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 Da — 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 Iа и ЭДС Еа обмотки якоря:
где S — количество секций в обмотке якоря; ес — ЭДС одной секции; Iс — 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
Устройство обмотки якоря — Знаешь как
Обмотка машины постоянного тока состоит из одинаковых частей, называемых секциями. На рис. 8-8 представлена одна секция, состоящая из одного витка (ɯ = 1), вторая — из двух витков (ɯ = 2), Число витков в секции может быть и большим. Начало и конец каждой секции припаиваются к петушкам двух коллекторных пластин, находящихся рядом или на некотором расстоянии друг от друга. Так как конец каждой секции и начало следующей за ней секции припаиваются к одной коллекторной пластине, то образуется замкнутая обмотка.
Боковые части секции (рис 8-8) лежат в пазах. При вращении в них наводится э. д. с, почему они и называются активными сторонами секции. Остальные части секций лежат на торцах якоря, вне пазов. Они называются лобовыми частями и в них э. д. с. не наводится.
Активные стороны лежат в пазах в два слоя: нечетные сверху, а четные снизу, у дна паза. Цифры на рис. 8-8 обозначают номер паза, а буквы, стоящие рядом, — слой: верхний (в) и нижний (н). Упрощенная схема обмотки якоря, составленная из секций, показана на рис. 8-9. Число витков в секции принято равным единице.
Рис. 8-8. Секция обмотки якоря.
Активные стороны, лежащие в пазах, идущие от зрителя за плоскость рисунка, изображены кружками, а лобовые части — сплошными линиями на лицевой стороне торца якоря и пунктиром на торце за плоскостью рисунка. Таким образом, из коллекторной пластины № 1 провод идет в верхний слой паза 7,затем по невидимому торцу (пунктир) в нижний слой паза 4 и из него в коллекторную пластину № 2. Из коллекторной пластины № 2 провод идет в верхний слой паза 2 и т. д. После полного обхода якоря обмотка замыкается на себя у коллекторной пластины № 1.
Если обмотка якоря вращается по направлению, указанному на рис: 8-9, то в активных частях ее проводов появятся э. д. с, направление которых определено правилом правой руки. В каждой секции наводится э. д. с. е = Ем sin ωt (рис. 5-2) и естественно, что сумма их всех в замкнутой на себя обмотке равна нулю. Однако при обходе всей обмотки можно заметить, что в одной части проводов э. д. с, имеют одно направление, в другой части — противоположное. Это указывает на наличие двух параллельных ветвей обмотки.
Рис. 8-9. Схема обмотки якоря.
На рис. 8-10 показано, как образуются параллельные ветви между коллекторными пластинами 1 и 4. Как и ранее, цифры на рисунке обозначают номер паза, а буквы рядом слой — верхний (в) или нижний (н). Оказывается, что коллекторная пластина 4 является точкой высшего, а коллекторная пластина 1 — низшего потенциала. На эти места и ставятся щетки. На рис. 8-9 щетки показаны условно расположенными внутри коллектора, в действительности же они всегда расположены на его наружной поверхности.
В момент времени, соответствующий положению якоря, показанного на рис. 8-9, между щетками будет действовать разность потенциалов, равная напряжению машины
U = e1 + e2 + e3 = e6 + e5 + e4
Рис. 8-10. Упрощенное изображение схемы рис. 8-9
Можно заметить, что при повороте якоря на угол 60° величина напряжения U и полярность щеток сохраняется прежними, так как шестой паз займет место первого, первый — второго и т. д. На схеме на рис. 8-10 секция (3в—6н) из верхней параллельной ветви переключится в нижнюю, а равноценная ей секция (3н—6в)переключится из нижней ветви в верхнюю. Такое же положение будет и при повороте на любой угол, кратный 60°.
Однако при повороте якоря на угол, меньший чем 60°, положение будет несколько иное.
На рис 8-11 показано положение якоря при повороте на угол 30°, Лобовые части для простоты показаны только для секций (3в — 6н) и (3н 6в). В этом положении указанные секции замкнуты щетками накоротко и, следовательно, исключены из параллельных ветвей обмотки якоря. Напряжение машины теперь определяется суммой э. д. с
U = e1 + e2 = e4 + e5
а сами e1 и е2 будут иметь другие мгновенные значения, чем при первом положении якоря. Очевидно, напряжение будет меньше, чем при положении якоря, представленном на рис. 8-10. При вращении машины ее напряжение будет непрерывно колебаться в некоторых пределах
Uмакс ≥ U ≥ Uмин
Рис 8-11. Расположение обмотки при повороте якоря на 30° (сравнить рис. 8-9).
Чем больше секций включено в параллельную ветвь, тем меньше величина пульсаций напряжения U. В современных машинах пульсации настолько малы, что напряжение считают постоянным.
Геометрической нейтралью машины называется плоскость, проходящая через ось вала машины и делящая расстояние между полюсами пополам. Электродвижущая сила, наводимая в секции обмотки, проходящей через геометрическую нейтраль, равна нулю или очень мала. В этот момент времени и происходит замыкание секции щеткой накоротко. О процессах, происходящих при переключении секций из одной параллельной ветви в другую.
Статья на тему Устройство обмотки якоря
Страница 41 из 84
ГЛАВА IX
КОНСТРУКЦИЯ И СХЕМЫ ОБМОТОК ЯКОРЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 41. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ОБМОТОК ЯКОРЕЙ
Обмотки якорей машин постоянного тока по своей конструкции отличаются от рассмотренных в предыдущих главах обмоток машин переменного тока. Основным элементом в них является не катушка, а секция, состоящая из одного или нескольких витков. Выводные концы каждой секции соединяются с пластинами коллектора. С каждой пластиной соединяется конец одной и начало другой секции, поэтому число пластин в коллекторе равно числу секций в обмотке. Обмотка якоря выполняется двухслойной.
Рис. 115. Катушки якоря, состоящие из трех секций:
а — петлевой обмотки, б — волновой обмотки
В каждом слое паза — верхнем и нижнем — располагаются стороны нескольких секций. Это делается для того, чтобы уменьшить число пазов в якоре. Секции, стороны которых находятся в одних и тех же пазах, конструктивно объединяются в катушку обмотки, выводными концами которой являются выводные концы секций (рис. 115). Таким образом, катушка, состоящая, например, из трех секций, имеет три пары выводных концов: три начала и три конца каждой секции. Так как с коллектором соединяются все секции, то число коллекторных пластин больше числа пазов якоря:
Катушки петлевой и волновой обмоток могут выполняться из круглого или прямоугольного провода. Обмотки из круглого провода укладываются в полузакрытые грушевидные пазы якорей машин мощностью до 20—30 кВт. Проводники, лежащие в верхнем и нижнем слоях паза, как и в двухслойных обмотках машин переменного тока, разделяются изоляционными прокладками (рис. 116, а).
Рис. 116. Поперечные сечения пазов якоря:
а — с об моткой из круглого провода, б — с катушечной обмоткой из прямоугольного провода, в — со стержневой обмоткой; 1 — корпусная изоляция, 2 — проводники обмотки, 3 — прокладка между слоями обмотки, 4 — прокладка под клин, 5 — клин, 6 — проволока бандажа, 7 — прокладка под проволочный бандаж, 8 — прокладка на дно паза
Обмотку машин большей мощности делают из прямоугольного провода. Катушки, намотанные прямоугольным проводом, называют жесткими. Секции жесткой катушки состоят из одного (рис. 116,
В отличие от обмоток машин переменного тока проводники в пазах якоря располагаются большей стороной вдоль стенок паза (см. рис. 116, б). Проводники разных секций укладывают рядом друг с другом на одной высоте от дна паза, чтобы все секции имели одинаковое индуктивное сопротивление.
Пазовая изоляция охватывает одновременно все секции одной катушки. Иначе пришлось бы изолировать от корпуса пазовые части всех секций в отдельности, что привело бы к излишнему расходу дорогостоящей изоляции и к увеличению места в пазах для размещения этой изоляции.
Обозначение выводов, наиболее часто встречающихся в машинах постоянного тока обмоток, приведено в табл. 7.
Таблица 7. Обозначение выводов обмоток машин постоянного тока
Названия обмоток | Обозначения выводов | |||
буквенные | цветовые | |||
начало | конец | начало | конец | |
Обмотка якоря | Я1 | Я2 | Белый | Белый с черным |
Компенсационная обмотка | К1 | К2 | — | — |
Обмотка добавочных полюсов | Д1 | Д2 |
|
|
Последовательная обмотка возбуждения | С1 | С2 | Красный | Красный с черным |
Независимая обмотка возбуждения | Н1 | Н2 | — | — |
Параллельная обмотка возбуждения | Ш1 | Ш2 | Зеленый | Зеленый с черным |
Обмотка особого назначения | 01,03 | 02,04 | — | — |
Примечание. Цветовые обозначения допускается применять при отсутствии достаточного места для нанесения буквенных обозначений. 
Рис. 117. Схема простой петлевой обмотки якоря с Z=14, 2р=4, К= 42
В машинах постоянного тока малой мощности добавочных полюсов, компенсационных обмоток, независимых обмоток возбуждения и обмоток особого назначения не устанавливают. Поэтому в ГОСТе не предусматривается цветовых обозначений выводов обмоток.
Схемы обмоток якорей машин постоянного тока изображаются на чертежах так же, как и схемы машин переменного тока, т. е. в виде торцовых (вид со стороны коллектора) или развернутых схем. Наибольшее распространение получили развернутые схемы. Их изображение по сравнению со схемами обмоток статоров машин переменного тока имеет ряд особенностей.
Каждая катушка обмотки якорей машин постоянного тока состоит из нескольких секций и имеет столько пар выводных концов, сколько секций в ней содержится. Выводные концы секций соединены с разными пластинами коллекторов. Поэтому на схеме обмотки якоря нужно либо каждую секцию изображать отдельным многоугольником, либо показывать пазовые части секций, входящих в одну катушку, одной линией, так как они располагаются в одном пазу, а лобовые части каждой секции изображать отдельными линиями. Последний способ более употребителен. На рис. 117 дана развернутая схема простой петлевой обмотки, каждая катушка которой содержит три секции. Пазовые части катушки изображены одной сплошной или пунктирной линией в зависимости от положения в пазу, а в лобовых частях от каждой линии паза отходит три линии, обозначающие лобовые части секций, входящих в катушку. Начало и конец каждой секции соединяются с коллекторными пластинами.
Пазы и коллекторные пластины обязательно нумеруются, и на коллекторных пластинах показывают места расположения щеток.
Схемы симметричных обмоток якоря состоят из ряда повторяющихся элементов, поэтому для укладки обмотки используют более простые так называемые практические схемы. В них отдельно вычерчивают секции только одной катушки: их расположение в пазах якоря и соединение с пластинами коллектора. На рис. 118 приведена практическая схема обмотки, развернутая схема которой по
казана на рис. 117. Три стороны секций, расположенные в верхнем слое 1-го паза, обозначены сплошными линиями, и три, лежащие в нижнем слое 4-го паза, — пунктирными. Остальные секции располагаются в пазах якоря и соединяются с коллектором точно так же, как показано на практической схеме.
Для изучения схем обмоток якорей значительно удобнее представлять их в условном виде, считая, что в каждом пазу располагается только по две стороны секций: одна — в верхнем, другая — в нижнем слое. Такие пазы называют элементарными; их число обозначают Z3. Число сторон секций в одном слое реального паза обозначают буквой uп, а число пластин коллектора — буквой К. Число элементарных пазов всегда равно числу реальных пазов якоря, умноженному на , и числу пластин коллектора Z3 = Zuп= К. 
Рис. 119. Обозначения шагов в петлевых обмотках: а — при ук= +1, б — при ук= — 1
Рис. 118. Практическая схема простой петлевой обмотки с 3, у=9
Так, например, на схеме (см. рис. 117) изображена обмотка с Z = 14 и uп= 3, следовательно, число пластин коллектора и число элементарных пазов и число секций в обмотке будет равно K= Zuп= 14·3 = 42.
В обмотке якоря, так же как и в обмотке машин переменного тока, ширина катушки выражается шагом по пазам уz. Кроме того, секции якоря (рис. 119) характеризуются первым у1, вторым у2, частичными и результирующим у шагами, которые выражаются в элементарных пазах. Все начала и концы секций соединяются с коллекторными пластинами, поэтому расстояние между началом следующих друг за другом по схеме обмотки секций называют шагом по коллектору. Его выражают числом коллекторных пластин. Так как число пластин коллектора равно числу секций обмотки и числу элементарных пазов якоря, то числа, определяющие результирующий шаг и шаг по коллектору, совпадают, т. е. всегда у = ук.
Соотношения между частичными и результирующим шагами зависят от типа обмоток, которые по направлению отгиба лобовых частей секций подразделяются на петлевые и волновые. Петлевые обмотки часто называют параллельными, а волновые — последовательными. Обмотки могут быть также простыми и сложными. Рассмотрим вначале схемы петлевых обмоток.
Машина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Электрическая машина постоянного тока обратима. Для работы машины постоянного тока необходимо наличие в ней двух обмоток: обмотки возбуждения и обмотки якоря. Первая служит для создания в машине постоянного тока 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;
Zэ – 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 ук .
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 = yк = ± 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.
Развернутая схема простой петлевой обмотки:
2p = 4; Zэ = 12
Расположение условных щеток на якоре
Расположение щеток на коллекторе по оси главных полюсов
Предположим, что машина работает в режиме генератора и ее якорь вращается в направлении слева направо. Воспользовавшись правилом «правой руки», определяем направление э. д. с. (тока), индуктируемой в активных сторонах секций. Это дает нам возможность установить полярность Щеток: щетки А1 и А2 , от которых ток отводится во внешнюю цепь, являются положительными, а щетки B1 и B2 — — отрицательными. Щетки одинаковой полярности соединяют параллельно и подключают к соответствующим выводам машины.
Узнай стоимость своей работы
Бесплатная оценка заказа!
Страница 53 из 84
В пазы якоря, подготовленного к укладке обмотки из круглого провода, устанавливают корпусную изоляцию — пазовые короба из механически прочного материала с высокой электрической прочностью, например из пленкосинтокартона. При обмотке из прямоугольного провода (укладывается в открытые пазы якоря) на дно пазов устанавливают прокладки из электрокартона толщиной 0,3 мм, которые предохраняют корпусную изоляцию катушек от возможные повреждений при сильном нажатии во время заклинивания. Эти прокладки на 8—12 мм длиннее сердечника якоря и выступают из его пазов по обоим торцам. Чтобы прокладки не сбивались во время укладки обмотки, их закрепляют лентой с обоих торцов якоря.
Пазовые короба устанавливают также и в открытые пазы якоря, несмотря на то что корпусная изоляция обмоток из прямоугольные проводов накладывается на катушки в процессе их изготовления. В этих случаях пазовые короба служат для предохранения изоляции катушек от повреждения о стенки пазов.
Укладку обмотки начинают с первого отмеченного паза, в который устанавливают нижнюю сторону катушки. Ее верхнюю сторону располагают над пазом по шагу обмотки. Лобовые части катушки выравнивают и нижнюю сторону осаживают на дно первого паза, ударяя по ней молотком через подбойку. После этого необходимо распределить выводные концы секций катушки по коллекторным пластинам. От расположения выводных концов первой секции зависит правильность выполнения всей обмотки, потому что секции остальных катушек укладываются аналогично первой. Руководствуясь практической схемой, обмотчик вкладывает выводные концы первой секции в прорези петушков коллекторные пластин, отмеченные при разметке якоря. Выводные концы второй секции располагаются в прорезях следующих по ходу укладки пластин. В катушках из прямоугольного провода выгодные концы каждой секции находят легко. В обмотке из круглого провода концы секции обязательно маркируют при намотке катушек. Если маркировки почему-либо нет, то для нахождения выводных концов одной и той же секции приходится использовать контрольную лампу или другой аналогичный прибор с индикатором.
После соединения выводных концов секций первой катушки с коллекторными пластинами устанавливают вторую катушку. Ее стороны располагают рядом со сторонами первой катушки: нижнюю осаживают на дно паза, а верхнюю оставляют над пазом. Выгодные концы вставляют в прорези петушков, следующих по ходу обмотки коллекторные пластин. Так поступают, пока не уложены! первые «шаговые» катушки. Число их равно шагу обмотки по пазам у2. Следующая катушка укладывается уже обеими сторонами в пазы якоря. Ее верхняя сторона располагается в первом пазу, нижняя половина которого уже занята стороной первой катушки. Перед укладкой верхних сторон катушки, находящиеся в нижних частях пазов, уплотняются и на них устанавливают прокладку.
В обмотках из круглого провода межслойную прокладку делают из того же материала, что и пазовый короб. Она служит изоляцией между витками различные катушек. В обмотках из прямоугольного провода эта прокладка имеет технологическое назначение. Она создает определенное расстояние по высоте, между сторонами катушек, находящихся в разных слоях, необходимое для правильного размещения их лобовые частей в местах выхода из пазов. Эти прокладки обычно выполняют из стеклотекстолита толщиной 0,5 мм.
Между верхним и нижним слоями лобовые частей катушек по ходу укладки обмотки также устанавливают прокладки из полос изоляционного материала. Они предохраняют от замыкания проводников разные катушек между собой в лобовые частях, которые будут прижаты друг к другу при наложении бандажей после окончания укладки обмотки.
Аналогичный порядок укладки сохраняется до конца намотки. Нижние стороны последних катушек размещают под оставшимися не уложенными сторонами первых катушек. Для этого приходится их приподнять, несколько деформируя лобовые части, как и при «закрывании замка» двухслойные обмоток статора.
После укладки обмотки пазы якоря заклинивают, а если предусмотрено крепление обмотки бандажами, передают на бандажирование.
Обмотки из круглого провода якорей небольших диаметров (приблизительно до 150 мм) наматывают непосредственно в пазы. Лобовые части таких обмоток плотно прижимаются к валу машины и к торцам якоря, поэтому эти участки перед укладкой изолируют (рис. 139). На участки вала между коллектором и сердечником якоря наносят несколько слоев изоляционного ленточного материала 1, а на прилегающий участок с противоположной стороны надевают изоляционную трубку. На торцах сердечника располагают электронитовые шайбы 2, имеющие форму и размеры листов стали якоря. Пазы якоря изолируют пазовыми коробами 3. Обмотку выполняют без подъема шага: первые катушки обеими сторонами укладывают на дно пазов, последние — обеими сторонами в верхнюю часть пазов.
Рис. 140. Последовательность обмотки якоря машины малой мощности
Рис. 139. Изолирование якоря машины малой мощности перед укладкой обмотки
Лобовые части обмотки при этом распределяются неравномерно: у первых катушек они прижимаются к торцам якоря и к валу, а у последних располагаются в верхнем слое. Более равномерное распределение лобовых частей получается в так называемых двуххордовых обмотках. В таких обмотках при ручной укладке витки катушек наматывают одной стороной в один паз, а другими сторонами — в два разных паза, в каждый из них по половине витков катушек. На рис. 140 показана последовательность обмотки якоря машины малой мощности, имеющего девять пазов. Половина витков первой катушки наматывается из 1-го паза в 5-й, а вторая половина — из 1-го в 6-й.
Таким образом, витки первой катушки занимают половину 1-го паза и по 1/4- 5-го и 6-го. Половину витков следующей катушки наматывают из 2-го паза в 6-й и половину из 2-го паза в 7-й, третью катушку — из 3-го паза в 7-й и в 8-й и т. д. После полного обхода все пазы оказываются заполненными нужным числом проводников обмотки. Такой способ обеспечивает большую симметрию расположения обмотки на якоре, чем укладка по обычной схеме.
В настоящее время на большинстве заводов укладка обмотки якорей механизирована. Существует несколько типов станков для механизированной обмотки якорей. По способу образования витка обмотки станки подразделяются на челночные и бесчелночные. В бесчелночных станках витки обмотки образуются при вращении якоря вокруг оси, перпендикулярной валу, в челночных — в результате движения челнока (поводка) вокруг якоря.
Якорь 1 устанавливается в центрах челночного станка (рис. 141) и фиксируется кулачковыми держателями 2. Обмоточный провод 7 пропускается через полую ось шпинделя станка и ролики, укрепленные на поводке 8, и закрепляется на якоре.
Рис. 141. Намотка обмотки якоря на челночном станке
Якорь удерживается в неподвижном положении фиксатором 6, входящим в его паз. При работе станка поводок, двигаясь вокруг якоря, укладывает обмоточный провод, который соскальзывает с направляющей поверхности держателей в пазы якоря. По окончании намотки одной половины катушки поводок передвигается относительно якоря и набатывает вторую половину катушки в пазы. После намотки всей катушки поворачивают маховичок 3, на оси которого насажены кулачки 4. Держатель 2 при этом отводится на небольшое расстояние от якоря, освобождая фиксатор, после чего поворачивают якорь на одно пазовое деление и опять устанавливают фиксатор в новый паз, фиксируя следующее положение якоря; возвращают маховичок 3 в исходное положение и закрепляют якорь. После намотки следующей катушки операции повторяются. Чтобы снять якорь после окончания намотки всей обмотки, поворачивая эксцентрик 5, отводят держатель 2 и полностью освобождают якорь.
При массовом производстве однотипные машин применяют более совершенные станки, в которых автоматизирован также поворот якоря на нужный угол после окончания намотки очередной катушки и его последующая фиксация в новом положении.
По окончании намотки в пазы устанавливают клинья и передают якорь для намотки бандажей.
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 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:
, (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
= 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
Ошибка 404. Страница не найдена!
Ошибка 404. Страница не найдена!К сожалению, запрошенная вами страница не найдена на портале. Возможно, вы ошиблись при написании адреса в адресной строке браузера, либо страница была удалена или перемещена в другое место.
Двигатель постоянного тока— шунтирующий, серийный и составной двигатель
A постоянного тока Moto r, DC назван в соответствии с подключением обмотки возбуждения к якорю. В основном это два типа двигателей постоянного тока. Во-первых, это с отдельным возбуждением двигателя постоянного тока и с самовозбуждением двигателя постоянного тока . Двигатели с самовозбуждением далее классифицируются как с шунтовой намоткой или шунтирующий двигатель, с серийной намоткой или серийный двигатель и с комбинированной намоткой или комбинированный двигатель.
Двигатель постоянного тока преобразует электроэнергию в механическую мощность и называется двигателем постоянного тока. Конструкция двигателя постоянного тока и генератора одинаковы. Но двигатель постоянного тока имеет широкий диапазон скорости и хорошее регулирование скорости, что при электрической тяге. Принцип работы двигателя постоянного тока основан на том принципе, что токонесущий проводник находится в магнитном поле и испытывает механическую силу.
Двигатель постоянного тока обычно используется в местах, где требуется защитный кожух, например, влагозащитный, пожаробезопасный и т. Д.согласно требованиям. Подробное описание различных типов двигателя приведено ниже.
Содержание:
Двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением
Как следует из названия, полевые катушки или обмотки возбуждения питаются от отдельного источника постоянного тока, как показано на принципиальной схеме, показанной ниже.
Двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением
Мотор постоянного тока с собственным возбуждением
Поскольку название подразумевает самовозбуждение, следовательно, в этом типе двигателя ток в обмотках подается машиной или самим двигателем.Двигатель постоянного тока с собственным возбуждением делится на шунтирующий и последовательный намоточный двигатель. Они объяснены ниже подробно.
Мотор шунта
Это самый распространенный тип двигателя постоянного тока. Здесь обмотка возбуждения подключена параллельно якорю, как показано на рисунке ниже.
Шунтовый двигатель постоянного тока
Уравнения тока, напряжения и мощности для шунтирующего двигателя записываются следующим образом.
Применяя KCL на стыке A на рисунке выше.
Сумма входных токов при A = Сумма исходящих токов при A.
Где,
I — входной ток линии
Ia — ток якоря
Ish — ток шунтирующего поля
Уравнение (1) является текущим уравнением.
Уравнения напряжения написаны с использованием закона напряжения Кирхгофа (KVL) для цепи обмотки возбуждения.
Для обмотки якоря уравнение будет иметь вид
Уравнение мощности дано как
Потребляемая мощность = выработанная механическая мощность + потери в якоре + потери в поле.
Умножая уравнение (3) на Ia, получаем следующие уравнения.
Где,
VI a — это электрическая мощность, подаваемая на якорь двигателя.
В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Схема подключения показана ниже.
Series Wound Motor
Применив KCL на приведенном выше рисунке
Где,
I SE является полем тока серии
Уравнение напряжения можно получить, применив KVL на рисунке выше
Уравнение мощности получается умножением уравнения (8) на I, получаем
Потребляемая мощность = выработанная механическая мощность + потери в якоре + потери в поле
Сравнивая уравнения (9) и (10), мы получим уравнение, показанное ниже.
Составной заводной двигатель
Двигатель постоянного токаA, имеющий как шунтирующую, так и последовательную обмотки возбуждения, называется составным двигателем . Схема подключения составного двигателя показана ниже.
составной двигательСоставной двигатель дополнительно подразделяется на Совокупный двигатель Двигатель и Дифференциальный состав Двигатель. В кумулятивном составном двигателе поток, создаваемый обеими обмотками, направлен в одном направлении, т.е.е.
В дифференциальном составном двигателе поток, создаваемый последовательными полевыми обмотками, противоположен потоку, создаваемому шунтирующей полевой обмоткой, то есть
Положительный и отрицательный знак указывают направление потока, создаваемого в обмотках возбуждения.
,Генератор постоянного тока — это электрическое устройство, которое преобразует механическую энергию в электрическую. Он состоит в основном из трех основных частей: системы магнитного поля, якоря, коммутатора и зубчатой передачи. Другими частями генератора постоянного тока являются магнитная рама и ярмо, сердечник полюса и колодки полюса, полевые или возбуждающие катушки, сердечник и обмотки якоря, щетки, торцевые корпуса, подшипники и валы.
Схема основных частей 4-полюсного генератора постоянного тока или машины постоянного тока показана ниже:
Содержание:
Система магнитного поля генератора постоянного тока
Система магнитного поля — это стационарная или неподвижная часть машины.Он производит основной магнитный поток. Система магнитного поля состоит из мэйнфрейма или ярма, сердечника полюса и колодок полюса и катушек возбуждения или возбуждения. Эти различные части генератора постоянного тока подробно описаны ниже.
Магнитная рамка и хомут
Внешняя полая цилиндрическая рама, к которой прикреплены основные опоры и межполюсники и с помощью которой машина крепится к фундаменту, называется хомутом. Для больших машин он изготавливается из литой или катаной стали, а для станков меньшего размера хомут обычно изготавливается из чугуна.
Два основных назначения ярма следующие: —
- Он поддерживает сердечники полюсов и обеспечивает механическую защиту внутренних частей машин.
- Это обеспечивает путь низкого магнитного сопротивления для магнитного потока.
Ядро и Полюс Обувь
Сердечник полюса и башмаки полюса крепятся болтами к магнитной раме или вилке. Поскольку полюса выступают внутрь, они называются выступающими полюсами. Каждый полюсный сердечник имеет криволинейную поверхность. Обычно сердечник полюса и башмаки изготавливаются из тонкой литой стали или из кованого железа, которые склепываются друг с другом под гидравлическим давлением.Полюса ламинированы, чтобы уменьшить потери на вихревые токи.
Рисунок, показывающий сердечник полюса и башмак полюса, представлен ниже:
Ядро полюсов служит для следующих целей:
- Это поддерживает поле или захватывающие катушки.
- Они более равномерно распределяют магнитный поток по периферии якоря.
- Это увеличивает площадь поперечного сечения магнитной цепи, в результате чего магнитное сопротивление магнитного пути уменьшается.
катушек возбуждения или возбуждения
Каждый полюсный сердечник имеет одну или несколько полевых катушек (обмоток), размещенных над ним для создания магнитного поля. Эмалированная медная проволока используется для строительства полевых или возбуждающих катушек. Катушки намотаны на первый и затем размещены вокруг сердечника полюса.
Когда постоянный ток проходит через обмотку возбуждения, он намагничивает полюса, что в свою очередь создает поток. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно таким образом, что при прохождении через них тока соседние полюса приобретают противоположную полярность.
Арматура генератора постоянного тока
Вращающаяся часть машины постоянного тока или генератора постоянного тока называется арматурой. Арматура состоит из вала, на котором размещен ламинированный цилиндр, называемый Amature Core.
Якорь Ядро
Сердечник якоря генератора постоянного тока имеет цилиндрическую форму и прикреплен к вращающемуся валу. На внешней периферии якоря имеются пазы или прорези, в которых размещается обмотка якоря, как показано на рисунке ниже:
Сердечник якоря генератора или машины постоянного тока служит для следующих целей.
- Здесь находятся проводники в слотах.
- Это обеспечивает легкий путь для магнитного потока.
Поскольку якорь является вращающейся частью генератора постоянного тока или машины, в сердечнике происходит изменение потока, поэтому возникают потери гистерезиса. Материал кремнистой стали используется для создания сердечника, чтобы уменьшить потери гистерезиса.
Вращающаяся арматура срезает магнитное поле, благодаря чему в нем индуцируется ЭДС. Эта ЭДС распространяет вихревые токи, что приводит к потере вихревых токов.Таким образом, чтобы уменьшить потери, сердечник якоря ламинируют штамповкой толщиной примерно от 0,3 до 0,5 мм. Каждая ламинация изолирована от другой слоем лака.
Обмотка якоря
Изолированные проводники размещены в пазах сердечника якоря. Проводники заклинены, а ленты из стальной проволоки намотаны вокруг сердечника и надлежащим образом соединены. Такое расположение проводников называется обмоткой якоря. Обмотка якоря — это сердце машины постоянного тока.
Обмотка якоря — это место, где происходит преобразование энергии. В случае генератора постоянного тока здесь механическая мощность преобразуется в электрическую мощность. На основе соединений обмотки подразделяются на два типа, называемые намоткой круга и намоткой волны.
При намотке колен проводники соединены таким образом, что число параллельных дорожек равно количеству полюсов. Таким образом, если машина имеет P полюсов и Z проводников якоря, то будет P параллельных путей, каждый путь будет иметь Z / P проводники, соединенные последовательно.
При намотке круга число щеток равно числу параллельных дорожек. Из которых половина кистей положительна, а оставшаяся половина отрицательна.
В волновой обмотке проводники соединены так, что они разделены на два параллельных пути, независимо от количества полюсов машины. Таким образом, если машина имеет Z проводников якоря, будет только два параллельных пути, каждый из которых имеет Z / 2 проводника последовательно. В этом случае число щеток равно двум, т.е.е. количество параллельных путей.
Коммутатор в генераторе постоянного тока
Коммутатор, который вращается вместе с якорем, имеет цилиндрическую форму и изготовлен из нескольких клиновидных жестких медных стержней или сегментов, изолированных друг от друга и от вала. Сегменты образуют кольцо вокруг вала якоря. Каждый коммутаторный сегмент соединен с концами катушек якоря.
Это самая важная часть машины постоянного тока, предназначенная для следующих целей.
,
Физическая структура и конфигурация машин постоянного токаДвухполюсный станок
На фиг.1 изображена двухполюсная машина, в которой полюса статора сконструированы таким образом, чтобы выступать ближе к ротору, чем к структуре статора. Этот тип конструкции довольно распространен, и полюса, построенные таким образом, называются выступающими полюсами .
Обратите внимание, что ротор также может быть сконструирован так, чтобы иметь выступающие полюса.
Рисунок 0 — Сечение машины постоянного токаДвигатель постоянного тока (ротор, пускатель)
Типичная машина постоянного тока была изображена на Рисунок 0 выше, с четко идентифицированными магнитными полюсами, как для статора, так и для ротора.
Рисунок 1 — фотография машины того же типа. Обратите внимание на характерную конструкцию полюса статора и ротора с прорезями. Как указывалось ранее, крутящий момент, создаваемый машиной, является следствием магнитных сил между полюсами статора и ротора.
Этот крутящий момент является максимальным, когда угол γ между полюсами ротора и статора равен 90◦ .
Также, как видно из рисунка, в машине постоянного тока якорь обычно находится на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре.
детали двигателя постоянного тока
Рисунок 1 — Машина постоянного токаЧтобы сохранить этот угол крутящего момента постоянным, когда ротор вращается на своем валу, механический переключатель, называемый коммутатором, сконфигурирован таким образом, чтобы распределение тока в обмотке ротора оставалось постоянным, и, следовательно, полюса ротора постоянно находятся на 90 ° относительно фиксированные полюса статора.
В машине постоянного тока ток намагничивания равен DC , поэтому пространственное чередование полюсов статора отсутствует из-за изменяющихся во времени токов.
Чтобы понять работу коммутатора, рассмотрим упрощенную схему Рисунок 4 . На чертеже щетки закреплены, и ротор вращается с угловой скоростью ω м ; мгновенное положение ротора определяется выражением: θ = ω м т — γ .
Коммутатор прикреплен к ротору и в этом примере состоит из шести сегментов, которые сделаны из электропроводящего материала, но изолированы друг от друга. Кроме того, обмотки ротора выполнены так, что они образуют шесть катушек, соединенных с сегментами коммутатора, как показано в Рисунок 4 .
Рисунок 4 — Обмотка и коммутатор ротораКогда коммутатор вращается против часовой стрелки, магнитное поле ротора вращается вместе с ним до θ = 30◦ .В этот момент направление тока изменяется в катушках L3 и L6, когда щетки контактируют со следующим сегментом.
Теперь направление магнитного поля составляет −30◦ . Поскольку коммутатор продолжает вращаться, направление поля ротора снова изменится с −30 from до + 30◦, и оно переключится снова, когда щетки переключатся на следующую пару сегментов. Таким образом, в этой машине угол γ вращения не всегда равен 90 °, но может изменяться до ± 30 °; фактический крутящий момент, создаваемый машиной, будет колебаться на , что составляет ± 14 процентов , поскольку крутящий момент пропорционален sin γ .
По мере увеличения количества сегментов колебания крутящего момента, создаваемые коммутацией, значительно уменьшаются. Например, в практической машине может быть до 60 сегментов, и отклонение γ от 90 ° будет составлять всего ± 3 ° с колебанием крутящего момента менее 1%.
Таким образом, машина постоянного тока может генерировать почти постоянный крутящий момент (как двигатель) или напряжение (как генератор).
Конфигурация машин постоянного тока
Рисунок 5 — Конфигурация машин постоянного токаВ машинах постоянного тока возбуждение поля, которое обеспечивает ток намагничивания, иногда обеспечивается внешним источником, и в этом случае говорят, что машина возбуждена отдельно [ Рис. 5 (a) ].Чаще всего возбуждение поля происходит от напряжения якоря, и машина называется самовозбуждением.
Последняя конфигурация не требует использования отдельного источника для возбуждения поля и поэтому часто является предпочтительной. Если машина находится в раздельно возбужденной конфигурации, требуется дополнительный источник Vf . В случае самовозбуждения один метод, используемый для обеспечения возбуждения поля, состоит в том, чтобы соединить поле параллельно с якорем; поскольку обмотка возбуждения обычно имеет значительно более высокое сопротивление, чем схема якоря (, помните, что именно якорь несет ток нагрузки ), это не будет потреблять чрезмерный ток от якоря.
Кроме того, последовательный резистор может быть добавлен в схему поля, чтобы обеспечить средство для регулировки тока поля, независимого от напряжения якоря. Эта конфигурация называется подключенной к шунту машиной и изображена на рисунке 5 (b) .
Другой метод автоматического возбуждения машины постоянного тока состоит в последовательном соединении поля с арматурой, ведущей к последовательно соединенной машине, изображенной в Рис. 5 (c) ; в этом случае обмотка возбуждения будет поддерживать весь ток якоря, поэтому полевая катушка должна иметь низкое сопротивление ( и, следовательно, относительно мало витков ).
Эта конфигурация редко используется для генераторов, поскольку генерируемое напряжение и напряжение нагрузки всегда должны отличаться падением напряжения на катушке возбуждения, которое зависит от тока нагрузки.
Таким образом, последовательный генератор будет иметь плохое (большое) регулирование.
Однако последовательно соединенные двигатели обычно используются в приложениях мощностью не более 1 кВт, или, если мы говорим о более мощных двигателях — они используются для электровозов.
Третий тип машины постоянного тока — это комбинированная машина, которая состоит из комбинации шунтов и последовательных конфигураций. На рис. 5 (d) и (e) показаны два типа соединений, называемые коротким шунтом и длинным шунтом, соответственно.
Каждая из этих конфигураций может быть соединена так, чтобы последовательная часть поля добавлялась к шунтирующей части ( кумулятивного соединения ) или так, чтобы она вычитала ( дифференциального соединения ).
Ссылка:
Основы электротехники Джорджио Риццони, Государственный университет Огайо (покупка в мягкой обложке у Amazon)
,потерь в машине постоянного тока — виды потерь
Потери , возникающие в машине постоянного тока, делятся на пять основных категорий. Различные потери: Электрические или Медные потери (I 2 R потерь), Потери в сердечнике или Железные потери, Кисти потери, Механические потери, Потери нагрузки. Эти потери подробно описаны ниже.
Содержание:
Электрические или медные потери в машине постоянного тока
Эти потери также известны как потери в обмотке, поскольку потери в меди происходят из-за сопротивления обмоток.Омические потери возникают из-за тока, протекающего в обмотках. Обмотки, которые присутствуют в дополнение к обмоткам якоря, являются обмотками возбуждения, межполюсниками и компенсирующими обмотками.
Потери в арматуре = I a 2 R a , где I a — ток якоря, а Ra — сопротивление якоря. Эти потери составляют около 30 процентов от общих потерь при полной нагрузке.
В шунтирующей машине потери меди в шунтирующем поле составляют I 2 ш R ш , где I ш — ток в шунтирующем поле, а R ш — сопротивление обмотки шунтового поля.Сопротивление регулирования шунта включено в R sh .
В станке серии потери в меди в последовательных обмотках составляют I 2 СЕ R СЕ , где I СЕ — ток через последовательные обмотки возбуждения, а R СЕ — Сопротивление серии обмоток возбуждения.
В составной машине возникают как шунтирующие, так и последовательные полевые потери. Эти потери составляют почти 20 процентов от потерь при полной нагрузке.
Потери меди в межполюсных обмотках записываются как I a 2 R i , где R i — сопротивление межполюсных обмоток.
Потери меди в компенсирующих обмотках, если они есть, I a 2 R c , где R c — сопротивление компенсирующих обмоток.
Магнитные потери или потери в сердечнике или потери в железе в машине постоянного тока
Потери в сердечнике — это гистерезиса и вихревых токов .Эти потери считаются почти постоянными, поскольку машины обычно работают с постоянной плотностью потока и постоянной скоростью. Эти потери составляют около 20 процентов от потерь при полной нагрузке.
Потери кисти в машине постоянного тока
Потери в щетках — это потери, возникающие между коммутатором и угольными щетками. Это потеря мощности в точке контакта щетки. Падение щетки зависит от падения напряжения контакта щетки и тока якоря Ia. Это дается уравнением, показанным ниже.
Падение напряжения, возникающее в широком диапазоне токов якоря, в наборе щеток является приблизительно постоянным. Если значение падения напряжения на щетке не задано, обычно считается, что оно составляет около 2 вольт. Таким образом, потери при падении кисти принимаются за 2I и .
Механические потери в машине постоянного тока
Потери, которые происходят из-за механического воздействия машин, известны как механические потери. Механические потери подразделяются на потери на трение подшипников и потери от ветра.Потери, возникающие в движущихся частях машины и в воздухе, который присутствует в машине, известны как потери от ветра. Эти потери очень малы.
Бездомных потерь в машине постоянного тока
Эти потери относятся к разным видам потерь. Следующие факторы учитываются при падении потерь нагрузки.
- Искажение потока из-за реакции якоря.
- Токи короткого замыкания в катушке, подвергающиеся коммутации.
Эти потери очень сложно определить.Поэтому необходимо назначить разумное значение случайных потерь. Для большинства машин условные потери приняты условно равными одному проценту от выходной мощности при полной нагрузке.
,