индуктированных вращающимся полем в обеих обмотках, в том случае, если места подвода тока к статорной обмотке совпадают с теми местами коллектора, на которые налолсены щетки. Если сдвинуть щетки на Zp, то каждая фазная обмотка ротора переместится в том же направлении, и линии магнитного поля будут перерезать ее раньше или позже на время, соответствующее данному сдвигу. При сдвиге щеток против направления вращения поля получится оперелсение эдс ротора по отношению эдс на статоре, при сдвиге по полю-отставание. Если приложить к щеткам извне напрялсение строго определенной фазы, то путем их перемещения на тот или иной угол молено получить различный сдвиг между эдс ротора и этим напряжением. При помощи этого напрялсения при соответствующем сдвиге можно влиять на скорость и коэфициент мощности К. м.

4. Момент вращения. Вращающий момент электрическ. машины появляется в результате взаимодействия тока и магнитного потока. Наибольший вращающий момент получится, если ось потока будет перпендику.-шрпа к магнитной оси якоря, ибо только в этом случае токи всех стерлсней якоря создадут одинаково направленное вращающее усилие. Направление момента определится подобно тому, как это делается для машин постоянного тока. Сила взаимодействия между проводником длиной I см с током г и полем индукции В м. б. определена согласно формуле Био-Савара. Сила эта, будучи умножена на радиус вращения г, дает вращающий момент

в 1 - i - г п-в 9,81-

При числе полюсов машины 2р и числе проводников якоря N получим, обозначая кроме того через da элементарную дугу якоря,

М = Np J В -l-ir da кгм. (4) о

При синусоидальном изменении индукции и тока вдоль окружности якоря имеем следующие выралсения:

io sin pa I

В = Во sin pa

Подставляя в ур-ие (4) значения тока г и индукции В из ур-ия (5) и вводя вместо максимального значения индукции полезный поток полюса Ф и вместо максимального значения тока ц действующее его значение I, получаем (в кгм):

M = -N-I-p0-lO-=ki-I-0, (6)

что дает выралсение для момента многофазной машины. При сдвиге токов верхних и нилсних стержней, лежащих во впадинах зубчатого якоря, надо под током I разуметь геометрич. сумму токов этих стержней. Для однофазной машины можно получить подобным лее образом (в кгм):

iVf =--NJp01O->==k2-I0.. (7)

Приведенные выражения для моментов д. б. умнолсены на sin угла сдвига между осью поля и осью якоря в том случае, если оси эти не перпендикулярны:

Ж = 7c i Ф sin(J, Ф). (8)

5. Эдс, индуктированные в якоре К. м. В якоре коллекторной машины, помещенном в переменном магнитном поле, могут возникать эдс двух родов: вращения и трансформации. Задавая нанравление вектора этого поля под Z а к магнитя, оси А А ярсоря (фиг. 7), разложим его на две слагающих, из которых одна Ф1 перпендикулярна к магнитной оси hkojh, а другая Ф с ней совпадает. При пульсации потока Ф1 в неподвижном якоре никакой эдс индуктироваться не будет, нри вращении лее якоря в этом потоке в обмотке появится некоторая переменная эдс, амплитудная величина которой будет определяться амплитудой поля и скоростью вращения, подобно тому как.это полает-ся в якоре машины постоянного тока. В виду того однако, что поле пульсирует, принимая при этом различные значения, эдс на щетках будет строго следовать за всеми изменениями поля. В тот момент, когда поле проходит через свое нулевое значение, эдс вращения никакого другого значения, кроме нулевого, иметь не молсет, так как поле фактически отсутствует и линий, к-рые ]1езались бы проводниками якоря при его вращепии, нет. Общее выралсение для действующего значения этой эдс:

р п

N V2

Ф1 10-8 [вольт; (9)

здесь: р-число пар полюсов, а-число пар цепей тока, N-число стерлсней обмотки, Ф1-составляющая потока, перпендикулярная к магнитной оси якоря, п.-число оборотов якоря в минуту. Вторая составляющая Фа общего потока Ф никакой эдс при вращении якоря создать в обмотке его не может, т. к. она индуктирует в отдельных стержнях его параллельных цепей встречно направленные эдс, от пульсаций лее этого потока В обмотке якоря будет индуктироваться эдс трансформации. Эта эдс не зависит от скорости вращения якоря и определяется выражением:

S, =l,ll.f.~..-c, вольт, (10)

где: fi-частота пульсации потока, с- 1соэфициент, учитывающий форму кривой распределения поля и угол между щетками, если они расположены не по диаметру, а под некоторым углом.

Эдс В. отстает во времени на 90° от потока Фх. Эдс вращения совпадает по фазе с потоком Ф1, что не противоречит однако закону индукции, т. к. в этом случае должно рассматривать, благодаря вращению якоря, не поток в контуре витка, а мгновенное значение потока во времени по отношению к таковому же эдс. На векторной диаграмме эту эдс нужно отложить для двигателя под

углом в 180° к создающему ее потоку. Если предпололшть, что потоки и Фа не являются слагающими поля Ф, а вполне самостоятельны и сдвинуты не только в пространстве, но и во времени HaZ90° и притом так, что 02 опере-лоает на этот угол Ф, то эдс вращения и трансформации будут направлены на вектор-Фиг. 8. ной диаграмме (фиг. 8) одна по отношению к другой навстречу. На щетках получится лишь разность этих эдс. При скорости ротора, синхронной с частотой пульсаций по-

лей, имеем:

Е,.=Е

что дает с нек-рым приближением: Ф = Ф. При этой скорости пслучается, следовательно, круговое вращающееся поле и результирующая эдс ротора, равная нулю. Если по.пе является круговым при всех скоростях ротора, то вычисление эдс можно вести, рассматривая ее как разность эдс вращения и трансформации по формуле для Е. и вводя в нее вместо скорости Пр. разность скоростей = Щ. - р. и вместо потока Фх полный вращающийся поток машины Ф.

6. К о м м у т а ц и я тока. Щетки, наложенные на хсоллектор якоря, фиксируют своим пололсением определенное распределение тока в обмотке независимо оттого, вращается якорь или не вращается. При вращении якоря в любой из секций его обмотки протекает некоторый ток Д неизменного направления лишь во время двилшния места присоединения сторон секции к коллектору от щетки до щетки. В момент перехода под щеткой секция замыкается накоротко, а затем стороны ее переключаются в другую ветвь с иным значением и направлением тока. Этот процесс изменеция тока носит название коммутации. В случае постоянного тока значение тока секции меняется на прямо противоположное, в случае же переменного наибольшее изменение тока имеет место лишь в некоторые моменты времени.

При трехфазном токе картина изменения тока в отдельных фазах ротора представлена на фиг. 9. Три синусоиды а, Ъ, с изображают изменение тока во времени во всех трех фазах. Ток каледой секции обмотки ротора следует за изменением тока какой-либо фазы только до тех пор, пока секция перемещается от щетки до щетки. При проходе под щеткой секция замыкается накоротко, после чего ток в ней начинает изменяться по другой кривой, соответствующей той фазе, в какую она перешла. Жирной линией нанесено изменение тока такой секции при ряде последовательных переключений. Картина меняется при переходе от одной секции к другой, при чем наибольшее измене-

ние тока получается в той секции, которая 1оммутируется в момент, когда ток одной

фазы равен ~ своей

максимальной вели-

той же величины.

чины, а в другой -

Картина фиг. 9 построена в предпололсении, что скорость ротора равна -/з от скорости изменения питающего его тока. Полное изменение тока за период коммутации: Jj-= = 1щ., равняется току через данную щетку 1щ При таком изменении тока меняется и магнитное поле, сцепленное с коммутируемым контуром обмотки. Это изменение поля создает в этом контуре электродвилсу-щую силу самоиндукции, или так называемую реактивную эдс

е = с г; . Ю вольт, (11)

где: с-постоянная, зависящая от размеров впадины, стерлшей и от положения их во впадине; b-ширина щетки в см; v..-окружная скорость коллектора в см/ск. По фазе эдс Ср, совпадает с током При определении Ср. надо учитывать влияние соседних с данной коммутируемой секцией сторон других секций в том с.тае, если они находятся таклсе в коммутационном периоде. При четном числе фаз роторной обмотки и диаметральном шаге ее надо поэтому в выражение для Ср. ввести коэфициент 2. Кроме этой эдс в короткозамкнутой секции машины переменного тока действует еще трансформаторная, которая обусловлена пульсациями в этом контуре внешнего магнитного поля. Выражение для этой эдс:

е , = 4,44 -1 ~-h- Ф - 10- вольт, (12)

где К-число коллекторных пластин, N- число активных проводников обмотки, /g- частота изменения поля в контуре витка, р-чисто пар полюсов и а-число пар цепей тока. Эдс бда. отстает от потока Ф на Z90°. Результирующая эдс короткозамкну-того контура складывается из эдс реактивн. и трансформации и равняется их геометрической сумме. В том случае, когда внешнее поле и магнитная осьякоря перпендикулярны (условие максимума момента), эдс эти сдвинуты на Z 90° и результирующая

6 = ) -+. . (13)

Эдс е может вызвать сильный дополнительный ток в замкнутом накоротко щеткой контуре в том случае, если ее величина будет превосходить то падение напряжения в этом контуре, которое имеет место в переходном слое меледзколлектором и щеткой. Падение это для современных угольных щеток лежит в пределах от 1 до 2 вольт. Опыт показывает, что величина эдс е не должна превосходить 3 вольт. Для уменьшения этой эдс иногда применяют добавочные полюсы, которые устраивают в коммутационных зонах иа статоре; они создают при вращении якоря в короткозамкнутой секции эдс, эффективное значенне которой таково:

-10-3 вольт. (14)

-В, 21-V

Здесь В-индукция под добавочным полюсом, 21-активная длина двух коммутируе-

мых сторон, V-окрулшая скорость якоря. Эта эдс должна быть направлена встречно к е, для чего необходнмо определенным образом подобрать фазу тока, питающего добавочный полюс,что достигается соответствующим включением его обмотки. Для того чтобы уничтожить е при различных условиях работы машины, применяют иногда две обмотки добавочного полюса; одну, включаемую последовательно со щетками и слу-лсащую для компенсации эдс е., и другую- параллельно, для компенсации е,.. В К. м., даже при наличии добавочных полюсов, не всегда удается добиться удовлетворительной коммутации в виду того, что в замкнутой накоротко секции существуют еще эдс, обусловленные высшими гармониками зубцов. Борьба с этими эдс чрезвычайно затруднена и может вестись лишь по линии правильного установления размеров зубцов машины, величины меледужелезного пространства под добавочным полюсом, а таклсе размеров и числа стержней обмотки.

Б. Однофазные коллекторные двигатели. 1. Последовательный однофазный коллекторный д в и г а-Еглп к последовательному двигателю постоянного тока подвести переменный ток, то двигатель начнет вращаться в определенном направлении благодаря тому, что при изменении тока также одновременно изменяется и направление потока, почему вращающий момент сохраняет все время свое нанравление. Работа такого двигателя будет неудовлетворительна вследствие больших потерь в сплошных полюсах и ярме, а также вследствие низкого cos (р. Двигатель, который предназначен для работы на переменном токе, отличается от постоянного тем, что железо как ротора, так и статора его собирается из отдельных листов; мелсдужелезное пространство двигателя делается возмолсно меньше; на ста- г- торе его, кроме возбулсда- \ л-

Фиг. 10.

Фиг. 1 1 .

Фиг. 12.

ющей обмотки В, укладывается еще к о м-пенсац ионная обмотка К, связанная с общей цепью двигате.тя электрически (фиг. 10, А) или магнитно (фиг. 10, Б). Роль компенсационной обмотки заключается в уничтожении поля якоря, которое требует для своего существования реактивного

тока и уменьшает тем самым cos fp. В видах повышения cos 9? возбуждающая обмотка статора делается с относительно малым числом ампервитки возбуждения

ВИТКОВ. Отношение---тп в

ампервитки якоря

ЭТОМ случае получается порядка 1:3, тогда как в машинах постоянного тока это отношение доходит до 3:1.

Общая схема включения последовательного двигателя дана на фиг. 11. Здесь Т- трансформатор, питаемый от сети. Вторичная обмотка трансформатора имеет ряд выводов к контроллеру (см.) Р, к-рый служит для пуска двигателя в ход постепенным повышением напряжения. На статоре двигателя распололсены три последовательно соединенные между собой и со щетками обмотки: возбуждающая В, компенсирующая и добавочных полюсов D. Общий ток / последовательной цепи двигателя создает магнитный поток Ф, пульсирующий с частотой

ffoMem в t от нормального

Фиг. 13.

гоо%

тока (диаграмма, фиг. 12). При вращении ротора в потоке Ф в его обмотке индуктируется эдс Eg . В обмотке возбуждения от пульсации поля Ф создается эдсс.- Резуль-тгфующая эдс Е, равная геометрической сумме эдс Eg, и Е.., уравновешивается слагающей напряжения сети-Е. Приложенное напрялсение V уравновешивает кроме того активное (Ir) и реактивное (1х) падения напрялсения, обусловленные сопротивлениями всей цепи двигателя. Ток двигателя I отстает от напряжения V на угол (р главным обр. благодаря наличию эдс Вд.. На фиг. 13 даны характеристики последовательн. двигателя 7i=f(M) для различных напряжений F в % от номинального.

Коммутация тока в последовательн. двигателе протекает в машинах малой мощности удовлетворительно даже без добавочных полюсов, в больших они необходимы. При включении этих полюсов последовательно в общую цепь двигателя уничтожается однако лишь реактивная э.тектродвижущая сила ер.. Для уменьшения трансформаторной эдс последовательные двигатели бо.тыпой мощности строят исключительно для низкой частоты, в 25 и 16з пер/ск. Кроме того применяют особые схемы включения добавочных полюсов. Одна из этих схем состоит в том, что параллельно с обмоткой этих полюсов вводится активное сопротивление.