ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

При движении провода обмотки якоря в магнитном поле под полюсом провод пересекает линии магнитного поля с индукцией В и в нем по закону электромагнитной индукции индуктируется э.д.с.

;

l – активная длина провода;

v – окружная скорость якоря.

; ,

- длина полюсного деления;

р – число пар полюсов;

D – диаметр якоря.

- площадь полюсного деления;

- магнитный поток.

Учитывая, что якорь состоит из N активных проводов. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельных ветвей.

Следовательно э.д.с. одной параллельной обмотки

,

C_э – постоянный для данной машины коэффициент.

В генераторе Е_я вызывает ток I_яи совпадает с ним по направлению. У двигателя Е_я направлена против тока I_я и называется противоэ.д.с.

Э.д.с. якоря можно регулировать посредством изменения главного магнитного потока и посредством изменения частоты вращения якоря..

При работе машины в режимах генератор и двигатель направление передачи энергии различное, но природа электромагнитного момента воздействующего на якорь одна и та же.

На каждый из активных проводов обмотки якоря, находящимися под полюсами машины, действует сила

.

Сумма этих сил создает электромагнитный момент

.

I – ток одного провода

;

;

- постоянный для данной машины коэффициент.

 

РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

Реакцией якоря называется воздействие тока якоря на магнитное поле машины. Реакция якоря в большинстве случаев – явление нежелательное, искажающие главное магнитное поле.

Пока магнитное поле машины создается только током в обмотке возбуждения (I_я = 0), оно симметрично по отношению к оси сердечников полюсов и под полюсами равномерно. Геометрическая нейтраль совпадает с физической – рис. а)

 

 

Геометрическая нейтраль - линия перпендикулярная оси полюсов.

- физическая нейтраль, т.е. линия проходящая через точки, где магнитная индукция =0. Щетки располагаются на геометрической нейтрали.

Как только в обмотке якоря возникает ток, он становится электромагнитом. поле якоря поперечное – рис.б).

При нагрузке машины реакция якоря, воздействует на главное поле, создает результирующее поле.

Линии магнитного поля смещаются по направлению вращения в генераторном режиме или против направления в двигательном – рис. в). Физическая нейтраль смещается по отношению к геометрической.

 

Искажение магнитного поля под полюсами сопровождается значительным местным повышением магнитной индукции. Мгновенное э.д.с. в секциях обмотки пропорционально этой индукции (при движении). Следовательно искажение поля может вызвать повышение напряжения между соседними пластинами коллектора. Это может привести к возникновению опасных дуговых разрядов.

Для ослабления реакции якоря применяют:

1) увеличивают магнитное сопротивление на пути потока якоря. Воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками делают достаточно большим. Для обеспечения нужного потока необходима соответствующая м.д.с. Увеличение м.д.с. главных полюсов ведет к увеличению габаритов и массы;

2) дополнительные полюса устанавливают на станине и соединяют последовательно с обмоткой якоря через щетки так, чтобы направление напряженности поля дополнительных полюсов было противоположно направлению поля якоря;

3) компенсационная обмотка полностью компенсирует реакцию якоря. Якорь вращается, а его магнитный остается неподвижным. Компенсационная обмотка помещается в специальных пазах главных полюсов и последовательном соединении с обмоткой якоря. Приводит к удорожанию, применяется в крайних случаях.

 

 

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Синхронной называется электрическая машина, частота вращения которой связана постоянным соотношением с частотой f сети переменного тока, в которую эта машина включена.

Область применения:

1) генераторы переменного тока промышленной частоты на электрических станциях;

2) двигатели работающие при постоянной частоте вращения;

3) синхронные компенсаторы для получения регулируемого реактивного тока.

Основными частями синхронной машины являются статор и ротор.

Статор состоит из сердечника и обмотки. Сердечник статора собран из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали и укрепленный внутри массивного корпуса. В пазах с внутренней стороны статора размещается в большинстве случаев трехфазная обмотка.

Ротор синхронной машины конструктивно выполняют:

- явнополюсным;

- неявнополюсным;

Ротор представляет собой электромагнит.

На роторе располагают обмотку возбуждения, питаемую от источника постоянного тока. Т.о. ротор синхронной машины имеет свой магнитный поток, который определяет его полярность. В этом заключается принципиальное отличие ротора синхронной машины от ротора асинхронной машины, полярность которой всегда определяет полярность статора.

Явнополюсной ротор изготавливается из листовой стали и имеет большое число полюсов, на которых располагается ОВ.

ОВ неявнополюсных роторов закладываются в пазы и создает два полюса ротора.

В синхронных электрических машинах с неявновыраженными полюсами частота вращения ротора 3000 об/мин, а с явновыраженными от 100 до 1000 об/ мин.

Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контакты, состоящие из медных колец и графитовых щеток.

 

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

 

При вращении ротора его магнитное поле пересекает витки витки обмотки статора, индуктируя в них э.д.с. Чтобы получить синусоидальную форму э.д.с., зазор между поверхностью ротора и статором увеличивают от середины полюсного наконечника к его краям. В быстроходных машинах с неявными полюсами используется соответствующее распределениеобмотки вдоль окружности ротора.

В режиме генератора магнитные полюса ротора как бы тянут за собой магнитные полюса статора.

Частота индуктируемой э.д.с.

,

p – число пар полюсов;

n – число оборотов ротора в мин.

Внешняя характеристика синхронного генератора

Напряжение на режимах генератора повышается при увеличении емкостной нагрузки.

 

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Если приложить к валу машины вместо вращающего тормозной момент механической нагрузки, то ось полюсов ротора повернется на угол относительно полюсов статора против направления вращения. В результате взаимодействие токов в роторе с вращающим магнитным полем статора на проводники ротора действуют силы, которые будут стремиться увлечь ротор в направление вращения.

РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

В теории электрических машин обмотка в которой э.д.с. индуктируется основным магнитным потоком, называется обмоткой якоря. Поэтому у синхронных машин обмотка статора является обмоткой якоря. Если к такой обмотке присоединена нагрузка, то по ней протекает ток I, создающий магнитный поток якоря. Воздействие магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря и зависит от характера нагрузки.