На рис. 5-21 изображена магнитная цепь машины постоянного тока. Расчет ее заключается в определении н.с., необходимой для создания в воздушном зазоре машины магнитного потока, могущего навести в обмотке якоря заданную э.д.с.

Рис. 5-21. Магнитная цепь машины постоянного тока.

 Картина распределения магнитного поля в машине в пределах ее сектора АОВ (рис. 5-21) для всех подобных секторов одинакова. Поэтому для определения н.с., создающей магнитный поток, достаточно ограничиться расчетом магнитного поля в пределах одного сектора, т. е. в пределах одной пары полюсов. Обозначим искомую н.с. через F_цепи. Она, как указывалось, для замкнутого контура магнитной линии (показана жирным пунктиром на рис. 5-21) определяется равенством

,          (5-15)

где Н — напряженность поля в направлении dl, правая часть равенства — полный ток внутри рассматриваемого контура, равный н.с.

Интеграл  заменяют суммой  и выбирают отдельные участки магнитной цепи таким образом, чтобы H₁, H₂, ... вдоль этих участков можно было считать приблизительно постоянными. При этом (5-15) переходит в

H₁l₁ + H₂l₂ + … + H_nl_n = F_цепи.          (5-16)

Левая часть этого равенства представляет собой сумму магнитных напряжений. Перепишем ее в следующем виде:

F₁ + F₂ + … + F_n = F_цепи ,          (5-17)

где F_x = Н_xl_x, т. е. F_x равно магнитному напряжению какого-либо участка магнитной цепи (х = 1, 2,..., n).

Магнитную цепь машины разбиваем на следующие участки: 1) 2d — воздушные зазоры; 2) 2l_z — зубцы якоря; 3) l_a — сердечник якоря; 4) 2l_м — полюсы; 5) l_с — ярмо статора.

Расчет н.с. F_цепи, производим в таком порядке: по э.д.с. Е_а, которая должна наводиться в обмотке якоря, находим магнитный поток Ф [см. формулу (5-14)]; по размерам машины находим сечение S_x для каждого участка магнитной цепи; затем определяем индукцию

;          (5-18)

по значению B_x, пользуясь кривыми намагничивания для соответствующего материала, находим Н_х и Н_xl_x; наконец, просуммировав магнитные напряжения всех участков, определяем н.с. цепи F_цепи.

Магнитные напряжения для полюсов (и ярма статора) находятся по потоку Ф_м (и Ф_м/2), который больше потока Ф в воздушном зазоре из-за наличия поля рассеяния. Магнитные линии этого поля в промежутке между полюсами показаны на рис 5-21 тонким пунктиром.

Отношение Ф_м / Ф = s называется коэффициентом рассеяния полюсов.

Таким образом, имеем:

Ф_м = sФ;          (5-19)

для нормальных машин постоянного тока

s = 1,12÷1,17.

Задаваясь различными значениями э.д.с. в пределах Е_а= (0,5 ÷ 1,25) U_н и определяя соответствующие значения потока Ф и затем, как указано, F_цепи, можем построить кривую Е_а = f(F_цепи).

На рис. 5-22 представлена кривая Е₀ = f(F_цепи), здесь э.д.с. Е_а обозначена через Е₀, чтобы показать, что мы имеем э.д.с. при холостом ходе машины. Приведенная кривая называется характеристикой холостого хода. Она имеет важное значение при исследовании электрической машины.

Рис. 5-22. Характеристика холостого хода.

 На оси абсцисс можно было бы вместо F_цепи взять ток в обмотке возбуждения I_в, называемый током возбуждения. Он равен I_в = F_цепи /2w_в, где w_в — число витков обмотки возбуждения на одном полюсе.

Начальная часть характеристики идет в виде прямой линии, так как она соответствует ненасыщенному состоянию стальных участков магнитной цепи. Здесь можно считать н.с. F_цепи равной магнитному напряжению воздушных зазоров F_d, a F_d пропорциональна Ф или Е₀. При увеличении э.д.с. Е₀, а следовательно, и потока Ф начинает сказываться насыщение стальных участков магнитной цепи; характеристика холостого хода при этом искривляется.

При E₀ = U_н и при номинальной скорости вращения n_н большая часть F_цепи приходится на воздушные зазоры 2d. Для нормальных машин постоянного тока имеем приблизительно такое соотношение:

F_d / F_цепи = 0,80 ÷ 0,9.

На рис. 5-22 это соотношение

.

Вверх

Глава 6