CC BY
14
известия
томского ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени политехнического института им. с. м. кирова
Том 301
1975
РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА С КОМБИНИРОВАННЫМИ РАЗНОИМЕННОПОЛЮСНЫМИ ИНДУКТОРАМИ
ю. н. кронеберг, а. с. жибинов, с. н. марухин
(Представлена научным семинаром- кафедр электрических машин и общей электротехники)
Известны электрические машины с комбинированным возбуждением, у ¡которых часть пар полюсов выполнена из ¡постоянных магнитов (ПМ), при атом обмотка якоря должна быть последовательной [1, 2]. Они обладают рядом важных преимуществ: по ора1ннению с электромагнитными .машинами имеют надежное самовозбуждение, повышенную перегрузочную способность (вследствие малого влияния реакции якоря на ПМ), меньшую мощность обмотки возбуждения (ОВ), а в отличие от ¡машин с ПМ имеют хорошую регулируемость.
Как известно, преимущества ПМ наиболее полно проявляются в машина-х малой мощности, которые обычно выполняются четырехлолюс-ными. Однако четырекполюсные индукторы комбинированного типа в магнитном отношении несимметричны, что приводит к неуравновешенности сил магнитного ¡притяжения со всеми ¡вытекающими неблагоприятными ¡последствиями. Минимальное число полюсов, при котором можно обеспечить ¡магнитную симметрию, равно шести. Такие машины ¡и представляют наибольший интерес.
(В настоящей статье на примере шестиполюсной машины с одной парой ПМ (рис. 1) (рассматриваются особенности расчета магнитной
1
4
Рис. 1. Магнитная цепь машины с комбинированным индуктором
дети. В его основу доложены обычные допущения, приводящие распре-, деленные параметры к оо сред оточенным. Поскольку магнитна« дещ» имеет только четыре одинаковые части (полюс с ОВ и половина ПМ), то схема замещения (¡рис. 2) получается относительно сложной.
Цель расчета — по заданной н. с. ОВ Ff найти магнитные потоки Ф,т (полошиы ПМ) и П),.; (¡полюса с ОВ) и по ним вычислить э. д. е.. машины:
где р, N. а — число пар полюсов, проводников и параллельных ветвей 01бм0тки якоря; п — частота ¡вращения якоря, об/мин.
Схема замещения содержит ряд нелинейных элементов; ветвь ПМ 5—1 нелинейна только при работе на кривой размагничивания (положение переключателя «С»), а ¡после стабилизации (положение «ш») замещается ¡н. с. Рт (соответствует точке пересечения продолжения прямой возврата с осью н. с.) и линейным сопротивлением Ит. Графическим сложением вебер-амперных характеристик ветвей 5,—3 и 5—11 число нелинейных элементов уменьшается до шести. Но так как осталось больше трех нелинейных элементов, то точное графическое решение невозможно [3]. Нужны дополнительные упрощения.
Учитывая, что машинный поток ПМ ¡изменяется ¡в небольших пределах, нелинейные сопротивления ветвей 5—3 и 5—¡11 можно заменить линейными сопротивлениями Из-з, Иб-п и н. с. Рб-з,. р5-ц, но для этого нужно хотя бы приближенно определить положение рабочих участков на вебер-ампердых характеристиках. С этой целью удобнее всего временно-принять, что магнитные потоки ОВ и ПМ независимы, т. е. на схеме.,замещения соединить точки 2, 6 и 10. Тогда левая часть будет представлять сабой обычную схему замещения машины с ПМ, которая
■решается .известными методами. Это определяет ¡по одной точке .на .каждой вебер-амперной характеристике и ¡позволяет их линеаризовать.
Дальнейшее упрощение основывается на малой величине сопротивления спинки якоря Raff, что позволяет без большой погрешности видоизменить схему, включив сопротивление Raff параллельно сопротивлению R^ f. Это означает, что магнитный поток через сопротивление Raff станет больше действительного на величину потока рассеяния, а магнитный поток через сопротивление R „ff уменьшится, так как разность магнитных потенциалов между точками 7 и 8 уменьшится на величину падения магнитного напряжения в сопротивлении Raff- Возникающие погрешности (особенно вторая) обычно невелики, но при необходимости пх можно еще снизить.
Первое уточнение состоит в том, чтобы ,при расчете приведенной вебер-амперной характеристики ветви 11 —12 попользовать не действительную высоту опиши якоря, а увеличенную ¡пропорционально коэффициенту рассеяния. Второе—¡в уменьшении сопротивления Raff пропорционально отношению падений магнитных напряжений между точками 7—dl и 7—il2 для режима, принятого в качестве расчетного.
Видоизмененная правая часть схемы летаю упрощается (графическое сложение вебер-амперных характеристик параллельно включенных сопротивлений R ц и R 0ff и последовательно включенных Raft и Riff), (Преобразуясь в активный треугольник. К этому же виду известными методами приводится и линейная часть схемы. Получается два параллельно .включенных активных треугольника: нелинейный и линейный. Графическое решение такой схемы уже не представляет затруднений, к is результате находятся зависимости магнитных потоков Ф^ и Ф s m от ,н. с. возбуждения Fff а по уравнению (1) — искомая величина э, д. е.. Е.
Изложенным -методом был рассчитан шестиполюсный генератор постоянного тока с двумя полюсами из ПМ (диаметр якоря 5,5 см, длина якоря 8,5 см, частота вращения 8000 об/мин.). На рис. 3 приведены расчетная и экспериментальная характеристики холостого хода. Их совпадение вполне удовлетворительно.
В
W
50
20
Рис. 3. Характеристика холостого хода генератора постоянного тока: „_—
экспериментальная;----— расчетная.
Отдельные приемы изложенной методики могут быть использованы для расчета машин с комбинированным возбуждением с иной структурой полюсной системы. К их числу в первую очередь относятся: линеаризация вебер-амперных характеристик ветвей, основное воздействие «на которые оказывают ПМ; временное допущение независимости
£ \
А У h
магнитных потоков ОВ и ПМ для определения параметров эквивалентных линейных ветвей; видоизменение схемы, основанное на приближенном учете малых падений магнитных напряжений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ю. Н. Кроне б ер.г. Основные принципы построения систем комбинированного возбуждения. Известия ТПИ, т. 242, Томск, лзд-во ТГУ, 1972.
2. Ю. Н. Кронеберг, А. С. Жибинов, С. Н. Мару хин. Электрические машины с комбинированными разноименнополюеными индукторами. Известия ТПИ, т. 200, Томск, изд-во ТГУ, 1974.
3. Л. Р. Нейман, П. Л. Кал ант аров. Теоретические основы электротехники. Ч. 1, М.-Л., Госэнергоиздат, 1959.
