pdf.php@id=6159.pdf

якоря Еа направлена против тока 1а и приложенного к зажимам якоря напряжения Иа. Поэтому э. д. с. якоря двигателя называется

неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.

Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.

Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока.

Преобразование энергии. На рис. 1-5 показаны направления действия механических и электрических величин в якоре генера­ тора и двигателя постоянного тока.

Согласно первому закону Ньютона в применении к вращаю­ щемуся телу, действующие на это тело движущие и тормозящие вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в генера­ торе при установившемся режиме работы электромагнитный момент

где Мв — момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем, Мтр— момент сил трения в подшипниках, о воздух

и на коллекторе электрической машины, Мс — тормозящий момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря. Эти потери мощности появляются в результате вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возни­ кающие при этом электромагнитные силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения.

В генераторе М%№является движущим, а в двигателе тормозя­ щим моментом, причем в обоих случаях Мв и МВшпротивоположны

(1-5) и (1-9) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря

Рва= 2ВЮа1алп = 2В Ы а

или на основании выражения (1-1)

электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, развиваемой электромагнитным моментом, что отражает процесс

преобразования механической энергии в электрическую в генера­ торе и обратный процесс в двигателе.

Умножим соотношения (1-3) и (1-6) на 1а. Тогда для генератора будем иметь

Левые части этих выражений представляют собой электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей — элек­ тромагнитную мощность якоря и последние члены — электрические потери мощности в якоре.

Хотя приведенные соотношения получены для простейшей ма­ шины постоянного тока (рис. 1-1), они действительны и в общем случае при более сложной обмотке якоря, так как э. д. с. и моменты отдельных проводников складываются. Эти соотношения являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс пре­ образования энергии в машине постоянного тока.

Согласно им, механическая мощность, развиваемая на валу

в обмотке якоря, а электрическая мощность за вычетом потерь в этой обмотке выдается во внешнюю цепь. В двигателе элек­ трическая мощность, подводимая к якорю из внешней цепи, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть этой мощности превращается в мощность электромагнит­ ного поля и последняя — в механическую мощность, которая за вычетом потерь на трение и потерь в стали якоря передается рабочей машине.

Установленные выше применительно к машине постоянного тока общие закономерности превращения энергии в равной сте­ пени относятся также к машинам переменного тока.

§ 1-2. Устройство машины постоянного тока

Рассмотрим несколько подробнее устройство машины постоян­ ного тока и приведем краткое описание ее главных конструктивных элементов.

На рис. 1-6 изображен полюс машины. Сердечники полюсов набираются из листов, выштампованных из электротехнической стали толщиной 0,5—1 мм, а иногда также из листов конструкцион­ ной сталитолщиной до 2 мм. Так как магнитный поток полюсов в стационарных режимах не изменяется, то листы друг от друга обычно не изолируются.-Сердечник полюса стягивается шпильками,

б а ш м а к о м . Расположенная на полюсе обмотка часто разби­ вается на 2—4 катушки для лучшего ее охлаждения.

Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные полюсы чередуются, что достигается соответствующим

мощностью более 0,5 кет между глав­ ными полюсами устанавливаются также дополнительные полюсы, которые меньше главных по своим размерам. Сердечники дополни­ тельных полюсов обычно изготовляются из конструкционной стали.

Рис. 1-7. Диск (о) и сегмент (б) стали якоря

Как главные, так и дополнительные полюсы крепятся к ярму с помощью болтов. Ярмо в современных машинах обычно выпол­ няется из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из стального листового проката, а также из стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной^проницаемости не при­ меняется.

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одно­ временно также станиной, т. е. той частью, к которой крепятся другие неподвижные части машины и с помощью которой машина обычно крепится к фундаменту или другому основанию.

Сердечник якоря набирается из штампованных дисков (рис. 1-7, а) электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Диски насаживаются либо непосредственно на вал (при Оа < 75 см), либо набираются на якорную втулку (0 0 ^ 40 см), которая надевается на вал. Сердечники якоря диаметром 100 см и выше составляются из штам­ пованных сегментов (рис. 1-7, б) электротехнической стали. Сег­ менты набираются на корпус якоря, который изготовляется обычно из листового стального проката и с помощью втулки соединяется с валом. Для крепления к корпусу якоря сегменты отштамповы­ ваются с гнездами для ласточкиных хвостов либо с выступающими ласточкиными хвостами (рис. 1-8).

Рис. 1-8. Крепление сегментов стали якоря с по­ мощью ласточкиных хвостов

Всердечнике якоря в зависимости от выбранной системы венти­ ляции могут быть аксиальные или радиальные каналы. Аксиаль­ ные каналы образуются выштампованными в дисках сердечника отверстиями. Радиальные каналы создаются с помощью дистан­ ционных распорок или ветрениц, посредством которых сердечник якоря (рис. 1-9) подразделяется на отдельные пакеты 1 шириной 40—70 мм и каналы 2 между ними шириной около 5—10 мм. Ветре­ ницы приклепываются или привариваются к крайним листам паке­ тов. Сердечник якоря крепится с помощью нажимных плит или фланцев 6.

Впазы на внешней поверхности якоря укладываются катушки обмотки якоря (см. гл. 3). Выступающие с каждой стороны из сер­ дечника Якоря (рис. 1-9) лобовые части обмотки 3 имеют вид ци­ линдрического кольца и своими внутренними поверхностями опи­ раются на обмоткодержатели 5, а по внешней поверхности крепятся проволочными бандажами 7. Обмотка соединяется с коллектором 4.

Величина воздушного зазора между полюсами и якорем в малых машинах менее 1 мм, а в крупных до 1 см.

Устройство коллектора машины небольшой мощности показано на рис. 1-10. Он состоит из медных пластин 1 толщиной 3—15 мм, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками толщи­ ной около 1 мм. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо, которое скрепляется с помощью

Рис. 1-9. Сердечник якоря с обмоткой

нажимных фланцев 4, стянутых стяжными болтами 7. От нажимных фланцев пластины коллектора изолируются миканитовыми коллек­ торными манжетами 2, Собранный коллектор крепится на валу 6 с помощью шпонки 5. К каждой пластине коллектора присоеди­

щих шин.

Одна из типичных конструкций щеткодержателя показана на рис. 1-11. Щеткодержатели укрепляются на щеточных пальцах. На каждом щеточном пальце обычно помещают несколько или целый ряд щеткодержателей со щетками, которые работают парал­ лельно. Щеточные пальцы, число которых обычно равно числу

главных полюсов, крепятся к щеточной траверсе (рис. 1-12) и электрически изолируются от нее. Траверса крепится к неподвиж­ ной части машины: в машинах малой и средней мощности — к втулке подшипникового щита, а в крупных машинах — к станине. Обычно предусматривается возможность поворота траверсы для установки щеток в правильное положение (см. гл. 3). Полярности щеточных пальцев чередуются, и все пальцы одной полярности соединяются между собой сборными шинами. Шины с помощью отводов

соединяются с выводными зажимами или с другими обмотками машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответствен­ ными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щет­ ками.

На рис. 1-13 приведен чертеж, а на рис. 1-14 — фотография машины постоянного тока в разобранном виде.

Одноякорные машины постоянного тока строятся мощностью до 10 000 кет и напряжением преимущественно до 1000 в. Для электрифицированных железных дорог выпускаются также машины напряжением до 1500 в. На напряжения свыше 1500 в машрны постоянного тока изготовляются редко, так как с увеличением напряжения условия токосъема С коллектора ухудшаются.

В отдельных случаях (мощные ледоколы, приводы аэродинами­ ческих труб и пр.) требуются двигатели постоянного тока мощностью 15 000—30 000 кет. В машинах с одним якорем получение таких

Рис. 1-14. Электродвигатель постоянного тока типа П52, 8 кет, 220 в, 43 а,

1500 об/мин

мощностей невозможно, и поэтому строятся двух-, трех- и четырехъ­ якорные машины, которые представляют собой многомашинные агрегаты с общим валом.

Глаза вторая

МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПРИ ХОЛОСТОМ ХОДЕ

§ 2-1. Метод расчета магнитной цепи

Основным магнитным потоком Фб называется поток в воз­ душном зазоре 6, приходящийся на один главный полюс машины. Величина Фб определяет величину индуктируемой в обмотке якоря э. д. с.

При проектировании машины постоянного тока возникает необ­ ходимость определения зависимости Фб от тока возбуждения полюсов. Эта задача решается путем расчета магнитной цепи ма­ шины при холостом ходе, когда ток якоря 1а = 0. Вследствие сим­ метрии устройства машины и равенства потоков всех полюсов достаточно рассмотреть магнитную цепь одной пары полюсов.

Магнитная цепь машины изображена на рис. 2-1, причем для каждого полюса штриховой линией показана такая магнитная линия потока Фб, длину которой можно считать средней для всех магнитных линий.

Магнитную цепь можно рассчитать на основе закона полного

где Н — напряженность магнитного поля; а! — элемент длины магнитной линии; — полный ток, охватываемый магнитной линией.

Точное вычисление линейного интеграла (2-1) на практике за­ труднительно. Поэтому магнитную цепь разбивают на участки:

воздушный зазор (б), зубцы якоря (Нг), спинку якоря (/.„), полюсы (Нт), ярмо (Тя) и заме­ няют интеграл суммой, пред­ полагая, что на протяжении каждого участка Н постоян­ на. Тогда вместо равенства (2-1) получим

2Н6Ь+2НА + 2НаЬа + +2 НтН + 2 НЛЯ= 2шв1в,

Отдельные члены соотношения (2-2а) представляют собой намагничивающие силы (н. с.) отдельных участков магнитной цепи, а их сумма — полную н. с. машины на пару полюсов.

э. д. с. Еа и пропорциональной ей величину индукции в зазоре В6,