Основные электромагнитные нагрузки и машинная

Постоянная

Важнейшими электромагнитными нагрузками электрической машины, определяющими степень использования материалов и размеры машины при заданной номинальной мощности, являются магнитная индукция в воздушном зазоре  и линейная токовая нагрузка якоря А.

Линейная токовая нагрузка представляет общую величину тока обмотки якоря на единицу длины окружности якоря:

                 (4.16)

 

Величина линейной токовой нагрузки и плотность тока якоря  ограничивают условиями охлаждения. В машинах малой мощности с  малыми геометрическими размерами, большим удельным объемом изоляции в пазу условия охлаждения значительно хуже, чем у машин большой мощности. По этим причинам А в малых машинах меньше, чем в крупных.

Линейная токовая нагрузка электрических машин находится в пределах

 

где нижний предел относится к машинам малой мощности.

Величина магнитной индукции в воздушном зазоре также меньше, чем в крупных машинах. Величины  и А определяют величину  средней  касательной силы   на единицу поверхности якоря (рис. 4.2):

 

                                          (4.17)

 

Здесь  коэффициент полюсной дуги, учитывающий действие индукции  в пределах полюсного деления только на протяжении расчетной полюсной дуги

Умножив  на площадь поверхности якоря  и на плечо , получим выражение электромагнитного момента

 

     (4.18)

 

Умножив (4.18) на , получим зависимость  от основных геометрических размеров, электромагнитных нагрузок и скорости вращения машины:

 

              (4.I9)

 

Из (4.19) следует, что при неизменной электромагнитной мощности, чем выше электромагнитные нагрузки , тем меньше габариты машины и ее масса, расход активных материалов и стоимость. В одном и том же габарите машины высокоскоростные имеют мощность выше низкоскоростных.

Из (4.19) определяется машинная постоянная:

 

                                (4.20)

 

Величина  пропорциональна объему якоря  на единицу электромагнитного момента . При проектировании машины следует правильно выбрать соотношение между диаметром якоря и его активной длиной, помня о неодинаковой зависимости от них электромагнитной мощности и машинной постоянной.

 

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ МАШИНЫ ПРИ НАГРУЗКЕ

Реакция якоря и ее виды

На холостом ходу машины действует одна МДС возбуждения, создаваемая током, проходящим по обмотке возбуждения. Картина магнитного поля для этого случая (2р = 2) показана на рис. 5.1. При нагрузке машины  обмотка  якоря создает собственное магнитное поле, картина которого при установке щеток на линии геометрической нейтрали и при отсутствии возбуждения  изображена на рис. 5.2. Ось поля якоря направлена по оси щеток 1–1. Электромагнитный момент, развиваемый в машине, – это результат взаимодействия полюсов поля якоря (см. рис. 5.2) и полюсов возбуждения  (см. рис. 5.1). Характер результирующего магнитного поля при установке щеток на геометрической нейтрали приведен на рис. 5.3.

 

Полярность полюсов и направление токов якоря на рисунке соответствует случаю, когда в  режиме  генератора Г якорь вращается по  часовой стрелке, а в режиме двигателя Д – против часовой стрелки.

Под влиянием магнитного поля якоря результирующее поле машины меняется. Воздействие магнитного поля якоря на основное поле (поле полюсов) называется реакцией якоря.

При установке щеток по линии геометрической нейтрали поле якоря направлено поперек полюсов и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря. Поперечная реакция якоря искажает магнитное поле машины, ослабляя его под одним краем полюса и усиливая под другим (см. рис. 5.3).

Ось результирующего поля поворачивается из положения геометрической нейтрали 1–1 на некоторый угол в положение 2–2, которое называют линией физической нейтрали.

Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90⁰ эл., ось поля якоря устанавливается по оси полюсов. Такое поле называют полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в обмотке якоря оказывает размагничивающее или намагничивающее действие на поле полюсов. Электромагнитный момент и индуктируемая ЭДС якоря равны нулю. В общем случае щетки могут быть сдвинуты с нейтрали на угол b. В этих условиях  рассматривают

 Якорь как два совмещенных электромагнита, из которых один, образованный частью обмотки, находящейся в двойном угле 2b, образует продольную МДС якоря  , a другой, образованный остальной частью обмотки по дуге, создает поперечную МДС якоря  (рис. 5.4).