Меню

Петлевая обмотка якоря генератора постоянного тока



Применение петлевой и волновой обмотки.

Каждая из обмоток – петлевая и волновая – имеет свои преимущества. При одном и том же числе проводников в обмотке якоря и числе полюсов простая петлевая обмотка будет иметь в р раз больше параллельных ветвей, чем волновая. Она может пропускать значительно больший ток Iя=2аiя, чем волновая обмотка (здесь iя ток в параллельной ветви) (рис. 5.13). Число же витков в каждой параллельной ветви при петлевой обмотке в р раз меньше, чем при волновой. Так как напряжение машины определяется числом последовательно включённых витков с каждой параллельной ветви, то в машине с петлевой обмоткой напряжение будет в р раз меньше, чем с волновой обмоткой.

Рисунок 5.13. Схема параллельных ветвей в четырёхполюсной машине при петлевой (а) и волновой (б) обмотках:

1 – коллекторные пластины; 2 – секции обмотки

В машинах, работающих при высоких напряжениях, целесообразно применять волновую обмотку (на электровозах, электропоездах, которые рассчитаны для работы при напряжении 1500 – 3000 В). В машинах, работающих при больших токах, применяют петлевую обмотку (тяговые двигатели электровозов и тепловозов). Машины постоянного тока небольшой мощности обычно выполняют двухполюсными. При двух полюсах петлевая и волновая обмотки не различаются.

Назначение коллектора в генераторе.

В простейшем генераторе (рис. 5.14) при вращении витка в магнитном поле его рабочие (активные) стороны 1 и 2 пересекают магнитные силовые линии. В них индуцируется э.д.с. Если к кольцам, к которым припаяны концы витка, присоединить внешнюю цепь с некоторым приёмником электрической энергии, то по нему пойдёт переменный ток i. Участки 3 и 4 витка являются нерабочими, т.к. не пересекают магнитных силовых линий и в создании э.д.с. не участвуют. Эти участки витка называют лобовыми частями. В положении, показанном на рис. 5.14.а, виток не пересекает силовых линий магнитного поля, э.д.с. в нём не индуцируется и тока нет.

При повороте витка по часовой стрелке на 90° (рис. 5.14.б) обе стороны его будут

Рисунок 5.14. Процесс индуцирования э.д.с. в простейшем электрическом генераторе при наличии на нём коллектора (а-г) и график изменения его напряжения u и тока i во внешней цепи (д)

пересекать магнитное поле, при этом в активных сторонах 1 и 2 индуцируется э.д.с. е и по витку и внешней цепи начинает проходить ток i. Применяя правило правой руки, устанавливаем, что э.д.с., индуцированная в стороне 1 витка, будет направлена от нас, а в стороне 2 – к нам. То есть во внешней цепи ток пойдёт от щётки А, имеющей положительный потенциал, к щётке Б с отрицательным потенциалом.

В положении, показанном на рис. 5.14.в, виток не пересекает силовые линии поля, поэтому э.д.с. и ток уменьшаются до нуля.

При повороте витка на 270° (рис. 5.14.г) под северный полюс подходит сторона 2 витка, а под южный – сторона 1. Поэтому направление э.д.с. в рабочих сторонах 1 и 2 изменяется на противоположное по сравнению с направлением его в положении, показанном на рис. 5.15.б. В результате изменяются полярность щёток А и Б и направление тока i во внешней цепи.

Как следует из закона электромагнитной индукции, значение индуцированной э.д.с. е пропорционально числу силовых магнитных линий, пересекаемых сторонами витка в единицу времени. При перемещении рабочих сторон витка под полюсами э.д.с. е, напряжения u, действующие между щётками А и Б, и ток i будут иметь некоторые постоянные значения (рис. 5.14.б). При переходе от одного полюса к другому направления е, u и i будут изменяться.

Для получения во внешней цепи постоянных по направлению э.д.с., напряжения и тока в простейшем генераторе виток присоединяют не к двум кольцам, как показано на рисунке 5.14, а к одному кольцу, разрезанному на две изолированные одна от другой части. Начало от витка присоединяют к одной половине кольца, конец – к другой (рис.5.15). Такую конструкцию называют коллектором, а отдельные изолированные части его (в данном случае полукольца) – коллекторными пластинами.

В положении, показанном на рис. 5.15.а, э.д.с. в витке не индуцируется и тока в цепи нет. При повороте витка на 90° (рис. 5.15.б) в его рабочих сторонах 1 и 2 индуцируется э.д.с е и во внешней цепи начинает проходить ток i от щётки Б к щётке А. В положении, показанном на рисунке 5.15.в., э.д.с. в витке не индуцируется и ток во внешней цепи равен нулю.

При повороте витка на 270° (рис. 5.15.г) направление э.д.с. в рабочих сторонах 1 и 2 витка изменяется по сравнению с положением, показанным на рис. 5.15.б. Однако направление тока во внешней цепи остаётся неизменным, т.к. одновременно с поворотом витка меняются местами и коллекторные пластины, вследствие чего к щётке Б подходит пластина, связанная со стороной 2 витка, а к щётке А – пластина, связанная со стороной 1. Потенциалы щёток, т.е. напряжение u, сохранятся такими же, как на рис. 5.15.б, и ток i во внешней цепи будет протекать в прежнем направлении.

Таким образом, при замене двух контактных колец двумя изолированными одна от другой коллекторными пластинами происходит выпрямление напряжения u, действующего между щётками А и Б, а следовательно, и тока i во внешней цепи. Характер изменения напряжения u на щётках и тока i поясняется на рис. 5.15.д. Напряжение и ток получаются постоянными по направлению, но переменными по значению. Такой ток и напряжение называются пульсирующими.

Рисунок 5.15. Процесс индуцирования э.д.с. в простейшем электрическом генераторе (а — г) и кривые изменения э.д.с. е в проводниках обмотки якоря, напряжения u и тока i (д) во внешней цепи

Пульсирующий ток мало пригоден для практических целей. Для сглаживания пульсации в обмотке якоря увеличивают число витков и соответственно, число коллекторных пластин.

Для лучшего использования обмотки якоря 1 (рис. 5.16) отдельные витки соединяют друг с другом последовательно. К каждой коллекторной пластине 2 присоединяют конец предыдущего и начало следующего витка. В результате получают замкнутую обмотку (рис. 5.16.а). При вращении якоря между любыми точками такой обмотки, например, между а и б (рис. 5.16.б) действует переменная э.д.с. еаб. Однако во внешней цепи между неподвижными щётками А и Б действует постоянная по направлению и значению э.д.с. Е, равная сумме э.д.с., индуцированных во всех последовательно соединённых витках якоря, расположенных между этими щётками.

Рисунок 5.16. Схемы подключения обмотки якоря к пластинам коллектора

Следовательно, коллектор осуществляет преобразование изменяющихся э.д.с. и тока в обмотке якоря в постоянные по величине и направлению э.д.с. и ток, действующие во внешней цепи, т.е. работает в качестве механического выпрямителя.

Чем больше витков в обмотке якоря и коллекторных пластин, тем меньше пульсируют э.д.с. и ток. Полностью освободиться от пульсации невозможно. Для большей части электрических потребителей эти пульсации не играют никакой роли и не отражаются на их работе.

Назначение коллектора в электродвигателе.

Электродвигатель питается от сети постоянного напряжения и к его якорю подаётся постоянный ток. По проводникам же обмотки якоря протекает переменный ток. Следовательно, в электродвигателе коллектор работает в качестве механического преобразователя постоянного тока в переменный, обеспечивая питание обмотки якоря переменным током от внешнего источника постоянного тока.

При вращении якоря проводники его обмотки перемещаются под полюсами машины, переходя от северного полюса к южному, затем снова к северному и т.д. Переход должен сопровождаться изменением направления тока в проводниках, чтобы электромагнитный момент машины действовал всё время в одном и том же направлении.

Благодаря коллектору по всем проводникам, расположенным под северным полюсом, ток проходит в одном направлении, а по проводникам, расположенным под южным полюсом, — в другом. При возвращении якоря проводники меняются местами (переходят под полюсы другой полярности), направление тока в них также меняется на противоположное.

Рисунок 5.17. Распределение тока по проводникам обмотки якоря при его вращении

Например, в положении, показанном на рисунке 5.17.а, ток i проходит по витку 1. Возникающий при этом электромагнитный момент М направлен по часовой стрелке. Когда виток 1 в процессе поворота якоря займёт положение, показанное на рис. 5.17.б, коллекторные пластины, к которым присоединён этот виток, выйдут из-под щёток, и ток перестанет проходить по витку 1. Однако под щётками окажется вторая пара коллекторных пластин, соединённых с витком 2, и ток начнёт проходить по этому витку. Электромагнитный момент М будет действовать в том же направлении, что и при положении якоря, показанном на рисунке 5.17.а. при повороте каждого витка на 180° всё повторится, когда рабочие стороны витка перейдут под полюсы другой полярности.

Реакция якоря.

Рис.5.18. Распределение индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока

а) от обмотки возбуждения; б) от обмотки якоря; в) результирующее

Вредные последствия реакции якоря:

1. Физическая нейтраль б-б (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали а-а на некоторый угол, что ухудшает коммутацию машины и приводит к искрению под щётками.

Читайте также:  Нарисуйте в тетради прямолинейный проводник укажите направление тока в нем изобразите силовые линии

2. Результирующий магнитный поток Фрез при насыщении магнитной цепи уменьшается, т.е. уменьшается и э.д.с., индуцированная при нагрузке, по сравнению с э.д.с. при холостом ходе.

3. В кривой распределения результирующей индукции в воздушном зазоре возникают пики индукции Вмах под краями главных полюсов, способствующие образованию в машине кругового огня.

Уничтожение магнитного потока реакции якоря достигается с помощью компенсационной обмотки, уложенной в пазах сердечника главных полюсов и соединенной последовательно с обмоткой якоря. Эта обмотка создает магнитный поток, направленный против магнитного потока реакции якоря.

1. Из каких основных частей состоит машина постоянного тока?

2. Каково назначение и устройство коллектора?

3. Каково назначение щёток?

4. Что такое полюсный наконечник?

5. Какие элементы конструкции составляют магнитную систему машины?

6. Каково назначение полюсного наконечника?

7. Что такое реакция якоря?

8. Как реакция якоря влияет на работу машин постоянного тока?

Источник

ОБМОТКИ ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

date image2014-02-04
views image4734

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Для работы машины постоянного тока необходимо наличие двух обмоток; обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая, как известно, служит для создания в машине основного магнитного потока, а во второй происходит преобразование энергии.
Обмотка якоря является замкнутой системой проводников, уложенных в пазах.
Элементом якорной обмотки является секция, которая может быть одно — или много витковой. Секция состоит из активных сторон и лобовых частей. При вращении якоря, в каждой из активных сторон индуцируется ЭДС, величина которой равна:

т.е. она зависит от магнитной индукции полюсов ВСР, длины проводника L и скорости его движения V. В реальной машине, будь она генератором или двигателем, в наведении ЭДС участвуют все проводники обмотки якоря.
Величина суммарной ЭДС:

где n — скорость вращения якоря (ротора), об/мин;
Ф — магнитный поток полюсов;
Се — постоянный коэффициент, зависящий от количества витков в секции.
Обмотка якоря может быть петлевой и волновой. Петлевая обмотка, если ее изобразить в развернутом виде, имеет следующий вид (рис. 7.3.1):

Расстояние между активными сторонами одной секции называется первым шагом обмотки — y1. Расстояние между началом второй секции и концом первой называется вторым шагом обмотки — у2. Расстояние между, началами секций, следующих друг за другом, называется результирующим шагом — у. Шаги обмотки определяются числом пазов.
Расстояние между коллекторными пластинами, куда припаиваются начало и конец, принадлежащие одной секции, называется шагом по коллектору — ук. В петлевой обмотке ук= 1. Шаг ук определяется числом коллекторных пластин.
Развернутая волновая обмотка имеет вид: (рис. 7.3.2).

Форма волновой обмотки отлична от петлевой и, следовательно, будет иное соединение секций.
Однако шаги волновой обмотки имеют общее с петлевой определение.
Шаг по коллектору здесь значительно больше единицы (ук >> 1).

7.4. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА
ПОСТОЯННОГО ТОКА

Как уже отмечалось, ЭДС, наведенная в обмотке вращающегося якоря генератора, пропорциональна магнитному потоку полюсов и частоте его вращения:

Магнитный поток в генераторе, как известно, создается током возбуждения Iв.
Если вращать якорь c постоянной частотой n и непрерывно измерять выходную ЭДС Е, то можно построить график Е = f (Iв) (рис. 7.4.1).

Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Она строится для режима, когда генератор не имеет внешней нагрузки, т.е. работает вхолостую.
Если подключить к генератору нагрузку, то напряжение на его зажимах будет меньше E на величину падения напряжения в цепи якоря:

Здесь: U — напряжение на зажимах;
Е — ЭДС в режиме х.х.;
IЯ — ток якоря;
RЯ — сопротивление в цепи якоря.
Падение напряжения в цепи якоря обычно не превышает 2-8 % ЭДС генератора.
Уменьшение напряжения на выходе генератора связано с размагничиванием машины магнитным полем якоря, а также падением напряжения в его обмотках.
В каждой машине постоянного тока имеет место взаимодействие между током якоря IЯ и магнитным потоком Ф. В результате на каждый проводник обмотки якоря действует электромагнитная сила:

где В — магнитная индукция,
IЯ — ток в обмотке якоря,
L — длина якоря.
Направление действия этой силы определяется правилом левой руки.
Подставим сюда среднее значение магнитной индукции ВСР и величину тока в каждом проводнике обмотки якоря I = IЯ / 2 а.
Получим

Электромагнитный момент, действующий на якорь машины, при числе проводников обмотки N:

где — величина, постоянная для данной машины;
d — диаметр якоря;
р — число пар полюсов;
N — число проводников обмотки якоря;
а — число пар параллельных ветвей.
При работе машины в режиме генератора электромагнитный момент действует против вращения якоря, т.е. является тормозным.
Для привода генератора требуется электродвигатель мощность, которого должна покрыть все потери в генераторе:

где Р — полезная электрическая мощность генератора;
Я — потери в обмотке якоря;
В — потери в обмотке возбуждения;
М — потери на намагничивание машины;
МЕХ — механические потери, связанные с трением вращающихся частей.

Коэффициент полезного действия генератора определяется отношением:

У современных генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия составляет 90-92 %.

Источник

§28. Обмотки якоря

Принцип соединения отдельных проводников в обмотку.

В современных машинах постоянного тока применяют барабанные якоря, в которых проводники обмотки укладывают в пазы на наружной поверхности цилиндрического якоря.

При выполнении обмотки проводники, расположенные в пазах якоря, следует соединять таким образом, чтобы э. д. с. в них складывалась. Для этого два проводника, образующие виток обмотки, должны соединяться так, как указано на рис. 92, а, т. е. проводник А, расположенный под северным полюсом, должен соединяться с проводником Б, расположенным под южным полюсом.

Рис. 92. Принцип выполнения обмотки барабанного якоря

Рис. 92. Принцип выполнения обмотки барабанного якоря

Расстояние между проводниками, составляющими виток, должно быть равно или незначительно отличаться от полюсного деления т — расстояния между осями соседних полюсов. При этом условии виток будет охватывать весь магнитный поток полюса и э. д. с, возникающая в нем при вращении якоря, будет иметь наибольшее значение.

Для наглядного изображения обмоток цилиндрическую поверхность якоря вместе с обмоткой развертывают в плоскость и все соединения проводников изображают в виде прямых линий на плоскости чертежа (рис. 92,б).

Обмотка якоря состоит из отдельных секций. Секцией называют часть обмотки, расположенную между двумя коллекторными пластинами, следующими одна за другой по ходу обмотки. Число секций S в обмотке равно числу коллекторных пластин К. Секция может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных витков. В первом случае секции называют одновитковыми (рис. 93, а, см. рис. 85, б), во втором — многовитковыми (рис. 93, б, см. рис. 85, а).

Рис. 93. Схемы одновитковой (а) и многовитковой (б) секций: 1 — активные проводники; 2 — лобовая часть; 3 — активная сторона; 4 — коллекторные пластины

Рис. 93. Схемы одновитковой (а) и многовитковой (б) секций: 1 — активные проводники; 2 — лобовая часть; 3 — активная сторона; 4 — коллекторные пластины

Одновитковые секции состоят из двух активных проводников, которые непосредственно пересекают магнитный поток; активные проводники расположены в пазах якоря и соединяются лобовыми частями, лежащими вне сердечника якоря. Лобовые части в индуцировании э. д. с. практически не участвуют.

Многовитковые секции состоят из двух активных сторон, каждая из которых объединяет несколько активных проводников. В некоторых машинах большой мощности применяют якорные катушки, выполненные из разрезных секций (см. рис. 85, в §27). Обмотка якоря, состоящая из таких секций, называется стержневой.

Все секции обмотки обычно имеют одинаковое число витков. На схемах обмотки секции для простоты всегда изображают одновитковыми. Секцию обмотки укладывают в пазы таким образом, чтобы одна из ее активных сторон находилась в верхнем слое, а другая — в нижнем. На схемах стороны секции, расположенные в верхнем слое, изображают сплошными линиями, а в нижнем слое — штриховыми.

При объединении нескольких секций в якорную катушку каждую из сторон якорной катушки в большинстве случаев укладывают в один общий паз. Для того чтобы э. д. с, индуцированные в отдельных секциях, складывались, при соединении их руководствуются тем же правилом, что и при соединении проводников в витки: расстояние между соединяемыми частями секций должно быть приблизительно равно расстоянию между осями полюсов.

Обмотки якоря подразделяются на две основные группы: петлевые (параллельные) и волновые (последовательные).

Простая волновая обмотка.

Рис. 94. Общий вид волновой обмотки (а) и схема соединения ее секций (б)

Рис. 94. Общий вид волновой обмотки (а) и схема соединения ее секций (б)

При этом после одного обхода окружности якоря, т. е. после последовательного соединения р секций приходят к коллекторной пластине, расположенной рядом с исходной.

Например, начало секции 1 присоединяют к коллекторной пластине КП1, а ее конец соединяют с коллекторной пластиной КП10 и началом секции 2, которая расположена под следующей парой полюсов; затем конец секции 2 соединяют с другой коллекторной пластиной и с началом следующей секции. После завершения полного обхода окружности якоря конец соответствующей секции соединяют с коллекторной пластиной КП2 и началом секции 3, затем таким же образом с коллекторной пластиной КП11 и секцией 4 и т. д. до тех пор, пока обмотка не замкнется, т. е. пока не придут к началу секции 1.

Читайте также:  Каким током заряжать apple watch 3

Рис. 95. Форма якорных катушек при волновой (а) и петлевой (б) обмотках: 1, 4 — пазовые части (верхняя и нижняя стороны); 2, 5 — задняя и передняя лобовые части; 3 — задняя головка; 6 — концы секций, припаиваемые к коллектору

Рис. 95. Форма якорных катушек при волновой (а) и петлевой (б) обмотках: 1, 4 — пазовые части (верхняя и нижняя стороны); 2, 5 — задняя и передняя лобовые части; 3 — задняя головка; 6 — концы секций, припаиваемые к коллектору

Для выполнения обмотки необходимо знать ее результирующий шаг у (см. рис. 94, б), первый у1 и второй у2 частичные шаги, а также шаг по коллектору ук. Указанные шаги обычно выражают в числе пройденных секций (шаг по коллектору выражается в этих же единицах, так как число коллекторных пластин равно числу секций).

В простой волновой обмотке число параллельных ветвей обмотки 2а всегда равно двум и не зависит от числа полюсов:

2a = 2 (56)

На рис. 96, а приведена в качестве примера развернутая в плоскость схема простой волновой обмотки якоря четырехполюсной машины, имеющей 19 секций, а на рис. 96, б — эквивалентная схема этой обмотки, показывающая последовательность соединения ее секций и образующиеся параллельные ветви. Цифрами 1, 2, 3 и т. д. обозначены активные проводники, лежащие в верхнем слое каждого паза, а 1′, 2′, 3′ и т. д.— в нижнем слое.

Рис. 96. Схемы простой волновой обмотки четырехполюсной машины

Рис. 96. Схемы простой волновой обмотки четырехполюсной машины

При волновой обмотке в машине можно устанавливать только два щеточных пальца. Однако это делают лишь в машинах малой мощности; в более мощных машинах обычно ставят полный комплект (2р) щеточных пальцев для уменьшения плотности тока под щетками и улучшения токосъема.

Простая петлевая обмотка.

При простой петлевой обмотке каждую секцию присоединяют к соседним коллекторным пластинам (рис. 97).

Рис. 97. Общий вид петлевой обмотки (а) и схема соединения ее секций (б)

Рис. 97. Общий вид петлевой обмотки (а) и схема соединения ее секций (б)

В простой петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют две параллельные ветви, поэтому число параллельных ветвей по всей обмотке 2а равно числу полюсов 2р:

2a = 2p (56′)

Условие 2а=2р выражает основное свойство простой петлевой обмотки: чем больше число полюсов, тем больше параллельных ветвей имеет обмотка, следовательно, тем больше щеточных пальцев должно быть в машине.

На рис. 98, а приведена в качестве примера развернутая в плоскость схема простой петлевой обмотки якоря че-тырехполюсной машины, имеющей 24 секции, а на рис. 98, б — эквивалентная схема этой обмотки, показывающая последовательность соединения ее секций и образующиеся параллельные ветви (обозначение проводников и коллекторных пластин такое же, как и на рис. 96).

Рис. 98. Схемы петлевой обмотки четырехполюсной машины (УР — уравнительные соединения)

Рис. 98. Схемы петлевой обмотки четырехполюсной машины (УР — уравнительные соединения)

Применение петлевой и волновой обмоток.

Рис. 99. Схемы параллельных ветвей в четырехполюсной машине при петлевой (а) и волновой (б) обмотках: 1 — коллекторные пластины; 2 — секции обмотки

Число же витков в каждой параллельной ветви при петлевой обмотке в р раз меньше, чем при волновой. Так как напряжение машины определяется числом последовательно включенных витков в каждой параллельной ветви, то в машине с петлевой обмоткой напряжение будет в р раз меньше, чем с волновой обмоткой.

Из сказанного следует, что в машинах, рассчитанных для работы при высоких напряжениях, целесообразно применять волновую обмотку. Такая обмотка имеется у большей части вспомогательных машин электровозов и электропоездов, которые рассчитаны для работы при напряжении 1500—3000 В, и у некоторых тяговых двигателей электропоездов.

В машинах, рассчитанных для работы при больших токах, целесообразно применять петлевую обмотку. Такую обмотку имеет тяговые двигатели электровозов и тепловозов, а также электровозные генераторы возбуждения, используемые при рекуперации. Машины постоянного тока небольшой мощности обычно выполняют двухполюсными. При двух полюсах петлевая и волновая обмотки не различаются.

Уравнительные соединения.

Рис. 100. Э. д. с. индуцированные в параллельных ветвях обмотки якоря при равенстве (а) и неравенстве (б) магнитных потоков отдельных полюсов

Рис. 100. Э. д. с. индуцированные в параллельных ветвях обмотки якоря при равенстве (а) и неравенстве (б) магнитных потоков отдельных полюсов

Однако практически из-за технологических допусков в значении воздушного зазора под различными полюсами, дефектов литья в остове и других причин магнитные потоки отдельных полюсов несколько различаются, вследствие чего в параллельных ветвях действуют неодинаковые э. д. с.

Если два параллельно соединенных источника имеют неодинаковые э. д. с. (рис. 101), то по контуру, образованному двумя источниками, будет проходить некоторый дополнительный ток, обусловленный разностью э. д. с. Е1—Е2 источников.

Рис. 101. Возникновение уравнительного тока при неравенстве э. д. с. двух источников

Рис. 101. Возникновение уравнительного тока при неравенстве э. д. с. двух источников

Этот ток носит название уравнительного. Уравнительный ток Iур циркулирует внутри источников, не совершает никакой полезной работы, а создает лишь потери электрической энергии в обоих источника. Он вызывает неравномерную нагрузку отдельных источников, перегружая источник с большей э. д. с. и разгружая источник с меньшей э. д. с.

В машинах постоянного тока при неравенстве э. д. с. в отдельных параллельных ветвях возникающие уравнительные токи будут перегружать щетки и ухудшать работу машин.

Например, при неравенстве э. д. с. Е1 и Е2 в параллельных ветвях обмотки якоря 3 (рис. 100, б) по обмотке и через щетки 1 (А — Г) будет проходить уравнительный ток Iур. Разница между э. д. с. Е1 и E2 составляет 3—5 %, но из-за небольшого сопротивления обмотки якоря этого оказывается достаточно, чтобы по параллельным ветвям проходили довольно значительные уравнительные токи, которые способствуют возникновению искрения под щетками.

Чтобы уравнительные токи замыкались помимо щеток, в петлевых обмотках предусматривают уравнительные соединения, которые соединяют точки обмотки, имеющие теоретически равные потенциалы. Такими точками являются начала и концы проводников обмотки якоря, расположенные один от другого на расстоянии, равном двойному полюсному делению 2т, Идеальным было бы соединить все такие точки обмотки. Однако большое число уравнительных соединений сильно удорожает обмотку, поэтому практически достаточно иметь одно-два уравнительных соединения на каждую группу секций, лежащих в одном пазу якоря.

С производственной точки зрения уравнительные соединения удобно присоединять к коллекторным пластинам 2 (см. рис. 100,б). Обычно они связывают каждую третью — пятую пластины коллектора (рис. 102).

Рис. 102. Схема выполнения уравнительных соединений I, II, III в петле вой обмотке.

Рис. 102. Схема выполнения уравнительных соединений I, II, III в петле вой обмотке.

Площадь поперечного сечения проводов, которыми выполняют уравнительные соединения, в 3—5 раз меньше площади поперечного сечения проводников обмотки якоря. Уравнительные соединения располагают чаще всего под лобовыми частями обмотки якоря рядом с коллектором, в этом случае они находятся вне магнитного поля главных полюсов и в них не индуцируется э. д. с.

Сложные обмотки.

При мощности машины более 1000 кВт применяют сложные многоходовые обмотки якоря, представляющие собой несколько простых петлевых или волновых обмоток, намотанных на общий якорь, смещенных относительно друг друга и присоединенных к одному коллектору. Применение многоходовых обмоток позволяет увеличивать число параллельных ветвей при неизменном числе полюсов, увеличение которых в ряде случаев невозможно. Однако эти обмотки требуют сложных уравнительных соединений.

Одной из разновидностей сложных обмоток является параллельно-последовательная обмотка, применяемая в некоторых тяговых генераторах. Она представляет собой комбинацию простой петлевой 1 (рис. 103, а) и многоходовой волновой 2 обмоток.

Рис. 103. Схема параллельно-последовательной обмотки (а), расположение ее проводников в пазах (б) и форма якорной катушки (в)

Рис. 103. Схема параллельно-последовательной обмотки (а), расположение ее проводников в пазах (б) и форма якорной катушки (в)

Обе обмотки уложены в одни и те же пазы и имеют общие коллекторные пластины. Для равенства э. д. с. параллельных ветвей, образуемых петлевой и волновой обмотками, число параллельных ветвей этих обмоток должно быть одинаково.

Параллельно-последовательную обмотку выполняют в четыре слоя (рис. 103,б), так как в пазы якоря закладывают две двухслойные обмотки. Эта обмотка получила название «лягушачья» из-за формы свой якорной катушки (рис. 103, в). Рассматриваемая обмотка не требует уравнительных соединений, что выгодно отличает ее от других обмоток. Возможность уменьшения напряжения, действующего между соседними коллекторными пластинами, вдвое по сравнению с простыми обмотками является важным преимуществом параллельно-последовательной обмотки.

Источник

Петлевые обмотки якоря

Обмотки якоря машин постоянного тока

Основные понятия. Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уло­женных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.

Элементом обмотки якоря является секция (ка­тушка), присоединенная к двум коллекторным пла­стинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюс­ного деления [см. (7.1)] (рис. 25.1):

Здесь — диаметр сердечника якоря, мм.

Рис. 25.1. Расположение пазовых сторон секции на сердечнике якоря

Обмотки якоря обычно выполняют двухслой­ными. Они характеризуются следующими парамет­рами: числом секций S; числом пазов (реальных) Z; числом секций, приходящихся на один паз, ; числом витков секции ; числом пазовых сторон в обмотке N; числом пазовых сторон в одном пазу . Верхняя пазовая сторона одной секции и нижняя пазовая сторона другой секции, лежащие в одном пазу, образуют элементарный паз. Число элементарных пазов в реальном пазе опре­деляется числом секций, приходящихся на один паз: (рис. 25.2).

Читайте также:  Носители тока в собственных проводниках

Рис. 25.2. Элементарные пазы

Схемы обмоток якоря делают развернутыми, при этом все секции показывают одновитковыми. В этом случае каждой секции, содержащей две пазовые стороны, соответствует один элементарный паз. Концы секций присоединяют к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоеди­няют начало одной секции и конец другой, т. е. на каждую секцию приходится одна коллекторная пла­стина. Таким образом, для обмотки якоря справед­ливо , где — число элементарных пазов; К — число коллекторных пластин в коллекторе. Число секций, приходящихся на один реальный паз, определяется отношением .

Простая петлевая обмотка якоря. В простой петлевой об­мотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике яко­ря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывает­ся присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается.

На рис. 25.3, а, б изобра­жены части развернутой схемы простой петлевой обмотки, на которых показаны шаги об­мотки — расстояния между пазовыми сторонами секций по якорю: первый частичный шаг по якорю , второй частич­ный шаг по якорю и резуль­тирующий шаг по якорю .

Если укладка секций об­мотки ведется слева направо по якорю, то обмотка называ­ется правоходовой (рис. 25.3, а), а если укладка секций ведется справа налево, то обмотка называется левоходовой (рис. 25.3, ).Для правоходовой обмотки результирующий шаг

Рис. 25.3. Простая петлевая обмотка:

а — правоходовая; б — левоходовая; в — развернутая схема

Расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым присоединены начало и конец одной секции, называют шагом обмотки по коллектору ук. Шаги обмотки по якорю выражают в элементарных пазах, а шаг по коллектору — в коллекторных делениях (пластинах).

Начало и конец каждой секции в простой петлевой обмотке присоединены к рядом лежащим коллекторным пластинам, следо­вательно, , где знак плюс соответствует правоходовой обмотке, а знак минус — левоходовой.

Для определения всех шагов простой петлевой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг по якорю:

где — некоторая величина, меньшая единицы, вычитая или сум­мируя которую получают значение шага , равное целому числу.

Второй частичный шаг обмотки по якорю

Пример 25.1. Рассчитать шаги и выполнить развернутую схему простой петлевой обмотки якоря для четырехполюсной машины (2 = 4) постоянного тока. Обмотка правоходовая, содержит 12 секций.

Решение. Первый частичный шаг по якорю по (25.3)

Второй частичный шаг по якорю по (25.4)

Прежде чем приступить к выполнению схемы обмотки, необ­ходимо отметить и пронумеровать все пазы и секции, нанести на предполагаемую схему контуры магнитных полюсов и указать их полярность (25.3, в). При этом нужно иметь в виду, что отмечен­ный на схеме контур является не полюсом, а зеркальным отобра­жением полюса, находящегося над якорем. Затем изображают коллекторные пластины и наносят на схему первую секцию, пазо­вые части которой располагают в пазах 1 и 4. Коллекторные пла­стины, к которым присоединены начало и конец этой секции, обо­значают 1 и 2. Затем нумеруют все остальные пластины и наносят на схему остальные секции (2, 3, 4 и т. д.). Последняя секция 12 должна замкнуть обмотку, что будет свидетельствовать о пра­вильном выполнении схемы.

Далее на схеме изображают щетки. Расстояние между щетка­ми А и В должно быть равно К/(2 ) = 12/4 = 3, т. е. должно соот­ветствовать полюсному делению. Что же касается расположения щеток на коллекторе, то при этом следует руководствоваться сле­дующим. Предположим, что электрический контакт обмотки яко­ря с внешней цепью осуществляется не через коллектор, а непо­средственно через пазовые части обмотки, на которые наложены «условные» щетки (рис. 25.4, а). В этом случае наибольшая ЭДС машины соответствует положению «условных» щеток на геомет­рической нейтрали (см. § 25.4). Но так как коллекторные пластины смещены относительно пазовых сторон соединенных с ними сек­ций на 0,5 (рис. 25.4, б), то, переходя к реальным щеткам, их сле­дует расположить на коллекторе по оси главных полюсов, как это показано на рис. 25.3, в.

Рис. 25.4. Расположение условных ( ) и реальных (б) щеток

При определении полярности щеток предполагают, что маши­на работает в генераторном режиме и ее якорь вращается в направлении стрелки (см. рис. 25.3, в). Воспользовавшись прави­лом «правой руки», находят направление ЭДС (тока), наведен­ной в секциях. В итоге получаем, что щетки и , от которых ток отводится во внешнюю цепь, являются положительными, а щетки и B2 — отрицательными. Щетки одинаковой полярно­сти присоединяют параллельно к выводам соответствующей полярности.

Параллельные ветви обмотки якоря. Если проследить за прохождением тока в секциях обмотки якоря (см. рис. 25.3, в), то можно заметить, что обмотка состоит из четырех участков, соеди­ненных параллельно друг другу и называемых параллельными ветвями. Каждая параллельная ветвь содержит несколько после­довательно соединенных секций с одинаковым направлением тока в них. Распределение секций в параллельных ветвях показано на электрической схеме обмотки (рис. 25.5). Эту схему получают из развернутой схемы обмотки (см. рис. 25.3, ) следующим образом. На листе бумаги изображают щетки и имеющие с ними контакт коллекторные пластины, как это показано на рис. 25.5. Затем со­вершают обход секций обмотки начиная с секции 1, которая ока­зывается замкнутой накоротко щеткой . Далее идут секции 2 и 3, которые образуют параллельную ветвь. Таким же образом обходят все остальные секции. В результате получаем схему с четырьмя параллельными ветвями, по две секции в каждой ветви.

Рис. 25.5. Электрическая схема обмотки рис. 25.3, в.

Из полученной схемы следует, что ЭДС обмотки якоря определяется значением ЭДС одной параллельной ветви, тогда как значение тока обмотки определяется суммой токов всех ветвей обмотки:

где 2 — число параллельных ветвей обмотки якоря; — ток одной параллельной ветви.

В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу главных полюсов машины: 2 = 2 .

Нетрудно заметить, что число параллельных ветвей в обмотке якоря определяет значение основных параметров машины — тока и напряжения.

Пример 25.2. Шестиполюсная машина постоянного тока имеет на якоре простую петлевую обмотку из 36 секций. Определить ЭДС и силу тока в обмотке якоря машины, если в каждой секции наводится ЭДС 10 В, а сечение провода секции рассчитано на ток не более 15 А.

Решение. Число параллельных ветвей в обмотке 2 = 2 = 6, при этом в каждой параллельной ветви = 36/6 = 6 секций. Следовательно, ЭДС обмотки якоря = 6∙10 = 60 В, а допустимый ток машины = 6∙15 = 90 А.

Если бы машина при прочих неизменных условиях имела восемь полюсов, то ее ЭДС уменьшилась бы до 40 В, а ток увеличился бы до 120 А.

Сложная петле­вая обмотка. При не­обходимости полу­чить петлевую обмот­ку сбольшим числом параллельных ветвей, как это требуется, на­пример, низковольт­ных машинах посто­янного тока, приме­няют сложную петле­вую обмотку. Такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединен­ных к одному коллектору. Число параллельных ветвей в сложной петлевой обмотке 2 = 2 , где т — число простых петлевых обмо­ток, из которых составлена сложная обмотка (обычно т = 2). Ширина щеток при сложной петлевой обмотке принимается такой, чтобы ка­ждая щетка одновременно перекрывала т коллекторных пластин, т. е. столько пластин, сколько простых обмоток в сложной. При этом про­стые обмотки оказываются присоединенными параллельно друг дру­гу. На рис. 25.6 показана развернутая схема сложной петлевой обмот­ки, состоящей из двух простых = 2): 2 = 4; = 16. Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору слож­ной петлевой обмотки принимают равным у = ук = т. Первый частич­ный шаг по якорю определяют по (25.3).

Пример 25.3. Четырехполюсная машина имеет сложную петлевую обмотку якоря из 16 секций. Выполнить развернутую схему этой обмотки, приняв т — 2. Решение. Шаги обмотки: = =16/4 = 4 паза; у = = 2 паза; = — у = 4-2 = 2 паза.

Сначала располагаем все секции одной из простых обмоток (секции с нечетными номерами: 1, 3, 5 и т. д.), а концы этих сек­ций присоединением к нечетным пластинам коллектора (рис. 25.6). Затем располагаем на якоре секции другой петлевой обмот­ки с номерами 2, 4, 6 и т. д. Изображаем на схеме щетки шириной в два коллекторных деления. Число параллельных ветвей обмотки 2 = 2 = 4-2 = 8.

Рис. 25.6. Развернутая схема сложной петлевой обмотки

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник