Електричні машини
3.6. компенсаційна обмотка
Найменша спотворення магнітного поля під полюсами можна отримати, застосувавши компенсаційну обмотку, яка укладається в пазах наконечника головного полюса (рис. 3.25). Вона включається послідовно з обмоткою якоря і розраховується так, щоб лінійні навантаження якоря і компенсаційної обмотки були приблизно рівні
і взаємно компенсувалися.
Повна компенсація поля якоря можлива при безперервному розподілі компенсаційної обмотки по поверхні головного полюса. Практично обмотка розміщується в обмеженому числі пазів -6. 12 на кожен полюс, тому і у машин з компенсаційною обмоткою спостерігається певне перекручення магнітного поля.
На рис. 3.25 показано, що після складання МДС головного полюса, якоря і компенсаційної обмотки при дотриманні умови (3.33) виходить пілообразная крива, що характеризує МДС в повітряному зазорі.
Максимальне значення МДС в повітряному зазорі
Мал. 3.25. Розташування компенсаційної обмотки
де? к.об - крок пазів компенсаційної обмотки.
З огляду на, що Лк .Про б = '4 і bJtK .0 o = ^ K, o6 - число пазів компенсаційної обмотки на полюс,
Коефіцієнт спотворення поля при А = Ак .про ь і рівномірному повітряномузазорі
Проста і наочна формула (3.36) досить широко поширена *. Однак при малих значеннях k вона може давати істотну погрішність, так як не враховує зубчасте будова якоря і вищі гармонійні магнітного поля і ЕРС.
Наявність зубців якоря призводить до того, що крива індукції в повітряному зазорі має хвилеподібний характер і ЕРС, індукована в провіднику, що лежить в пазу якоря, має такий же вигляд (рис. 3.26). Уже при холостому ході ЕРС провідника відрізняється від середнього значення.
Можна вважати, що при холостому ході
де k6 - коефіцієнт зубчастості; при наявності зубців на якорі і полюсі він дорівнює добутку коефіцієнтів, підрахованих окремо для якоря і полюса:
Якщо обмотка якоря строго діаметральна, то ЕРС витка в 2 рази більше ЕРС провідника і
Мал. 3.26. Зміна індукції в зазорі і ЕРС провідника зубчастого якоря
Для зменшення впливу зубчастості якоря на максимальну ЕРС між пластинами обмотку якоря зазвичай роблять з укороченням кроку витка на половину зубцевого поділу (рис. 3.27). У цьому випадку, коли в одній стороні витка індукція максимальна, в іншій - мінімальна, ЕРС витка майже не пульсує, залишаючись рівною середньому значенню. Амплітуда пульсації ЕРС через наявність зубців на полюсі
* Див. Теффлінгер К. Компенсовані тягові двигуни постійного то-Ka // Siemens-Zeitschrift. 1955. Н. 2.
де Y2 - кут зсуву фаз ЕРС в сторонах витка, обумовлений укороченням кроку обмотки,
Пульсація ЕРС ес мінімальна при вкороченні кроку e = 0,5 / i, якщо <коб = <1. Однако в этом случае возникают сильные пульсации магнитного потока, что может вызвать шум и другие нежелательные явления. Поэтому стараются не проектировать зубцовые деления якоря и компенсационной обмотки одинаковыми или кратными. Если по каким-либо причинам приходится все же делать *ков = ^, то обязательно нужно выполнять скос пазов на якоре (рис. 3.27), чтобы избежать пульсации магнитного потока.
Скіс пазів зазвичай проводиться приблизно на одне зубцеву розподіл.
Наявність скоса пазів зменшує пульсації ЕРС, т. Е. Покращує потенційні умови на колекторі.
При вкороченні кроку обмотки якоря на 0,5 ^ і наявності скоса пазів якоря на відстані с, максимальна ЕРС
Рис 3 27. Якір зі скошеними зубцями
На рис. 3.28 представлена експериментально отримана залежність kf = f (k) для машини з компенсаційною обмоткою потужністю 20 кВт. Крива / відноситься до ЕРС провідника, а крива 2 - до ЕРС секції. Завдяки застосуванню скоса паза і вкорочення кроку обмотки на половину паза коефіцієнт спотворення для секції істотно менше, ніж для провідника. Формула (3.43) в даному випадку дала практично повний збіг з даними експерименту.
Штрихова лінія 3 на рис. 3.28 побудована за формулою (3.36) і дає завищене значення kf для секції, але занижене для провідника. Отже, формулою (3.36) можна користуватися тільки для орієнтовних розрахунків, коли ще не відомі параметри обмотки якоря.
Належним вибором числа пазів компенсаційної обмотки, укороченням кроку обмотки якоря і виконанням скоса пазів можна домогтися того, що в режимі ослабленого поля коефіцієнт спотворення буде малий і їсть ах
Мал. 3.28. Залежність коефіцієнта спотворення магнітного поля від коефіцієнта стійкості
Таким чином, при наявності компенсаційної обмотки максимальна напруга між суміжними пластинами знижується на 20. 30% і, отже, середня напруга може бути настільки ж підвищено. Це призводить до того, що машини великої і середньої потужності з компенсаційною обмоткою мають кращі масогабаритні показники, ніж машини тієї ж потужності без компенсаційної обмотки. Знижується маса не тільки якоря, але
і статора, незважаючи на додавання ще однієї обмотки. Це пояснюється тим, що при наявності компенсаційної обмотки може бути зменшений повітряний зазор і габарити обмотки збудження. Крім того, зменшуються і габарити обмотки додаткових полюсів (див. Гл. 4).
Особливо приємно те властивість компенсаційної обмотки, що компенсація спотворює дії реакції якоря зберігається і в перехідних режимах, при кидках напруги і струму. Тому компенсаційна обмотка дає найбільший виграш в машинах, що працюють у важких режимах, пов'язаних з частими кидками струму і напруги: в двигунах прокатних станів, тягових двигунах, зварювальних генераторах і т. Д.
Правда, іноді значення перехідних режимів переоцінюється. Так, наприклад, на одному із заводів стійкість двигунів до виникнення кругового вогню оцінювалася за допомогою досвіду ударного включення, в якому двигун, що працює в номінальному режимі, на 1 з відключається від мережі, а потім знову включається. При цьому виникає короткочасний стрибок струму, іноді виникає і круговий вогонь. Якщо круговий вогонь не виник, збільшують подається напруга і повторюють досвід. Напруга, при якому регулярно виникає круговий вогонь, називається напругою перекриття і "ер ек; по його відносному значенні Unepei (/ UH0M судять про стійкість машини до виникнення кругового вогню.
В принципі, такий досвід вірний, проте він не завжди повністю визначає поведінку машини в експлуатації. Наприклад, за результатами досвіду ударного включення (табл. 3.2) краще за інших себе показав двигун ДК-ПЗ, який не змогли довести до кругового вогню, хоча напруга підняли в 1,67 рази більше номінального.
В експлуатації же випадки кругового вогню у двигуна ДК-ПЗ зустрічалися набагато частіше, ніж у двигунів ДК-ЗА і ДПЕ-400, що мають значно меншу напругу перекриття.
Мабуть, досвід ударного включення, при якому короткочасно
