Магнітні потоки в зоні комутації

Комутаційний потн Фк в зоні комутації створюється сумісними діями MPC додаткових полюсів якоря і компенсаційної обмотки (якщо вона є). Однак на його величину, характер змін у часі й зміни в залежності від стру­му навантаження впливають багато факторів, у тому числі основний потік головних полюсів, який у станині та якорі проходить тими ж шляхами, що і комутаційний потік.

Картину можна умовно подати таким чином: на лінії геометричної ней­тралі зустрічно направлені потоки додаткового полюса і якоря. При зрос­танні струму навантаження зростає MPC додаткових полюсів і реакція яко­ря, тобто магнітні потоки додаткових полюсів і якоря. Якщо магнітне коло додаткових полюсів має тенденцію до насичення, то в міру збільшення струму зростання їх потоку сповільнюється і навіть зовсім припиняється, коли магнітне коло повністю насичене. Але зростанню потоку якоря ніщо не перешкоджає, він продовжує зростати, діючи зустрічно «запертому» на­сиченням магнітному потоку додаткових полюсів. У цьому випадку кому­таційний потік Фк не тільки перестає збільшуватись, але й починає зменшу­ватись, проходить через нуль і навіть змінює свій знак.

У двигунах пульсуючого струму подібна зміна «фази» комутаційного потоку виявляється при цілком нормальному стані магнітної системи. Правда, не всього потоку, а лише його змінної складової, яка відповідає змінній складовій струму (рис. 4.2).

Розглянемо докладно це явище і його наслідки. Відмітимо, що, як пока­зали досліди, двигун, який має настроєну комутацію на постійному струмі, буде мати належну сталу складову комутаційного потоку при живленні пу­льсуючим струмом.

Відомо, ще для компенсації реактивної ЕРС необхідно за допомогою комутаційно­го потоку створити комутаційну ЕРС. Оче­видно, це може бути досягнуто при син- фазній зміні змінних складових струму яко­ря і комутаційного потоку. Однак зняття осцилограм у зоні комутації тягового дви­гуна показало, що при звичайній, не роз­шарованій конструкції магнітопроводу ста­тора в момент максимуму струму якоря ко­мутаційний потік має значення, близьке до мінімального, і навпаки (рис. 4.5).

Рис. 4.5

 

Фаза змінної складової комутаційного потоку приблизно обернена тій, яка забез­печує компенсацію реактивної ЕРС; виникло «перекидання» змінної скла­дової комутаційного потоку, хоч магнітна характеристика додаткових по­люсів була близькою до лінійної.

Подібна невідповідність може бути пояснена відзначеною в підрозд. 4.2 нерівністю тобто і тим, що вихрові струми в сталі демпфірують змінну складову потоку в зоні комутації.

Рис. 4.6

Отже, виявлено відставання змінної складової комутаційного потоку Фк~ від змінної складової струму I я~ або MPC до­даткових полюсів F д~ на кут к, що при­близно дорівнює 170...180°. Оскільки відставання Фк~ від F д~ викликається вих­ровими струмами, то для встановлення причин «перекиданням необхідно розгля­нути схему заміщення магнітного кола до­даткових полюсів і якоря (рис. 4.6). Тут Zδ, Zp, Z - відповідно магнітні опори повітряного проміжку, шляху потоку розсіяння, осердь полюсів разом з ярмом і другим проміжким між ними, a F д~ і F я~ - змінні складові MPC полюсів і якоря.

Частина потоку Фд~, в осерді додатково­го полюса відгалужується на шляху розсіяння Фр~ (станина, другий «повітряний» проміжок, тіло додаткового по­люса і повітря).

Зробимо абстрактне припущення, що Zр =∞, тоді Фр~= 0. При цьому в схемі існує тільки комутаційний потік,

, (4.8)

де . При Zp=∞ величина к=1.

Відомо, що всі електричні машини виконуються так, щоб MPC додатко­вих полюсів перевищувала MPC якоря, тобто F д~ > F я~. Тому чисельник ви­разу (4.8) завжди додатний, а магнітні опори, що входять у знаменник, за своїм фізичним змістом не можуть бути від’ємними величинами. Звідси витікає, що за відсутності потоку Фр~ вихрові струми можуть скільки за­вгодно збільшувати опір Z і тим самим зменшувати величину потоку , але ніколи не можуть змінити його знак, тобто викликати «перекидання».

У реальних умовах Zp має скінченне значення, потік Фр~ завжди існує і за величиною значно перевищує Фк~. Тому виникає додатковий спад магнітної напруги Фр~ · Z, внаслідок чого результативна магнітна напруга F д~ - Фд~ · Z

з боку додаткового полюса при к > може виявитись менше величини , чисельник (4.8) стане від’ємним і Фк~ виявиться «перекинутим», тобто одержить орієнтацію MPC якоря.

Наочне уявлення про утворення потоку Фк~ дає його геометрична інтерпретація за допомогою умовної век­торної діаграми накладення змінних полів. Для побудо­ви діаграми (рис. 4.7) використовують дані дослідів, у яких вимірюються амплітудні значення і фази основної гармоніки комутаційного потоку при ввімкненні почер­гово таких обмоток:

1) головнил полюсів, якоря і компенсаційної;

2) головних і додаткових полюсів;

3) всього кола якоря.

Рис. 4.7

Потік Фк~ в досліді 3 виходить приблизно рівним сумі векторів Фк.д~ і Фк.я~ із дослідів 1 і 2.

Величини Фк.д~ і Фк.я~ можна подати як змінні скла­дові потоків додаткових полюсів і якоря в зоні комутації відповідно.

MPC додаткового полюса і якоря направлені зустрічно, причому завжди > . Створені ними магнітні потоки відстають від відповідних MPC на кути магнітного запізнювання ψд і ψя.

Оскільки потік Фк.д~ проходить по литій станині й суцільному осердю до­даткового полюса, а потік якоря по шихтованому осердю якоря, вихрові струми, що з’явилися, мають переважний вплив на потік Фк.д~, зменшуючи його і призводячи до більшого запізнення порівняно з потоком Фк.я~. Тому завжди Фк.д~ < Фк.я~ і ψд > ψя.

Додаючись, потоки Фк.д~ і Фк.я~ створюють в зоні комутації потік Фк~, який відстає від F д~ на кут ψк:

Фк~ = Фк.д~ + Фк.я~.

Практично аналогічний результат було одержано при живленні змінним струмом, що відповідає за частотою основній гармоніці пульсуючого стру­му, почергово обмоток:

1) якоря і компенсаційної;

2) додаткових полюсів;

3) усього кола якоря.

За одержаною векторною діаграмою можна правильно уявити собі зна­чення і фазу змінної складової комутаційного потоку.

Виконаний аналіз дозволяє зробити висновки відносно заходів, які мо­жуть бути вжиті для відновлення належної орієнтації вектора Фк~. Тут є такі можливості:

1) усунути або всебічно обмежити вихрові струми;

2) звести до мінімуму потік розсіювання Фр~;

3) збільшити відношення F д~/ F я~ без порушення необхідного спів­відношення між їхніми сталими складовими.

Останній захід пов’язаний з використанням спеціальних схем і практич­ного застосування не знайшов.