Якорные обмотки машины постоянного тока

В современных машинах постоянного тока якорную обмотку укладывают в пазах на внешней поверхности якоря. Такие обмотки называются барабанными. Обмотки якорей подразделяются на волновые и петлевые. Существуют также обмотки, представляющие собой сочетание этих двух обмоток. Два последовательно соединенных проводника называют витком (рис. 3.1). Часть проводника 1, расположенную в пазу, называют активной частью (в ней наводится ЭДС). Проводники 2, соединяющие активные части (стороны) в витки, называют лобовыми частями. Эта часть неактивная.

Для получения максимальной ЭДС секции, а следовательно,

и всей обмотки в виток соединяют проводники, отстоящие друг от друга на расстоянии полюсного деления (рис. 3.1).

Несколько витков, соединенных друг с другом и подключенных к пластинам коллектора или включенных в схему обмотки, называют секцией (рис. 3.2 и 3.3). Секция может быть и одновитковой (рис.3.2,а и 3.3,а).

3.2 Способы соединения проводников

Существует два способа соединения проводников в витки (секции):

- концы витков (секций) сводят вместе (для подключения к соседним пластинам коллектора или включения в схему обмотки. Такую обмотку называют петлевой (рис. 3.2, а, б);

- концы витков (секций) разводят на расстояние, близкое к двойному полюсному делению. Соединенную так обмотку называют волновой (рис. 3.3, а, б).

В принципе построения петлевые и волновые обмотки отличий не имеют, но по своим техническим свойствам различны.

В петлевых обмотках столько параллельных ветвей, сколько полюсов. Поэтому петлевые обмотки применяют в машинах с большими токовыми нагрузками, уменьшая тем самым сечение проводников обмотки.

В волновых обмотках параллельных ветвей только две (независимо от количества полюсов). В отличие от петлевых обмоток волновые нечувствительны к магнитной асимметрии машины. Применяют эти обмотки в машинах высоковольтных (витки обмотки соединяются последо-вательно и при-ходящееся на виток напряжение ниже приложенного к якорю, что уменьшает расход изоляционных материалов). Вследствие нечувствительности машины к магнитной асимметрии и отсутствия уравнительных соединений, волновые обмотки применяют в машинах малой мощности.

В каждом пазу, независимо от типа обмотки, располагают одну группу проводников (один проводник), принадлежащих одной секции или две группы, принадлежащие разным секциям. Первую обмотку называют однослойной, вторую – двухслойной. Секции обмотки соединяются друг с другом в последовательную цепь (см. рис. 3.6, а, б), так, что начало (н) последующей секции присоединяется вместе с концом (к) предыдущей секции к общей коллекторной пластине.

Поскольку каждая секция имеет два конца и к каждой коллекторной пластине присоединены также два конца секций, то общее количество пластин коллектора К равно количеству секций обмотки S:

K = S (3.1)

Для уменьшения пульсаций выпрямленного тока и напряжения, а также во избежание возникновения чрезмерно большого на-

пряжения между соседними коллекторными пластинами число пластин должно быть достаточно большим.

Обычно при номинальном напряжении = 110 – 220 В

Изготовление якорей с большим числом пазов нецелесообразно, так как усложнение штамповочных работ и увеличение расхода изо-

ляционных материалов вызовут удорожание машины, а мелкие зубцы при этом будут непрочными.

По этим причинам обычно в каждом слое паза располагают рядом несколько секционных сторон . При этом

(3.2)

В данном случае говорят, что в каждом реальном пазу имеется элементарных пазов, так что в каждом слое элементарного паза имеется одна секционная сторона. Общее число элементарных пазов якоря

(3.3)

При > 1 либо все секции имеют равную ширину, либо же часть секции имеет большую, а часть - меньшую ширину. В первом случае обмотку называют равносекционной (рис. 3.4, а), а во втором – ступенчатой (рис. 3.4, б).

При ступенчатой обмотке условия токосъема с коллектора улучшаются, однако эта обмотка сложнее и дороже и поэтому применяется в машинах большой мощности.

3.3. Шаги обмоток

В дальнейшем будем представлять, что якорь машины разрезан по

образующей и развернут так, что пазы и обмотка якоря лежат в одной плоскости. Предположим также, что развернутый якорь движется от-носительно неподвижных полюсов справа налево, а полюсы находятся перед плоскостью чертежа (рис. 3.5, а). ЭДС в проводниках секций направлены под южным полюсом вверх, а под северным – вниз.

Индуктируемая в секциях ЭДС максимальна, если ширина секций равна полюсному делению t, так как при этом макси-мальное потоко-сцепление секции определяется полным потоком полюсов в воздушном зазоре (рис. 3.5. б) Стороны секций при любом положении вращающегося якоря находятся под разноименными полюсами, в них индуктируются ЭДС противоположных направлений, которые по контуру секции суммируются.

Тем не менее, обычно обмотку выполняют с шагом (см. рис.3.5), несколько отличающимся от , так как при этом величина ЭДС существенным образом не меняется, а условия токосъема с коллектора улучшаются. При шаг называют полным или диаметральным, при < укороченным, а при > удлиненным.

Выполнения обмоток с удлиненным шагом избегают, из-за увеличения расхода меди на лобовые части обмотки.

Возможный вариант последовательного соединения секций простой петлевой обмотки представлены на рис. 3,6, а. Эта обмотка

образует столько параллельных ветвей (2а), сколько полюсов в машине (2р), поэтому ее называют параллельной.

Взаимное расположение на якоре сторон секций относительно друг друга определяют шаги обмоток (рис. 3.6, а), которые определяют по элементарным пазам. Первый частичный шаг - расстояние между активными сторонами одной и той же

секции. Для всех видов обмоток этот шаг выбирают близким к полюсному делению:

(3.4)

где e - некоторая дробь, округляющая шаг до целого числа.

Второй частичный шаг указывает расстояние между разноименными сторонами двух, следующих друг за другом, секций. Так как в петлевой обмотке движение при переходе от конечной стороны предыдущей секции к начальной последующей совершается влево, то шаг в петлевой обмотке будем считать отрицательным.

Результирующий шаг обмотки

(3.5)

определяет расстояние между начальными сторонами данной и последующей секций.

Коллекторным делением называют ширину коллекторной пластины вместе с шириной изоляционной прокладки между пластинами. Шаг по коллектору определяет расстояние в коллекторных делениях между серединами коллекторных пластин, к которым присоединены концы данной секции. В якорных обмотках машин постоянного тока

(3.6)

Соотношения (3.4), (3.5) и (3.6) применимы для всех типов обмоток. В простой петлевой обмотке

. (3.7)

На рис. 3.7 выполнена схема простой петлевой обмотки якоря со следующими данными: 2р = 4, Z = Z_Э= S = K = 18;

На схеме простой петлевой обмотки, вычерченной по рассчитанным шагам (рис. 3.7) проставлены номера пазов и присвоены коллекторным пластинам номера тех секций, с началом которых они соединены.

Линия на поверхности якоря, проходящая в осевом направлении между соседними полюсами, называется линией геометрической нейтрали или геометрической нейтралью, так как вдоль этой линии магнитная индукция .

При вращении якоря некоторая часть секций, выделенных на рис. 3.7 жирными линиями, оказывается замкнута накоротко щетками. Чтобы индуктируемые в этих секциях ЭДС были минимальными и не возникало чрезмерно больших токов, эти секции должны находиться на линии геометрической нейтрали или вблизи этой линии.

В простой петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют две параллельные ветви. В каждую из параллельных ветвей входит секций, поэтому число параллельных ветвей во всей обмотке

(3.8)

Условие выражает основное свойство простой петлевой обмотки: чем больше полюсов, тем больше параллельных ветвей имеет обмотка и больше щеточных пальцев. Простую петлевую обмотку называют параллельной.

При простой волновой обмотке секции, лежащие под разными полюсами, соединяют последовательно (рис. 3.6,б). При этом после одного обхода окружности якоря, то есть последовательного соединения р секций, приходят к коллекторной пластине, расположенной рядом с исходной. Частичные шаги обмотки и (рис. 3.6,б) приблизительно равны полюсному делению . Шаги волновой обмотки рассчитываются по (3.4) и (3.5). Шаг по коллектору равен двойному полюсному делению. Между шагом по коллектору и количеством коллекторных пластин К , при таком способе соединения проводников обмотки, существует зависимость , откуда

. (3.9)

Так как величина целое число, то число коллекторных пластин К должно быть нечетным числом. Для уменьшения расхода меди предпочтительнее брать (неперекрещенная обмотка). Направление ЭДС сохраняется неизменным во всех сторонах секций, расположенных в пределах одного полюсного деления, т.е. в сторонах секций. В простой волновой обмотке при одном обходе окружности якоря соединяют последовательно 2р сторон секций, поэтому количество секций в каждой параллельной ветви , а число параллельных ветвей обмотки

(3.10)

Таким образом, число параллельных ветвей при простой волновой обмотке не зависит от числа полюсов и всегда равно двум. Эту обмотку часто называют последовательной.

Последовательность соединения отдельных секций волновой обмотки показаны на рис. 3.8 на примере простой волновой обмотки четырехполюсной машины, имеющей 17 секций. При волновой обмотке в машинах возможна установка двух щеточных пальцев. Для уменьшения плотности тока под щетками и улучшения токосъема часто ставят полный комплект (2р) щеточных пальцев.

3.4. Условия симметрии обмоток. Уравнительные соединения

Последовательно соединенные секции якорных обмоток образуют замкнутую на себя цепь. Такая обмотка схематически изображена на рис. 3.9 в виде спирали, по поверхности которой скользят щетки. Если ЭДС параллельных ветвей обмотки и их сопротивления одинаковы, то равны между собой и токи этих ветвей:

. (3.11)

Это возможно в том случае, если магнитная цепь симметрична по устройству и потоки полюсов равны, а все пары параллельных ветвей обмотки эквивалентны, т. е. расположены в магнитном поле идентично. Обмотку, удовлетворяющую этим условиям, называют симметричной. В ней на каждую пару параллельных ветвей приходится одинаковое целое число секций и коллекторных пластин:

(3.12)

Люди также интересуются этой лекцией: 5.2 Начало периода раздробленности и его общая характеристика.

Для симметричного расположения параллельных ветвей в магнитном поле необходимо, чтобы

(3.13)

(3.14)

Соотношения (3.12) - (3.14) определяют условия симметрии обмоток. Последние проектируются с их учетом. При нарушении этих условий в параллельных ветвях обмотки будут индуктироваться различные по величине ЭДС, что приведет к появлению уравнительного тока и нарушению работы щеточных контактов. Уравнительные токи могут возникать и в симметрично выполненной петлевой обмотке. Из-за технологических допусков в величинах воздушного зазора под разными полюсами, дефектов литья, износа подшипников и других причин магнитные потоки отдельных полюсов несколько различаются между собой, поэтому в параллельных ветвях индуцируются неодинаковые ЭДС. Разница между ними составляет 3 – 5 %, но вследствие небольшого сопротивления обмотки якоря эта ЭДС оказывается достаточной для того, чтобы по параллельным ветвям даже при холостом ходе проходили довольно значительные уравнительные токи, замыкающиеся через щетки одинаковой полярности и соединительные провода между ними (см. рис. 3.9) и способствующие возникновению искрения на коллекторе. Объединив теоретически равнопотенциальные точки специальными соединениями, называемыми уравнительными (штриховая линия а-б на рис. 3.9), можно создать уравнительным токам замкнутые контуры внутри обмотки, освободив от дополнительных токов щетки. Одно из таких соединений показано штриховыми линиями на рис. 3.7. Практически достаточно снабжать уравнителями половину или третью часть коллекторных пластин. Уравнительные соединения располагают обычно под лобовыми частями обмотки рядом с коллектором. В этом случае они находятся вне поля главных полюсов и в них ЭДС не индуцируется.

При простой волновой обмотке уравнительных соединений не требуется, так как в каждую параллельную ветвь входят секции, стороны которых расположены под всеми полюсами. В результате неравенство потоков отдельных полюсов не вызывает неравенства ЭДС в параллельных ветвях. Поэтому в большинстве четырехполюсных машин малой и средней мощности применяют волновую обмотку. Петлевые обмотки используют при токах якорных обмоток не менее 250 – 300 А.

Поделитесь ссылкой:

Популярные услуги

Якорные обмотки машины постоянного тока

Рекомендуемые материалы

Рекомендуемые лекции