Параллельная работа синхронных генераторов с сетью (стр. 10 )

yур = К/p = S/p = Zэ/p (18.10)

В простых волновых обмотках необходимость применения уравнительных соединений первого рода отпадает, поскольку в каждой параллельной ветви находятся секции, расположенные под всеми полюсами. Следовательно, возможная магнитная асиммет­рия не сказывается на равенстве ЭДС двух параллельных ветвей простой волновой обмотки.

Уравнительные соединения второго рода. Как уже отмечалось, т простых обмоток, составляющих одну сложную, электрически соединены параллельно с помощью щеток. При этом, если пере­ходные сопротивления между щеткой и отдельными коллектор­ными пластинами, к которым подсоединены т простых обмоток, будут различными, то ток нагрузки распределится между этими обмотками неравномерно. Это, в свою очередь, приведет к нерав­номерному распределению напряжений между соседними коллек­торными пластинами и к появлению искрения.

Для устранения этих явлений применяются уравнительные со­единения второго рода. С их помощью соединяют проводники (сек­ции), принадлежащие т разным простым обмоткам и имеющие теоретически одинаковые ЭДС. При наличии таких соединений ток между простыми обмотками распределяется равномерно вне зависимости от состояния переходных сопротивлений.

Контрольные вопросы

1. Каковы назначение и устройство коллектора?

2. Почему щетки в машине постоянного тока необходимо устанавли­вать на геометрической нейтрали?

3. Назовите основные элементы конструкции машины постоянного тока и поясните их назначение.

4. Какие два варианта выполнения индуктора применяются в маши­нах постоянного тока и каково различие между ними?

5. Почему сердечник якоря машины постоянного тока выполняется шихтованным?

6. Как работает генератор постоянного тока?

7. Как работает двигатель постоянного тока?

8. Какие шаги определяют последовательность соединения проводни­ков обмотки якоря между собой и с коллектором?

9. Какой паз называется элементарным и как число элементарных пазов связано с числом реальных пазов?

10. Как определить шаги и число параллельных ветвей простой петле­вой обмотки?

11. Как определить шаги и число параллельных ветвей простой волно­вой обмотки?

12. Зачем применяются сложные обмотки? Как определить шаги этих обмоток и какое число параллельных ветвей они имеют?

13. Каковы условия получения симметричных обмоток?

ГЛАВА 19

РАБОТА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ НАГРУЗКЕ. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

19.1. Электродвижущая сила обмотки якоря

При холостом ходе машины, когда ток в якоре 1а равен нулю, магнитный поток создается только обмоткой возбуждения. По­скольку воздушный зазор между якорем и полюсным наконечни­ком мал, то большая часть магнитного потока будет замыкаться под полюсным наконечником.

Рис. 19.1. Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока при холостом ходе: 1 – реальное; 2 – среднее значение

Кривая 1 на рис. 19.1 показывает реальное распределение маг­нитной индукции Вδ(х) на полюсном делении τ при неизменном воздушном зазоре между якорем и полюсным наконечником. В этом случае магнитная индукция под полюсным наконечником посто­янна, в межполюсном пространстве она резко уменьшается, а на геометрической нейтрали (поперечная ось q) будет равна нулю.

Пусть i-й проводник обмотки якоря (всего в обмотке якоря N последовательно соединенных проводников) имеет активную дли­ну lδ и вращается в магнитном поле с окружной скоростью υа. Тогда наводимая в нем ЭДС

ei = Вδi lδ υа (19.1)

где Вδi — магнитная индукция в точке нахождения i-го проводни­ка обмотки.

ЭДС машины Е равна ЭДС параллельной ветви, в которой расположены N/(2a) последова­тельно соединенных проводни­ков. Предполагая, что обмотка имеет диаметральный шаг у1 = τ, получим

(19.2)

Заменим кривую 1 реально­го распределения магнитной ин­дукции прямой 2, параллельной
оси абсцисс и имеющей ординату

где Вср — магнитная индукция в пределах полюсного деления τ.

При достаточно большом числе секций в обмотке якоря можно пренебречь пульсациями ЭДС и считать, что входящая в уравнение (19.2) ∑ Вδi =(N/2a) Вср.

Поскольку окружная скорость

υа =π Dа ω/2π=2pτω/2π

и магнитный поток полюса Ф = Всрτ1δ, то ЭДС машины можно записать в виде

Е =pN/(2πa)ωФ, Е = сωФ, (19.3)

где с = рN/(2πа) — коэффициент, определяемый конструктивны­ми параметрами машины; ω — частота вращения якоря, рад/с; Dа — диаметр якоря, м; τ = πDа /(2p) — полюсное деление, м; 2р — число полюсов машины.

По формуле (19.3) определяют среднее значение ЭДС машины Е, мгновенное значение которой вследствие конечного числа про­водников N и секций S обмотки якоря пульсирует между Еmax и Еmin. При вращении якоря часть секций замыкается щетками на­коротко и выключается из соответствующих параллельных ветвей (см. рис. 18.13 и 18.16). Следовательно, за время поворота якоря на угол, занимаемый одной коллекторной пластиной, мгновенное значение ЭДС машины может измениться. Максимальное значе­ние пульсаций ЭДС ΔЕ= (Еmax - Еmin)/2 зависит от числа коллек­торных пластин на пару полюсов K/р. Эта зависимость отражена в табл. 19.1, где ΔЕ дана в процентах от ее среднего значения Е.

Таблица 19.1

Зависимость максимального значения пульсаций ЭДС

от числа коллекторных пластин на пару полюсов

K/р	2	4	8	10	20	40
ΔЕ, %	100	17,2	4,0	2,5	0,62	0,16

Частота пульсаций ЭДС определяется временем поворота яко­ря на одну коллекторную пластину, поэтому она оказывается в К/р раз больше частоты токов в якоре, fа = рп/60.

19.2. Электромагнитный момент

При нагрузке машины по проводникам обмотки якоря проте­кает ток параллельной ветви Iа = 1/(2а), где I— сетевой ток маши­ны. При взаимодействии тока Iа с магнитным полем возникает электромагнитная сила. Как следует из рис. 18.1, при установке щеток на поперечной оси на все N проводников обмотки якоря эта сила будет действовать в одну сторону. Тогда силу, действующую на i-й проводник, и развиваемый этой силой момент можно представить в виде

fi = Вδi Iа lδ; mi =fi Dа/2, (19.4)

где Вδi — магнитная индукция в точке расположения i-го провод­ника.

Так как длина lδ всех проводников одинаковая и через них про­текает один и тот же ток Iа, то электромагнитный момент, разви­ваемый машиной,

(19.5)

Если, как и при выводе выражения для ЭДС, принять, что маг­нитная индукция во всех точках полюсного деления τ равна Bδср (см. рис. 19.1), то ∑Bδi = NBδср. Поскольку πDа = 2рτ, то Dа = 2рτ/π и выражение для момента (19.5) можно преобразовать к виду

M=[pN/(2πa)] Iа Ф = с Iа Ф=с’IФ, (19.6)

где с = рN/(2πа) и с'=рN/π — коэффициенты, определяемые кон­структивными данными машины.

Из выражения (19.6) следует, что электромагнитный момент машины постоянного тока пропорционален магнитному потоку и току якоря.

19.3. Реакция якоря в машине постоянного тока

При холостом ходе машины (Iа = 0) магнитное поле создается МДС обмотки возбуждения. Распределение этого поля показано на рис. 19.2, а.

При нагрузке машины по обмотке якоря потечет ток Iа и со­здаст свое магнитное поле, в результате наложения которого на поле возбуждения образуется результирующий магнитный поток. Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря.

Рис. 19.2. Распределение магнитных полей возбуждения (а) и якоря (б) при установке щеток на геометрической нейтрали

Характер реакции якоря в машинах постоянного тока зависит от места установки щеток, так как оно определяет распределение тока по проводникам обмотки якоря, а следовательно, и создан­ного им магнитного поля якоря. При диаметральном шаге обмот­ки якоря ток в проводниках, лежащих по обе стороны от щетки, имеет разное направление.