Ненасыщенном состоянии

характеристикой и сравнительно высоким пусковым моментом. Характеристики двигателя во всем диапазоне скоростей трудно выразить аналитически, так как зависимость потока возбуждения от тока нелинейна. На линейном участке кривой намагничивания поток возбуждения пропорционален току якоря Ф = /С/. С учетом этого из уравнения (74) получим выражение для частоты вращения двигателя с последовательным возбуждением при ненасыщенной магнитной системе, т. е. в зоне малых нагрузок

Уравнения (3.52) — (3.54) справедливы для ненасыщенной магнитной цепи. Представление уравнений в фазных координатах обусловлено необходимостью описывать выпрямитель по мгновенным значениям токов и напряжений в естественных (фазных) координатах. Поэтому представление уравнений синхронного генератора в форме Парка — Горева с последующим обратным преобразованием к фазным координатам для связи с уравнениями выпрямителя не имеет преимуществ в сравнении с уравнениями в естественных фазных координатах.

При заданном питающем напряжении и параметрах механической системы, связанной с электромагнитом, его Динамические характеристики определяются зависимостью индуктивности обмотки от перемещения якоря (в случае ненасыщенной магнитной системы) и сопротивлением обмотки. В соответствии со сказанным проектирование конструкции оптимального электромагнита можно разбить на два этапа. На первом этапе заданными являются зависимости от перемещения якоря скорости движения, сил сопротивления, массы элементов, участвующих в движении. Перечисленные'зависимости дают возможность построить требуемую динамическую тяговую характеристику. Задача расчета — определение закона изменения индуктивности и сопротивления обмотки, обеспечивающих получение заданной динамической характеристики.

Электромагнитные переходные процессы при постоянном насыщении или при ненасыщенной магнитной цепи машины описываются линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, решение которых не встречает затруднений. При изменяющемся насыщении магнитной цепи дифференциальные уравнения электрических машин становятся нелинейными и решаются численными методами.

При ненасыщенной магнитной цепи и постоянной частоте вращения якоря ЭДС самовозбуждения прямо пропорциональна току возбуждения: et = Kib-

Коэффициенты La и Lm при ненасыщенной магнитной цепи постоянные. Следовательно, уравнение (6.3) линейное и имеет решение в общем виде относительно тока. Если выполняются условия самовозбуждения, то генератор самовозбуждается и при ненасыщенной магнитной цепи процесс самовозбуждения имеет незатухающий характер, т. е. ЭДС якоря бесконечно возрастает. Однако в реальных машинах этого не происходит. При увеличении тока в обмотке возбуждения и, следовательно, потока магнитная цепь машины насыщается. При насыщении магнитной цепи ЭДС якоря становится нелинейной функцией тока возбуждения и индуктивности La и ?ш не будут постоянными величинами. Следовательно, уравнение (6.3) становится нелинейным и решения относительно тока в общем виде не имеет.

Для уменьшения числа дифференциальных уравнений и количества составляющих в выражениях потокосцеплений трехфазную обмотку статора заменяют двухфазной, оси а, 3 которой образуют ортогональную систему (см. § 3.1—3.2). Такие обмотки при ненасыщенной магнитной цепи не имеют взаимоиндуктивной связи друг с другом. Обмотки ротора остаются непреобразованньши. Оси обмоток ротора совпадают с осями ротора d, q.

Для ненасыщенной магнитной системы

При ненасыщенной магнитной системе моментная характеристика имеет вид квадратичной параболы:

Отсюда следует, что при ненасыщенной магнитной цепи двигателя механическая характеристика изображается кривой ( 3.12), для которой ось ординат является асимптотой. Особенностью механической характеристики

Уравнение (3.29) дает лишь общее представление о механической характеристике двигателя последовательного возбуждения. При расчетах этим уравнением пользоваться нельзя, так как машин с ненасыщенной магнитной системой обычно в современной практике не строят. Вследствие того, что действительные механические характеристики сильно отличаются от кривой, выраженной уравнением (3.29), построение характеристик приходится вести графо-аналити-ческими способами. Обычно построение искусственных характеристик производится на основании данных каталогов, где приводятся естественные характеристики: п =;

между вьшодами генератора при увеличении тока якоря вызывается двумя причинами: увеличением падения напряжения на активном сопротивлении якоря и реакцией якоря. При параллельном возбуждении к этим двум причинам добавляется третья — уменьшение тока возбуждения. Пока этот ток соответствует условиям насыщения магнитной цени генератора (пологой части магнитной характеристики) „ уменьшение ЭДС якоря относительно меньше уменьшения тока возбуждения ( 13.29). В таких условиях при уменьшении сопротивления цепи нагрузки ток якоря возрастает. Но условия резко изменяются, если в результате увеличения тока якоря и вызванного этим понижения напряжения ток возбуждения уменьшается настолько, что магнитная цепь генератора оказывается в ненасыщенном состоянии. В условиях линейной части магнитной характеристики уменьшение тока возбуждения приводит к пропорциональному уменьшению потока и ЭДС якоря ( 13.29), что вызывает дальнейшее уменьшение тока возбуждения, а это в свою очередь обусловливает новое снижение ЭДС и т. д. Имеет место своеобразное саморазмагничивание генератора, заканчивающееся тем, что при коротком замыкании якоря сохраняется только остаточная намагниченность, поддерживающая ограниченный (меньше номинального) ток короткого замыкания.

где Е - ЭДС холостого хода при ненасыщенном состоянии машины.

между выводами генератора при увеличении тока якоря вызывается двумя причинами: увеличением падения напряжения на активном сопротивлении якоря и реакцией якоря. При параллельном возбуждении к этим двум причинам добавляется третья — уменьшение тока возбуждения. Пока этот ток соответствует условиям насыщения магнитной цепи генератора (пологой части магнитной характеристики) уменьшение ЭДС якоря относительно меньше уменьшения тока возбуждения ( 13.29). В таких условиях при уменьшении сопротивления цени нагрузки ток якоря возрастает. Но условия резко изменяются, если в результате увеличения тока якоря и вызванного этим понижения напряжения ток возбуждения уменьшается настолько, что магнитная цепь генератора оказывается в ненасыщенном состоянии. В условиях линейной части магнитной характеристики уменьшение тока возбуждения приводит к пропорциональному уменьшению потока и ЭДС якоря ( 13.29), что вызывает дальнейшее уменьшение тока возбуждения, а это в свою очередь обусловливает новое снижение ЭДС и т. д. Имеет место своеобразное салюразмагничивание генератора, заканчивающееся тем, что при коротком замыкании якоря сохраняется только остаточная намагниченность, поддерживающая ограниченный (меньше номинального) ток короткого замыкания.

между выводами генератора при увеличении тока якоря вызывается двумя причинами: увеличением падения напряжения на активном сопротивлении якоря и реакцией якоря. При параллельном возбуждении к этим двум причинам добавляется третья - уменьшение тока возбуждения. Пока этот ток соответствует условиям насыщения магнитной цепи генератора (пологой части магнитной характеристики) v уменьшение ЭДС якоря относительно меньше уменьшения тока возбуждения ( 13.29). В таких условиях при уменьшении сопротивления цепи нагрузки ток якоря возрастает. Но условия резко изменяются, если в результате увеличения тока якоря и вызванного этим понижения напряжения ток возбуждения уменьшается настолько, что магнитная цепь генератора оказывается в ненасыщенном состоянии. В условиях линейной части магнитной характеристики уменьшение тока возбуждения приводит к пропорциональному уменьшению потока и ЭДС якоря ( 13.29), что вызывает дальнейшее уменьшение тока возбуждения, а это в свою очередь обусловливает новое снижение ЭДС и т. д. Имеет место своеобразное саморазмагничивание генератора, заканчивающееся тем, что при коротком замыкании якоря сохраняется только остаточная намагниченность, поддерживающая ограниченный (меньше номинального) ток короткого замыкания.

Если на обмотку однофазного электромагнита подать синусоидальное напряжение, то в ненасыщенном состоянии в нем возникает поток ф = ф„, sin (о/, где 1)ш = (//(4,44/ш), (0= л/-

Влияние поперечной реакции якоря на результирующий магнитный поток зависит от степени насыщения магнитной цепи и от тока якоря. Если бы магнитная цепь машины обладала линейными свойствами, т. е. в процессе работы машина находилась бы в ненасыщенном состоянии, то ослабление поля под одним краем полюса было бы равно усилению поля под другим краем полюса и результирующий магнитный поток не изменялся бы. Практически же из-за насыщения той части полюса, которая должна пропускать больший магнитный поток, ее магнитное сопротив-

В ненасыщенном состоянии индуктивное сопротивление дросселя велико, и все напряжение прикладывается к дросселю. При насыщении индуктивное сопротивление дросселя падает почти до нуля, а напряжение С/и на резисторе R возрастает и следует по кривой приложенного синусоидального напряжения.

Если сердечник электромагнита работает в ненасыщенном состоянии, то изменением силы тока можно изменять

21.31 изображен электромагнит постоянного тока. Магнитная цепь его выполнена из магнитномягкого материала и находится в ненасыщенном состоянии. Длина средней магнитной линии на пути в стали 1С, длина каждого воздушного зазора х. Площадь поперечного сечения S. Полагая, что магнитная энергия, запасенная в воздушном зазоре WB3много больше магнитной энергии, запасенной на ферромагнитных участках магнитной цепи №фм, выведите формулу тягового усилия магнита F, считая известной магнитную индукцию в воздушном зазоре В (ответ: F =(B>5)/(i0). 29. Выведите формулу тягового усилия F магнита постоянного тока ( 21.31) по известной м.д.с. катушки/и), полагая, как и в примере 28, что WB3 Э> W((>M и что падение магнитного напряжения на пути в стали Н,,1С много меньше падения магнитного напряжения на воздушных зазорах Нк-2х

Для уменьшения тока, напряжения и мощности потребителя при /У = 0 сердечники МУ необходимо изготовлять из материалов с высокой магнитной проницаемостью в ненасыщенном состоянии и по возможности сводить к минимуму воздушные зазоры сердечников. Чтобы уменьшить мощность обмотки управления, следует выбирать для сердечников материал с такой кривой намагничивания, при которой перевод сердечников в насыщенное состояние требует меньшей н. с. обмотки управления. Более всего указанным требованиям удовлетворяют ферромагнитные материалы с прямоугольной петлей гистерезиса ( 6.24, а), которые и применяются в основном для изготовления сердечников МУ.

Что такое состояние насыщения лучше всего пояснять, представив транзистор в виде двух диодов ( 4.1). В ненасыщенном состоянии диод VD1 закрыт. В состояние насыщения транзистор можно перевести, «подняв» потенциал базы выше потенциала коллектора с помощью, например, дополнительного источника напряжения Udon. В этом случае произойдет отпирание диода VD2 и транзистор перейдет в состояние насыщения. В принципе, пограничное состояние тоже используется в импульсной технике, но оно менее желательно, по-