CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА
им. С. М. КИРОВА
Том 200 1974
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ С КОМБИНИРОВАННЫМИ РАЗНОИМЕННОПОЛЮСНЫМИ ИНДУКТОРАМИ
Ю. Н. КРОНЕБЕРГ, А. С. ЖИБИНОВ, С. Н. МАРУХИН
Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей
электротехники
Существует класс электрических машин комбинированного возбуждения (КВ), индукторы которых состоят из разноименнополюсных электромагнитной и .магнитоэлектрической систем [1]. Последняя должна иметь равное число северных и южных полюсов и желательно, чтобы порядок их чередования . . . N—5—N . . . при обходе по окружности расточки не нарушался — это ведет к увеличению сечений ярма и спинки якоря (рис. 1), а также, чтобы система имела не менее двух осей симметрии [2], что обеспечит магнитную уравновешенность независимо от тока обмотки возбуждения (ОВ). Очевидно, что обмотка якоря должна быть последовательной.
Рис. 1. Электрические машины с комбинированными индукторами: а) — с нормальным чередованием ПМ; б) — с нарушенным чередованием ПМ; 1 — ПМ, 2 — электромагнитный полюс,
3 — ОВ
Когда ОВ отключена, магнитные потоки постоянных магнитов (ПМ) будут замыкаться преимущественно по своим полюсам, наводя основную часть общей э. д. с. в проводниках обмотки якоря, которые в данный момент пересекают потоки полюсов магнитоэлектрической части системы. С увеличением тока ОВ вступает в действие электромагнитная часть системы и э. д. с. якоря увеличивается. При некоторой н. с.
ОВ потоки всех полюсов становятся одинаковыми. Согласно закону полного тока это означает, что н.с. каждой катушки ОВ должна быть точно такой же, как и у эквивалентной машины электромагнитного возбуждения (ЭВ). Но поскольку в машине КВ катушки ОВ расположены лишь на части полюсов, то общая мощность -возбуждения в этом случае должна быть меньше.
Для более подробной оценки машин КВ их целесообразно сопоставить с машинам Э(В, отличающимися только тем, что магнитоэлектрические полюсы заменены электромашитными. А чтобы результаты сравнения были более общими, примем, что машина ЭВ имеет так называемую нормализованную характеристику холостого хода (рис. 2), которую можно аппроксимировать гиперболическим тангенсом [3]:
Е = 1,43 «1 0,871 , (1)
где Е — э. д. с. якоря, выраженная в долях номинального напряжения;
/ — ток возбуждения, выраженный в долях тока ОВ при Е = Делая допущение о независимости электромагнитной и магнитоэлектрической систем машины КВ, получим уравнение характеристики холостого хода в виде
е - кет + 1,43(1 - к)\Ь 0,871 , (2)
где е —э. д. с. я^оря; /— ток ОВ; й — отношение числа магнитоэлектрических полюсов к полному числу полюсов; ет — условная э. д. с. машины, поток каждого полюса которой равен потоку магнитоэлектрического полюса ,машины КВ. В уравнении (2) э. д. с. е ¡и ет, а также тек I выражены в тех же единицах, что э. д. с. Е и ток I в уравнении (1).
¡Поскольку 0;В машин ЭВ и КВ имеют разное сопротивление, то зависимости (1) и (2) еще неудобны для сравнения и их следует привести к виду
Е = 1,43 Ш 0,87 УР^, (3)
е — кет + 1,43 (1 - к) Ш 0,87 ^^ ' (4)
где Рв и рв—мощности ОВ машин ЭВ и КВ, выраженные в долях мощности ОВ машины ЭВ при Е=\.
Уравнения (3) и (4) позволяют провести достаточно подробное исследование режима холостого хода. Так, принимая в (4) е=\> найдем выражение для мощности возбуждения рн при э. д. е., равной номинальному напряжению; решая совместно (3) и (4) при Е^=е и Рв=рву найдем э. д. с. ег и мощность рг> соответствующие режиму, в котором сопоставляемые машины эквивалентны по мощности возбуждения; глубина регулирования у получится в виде разности номинальной э. д. с. е=\ и начальной э.д. е., найденной из уравнения (4) при рв = 0.
На рис. 3 представлены параметры, рассчитанные указанным способом и полученные экспериментально для шестиполюсной машины с двумя магнитоэлектрическими полюсами (¿=¡1/3).
Эксперименты проводились на специально спроектированном генераторе постоянного тока (диаметр якоря тенератора 10 см, длина якоря 7,8 см, скорость вращения 3000 об/мин), позволявшем заменять полюсы и намагничивать ПМ без разборки машины. Вначале снималась характеристика холостого хода машины ЭВ (рис. 2), хорошее совпадение которой с нормализованной характеристикой и аппроксимирующей кривой обеспечивает достаточную общность результатов исследования.
Затем два диаметрально расположенных полюса заменялись магнитоэлектрическими и при разной намагниченности ПМ снималось семейство кривых холостого хода, которые строились на одном графике с
6*
83
Рис. 2. Характеристика холостого хода: Рис. 3. Относительные параметры
.._экспериментальная; X — нор- шестиполюсной машины КВ с дву-
мализованная; О ~ по уравнению (1) мя магнитоэлектрическими полюсами:-расчет,-----
опыт
характеристикой машины ЭВ. Равенство э. д. с. при равенстве н. с. электромагнитных и магнитоэлектрических полюсов (точки пересечения кривых машин ЭВ и КВ) одновременно соответствует равенству потоков всех полюсов обоих машин. Другими словами, э. д. с. каждой точки пересечения кривых является условной э. д. с. ет.
Следовательно, каждой кривой семейства можно поставить в соответствие известное значение ет, перестроить их в функции мощности возбуждения и найти все величины, представленные на рис. 3. Расхождения расчетных и экспериментальных кривых, особенно по глубине регулирования 7, можно объяснить взаимным влиянием систем возбуждения, а также погрешностями аппроксимации.
Тем не менее проведенные исследования режима холостого хода убедительно показывают, что машины КВ даже при ПМ среднего качества (0,81,0) имеют заметный выигрыш по мощности возбуждения и вполне удовлетворительную глубину регулирования. Поскольку реакция якоря относительно слабо размагничивает магнитоэлектрические полюсы, то преимущества машины КВ под нагрузкой проявляются еще сильнее. Например, при ет=\ максимальная выходная мощность машины КВ составила 1,03 кВт, тогда как машина ЭВ имела только 0,72 кВт.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю, Н. Кронеберг. Основные принципы построения систем комбинированного возбуждения. Известия ТПИ, т. 242, Томск, изд. ТГУ, 1972.
2. Ю. Н. Кронеберг. Машина постоянного тока комбинированного возбуждения. Решение о выдаче авторского свидетельства от 31 июля 1964 г. по заявке № 873212/24—7.
3. А. И. Берти нов. Авиационные электрические генераторы. М., Оборони? з, 1959.
