли­чающихся как размерами, так и свойствами материалов, из кото­рых они изготовлены, то рассчитывают магнитные напряжения для каждого участка цепи в отдельности. Затем, сложив резуль­таты, получают значение м.д.с. всей магнитной цепи в расчете на пару полюсов:

где F_δ — магнитное напряжение воздушных зазоров;

F_з — магнитное напряжение зубцовых зон;

F_я — магнитное напряжение сердечника якоря;

F_п — магнитное напряжение сердечников полюсов;

F_яр — магнитное напряжение ярма.

Основное значение здесь имеет магнитное напряжение воздуш­ного зазора, которое вычисляется по формуле

где Н_δ — напряженность магнитного поля, А/м;

δ — воздушный зазор, м;

μ₀=4π·10 -7 — магнитная проницаемость вакуума, гн/м;

К_δ — коэффициент зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления вследствие зубчатой поверхности якоря (К_δ = 1,15 — 1,3).

Магнитное напряжение остальных участков магнитной цепи, выполненных из стали, определяется по формуле

Напряженность магнитного поля на различных участках цепи определяется по магнитной индукции, подсчитываемой по фор­муле

где Ф_х — магнитный поток на участке, вб;

Зная величину магнитной индукции участка, по кривым на­магничивания определяют напряженность магнитного поля. Та­ким образом, в соответствии с рис.2.12. и формулой (2.19.) маг­нитодвижущая сила на пару полюсов будет

Число витков в катушке возбуждения w_B, располагаемой на полюсе, определяется из отношения м. д. с. F к току в обмотке возбуждения i_и:

Величина тока в обмотке возбуждения, включенной параллельно обмотке якоря, обычно не превышает 1-5% номинально­го тока якоря. В последовательной обмотке возбуждения проте­кает ток якоря.

О магнитных свойствах машины судят по так называемой кривой намагничивания Ф=f(F). Для ее построения берут несколько значений магнитного потока, например, 0,5 Ф; 0,75 Ф; 1,0 Ф и 1,25 Ф, и для каждого из них рассчитывают м.д.с. F. По полученным данным строится кривая Ф=f(F) (рис.2.13. ). В начальной части кривая намагничивания имеет прямолинейный характер, так как при малых значениях магнитного потока сталь машины не насыщена и м.д.с. тратится на прохождение магнитного потока практически толь­ко через воздушный зазор.

Рис.2.13. Кривая намагничивания машины постоянного тока

По мере увеличения маг­нитного потока Ф, все боль­шая часть м.д.с. тратится на проведение магнитного потока по стали, и характе­ристика становится криво­линейной. Если прямолиней­ную часть характеристики Ф=f(F) продолжить до пе­ресечения с горизонтальной прямой ас, то отрезок ab покажет практически величину магнит­ного напряжения воздушного зазора F_δ. Отношение

называется коэффициентом насыщения.

По величине К_Н можно судить о степени насыщения магнит­ной цепи машины (обычно К_Н = 1,1 — 1,35).

Источник статьи: http://studfile.net/preview/2113704/page:9/

Магнитная цепь синхронной машины

В режиме х.х. синхронной машины, т. е. при от­сутствии тока I₁ в обмотке статора, магнитное поле создается лишь МДС обмотки возбуждения F_в0. Форма графика распределения индукции в зазоре явнополюсной машины в этом случае зависит от конфигурации полюсных наконечников полюсов ротора. Для придания этой кривой формы, близкой к синусоидальной, воздушный зазор делают неравно­мерным, увеличивая его на краях полюсных нако­нечников (см. рис. 6.2).

Основной магнитный поток явнополюсной син­хронной машины, замыкаясь в магнитной системе машины, сцепляется с обмоткой статора. Как и в асинхронных неявнополюсных машинах (см. § 11.1), магнитная система явнополюсной синхронной ма­шины представляет собой разветвленную симмет­ричную магнитную систему (рис. 20.1, а), состоя­щую из 2р параллельных ветвей. Каждая из таких ветвей представляет собой неразветвленную маг­нитную цепь, содержащую одну пару полюсов (рис. 20.1, б). Основной магнитный поток Ф, замыкаясь в магнитной цепи, проходит ряд участков (рис. 20.2): воздушный зазор δ, зубцовый слой статора h_z1, зубцовый слой ротора h_z2, полюс ротора h_m, спинку ста­тора L₁ и спинку ротора (обод) L_об.

Сумма магнитных напряжений на всех перечис­ленных участках магнитной цепи определяет МДС обмотки возбуждения на пару полюсов в режиме х.х. (А):

где F_δ, F_z1, F_z2, F_m, F_с1 и F_o6 — соответственно маг­нитные напряжения зазора, зубцовых слоев статора и ротора, полюсов, спинки статора и обода, А.

Порядок расчета магнитных напряжений на уча­стках магнитной цепи в принципе такой же, как и при расчете магнитной цепи асинхронной машины (см. гл. 11). При расчете магнитного напряжения полюсов и спин­ки ротора необходимо иметь в виду, что магнитный поток на этих участках несколько больше основного магнитного потока Ф на величину потока рассеяния ротора Ф_σ представляющего собой небольшую часть общего потока полюсов Ф_m не проходящего че­рез зазор δ, замыкающегося в межполюсном пространстве:

где σ_m — коэффициент магнитного рассеяния полюсов ротора.

Рис. 20.1. Магнитная система явнополюсной синхрон­ной машины

Рис. 20.2. Участки магнитной цепи явнополюсной синхронной машины

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент

— коэффициент магнитного насыщения сердечника статора синхронной машины;

— сумма магнитных напряжений в сердечнике статора и воздушном зазоре, А.

Для синхронных явнополюсных машин коэффициент магнит­ного рассеяния полюсов ротора σ_m = 1,1 ÷ 1,4 в зависимости от сте­пени магнитного насыщения магнитопровода машины и числа по­люсов (с ростом числа полюсов 2р уменьшается межполюсное пространство ротора машины и магнитное рассеяние увеличивает­ся). После расчета магнитной цепи синхронной машины строят магнитную характеристику машины, аналогичную представленной на рис. 11.3. Используя МДС обмотки возбуждения в режиме х.х. ∑ F , путем дополнительных расчетов определяют МДС обмотки возбуждения при нагрузке F_в.н. Обычно F_в.н = (2,0 ÷ 2,2) ∑F .

Полученное значение МДС F_в.н позволяет рассчитать число витков в полюсной катушке ротора:

где I_в — ток в обмотке возбуждения синхронной машины, А.

Источник статьи: http://helpiks.org/5-106546.html