Электрические двигатели и генераторы

Электротехника
Электрические машины и трансформаторы
Определение фазных и линейных токов приемников
Электрическая машина
Принцип действия асинхронного двигателя
Трансформаторы

Векторная диаграмма трансформатора

Переходные процессы в трансформаторах
Трансформаторные устройства специального назначения
Холостой ход трансформатора
Опыт короткого замыкания
Трехобмоточный трансформатор
Измерительные трансформаторы.
Электрические двигатели и генераторы
Асинхронный генератор
Параметры асинхронной машины 
Регулирование скорости вращения

Однофазные асинхронные двигатели.

Асинхронный преобразователь частоты 
Генераторы переменного тока
Трехфазный синхронный генератор
Несимметричная нагрузка трехфазного генератора
Однофазный синхронный генератор
Синхронный двигатель 
Синхронные машины заводов Советского Союза
Машины постоянного тока – генераторы и двигатели
Генератор с параллельным возбуждением
Электромашинные усилители
Электромашинные преобразователи тока
 

Якорные обмотки машин постоянного тока 

а) Общие определения.

Кольцевой якорь со спиральной обмоткой в настоящее время не применяется, так как более выгодным и надежным является барабанный якорь с обмоткой, все проводники которой укладываются на его внешней поверхности.

При барабанном якоре обмотка состоит из витков, имеющих ширину, равную (или почти равную) полюсному делению. Здесь виток охватывает весь поток Ф, вступающий в якорь, и э.д.с. в нем получается в 2 раза больше, чем в витке спиральной обмотки, где максимальный поток, охватываемый витком, равен половине потока, вступающего в якорь. Поэтому для получения одной и той же э.д.с. при барабанной обмотке требуется витков в 2 раза меньше, чем при кольцевой. К тому же изготовление кольцевой обмотки гораздо сложнее и условия ее охлаждения хуже, чем барабанной обмотки.

Проводники барабанной обмотки укладываются в пазы. Они называются активными проводниками. Два активных проводника, соединенных друг с другом, образуют виток. Витки соединяются между собой и с коллекторными пластинами и образуют замкнутый контур.

Часть обмотки, находящаяся при ее обходе между следующими друг за другом коллекторными пластинами, называется секцией. Секция может состоять из одного или нескольких витков (рис. 5-9). Ширину секции следует выбирать или равной полюсному делению (расстояние по окружности якоря между осями соседних полюсов), или близкой к нему. Секционные стороны в пазах обычно размещают в два слоя. На рис. 5-10 показаны пазы якоря с размещенными в них секционными сторонами. Здесь прямоугольниками изображены секционные стороны, которые могут состоять из одного или нескольких активных проводников.

Рис. 5-9. Одновитковая секция, заложенная в пазы (а), и трехвитковая секция (б).

 Для того чтобы правильно соединить секции обмотки между собой и с коллекторными пластинами, нужно найти шаги обмотки. Их целесообразно измерять числом элементарных пазов, причем под последними понимаются условные пазы с двумя секционными сторонами, расположенными одна над другой. На рис. 5-10,а показаны реальные пазы, которые в то же время являются и элементарными. На рис. 5-10,6 и в показаны пазы, из которых каждый состоит соответственно из двух и трех элементарных пазов. Нумерация элементарных пазов производится так, как показано на рис. 5-10.

Рис. 5-10. Пазы якоря

 Секция обмотки укладывается в пазы таким образом, чтобы одна ее сторона находилась в верхнем слое паза, а другая сторона в нижнем слое. На рис. 5-11 изображены секции обмоток. Здесь часть секции, находящаяся в верхнем слое, изображена сплошной линией, а часть секции, находящаяся в нижнем слое, – пунктирной линией.

Рис. 5-11. Секции якорных обмоток.

Барабанные обмотки делятся на петлевые и волновые. Секции петлевой обмотки показаны на рис. 5-11,а и волновой обмотки – на рис. 5-11,б.

Различают следующие шаги обмоток (рис. 5-11):
у1 – первый шаг, равный ширине секции или расстоянию между начальной и конечной сторонами секции;
у2 – второй шаг, равный расстоянию между конечной стороной одной секции и начальной стороной следующей секции;
у – результирующий шаг, равный расстоянию между начальными сторонами следующих друг за другом секций;
ук – шаг по коллектору, равный расстоянию между началом и кон­ом секции по окружности коллектора (измеряется числом коллекторных делений, т. е. расстояний между серединами соседних коллекторных пластин).

Если у измеряется числом делений элементарных пазов, то у и ук выражаются одним и тем же числом, т. е.

y = yк.          (5-1)

Если обозначить: S – число секций, K – число коллекторных пластин, Zэ– число элементарных пазов, то

S = K = Zэ.          (5-2)

Минимальное число параллельных ветвей 2а замкнутой обмотки равно двум, т. е.

2a ≥2.          (5-3)

Для обеспечения симметрии обмотки общее число секций выбирается таким образом, чтобы на каждую пару параллельных ветвей приходилось целое число секций. В этом случае имеем:

целому числу.          (5-4)

  

5-3. Якорные обмотки машин постоянного тока часть 2

б) Петлевая обмотка.

При петлевой обмотке первый шаг делается по окружности якоря в одну сторону, второй шаг – в противоположную (рис. 5-11,а), поэтому шаги петлевой обмотки связаны соотношением

y1 – y2 = y = yк. (5-5)

 Обычно у1>y2 и y>0. Такая обмотка называется неперекрещенной или правой. Здесь при обходе секций мы будем все время смещаться вправо. При у1< у2 и у<0 получается перекрещенная или левая петлевая обмотка. В этом случае при обходе обмотки будем все время смещаться влево. Левая обмотка на практике почти не встречается.

Число параллельных ветвей петлевой обмотки определяется числом полюсов 2р и значением результирующего шага у. В общем случае число параллельных ветвей петлевой обмотки равно:

2a = 2py. (5-6)

На рис. 5-11,а показаны две секции петлевой обмотки с шагом у = ук=1. Такая обмотка называется простои петлевой. Она имеет число параллельных ветвей, равное числу полюсов: 2а = 2р. Простые петлевые обмотки применяются для машин средней и большой мощности.

Если у>1, то получается сложная петлевая обмотка. Петлевую обмотку называют также параллельной, и соответственно различают простую и сложную параллельные обмотки.

На рис 5-12 приведена схема – развертка простой петлевой обмотки при Zэ = S = K = 24, 2p = 2a = 4.

Рис. 5-12. Схема-развертка простой петлевой обмотки.
Zэ = S = K = 24; 2p = 2a = 4; y = yк = 1; y1 = 6; y2 = 5.

Шаги обмотки взяты равными:

y = yк = 1; ;

y1 = 6; y2 = y1 – y; y2 = 5.

Если схему начертить на полосе бумаги и обернуть ею цилиндр подходящих размеров, то мы получим наглядное представление о соединении секций между собой и с коллекторными пластинами.

Для той же самой обмотки на рис. 5-12а представлена так называемая радиальная схема.

Рис. 5-12а. Радиальная схема простой петлевой обмотки (кривые вне якоря условно показывают лобовые соединения на задней стороне машины, кривые внутри якоря – лобовые соединения на ее передней стороне; см. рис. 5-12).

 На рис. 5-12 показаны полюсы и э.д.с, наведенные в секционных сторонах. Мы приняли, что полюсы расположены над обмоткой и что якорь относительно полюсов и щеток движется вправо.

При выбранном положении якоря относительно полюсов получаются четыре параллельные ветви (2а = 2р = 4); они показаны на рис. 5-13, где цифрами без штриха обозначены верхние секционные стороны, а цифрами со штрихом – нижние.

Рис. 5-13. Параллельные ветви простой петлевой обмотки (см. рис. 5-12).

 При перемещении якоря некоторые секции замыкаются щетками. Они в это время не участвуют в создании э.д.с. параллельной ветви. Для рассматриваемого случая мы будем иметь то 6, то 5 секций в каждой параллельной ветви. В соответствии с этим напряжение на щетках будет несколько изменяться по величине, оставаясь постоянным по направлению. В практических случаях, когда взято на параллельную ветвь обмотки 15–20 и больше секций, коллекторные пульсации напряжения на щетках получаются меньше 1%.

Щетки на рис. 5-12 и 5-12а соприкасаются с коллекторными пластинами, соединенными с секционными сторонами, находящимися приблизительно посередине между главными полюсами, т. е. вблизи геометрической нейтрали. В этом случае считают, что щетки находятся приблизительно на геометрической нейтрали, имея в виду положение щеток не относительно полюсов, а относительно секционных сторон, с которыми они соединены. Щетки устанавливаются на геометрической нейтрали не только для того, чтобы иметь наибольшую э.д.с. в параллельной ветви, но и для того, чтобы в секциях, замыкаемых щетками почти накоротко, не могли образоваться большие токи.

Из сложных петлевых обмоток применяются иногда обмотки при у = 2 для машин на большие токи, для которых увеличение числа параллельных ветвей за счет увеличения числа полюсов невозможно или невыгодно.

Сложную петлевую обмотку можно представить себе, как две простые петлевые обмотки, уложенные на один и тот же якорь и смещенные одна относительно другой (рис. 5-14).

Рис. 5-14. Секции сложной петлевой обмотки (у = ук = 2).

 При исследовании якорных обмоток машин постоянного тока, так же как якорных обмоток машин переменного тока, применяются векторные диаграммы э.д.с. обмоток. Такие диаграммы можно построить, приняв, что кривая распределения индукции вдоль окружности якоря (кривая поля машины) синусоидальна. Тогда мы можем э.д.с., наведенные в секционных сторонах, изобразить временными векторами. Следовательно, э.д.с. одной какой-либо секции также изобразится вектором, равным разности векторов э.д.с., наведенных в сторонах этой секции (см. § 3-3,а).

Электродвижущие силы секций, следующих одна за другой, сдвинуты по фазе в соответствии с их сдвигом в магнитном поле. Этот сдвиг легко найти, так как сдвигу в магнитном поле на полюсное деление т соответствует сдвиг по фазе на 180°.

Для петлевой обмотки сдвиг между следующими одна за другой секциями равен у делений элементарных пазов, чему соответствует

.

Для обмотки, схема которой показана на рис. 5-12, имеем (y = 1,  = Zэ/2р = 24/4 = 6, следовательно, .

Складывая при обходе обмотки векторы э.д.с. отдельных секций, мы получим многоугольники э.д.с., каждый из которых соответствует одной паре параллельных ветвей обмотки. Они называются многоугольниками э.д.с. секций обмотки (или потенциальными многоугольниками обмотки).

Для обмотки рис. 5-12 мы получим два равных друг другу многоугольника э.д.с. обмотки (а = 2) с числом сторон , показанных на рис. 5-15. Здесь цифрами обозначены номера секций, соответствующие номерам коллекторных пластин.

Рис. 5-15. Многоугольник э.д.с. обмотки (см. рис. 5-12).

 При помощи рис. 5-15 можно найти пульсацию э.д.с. на щетках. Она равна:

где ;

для данного случая E%  1,2%

Очевидно, что при K/a, равном нечетному числу, которое обычно и выбирается, пульсация э.д.с. на щетках будет относительно меньше.

При увеличении числа секций в параллельной ветви многоугольник приближается к окружности.

Из схем обмоток и соответствующих многоугольников э.д.с. следует, что если мы при обходе некоторого числа секций обмотки смещаемся в магнитном поле на , то получаем при этом одну параллельную ветвь. Таким образом, число параллельных ветвей равно общему сдвигу в магнитном поле при обходе всех секций обмотки, поделенному на . Для петлевой обмотки общий сдвиг в магнитном поле равен yS, а число параллельных ветвей

.

Электротехника