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

Волновая обмотка.

При волновой обмотке второй шаг y2 делается в ту же сторону, что и первый шаг y1 (рис. 5-11,б), поэтому шаги обмотки связаны соотношением

y1 + y2 = y = yк.          (5-7)

Результирующий шаг у должен быть больше или меньше, чем двойное полюсное деление 2, чтобы при обходе секций все они были включены в обмотку. Поэтому, делая один обход по окружности якоря, мы попадаем в элементарный паз, сдвинутый вправо или влево от начала обхода на х делений элементарных пазов (рис. 5-11,б). Так как мы должны при этом сделать столько результирующих шагов у, сколько имеется пар полюсов, то yp±x = Zэ = S. Отсюда получаем:

          (5-8)

Число параллельных ветвей волновой обмотки зависит только от х, оно равно 2а = 2х. В этом можно убедиться, рассматривая схемы обмоток.

Формула для результирующего шага пишется следующим образом

.          (5-9)

Верхний знак соответствует неперекрещенной обмотке, нижний знак – перекрещенной.

При а = 1 получается простая волновая обмотка или простая последовательная обмотка. При а > 1 получается сложная волновая или сложная последовательная обмотка.

На рис. 5-16 приведена схема-развертка простой волновой обмотки:

2p = 4; Zэ = S = K = 19; 2a = 2;

y2 = y – y1 = 4.

Рис. 5-16. Схема-развертка простой волновой обмотки
Zэ = S = K = 19; 2р = 4; у = yк = 9; y1 = 5; y2 = 4; а = 1.

Радиальная схема той же обмотки приведена на рис. 5-16а.

Рис. 5-16а. Радиальная схема простой волновой обмотки (кривые линии вне якоря условно показывают лобовые соединения на задней стороне машины, кривые внутри якоря – лобовые соединения на ее передней стороне (см рис. 5-16).

На рис. 5-17 представлены параллельные ветви обмотки, соответствующие положению якоря и коллектора относительно полюсов и щеток, показанному на рис. 5-16. Получаются две параллельные ветви. Для любой волновой обмотки можно взять только две щетки (заштрихованные на рис. 5-16 и 5-17). Однако в обычных случаях берут число щеток равным числу полюсов, так как в этом случае поверхность коллектора лучше используется и его размеры можно сократить. Выключаемые при этом секции (замкнутые щетками) практически не изменяют (при большом числе секций в параллельной ветви) ее э.д.с.

Рис. 5-17. Параллельные ветви простой волновой обмотки  (см. рис. 5-16) при двух щетках и при четырех щетках.

 Сложную волновую обмотку можно представить себе, как а простых волновых обмоток, уложенных на якоре, имеющем число пазов и число коллекторных пластин в а раз больше, чем это нужно для одной простой волновой обмотки. Сложные волновые обмотки на практике встречаются сравнительно редко.

Простая волновая обмотка находит себе самое широкое применение для нормальных машин небольшой и средней мощности при 2р=4 и 6. Ее преимущество перед простой петлевой обмоткой заключается в том, что она при любом числе полюсов имеет только две параллельные ветви и, следовательно, при 2р>2 требует меньше проводников. При этом сечение проводников должно быть взято больше, чем при петлевой обмотке, но при меньшем числе проводников изготовление обмотки облегчается. Другим важным преимуществом простой волновой обмотки является то, что она не требует уравнительных соединений, тогда как петлевая обмотка при 2р>2 должна быть снабжена уравнительными соединениями.

Число параллельных ветвей волновой обмотки, как отмечалось, зависит только от х коллекторных делений между началом и концом одного обхода по окружности коллектора. Это можно доказать, пользуясь теми же рассуждениями, что и в отношении петлевой обмотки. Для волновой обмотки можно также построить векторные диаграммы э.д.с. – многоугольники э.д.с. обмотки. Здесь сдвиг по фазе э.д.с. секций, следующих одна за другой при обходе обмотки, соответствует их сдвигу в магнитном поле, равному 2-у (см. рис. 5-11,б). Так как число параллельных ветвей 2а равно общему сдвигу в магнитном поле при обходе всех секций обмотки, т. е. (2-y)S, поделенному на , то получим: 2а = (2-y)S:. Подставляя сюда (5-8) и =S/2р, будем иметь:

(здесь знак минус опускаем, так как 2а – число существенно положительное).

Уравнительные соединения.

Обратимся к рис. 5-12, 5-12а и 5-13, где приведены схемы простой петлевой обмотки и ее параллельных ветвей. При различных потоках отдельных магнитных цепей э.д.с. параллельных ветвей будут неодинаковы. Различие потоков может быть вызвано эксцентричным положением якоря относительно полюсов, раковинами, получающимися при отливке станины. Допустим, например, что э.д.с. верхней ветви на рис. 5-13 больше э.д.с. третьей (сверху) ветви. Тогда в контуре, состоящем из этих ветвей, правых и левых щеток и соединительных проводников между ними, будет проходить уравнительный (постоянный) ток, причем он будет иметь большое значение, даже при небольшом различии э.д.с. ветвей обмотки. В результате верхние щетки будут иметь чрезмерную нагрузку, что может вызвать искрение под этими щетками.

Для того чтобы уменьшить уравнительные токи, проходящие через щетки, устраивают уравнительные соединения. Они представляют собой проводники, соединяющие друг с другом точки обмотки с теоретически равными потенциалами, т. е. те точки обмотки, которые имели бы равные потенциалы, если бы были соблюдены все условия симметрии. На рис. 5-12 и 5-13 показаны пунктиром четыре группы уравнительных соединений (каждая группа представляет собой соединение а "равнопотенциальных" точек). Для реальных обмоток делают обычно 6–12 групп уравнительных соединений. Только для обмоток быстроходных машин, таких, например, как возбудители к мощным турбогенераторам, часто делают полное возможное число групп уравнительных соединений, равное К/а.

При наличии уравнительных соединений уравнительные токи будут проходить главным образом по этим соединениям. Токи будут переменными. Они образуют многофазную систему и, следовательно, создадут н.с., вращающуюся с такой же скоростью, с какой вращается якорь, но в противоположную сторону. Эта н.с. относительно полюсов будет неподвижной и согласно закону Ленца будет выравнивать потоки под полюсами. Тем самым будет почти полностью устраняться причина, вызывающая уравнительные токи через щетки.

При простой волновой обмотке нельзя выполнить уравнительные соединения, но они здесь не требуются, так как секции любой параллельной ветви этой обмотки располагаются под всеми полюсами и неравенство отдельных потоков в одинаковой степени сказывается на э.д.с. обеих параллельных ветвей.

Равносекционные и ступенчатые обмотки.

При выполнении обмотки из проводников небольшого сечения, когда секция состоит из нескольких витков, следует так выбирать шаг y1, чтобы все секции были одинаковыми по ширине. В этом случае секции могут быть объединены в катушки, хорошо изолированы вне машины и в готовом виде заложены в пазы якоря.

Обмотка с секциями, одинаковыми по ширине, называется равносекционной. Секции этой обмотки представлены на рис. 5-18. Здесь катушка состоит из трех секций; следовательно, она имеет по три конца с каждой стороны, которые присоединяются к коллекторным пластинам в соответствии с шагом по коллектору ук. Таких катушек должно быть заготовлено столько, сколько пазов имеет якорь.

Рис. 5-18. Равносекционная обмотка.

 Для равносекционной обмотки ширина секции (шаг у1) выбирается таким образом, чтобы при положении одной ее стороны в верхнем слое одного паза, например в крайнем левом положении, другая сторона находилась в нижнем слое другого паза, также в крайнем левом положении (рис. 5-18). Следовательно, для равносекционной обмотки y1/u должно быть равно целому числу (u – число секционных сторон в одном слое паза).

Если y1/u не равно целому числу, то получается ступенчатая обмотка (рис. 5-19). Такая обмотка применяется при секциях, состоящих из одного витка. Обычно секции ступенчатой обмотки образуются из полусекций (стержней), закладываемых в пазы, путем соединения при помощи хомутиков их концов на стороне, противоположной коллектору. Она применяется для машин большой мощности, так как создает лучшие условия коммутации (см. § 5-7).

Рис. 5-19. Ступенчатая обмотка.

Электротехника