Схема обмоток якорей электрических машин – Глава 25 Обмотки якоря машин постоянного тока

Глава 25 Обмотки якоря машин постоянного тока

§ 25.1. Петлевые обмотки якоря

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):

. (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 вобмотке 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).

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

. (25.2)

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 у_к. 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:

, (25.3)

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

Второй частичный шаг обмотки по якорю

(25-4)

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)

3 паза.

Второй частичный шаг по якорю по (25.4)

=2 паза.

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 опред

еляется значением ЭДС одной параллельной ветви, тогда как значение тока обмотки определяется суммой токов всех ветвей обмотки:

, (25.5)

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, ЭДСобмотки 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 с большим 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 (т = 2): 2 = 4; = 16.Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору слож­ной петлевой обмотки принимают равным у = у_к = 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

studfiles.net

Обмотки якоря | Электрикам

Элементом обмотки якоря является секция, которая своими концами присоединена к двум пластинам коллектора. Секции могут быть одновитковыми и многовитковыми. Пазовые стороны секций расположены в пазах сердечника якоря. Расстояние между пазовыми сторонами секции приблизитеьно равно полюсному делению.

где D_a — диаметр сердечника якоря.

Обычно обмотки якоря выполняют двухслойными. В зависимости от порядка присоединения секций к пластинам коллектора обмотки разделяют на волновые и петлевые, простые, сложные и комбинированные.

Простая волновая обмотка

В простой волновой обмотке концы каждой секции присоединены к пластинам коллектора, находящимся на расстоянии, называемом шагом обмотки по коллектору,

где К — число коллекторных пластин в коллекторе.

На рис. 13.5 показана схема простой волновой обмотки якоря. Секции обмотки образуют две параллельные ветви (2а = 2). Число параллельных ветвей в обмотке и число секций в каждой ветви определяют ток I_а и ЭДС Е_а обмотки якоря:

где S — количество секций в обмотке якоря; е_с — ЭДС одной секции; I_с — допустимое значение тока в секции.

Сложная волновая обмотка

Применяется в машинах постоянного тока, рассчитанных на большие токи. Сложная волновая обмотка состоит из двух простых волновых обмоток, соединяемых щетками параллельно (рис. 13.6). Такая обмотка содержит четыре параллельные ветви, следовательно, ток в ней может быть увеличен в два раза, а ЭДС при этом остается прежней.

Простая петлевая обмотка

В машинах постоянного тока низкого напряжения (значительного тока) необходима обмотка якоря с большим числом параллельных ветвей. Таким свойством обладают петлевые обмотки. В простой петлевой обмотке якоря (рис. 13.7) каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам, а число параллельных ветвей равно числу полюсов, т.е. 2а = 2р.

Сложная петлевая обмотка

При необходимости получить еще большее число параллельных ветвей применяют сложную петлевую обмотку якоря (рис. 13.8). Такая обмотка содержит две простые петлевые обмотки (m = 2), поэтому у нее число параллельных ветвей удвоено, т.е. 2а =  2 * 2р = 4р. Такие обмотки необходимы в машинах значительной мощности при низком напряжении сети: 12; 24; 48 В.

Для того чтобы распределение токов в параллельных ветвях обмотки якоря было одинаковым, необходимо, чтобы электрическое сопротивление этих ветвей не отличалось друг от друга и чтобы ЭДС, наводимые в секциях, составляющих каждую параллельную ветвь, были одинаковыми. При несоблюдении этих условий между параллельными ветвями появляются уравнительные токи, нарушающие работу щеточно-коллекторного контакта.

Исключение составляет простая волновая обмотка, секции которой равномерно распределены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная не симметрия машины не вызывает появления в этой обмотке уравнительных токов. Что же касается простой петлевой и всех видов сложных обмоток якоря, то в них всегда имеются причины к появлению уравнительных токов. Это приводит к необходимости применения в указанных обмотках так называемых уравнительных соединений, по которым замыкаются уравнительные токи, разгружая щеточно-коллекторный контакт от перегрузки. Уравнительные соединения усложняют изготовление обмотки якоря и ведут к дополнительному расходу обмоточной меди.

Комбинированная обмотка

 В электрических машинах со значи­тельным током в обмотке якоря простые волновые обмотки неприменимы, так как в этих обмотках число параллельных ветвей не может быть более двух. Чтобы увеличить число параллельных ветвей и избежать нежелательного применения уравнительных соединений в машинах с большой токовой нагрузкой, используют комбинированную обмотку. Такая обмотка состоит из секций волновой и петлевой обмоток, а число параллельных ветвей в ней равно сумме параллельных ветвей петлевой и волновой обмоток. Необходимо, чтобы число параллельных ветвей волновой обмотки было равно числу ветвей петлевой обмотки. Поэтому в четырехполюсной машине комбинированную обмотку выполняют из простой петлевой (2а = 2р = 4) и сложной волновой (m = 2) обмоток. В этом случае число параллельных ветвей комбинированной обмотки равно 2а_комб = 4 + 4 = 8. В такой обмотке ветви одной из составляющих обмоток служат уравнительными соединениями для другой. В итоге комбинированная обмотка с таким числом параллельных ветвей оказывается проще сложной петлевой обмотки.

electrikam.com

Глава 25

Обмотки якоря машин постоянного тока

§ 25.1. Петлевые обмотки якоря

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):

. (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 вобмотке 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).

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

. (25.2)

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 у_к. 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:

, (25.3)

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

Второй частичный шаг обмотки по якорю

(25-4)

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)

3 паза.

Второй частичный шаг по якорю по (25.4)

=2 паза.

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:

, (25.5)

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, ЭДСобмотки 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 с большим 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 (т = 2): 2 = 4; = 16.Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору слож­ной петлевой обмотки принимают равным у = у_к = 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

studfiles.net

Обмотки якорей машин постоянного тока

Кременчугский техникум железнодорожного транспорта

РЕФЕРАТ

На тему: Обмотки якорей машин постоянного тока

Выполнил: студент

Камельчук А.С.

Проверил: преподаватель

Чагавец В.Ф.

Основные понятия.

Изученные нами вопросы принципа действия и устройства коллекторных машин постоянного тока дают возможность установить, что для работы машины необходимо наличие в ней двух обмоток: обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая служит для создания в машине магнитного поля, т. е. для возбуждения, а посредством второй происходит преобразование энергии. Исключение составляют магнитоэлектрические машины постоянного тока, в которых имеется лишь одна (якорная) обмотка, так как магнитное поле (возбуждение) в этих машинах создается постоянными магнитами.

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, которая содержит один или несколько витков и присоединяется к двум коллекторным пластинам. Секция состоит из активных сторон, заложенных в пазы сердечника якоря, и лобовых частей, соединяющих эти стороны. При вращении якоря в каждой из активных сторон индуктируется э. д. с. В лобовых же частях секции э. д. с. не индуктируется.

Часть поверхности якоря, приходящаяся на один полюс, называется полюсным делением и выражается следующей формулой:

где t — полюсное деление;

D – диаметр якоря;

2p – число главных полюсов в машине.

Полюсное деление

Расположение активных сторон на сердечнике якоря

Чтобы э. д. с., индуктируемые в активных сторонах секций, складывались, т. е. действовали согласно, секцию следует расположить в пазах сердечника якоря так, чтобы ширина секции была равна или незначительно отличалась от полюсного деления.

Элементарные пазы: а) один элементарный паз; б) два элементарных паза; в) три элементарных паза

Изображение секции на развернутой схеме

Секции укладываются в пазах сердечника якоря в два слоя. При этом если одна из активных сторон секции находится в нижней части одного паза, то ее другая сторона находится в верхней части другого паза. Верхняя сторона одной секции и нижняя сторона другой, уложенные в одном пазу, образуют элементарный паз (Z₃ ). В реальном пазу может быть и более двух активных сторон, например четыре, шесть, восемь и т. д. В этом случае реальный паз состоит из нескольких элементарных пазов.

Так как секция имеет две активные стороны, то каждой секции соответствует один элементарный паз. Концы секции присоединяются к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоединяется начало одной секции и конец другой, т. е. на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина. Таким образом, для якорной обмотки можно записать следующее равенство:

где S – число секций в обмотке якоря;

Z_э – число элементарных пазов;

К – число коллекторных пластин.

Для более удобного и наглядного изображения схем якорных обмоток цилиндрическую поверхность якоря вместе с обмоткой условно развертывают на плоскости и все соединения проводников изображают прямыми линиями на плоскости чертежа. Выполненная в таком виде схема обмотки называется развернутой.

В зависимости от формы секций и от способа присоединения их к коллектору различают следующие типы якорных обмоток: простая петлевая, сложная петлевая, простая волновая, сложная волновал и комбинированная.

Простая петлевая обмотка

В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоеди­нена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. На рис. изображена одновитковая, и двухвитковая секция петлевой обмотки. При укладке секций на сердечник якоря начало каждой последующей секции соединяют с концом предыдущей секции, постепенно перемещаясь при этом по по­верхности якоря (и коллектора) так, что за один обход уклады­вают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывается соединенным с началом первой, т. с. обмотка замы­кается.

Одновитковая секция простой петлевой обмотки

Двухвитковая секция простой петлевой обмотки

На рис. изображена часть простой петлевой обмотки, на которой показаны шаги обмотки — расстояние между активны­ми сторонами секций по якорю. Кратчайшее расстояние между активными сторонами одной секции на поверхности якоря назы­вают первым частичным шагом обмотки по якорю и обозначают через y₁ . Это расстояние измеряется в элементарных пазах и, как было указано ранее, должно быть равным пли незначительно отличаться от полюсного деления.

Расстояние между активной стороной нижнего слоя первой секции и активной стороной верхнего слоя второй секции называют вторым частичным шагом обмотки по якорю, обозначают через y₂ и измеряют в элементарных пазах.

Знание шагов обмотки y₁ и y₂ дает возможность определить результирующий шаг обмотки по якорю у, который представляет собой расстояние между расположенными в одном слое актив­ными сторонами двух следующих друг за другом секций.

Из рис. следует, что

у= y₁ — y₂

Шаги петлевой обмотки:

а) – правоходовая обмотка: б) левоходовая обмотка

Укладывая секции обмотки, мы как бы перемещаемся не только по сердечнику якоря, но и по коллектору. Расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым присоединены начало и конец одной секции, называется шагом обмотки по коллектору и обозначается через у_к .

Шаги обмотки по якорю измеряются элементарными пазами, а шаг по коллектору — коллекторными делениями (пластинами). Обмотка, часть которой показана на рис. называется правоходовой, так как укладка секций этой обмотки происходит слева на право но якорю, в отличие ог левоходовой, в которой укладка секций обмотки по якорю идет справа налево. Как следует из определения, начало н конец каждой секции простой петлевой обмотки присоединяется к рядом лежащим коллекторным пластинам, следовательно,

y = y_к = ± 1.

В этом выражении знак «плюс» соответствует правоходовой обмотке, а знак «минус» — левоходовой.

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

,

где ε – велечина, меньшая единицы, вычитая или суммируя ко­торую можно получить шаг у₁ , выраженный целым числом.

y2 = y₁ ± y = y₁ ± 1

Прежде чем приступить к выполнению схемы, необходимо отметить следующее:

1. Все пазы сердечника якоря н секции обмотки нумеруют­ся. При этом номер секции определяется номером паза, в верх­ней части которого находится одна из ее активных сторон.

2. Активные стороны верхнего слоя изображают на схеме сплошными линиями, а стороны нижнего слоя — пунктирными так, что одна половина секции, относящаяся к верхнему слою,

показывается на схеме сплошной линией, а другая, относящаяся к нижнему слою, — пунктирной.

Для удобства вычерчивания схемы следует предварительно составить таблицу соединений. В этой таблице (табл. 2.1) гори­зонтальные линии изображают секции, а наклонные указыва­ют на порядок соединения секции со стороны коллекто­ра. При правильно вычислен­ных шагах таблица включает в себя все активные стороны верхнего и нижнего слоев об­мотки .

Развернутую схему обмот­ки (рис. 2.8) строят в следу­ющей последовательности. На листе бумаги размечают пазы, и наносят контуры полюсов. При этом следует учесть, что изображенный на схеме полюс представляет собой как бы зер­кальное отражение полюса, находящегося над якорем. При выполнении схемы обмотки ширину полюса следует при­нять равной приблизительно 0,8 т. Полярность полюсов че­редуется: N—S—N—S. Затем изображают коллекторные пла­стины и наносят на схему пер­вую секцию, активные стороны которой расположатся в пазах 1 и 4. Коллекторные пластины, к которым присоединены концы первой секции, обозначают цифрами 1 и 2. Затем нумеруют остальные коллекторные пла­стины и последовательно наносят на схему другие секции (2, 3 и т. д.). Последняя секция (12) должна замкнуть обмотку, что будет свидетельствовать о правильно выполненной схеме.

Далее на схеме изображают щетки. Расстояние между щет­ками А и В должно соответствовать полюсному делению, т. е. должно соответствовать полюсному делению, т. е. должно составлять

коллекторных делений. В нашем примере это расстояние равно коллекторным делениям. Что же касается расположения щеток на коллекторе, то при этом следует руководствоваться следующим. Предположим, что электрический контакт якорной обмотки с внешней цепью осуществлялся не через коллектор и щетки, а при помощи так называемых условных щеток, расположенных на поверхности якоря. В этом случае наибольшее значение э. д. с. машины соответствует положению условных щеток на геометрической нейтрали. Но так как коллекторные пластины, к ко­торым присоединены секции, смещены относительно активных сторон этих секций приблизительно на 1/2τ, топере­ходя от условных щеток к реальным, следует расположить их на коллекторе по оси главных полюсов машины.

mirznanii.com

Виды обмоток якоря электрических машин постоянного тока

Описание слайда:

В сложноволновой обмотке соединения коллекторных пластин, принадлежат разным простым волновым обмоткам. Если переходные сопротивления между щетками и коллекторными пластинами, принадлежащим разным обмоткам, не равны, то и токи в отдельных волновых обмотках также не равны. Неравномерное распределение тока повлечет за собой падение напряжения в обмотках, вследствие чего напряжение между соседними коллекторными пластинами может сильно увеличиться. Для устранения этого недостатка соединяют уравнительными проводами такие точки простых волновых обмоток, которые теоретически должны иметь одинаковые потенциалы. В сложноволновой обмотке соединения коллекторных пластин, принадлежат разным простым волновым обмоткам. Если переходные сопротивления между щетками и коллекторными пластинами, принадлежащим разным обмоткам, не равны, то и токи в отдельных волновых обмотках также не равны. Неравномерное распределение тока повлечет за собой падение напряжения в обмотках, вследствие чего напряжение между соседними коллекторными пластинами может сильно увеличиться. Для устранения этого недостатка соединяют уравнительными проводами такие точки простых волновых обмоток, которые теоретически должны иметь одинаковые потенциалы. Уравнительные соединения, выравнивающие несимметрию распределения напряжения по коллектору, называют уравнителями второго рода. Таким образом уравнители первого рода выравнивают несимметрию магнитной системы машины, а уравнители второго рода – несимметрию распределения напряжения по коллектору. Уравнительные соединения применяют не только в сложноволновых, но и в сложнопетлевых обмотках. В комбинированных обмотках волновая обмотка выполняет функции уравнительных соединений первого рода для петлевой обмотки, а петлевая обмотка выполняет функции уравнительных соединений второго рода для волновой обмотки. Иногда в машинах с тяжелыми условиями коммутации в двухходовых петлевых обмотках применяют также уравнители третьего рода. Их задача сводится к тому, чтобы при вращении коллектора щетка замыкала накоротко не сразу всю секцию, а сначала одну её половину и затем другую.

myslide.ru

Обмотки якоря машин постоянного тока

⇐ ПредыдущаяСтр 67 из 85Следующая ⇒

Петлевые обмотки якоря

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):

. (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).

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

. (25.2)

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 у_к. 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:

, (25.3)

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

Второй частичный шаг обмотки по якорю

(25-4)

 

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)

3 паза.

Второй частичный шаг по якорю по (25.4)

=2паза.

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:

, (25.5)

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 (т = 2): 2 = 4; = 16. Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору слож­ной петлевой обмотки принимают равным у = у_к = 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

Волновые обмотки якоря

Простая волновая обмотка. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов (рис. 25.7). Концы секций простой волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, уда­ленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору у_к =у. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколь­ко пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по об­ходу секции присоединяют к пластине, расположенной радом с исходной.

Простую волновую обмотку называют левоходовой, если ко­нец последней по обходу секций присоединяется к пластине, на­ходящейся слева от исходной (рис. 25.7, а). Если же эта пластина находится справа от исходной, то обмотку называют правоходовой (рис. 25.7, б). Секции волновой обмотки могут быть одновитковыми и многовитковыми. Шаг простой волновой обмотки по кол­лектору

(25.6)

Знак минус соответствует левоходовой обмотке, а знак плюс — правоходовой. Правоходовая обмотка не получила практического применения, так как ее выполнение связано с дополнительным расходом меди на перекрещивание лобовых частей.

Первый частичный шаг обмотки определяют по (25.3), а вто­рой частичный шаг .

Пример 25.4. Четырехполюсная машина постоянного тока имеет простую волновую обмотку якоря из 13 секций. Построить развернутую схему и схему параллельных ветвей этой обмотки.

Решение. Шаги обмотки: пазов; паза; паза.

При первом обходе по якорю укладываем секции 1 и 7 (рис. 25.7, в). При втором обходе укладываем секции 13 и 6 и т. д., пока не будут уложены все 13 секций и обмотка не окажется замкнутой. Секции 3, 6 и 9 в рассматриваемый момент времени замкнуты на коротко через щетки одинаковой полярности и провода, соеди­няющие их.

Рис. 25.7. Простая волновая обмотка: а — правоходовая, б — левоходовая; в — развернутая схема

Рис. 25.8. Электрическая схема обмотки рис. 25.7, в

Затем определяем полярность щеток. Далее выполня­ем электрическую схему (схему параллельных ветвей), из которой видно (рис. 25.8), что обмотка состоит из двух параллельных вет­вей (2 = 2). Это является характерным для простых волновых об­моток, у которых число параллельных ветвей не зависит от числа полюсов и всегда равно двум.

Из рассмотренных схем видно, что секции, входящие в одну параллельную ветвь, равномерно распределены под всеми полю­сами машины. Следует также отметить, что в простой волновой обмотке можно было бы обойтись двумя щетками, например щет­ками и . Но в этом случае нарушилась бы симметрия обмотки, и число секций в параллельных ветвях стало бы неодинаковым: в одной ветви семь секций, а в другой — шесть. Поэтому в ма­шинах с простыми волновыми обмотками устанавливают пол­ный комплект щеток, столько же, сколько главных полюсов, тем более что это позволяет уменьшить значение тока, прихо­дящегося на каждую щетку, а следовательно, уменьшить раз­меры коллектора.

Сложная волновая обмотка (рис. 25.9). Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, образуют сложную волновую обмотку.

 

Рис. 25.9. Развернутая схема сложной волновой обмотки

Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2 = 2 (обычно 2 = 4), где т — чис­ло простых обмоток в сложной (обычно т = 2). Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток. Шаг по коллектору, а следовательно, и результирующий шаг по якорю

. (25.7)

Первый частичный шаг по якорю определяют по (25.3).

 

Пример 25.5. Сложная волновая обмотка с = 2 состоит из 18 секций.

Выполнить развернутую схему этой обмотки, если 2 = 4.

Решение. Шаги обмотки: паза, пазов; паза.

Порядок выполнения схемы обмотки такой же, как и при сложной петлевой обмотке: сначала укладывают в пазы якоря одну простую обмотку, состоящую из нечетных секций, а затем другую, состоящую из четных секций (рис. 25.9) Число параллельных ветвей в обмотке 2 = 4.

 

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Якорные обмотки электрических машин постоянного тока

 

Задание

При выполнении настоящей части расчетно-графического задания следует соблюдать следующую очередность работы:

выбрать исходные данные, определяющие обмотку якоря согласно варианту в табл.П.4;

выбрать тип обмотки:

произвести расчет шагов обмотки:

вычертить развернутую схему обмотки.

Теоретические пояснения

Обмотка якоря является важнейшим элементом машины и должна удовлетворять следующим требованиям:

обмотка должна быть рассчитана на заданные величины напряжения и тока нагрузки, соответствующие номинальной мощности;

обмотка должна иметь необходимую электрическую, механическую и термическую точность, обеспечивающую срок службы машины 15…20 лет;

конструкция обмотки должна обеспечивать удовлетворительные условия токосъема с коллектора, при которых не наблюдается разрушающего влияния искрения на пластины коллектора;

расход материала при заданных эксплуатационных показателях должен быть минимальным;

технология изготовления обмотки должна быть по возможности простой, что обуславливает снижение себестоимости всей машины.

В современных машинах наибольшее распространение получили якори с сердечниками из ферромагнитного материала, имеющими пазы на внешней поверхности. Обмотки, укладываемые в эти пазы, подразделяются на петлевые и волновые. В некоторых случаях оправдано исполнение обмотки якоря в виде сочетания обеих названных обмоток.

Основным элементом каждой обмотки является секция, которая состоит из одного или большего числа последовательно соединенных витков, присоединенных своими выводами к коллекторным пластинам. На схемах обмоток всегда принято секции обмоток изображать одинаковыми. Преимущественно распространение получили двухслойные обмотки, для которых характерно расположение одной из сторон секций в нижней части паза, а другой – в верхней.

В простейшем случае в пазу уложены две секционные стороны, и такой паз называется элементарным. При этом число пазов Z, число секций S и число коллекторных пластин K равны между собой.

Требование уменьшения пульсаций выпрямленных токов и напряжения, а также ограничения верхнего уровня напряжения между соседними коллекторными пластинами приводят к необходимости проектирования якорей в машинах постоянного тока с относительно большим числом коллекторных пластин. Вместе с тем изготовление якорей с большим числом пазов нельзя считать оправданным, так как при этом пазы получаются узкими, что приводит к уменьшению коэффициентов заполнения их обмоточным проводом. В итоге получается проигрыш в мощности. Кроме того, увеличения числа зубцов сопровождается удорожанием штамповочных работ и вызывает снижение механической прочности зубцового слоя якоря.

По изложенным соображениям обычно в каждом слое паза располагают рядом несколько (U_п=2,3,4,5,…) секционных сторон. При этом K=S=U_пZ. В данном случае в каждом реальном пазу имеется элементарных пазов, так что в каждом слое элементарного паза лежит одна секционная сторона. Очевидно, что общее число элементарных пазов Z_э=U_пZ.

При U_п>1 чаще всего секции имеют равную ширину, а иногда часть секций имеет меньшую, а часть большую ширину.

В первом случае обмотка называется равносекционной, а во втором – ступенчатой. Последняя обмотка менее технологична, ее применение оправдано в машинах с P_н> 500 кВт.

Для обеспечения наилучших условий работы машины необходимо, чтобы ЭДС всех параллельных ветвей обмотки и их сопротивления были равны между собой. В этом случае токи ветвей i_aтакже будут равны между собой и определяются соотношением

, (31)

где I_a – ток якоря; а— число пар параллельных ветвей якорной обмотки.

Чтобы обмотка была симметричной, на каждую пару параллельных ветвей должно приходиться целое число (Ц.Ч.) секций и коллекторных пластин:

(32)

Для симметричного расположения параллельных ветвей в магнитном поле необходимо, чтобы

Z/a=Ц.Ч. и 2p/a= Ц.Ч. (33)

Соотношения (31) – (33) являются необходимыми условиями симметрии якорных обмоток и их соблюдение при проектировании обязательно.

В некоторых частных случаях возможно мотивированное отступление от перечисляемых условий симметрии, если при этом не происходит заметного ухудшения работы проектируемой машины.

Для характеристики обмотки якоря используют понятия шагов этой обмотки, которые обычно рассчитаны в числе элементарных пазов. Первый частичный шаг y₁определяет расстояние по поверхности якоря между начальной и конечной активными сторонами секции. Второй частичный шаг характеризует расстояние между конечной активной стороной данной секции и начальной активной стороной секции, следующей за ней по схеме якорной обмотки. Направление движения по якорю и коллектору слева направо принято считать положительным.

Расчет обмотки якоря

Исходная информация, определяющая обмотку якоря, изложена в табл.П.4 и содержит следующие сведения:

число полюсов машины 2p;

число параллельных ветвей обмотки 2а;

число пазов якоря Z;

число коллекторных пластин K.

После предварительного расчета первого частичного шага в элементарных пазовых делениях необходимо выполнить определение этого шага и в реальных пазовых делениях. В этом случае, когда первый частичный шаг в реальных пазовых делениях не оказывается целым числом, следует выполнить округление до ближайшего целого числа и затем произвести соответствующую корректировку рассчитанного шага обмотки в элементарных пазовых делениях. При таком подходе исключаются более сложные и дорогие неравносекционные обмотки.

В зависимости от типа якорной обмотки машин постоянного тока в обоснованных случаях используются уравнительные соединения /4,5/. Необходимость в таких соединениях диктуется наличием так называемых уравнительных токов. Уравнительные соединения, или уравнители, служат для того, чтобы разгрузить щетки от уравнительных токов и дать этим токам возможность замыкаться внутри самой обмотки. Уравнители соединяют внутри обмотки точки, которые имеют теоретически равные потенциалы.

На основании анализа выбранной схемы обмотки якоря необходимо определить максимально возможное число уравнительных соединений и несколько из них показать на схеме.

Развернутая схема обмотки якоря является иллюстрацией к текстовой части РПЗ. Поэтому при их выполнении следует полностью придерживаться норм оформления, изложенных выше в разделе “Общие методические указания”.

На развернутой схеме обмотки якоря в подрисуночном тексте должны быть указаны, в том числе, тип обмотки, число полюсов, число параллельных ветвей, число пазов (зубцов), число элементарных пазов в реальном пазу, первый и второй частичный шаги в элементарных пазовых делениях, результирующий шаг, шаг по коллектору.

Непосредственно на развернутой схеме должны быть обозначены полярность щеток, границы полюсных делений, полярность полюсов, контуры полюсных наконечников при коэффициенте полюсного перекрытия α_δ=0,7, направление вращения якоря (при этом надо учитывать, что изображаемые на схеме обмотки полюсы находятся перед плоскостью чертежа), направление ЭДС во всех сторонах секций обмотки. При произвольно выбранных полярности полюсов машины и направлении вращения якоря для определения направления ЭДС в сторонах секций и, следовательно, для оценки полярности щеток следует использовать образцы однотипных схем в учебных пособиях и учебниках /1,2,4,5/.

Развернутая схема должна содержать две выделенные цветом либо толщиной линии и следующие друг за другом по схеме обмотки демонстрационные секции. Расстояние между соседними пазами на схеме должно выдерживаться в пределах (10…25) мм. Линия разреза поверхности якоря должна совпадать с осью симметрии (серединой) одного из его зубцов.

 

ТРАНСФОРМАТОРЫ

Теоретические пояснения

Перед изучением трансформаторов повторите из курса “Теоретические основы электротехники” раздел “Цепи переменного тока с ферромагнитными элементами”. Уясните отличия цепей постоянного тока с ферромагнитными элементами от таких же цепей переменного тока. Повторите закон Ома для магнитной цепи. Объясните физическую сущность функциональной связи между потоком и намагничивающим током в цепи переменного тока по сравнению с цепью постоянного тока. Уясните физический смысл индуктивного сопротивления.

В основу построения теории трансформатора положен принцип постоянства рабочего потока, поскольку он создает основную противо-ЭДС, уравновешивающий приложенное напряжение (ЭДС рассеяния малы). На основе этого выводится важнейшее уравнение МДС трансформатора.

Сложные электромагнитные связи между первичной и вторичной обмотками трансформатора заменяются электрической схемой замещения. Обратите внимание, что это стало возможным только после замены реального трансформатора приведенным.

С помощью схемы замещения и упрощенной векторной диаграммы легко проанализировать процессы в трансформаторе, его свойства и характеристики, их зависимость от характера нагрузки и т.д.

Следует обратить внимание на физический смысл такого параметра, как “напряжение короткого замыкания”, найти это напряжение на векторной диаграмме и в схеме замещения. Надо понимать, почему параметр “напряжение короткого замыкания” определяет рабочие характеристики, экономичность, возможность включения на параллельную работу и величину токов при аварийных коротких замыканиях. Необходимо добиться четкого понимания причин несинусоидальности тока холостого хода однофазного трансформатора, а также причин появления третьей гармоники в кривой потока в трехфазных трансформаторах на холостом ходу, причем в последних при разных группах соединений.

Изучая группы соединений трехфазных трансформаторов, полезно понять и запомнить, как изменяется группа соединений (т.е. на сколько электрических градусов сдвигается по фазе ЭДС) при определенном изменении маркировки зажимов обмоток трансформатора.

Параллельная работа трансформаторов возможна при выполнении определенных условий. Изучая эту тему, попытайтесь оценить допустимую величину отклонения от требуемых условий при включении трансформатора параллельно с другими.

Ток включения трансформатора на холостом ходу может достигать больших значений, при которых защита отключает трансформатор от сети. Ток внезапного короткого замыкания может разрушить трансформатор. Поэтому, изучая переходные процессы, необходимо сразу же находить и теоретически обосновывать способы ликвидации вредного влияния переходных токов (при конструировании трансформатора и его эксплуатации).

 



infopedia.su