распределения магнитной индукции сохраняет характер прямой линии непосредственно под полюсами, и то лишь в том случае, если полюсные наконечники и зубцы якоря не слишком насыщены. В между полюсном

Фиг. 18.

пространстве кривая магнитной индукции принимает седлообразную форму. Складывая равномерный магнитный ноток J, образуемый полюсами (фиг. 19), с потоком якоря II, получим результирующий магнитный поток III. Как видно из фиг. 19, искажение магнитного поля возбуждения выражается в сгущении потока у одной части полюсного наконечника и разренсении у другой части его, а также в смещении нейтрали на некоторый угол. Площадь результирующего потока III (если пренебречь магнитн. сопротивлением железа якоря и полюсн. наконечника) равна площади кривой I. Чем больше смещаются щетки относительно геометрич. нейтрали, тем более ослабляется магнитный поток возбуждения. Максимум ослабления достигается при сдвиге щеток до средней линии полюсов. Благодаря сдвигу щеток из

Фиг. 19.

нейтрали часть обмотки якоря, соответствующая двойному углу сдвига(2/3),образует продольное магнитное поле, ось к-рого совпадает с осью магнитов возбуждения. С целью уменьшения искрения щетки приходится смещать так, чтобы продольные ампервитки

действовали на поле возбуждения размагничивающим образом. Рассматривая двухполюсную машину (фиг. 20) и обозначив через 2Ь (в см) часть окружности якоря, соответствующую двойному углу (2/5) сдвига щеток, получим продольные ампервитки якоря AWi

AWi = 2b AS D AS.

Чтобы компенсировать размагничивающее действие продольных ампервитков, необходимо соответственно увеличить возбуждение. Другая часть обмотки якоря, образованная поясами токов 1-3 и 2-4, создает поперечное магнитное поле, ось к-рого перпендикулярна к оси полюсов. Чтобы выяснить влияние поперечного поля, можно поступить след. обр.: на кривой намагничения (фиг.21) данной машины отложим среднюю магнитную индукцию в воздушном зазоре:

где Фа соответствует наводимой эдс Е при нагрузке. Тогда магнитной индукции Pj будут соответствовать ампервитки ОР. У генераторов у входной части полюса (у двигателей-наоборот) получается ослабление ампервитков возбуждения на величину biAS,

Фиг. 20.

Фиг. 21.

а у выходной-такое же усиление. Т.к. площадь прямоугольника abed пропорциональна b/Bi, то она является также величиной, определяющей магнитный поток полюса:

Фа-11-Ъ1-В1.

Для того чтобы магнитн. поток не претерпевал изменения, необходимо, чтобы площадь прямоугольника была равна площади abjCid, т. е., чтобы площади Pi и F были равны. Откладывая величину 2bi-AS на ординате таким образом, чтобы выполнить вышеуказанное условие, получим величину ампервитков AWg =PPi, на которую надо увеличить возбуждение, чтобы удержать Ф на постоянной высоте. Из диаграммы получаем также Р; ,. и Bi В части поверхности якоря 1-2 и 3-4 поперечное магнитное поле усиливается за счет ампервитков:

2(т-2&) AS . Это усиление магнитного ноля, по мере увеличения нагрузки, вызывает дальнейшее смещение нейтральной зоны. В интересах лучшего использования якоря и достижения наименьшего напряжения между коллекторными пластинами стремятся сохранить под главными полюсами постоянное и равномерное магнитное поле. Это отчасти достигается применением компенсирующей обмотки, которая закладывается в пазы полюсных наконечников (фиг. 22),

Магнитное действие компенсирующей обмотки равно и прямо противоположно магнитодвижущей силе обмотки якоря. Принимая во внимание рассеяние магнитного потока, образуемого компенсационной обмоткой, линейную нагрузку AS. компенсационной обмотки обычно берут несколько высшей против нагрузки якорной, хотя это и ведет к нек-рому ослаблению магнитного потока возбуждения. Путем применения добавочных полюсов, вместо компенсационной обмотки,также можно достичь хорошего коммутирующего поля. Добавочные полюсы располагаются по нейтральной линии и снабжаются обмоткой, соединенной последовательно с обмоткой якоря (фиг. 23). Магнитный поток, образуемый добавочными

Фиг. 23.

полюсами, компенсирует часть поперечного потока якоря, соответствующую приблизительно ширине сердечника добавочного полюса. Полярность добавочных полюсов та же, что у главных полюсов, в сторону к-рых вращается якорь. Магнитные потоки, возбуждаемые главным и добавочным полюсами, а также якорной обмоткой, перекрываются друг с другом в железе якоря и ярма. Из фиг. 23, где магнитный поток, образуемый якорной обмоткой, для отчетливости чертежа не обозначен, видно ослабление потока в ярмах и якоре в 1 и III квадрантах и усиление во II и IV.

Обозначив через - я- поток добавочного

и главного полюсов в якорном железе, к-рым соответствует средняя Магнитная индукция якоря Бд, получим результирующую магнитную индукцию в J и III квадрантах:

-ф--Ва

и ВО Л И IV:

Вп

Точно так же в ярмах получим результирующую индукцию в I, III и II, IV квадрантах:

- -Bj,

где и Ф,.-магнитные потоки у вершины вспомогательного и главного полюсов. Обозначим через Н и Н напряженности магнитного поля, взятые из кривой намагничения, соответствующие индукциям В и В , и через L-среднюю длину пути потока в якоре или ярме. Добавочное магнитное нанря-мсение (Fjj), вызывающее прохождение потока добавочных полюсов в якоре и ярме, может быть выражено формулой:

В главных полюсах влияние потока добавоч-

ных полюсов отражается на магнитной характеристике. Добавочное магнитное напря-лсение главных полюсов Vjj может быть при нагрузке выражено форму./юй Н + Н

L

В общем, в машинах с донолнительными полюсами при нагрузке происходитпадениенапряжения вследствие наложения магнитного потока добавочных полюсов. Для покрытия указанного падения напряжения магнитное напряжение в главных полюсах д. б. усилено, согласно выводу Рихтера, на величину

(Vn,-)Va + {V-l)Vj,

где Vjj =--; Н-напряженность магнитного поля при средней индукции В, равной --. V - магнитное напрялсение в

цепи главных полюсов (индексы а и j указывают, на якорь и ярмо). Так как магнитная характеристика вспомогательных полюсов должна итти по прямой линии, то магнитные насыщения для якоря и ярма принимают достаточно малыми (примерно, В 10 ООО гаусс для динамной стали и 8 ООО для чугуна), а падение напряжения в большинстве случаев ничтожно, и им молшо пренебречь.

С экономич. точки зрения, машина с добавочными полюсами выгоднее машины с компенсационной обмоткой; с точки зрения технической, они могут считаться равноценными. В случаях особенно затруднительной коммутации, напр., в турбинных генераторах, двигателях с ударной нагрузкой, быстроходных машинах и т. п., применяется компенсационная обмотка совместно с дополнительными полюсами. В этом случае ASj,=AS и, кроме того, между AS vl AW (числом ампервитков для воздушного зазора и зубцов под серединой дополнительного полюса) при всяких изменениях нагрузки сохраняется нропорциональность. При таких условиях возмолшо поддержать под главными полюсами магнитный поток постоянным, получить наивыгоднейшие условия для коммутации и лучше использовать якорь.

IV. Коммутация. Во всякой 2р-полюсной Д. каждая секция обмотки якоря в течение одного оборота замыкается 2р раз на короткое, и ток в ней столько же раз коммутируется. В период коммутации сила тока в секции претерпевает изменения как по величине, так и по направлению, переходя от значения -Ьг через О к -г. Вследствие этого общего изменения тока на (-д) =--2i в короткозамкнутых секциях находятся эдс самоиндукции и взаимоиндукции, стремящиеся замедлить изменение силы тока. Кроме того, в отдельных короткозамкнутых секциях вследствие их движения в магнитном поле находятся эдс е, eg, бз и т. д. (фиг. 24). Пренебрегая омич. сопротивлением катушек, можно для четырех короткозамкнутых секций вывести следующее дифференциальное ур-ие, выражающее мгновенные значения по-

фиг. 24.

тенциалов (Р) между щеткой и коллекторными пластинками а, Ь, с,..., в результате наводимых эдс е, е, е, е, эдс самоиндукции Ь и взаимоиндукции L. -

di, у di, J di , 21 dt -31 i- 41 dt

b 2 1 df = -2 ~ -Pi >

2 + 2 + -22 + -32 7 + -42 * +

3 + -13 + -23 + -53 7 +

du dt

b 2 3 df Р*~-Рз

df 24 dt - 34 + 2 df ~ * *

Обозначив через M(ei), MCeg),... средние значения наводимых эдс, через M(Pi), MCPg)- средние значения разности потенциалов между коллектором и щеткой в период Т приближения коллектора на одно деление /5, можно из выщеуказанных дифференциальных уравнений с известным приближением вывести:

М (е,) - (Ь , -Ь Li) = М(Р,) - М{Р,), М (е,) - (L , -Ь Р;) = М (Рз) - М (Ра), М (ез) - {L , + К,) = М(Р,) - М{Р,),

где Ь, представляет собой среднее значение коэфф-та самоиндукции Рц, Рз, Pis, -/и, 24?

а L, -среднее значение коэфф-тов взаимной индукции секций, замкнутых на короткое последующей щеткой обратного диска.

Значения М{Р, М{Р, ... м. б. определены экспериментальным путем. Они лежат на потенциальной кривой коллектора. Так, M(Pi) представляет собой среднее значение разности потенциалов между главной и вспомогательной (узкой) щеткой, лежащей у сбегающего края главной щетки; М(Р2) представляет среднюю разность потенциалов меледу главной и вспомогательной щеткой, отстоящей от сбегающего края главной на одно деление, и т. д. Обозначив через M(Pj) средние значения разности потенциалов между главной щеткой и коллектором на набегающем крае щетки и через Tj-период короткого замыкания одной секции, можно написать следующее ур-ие:

+ L)\ =

= М{Р,)-М(Р,),

где S-число всех индуктируемых сторон секций якоря, и-число индуктируемых сторон одной секции и М(е) представляет среднее значение эдс, наводимой в одной секции в период короткого замыкания от движения секции в магнитном поле.

носит название реактивной электродвижущей силы. Как вывод из предыдущего

изложения получаем следующие уравнения: М(е,)-егМ{Р,)-М(Р,), М{е,)-ег=М{Р,)-М{Р,),

? [М(е) - вг] = М(Р,) - M(Pi).

Наиболее выгодные условия тсоммутации получаются, если все значения М\Р) равны между собой. Это возможно только при постоянстве коммутирующего магнитного по ля, что практически недостижимо без применения дополнительных полюсов и компенсационной обмотки. Коммутация в естественном поле наиболее выгодна в том случае, если средние потенциалы на сбегающем и набегающем краях щетки равны меледу собой, или, что то же, если реактивная эдс равна средней коммутирующей М(е), к-рую в дальнейшем будем обозначать через е, т. е.

e,.= e,= (L, + P:). Если коммутирующая эдс Cj, < е,.,то преобладающее действие самоиндукции выразится в замедлении коммутирования. При значительном перевесе над е, ток г, вместо того чтобы уменьшиться под действием е, начинает увеличиваться (фиг. 25, / и Л). При > е,. темп уменьшения тока ускоряется.

Фиг. 25.

При очень большом преобладании над ток в секции может достичь значения - ранее конца периода коммутации и даже возрасти до ббльших значений (фиг. 25, III и IV). Для расчета эффективной реактивной эдс Cg рядом авторов были предложены следующие формулы, являющиеся развитием основной формулы для е,.:

= 0,8 {- § li V AS 2. 10-

(Арнольд), где/5-коллекторное деление, - ширина щетки, приведенная к простой параллельной обмотке, Д=Л,1-Ь\-ья5 у; Х -

удельная проводимость паза, -удельная проводимость вершин зубцов, Pig и Ig-удельная проводимость и длина торцевых соединений секций, 1/,-теоретич. длина якоря;

(Фишер - Гиннен), где -ширина щетки, -удельная проводимость поля якоря в коммутирующей зоне;

eg=2--h-v-AS-?.

10-6

(Пнхельмайер-Сенстиус), где

А=Я -Ь Я,-f 0,5 Я,.ij.

То лге значение для коммутации, как и реактивная эдс, имеет среднее максимальное напряжение (Р)меледу соседними коллекторными пластинками. Обычно с Р юа; не идут дальше 25-30 V и соответственно Рр. редко выше 15-20 V. Чем больше Р и Рср., тем меньше должно быть выбрано вд, и наоборот.