|
Читайте также: |
1.2.4 УМОВИ СИМЕТРIЇ ОБМОТКИ ЯКОРЯ
Для ефективної роботи машини обмотка якоря має бути симетричною. Це означає, що опори кожної з паралельних віток рівні, в кожній паралельній вітці наводиться однакова ЕРС і протікає однаковий струм. Тільки при симетрії обмотки, між паралельними вітками не виникає зрівняльних струмів. Якщо ж обмотка несиметрична, то струм у паралельних вітках буде не однаковий, що викличе додаткові втрати в якорі, зниження корисної потужності машини, ускладнення роботи колектора та щіток тощо. Обмотка якоря буде симетричною лише при виконанні трьох умов симетрії.
Перша умова. Кожна пара паралельних віток повинна складатися з однакової кількості секцій. Це можливо лише тоді, коли відношення числа секцій до числа пар паралельних віток ціле число (ц. ч.):
S / a = ц. ч.(1.10)
Неважко переконатися, що недотримання цієї умови приведе до нерівності як опорів віток, так і ЕРС, що ними створюються, а отже і до появи зрівняльних струмів з усіма негативними наслідками.
Друга умова. Секції кожної пари паралельних віток повинні займати на якорі однакову кількість реальних пазів, що можливо коли:
Z / a = ц. ч.(1.11)
Третя умова. Кожна пара паралельних віток повинна займати однакове положення відносно системи головних полюсів, що може бути виконано лише при:
2 р / а = ц. ч.(1.12)
Проста хвиляста обмотка завжди симетрична, тому що в неї а = 1.
Для складної петлястої обмотки, у якої 2 а = 2 р * m, остання умова буде виконана при 2/ m = ц. ч., а отже, складна петляста обмотка може бути симетричною лише коли m = 2. Слід зауважити, що у деяких випадках при виконанні обмоток можливі незначні відхилення від умов симетрії (наприклад, рис. 1.15).
1.2.5 ЗРІВНЯЛЬНІ З’ЄДНАННЯ (ВИРІВНЮВАЧІ)
Навіть при симетричній обмотці в її паралельних вітках можуть створюватись неоднакові ЕРС. Причина цього – магнітна несиметричність в багатополюсних машинах. З різних причин магнітні потоки однойменних полюсів можуть виявитись різними, наприклад, через дефекти, що виникають при відливанні станини, неякісне складання полюсів, невірну центрову якоря тощо.
Магнітна несиметричність практично не впливає на роботу машини, якщо її обмотка проста хвиляста, тому що послідовно з’єднані секції розташовуються під різними парами полюсів, а отже, паралельні вітки такої обмотки будуть в рівних умовах що до магнітного поля.
Вирівнювачі першого роду. Якщо обмотка петляста, то паралельні вітки створюються різними парами полюсів і в них, при магнітній несиметричності, будуть створюватись різні ЕРС, і, як наслідок, виникати зрівняльний струм. Враховуючи, що опір обмотки якоря незначний, навіть при відносно малій різниці між ЕРС, зрівняльний струм може виявитись досить великим. Для прикладу розглянемо обмотку (рис. 1.13). Уявимо, що ЕРС кожної паралельної вітки першої пари полюсів (секції 2; 3; 4 та 5; 6; 7) складає Еа1 = 99 В, а другої (секції 9; 10; 11 та 12; 13; 14) – Еа2 = 101 В при номінальному струмі в паралельній вітці іа = 20 А і номінальному опорі паралельної вітки ra = 0,1 Ом (тоді опір кожної половини обмотки, по якій потече зрівняльний струм відповідно 2 ra). За таких умов зрівняльний струм паралельної вітки складе ізр = (Еа2 – Еа1)/2 ra = 10 А, що становить 50 % від струму щітки. Цей струм, не лише створить додаткові втрати в якорі, але й буде перевантажувати щітки А1 та В1 (при роботі машини в режимі генератора), підвищуючи інтенсивність іскріння між ними та колектором (щітки А2 та В2 при цьому відповідно розвантажуються). Щоб уникнути перевантаження щіток, точки обмотки, які теоретично повинні були б мати рівні потенціали, з’єднуються мідними провідниками. Такі точки належать секціям, які в магнітному полі повинні знаходитись у рівних умовах, тобто відстояти одна від одної на дві полюсні поділки (2 τ). Ці з’єднання називаються зрівняльними з’єднаннями (вирівнювачами) першого роду. Кількість точок, що мають рівні потенціали, дорівнює кількості полюсів, тому число вирівнювачів першого роду Nзр, які можна установити в машині, враховуючи, що виконуються вони безпосередньо на колекторі пропорційна числу колекторних пластин K:
Nзр = K / р. (1.13)
Такі з’єднання (рис. 1.16) виконують дротом, переріз якого складає (25 – 50) % від перерізу дроту обмотки якоря, безпосередньо на колекторі. З метою економії дроту число зрівнювачів може виконуватись дещо менше, ніж це необхідно. На (рис. 1.16) показано виконання вирівнювачів простої петлястої обмотки, розгорнута схема якої подана на (рис. 1.13). Тут замість Nзр = 14/2 = 7, зроблено лише чотири вирівнювачі. Слід зазначити, що у машинах з важкими умовами роботи, наприклад у двигунів прокатних станів тощо, обов’язково виконується повне число вирівнювачів.
Зрівняльні струми в секціях обмотки, що пов’язані з несиметричністю магнітної системи, є змінними струмами, як і основний струм секції. Детальний аналіз дії зрівняльних струмів показує, що протікаючи по обмотці якоря, вони створюють магнітні поля, які підсилюють потік головних полюсів там, де він через магнітну несиметричність ослаблений, і ослаблюють його там, де він підсилений. Іншими словами, зрівняльні струми намагаються згладити існуючу в машині магнітну несиметричність.
Вирівнювачі другого роду. У складних обмотках прості обмотки, що ними створюються складні, з’єднуються між собою щіткою на колекторі. Щітковий контакт практично ніколи не буває однаковим для кожної простої обмотки, тому струм між ними розподіляється нерівномірно, що в свою чергу порушує рівномірний розподіл потенціалів по колектору і збільшує інтенсивність іскріння на ньому. Щоб уникнути цього небажаного явища, застосовуються зрівнювальні з’єднання другого роду. Цими вирівнювачами електрично з’єднують прості обмотки, що складають складну, в точках теоретично рівних потенціалів.
В складних хвилястих обмотках вирівнювачі другого роду виконуються на лобових частинах або з боку, протилежному колектору (рис. 1.15) або безпосередньо на колекторі. На (рис. 1.15) показано лише два вирівнювачі, насправді їх число визначається співвідношенням (1.13), але з міркувань економії їх, як і вирівнювачів першого роду, виконується менша кількість.
Виконувати вирівнювачі для складних петлястих обмоток (рис. 1.17) набагато складніше, ніж для хвилястих. В такій обмотці кожна секція однієї з простих обмоток приєднується до пластин колектора, розташованих через одну (наприклад, до непарних), то пластини, що розташовуються між ними (наприклад, парні), поділяють ЕРС кожної секції на дві частини. Для забезпечення рівномірного розподілу напруги між пластинами, ці частини повинні бути однаковими, тобто щоб напруга між кожною парою рядом розташованих пластин (наприклад, 1 і 2) дорівнювала половині ЕРС секції. Щоб це забезпечити необхідно середину секції з боку, протилежного колектору з’єднати з середньою колекторною пластиною (наприклад, середину секції, приєднаної до пластин 1 і 3 з пластиною 2). Це можна зробити лише в спеціальних каналах, які проходять паралельно валу ротора. Крім цього, складна петляста обмотка потребує не тільки вирівнювачів другого роду, а й першого (рис. С1.1).
Таким чином, вирівнювачі другого роду призначені для вирівнювання несиметричності розподілу напруги по колектору.
1.2.6 КОМБІНОВАНА ОБМОТКА
Комбінована (жаб’яча) обмотка уявляє собою симбіоз петлястої і хвилястої обмоток, розташованих в одних пазах і з’єднаних з одним колектором. Так як обидві ці обмотки двошарові, то комбінована обмотка виконується чотиришаровою (в першому та четвертому шарах – провідники хвилястої обмотки, а в другому та третьому – петлястої), а до колекторних пластин відповідно приєднуються по чотири кінці різних секцій (рис. 1.18, а). Перші кроки комбінованої обмотки виконуються однаковими: у1петл. = у1хвил. Достоїнство таких обмоток – відсутність зрівнювальних з’єднань при значній кількості паралельних віток, тому що пластини колектора, які повинні бути з’єднаними вирівнювачами, з’єднуються секціями (рис. 1.18, б):
узрів. = у1петл. + у1хвил.,
де узрів. – крок вирівнювача першого роду, рівний двом полюсним поділкам, у1пет., у1хвил. – перші кроки петлястої та хвилястої обмоток, рівні полюсним поділкам (такий же результат отримаємо склавши повні кроки – упетл. + ухвил петлястої і хвилястої обмоток). Недолік комбінованих обмоток – технологічна складність, що підвищує її вартість і обмежує сферу застосування лише до машин великої потужності та зі значним числом обертів на хвилину, де важко виконати зрівнювальні з’єднання. Треба відзначити, що комбінована обмотка може бути виконана лише при рівності паралельних віток хвилястої та петлястої обмоток, що її складають. Якщо в машині лише одна пара полюсів, то комбіновану обмотку складають дві прості – петляста та хвиляста. При числу пар полюсів більше ніж одиниця хвиляста обмотка має бути складною, а петляста – простою.
1.2.7 ВИБІР ТИПУ ОБМОТКИ
Застосування в машині постійного струму того чи іншого типу обмотки визначається техніко-економічними вимогами. Вибраний тип обмотки повинен забезпечити при заданому струмі навантаження необхідну ЕРС. При цьому необхідно звести до мінімуму використання зрівняльних з’єднань при найбільш ефективному використанні площі пазів. Очевидно, що чим більше в пазу провідників, тим більшу площу займає їх ізоляція і тим менша ефективність використання площі паза. При заданих частоті обертання машини та її ЕРС, число провідників N пропорційне (див. 1.19) числу пар паралельних віток обмотки а. Тому при виборі типу обмотки перевагу слід віддати простій хвилястій обмотці, що має тільки дві паралельні вітки і до того ж не потребує вирівнювачів. Це ж саме справедливо і для простої петлястої обмотки в машині з однією парою полюсів. До умов, що обмежують використання простої хвилястої обмотки, слід віднести допустиме значення струму паралельної вітки, що складає біля 400 А та середнє значення напруги між суміжними колекторними пластинами, що не повинно перевищувати для різних машин від 16 до 30 В. Так, наприклад, для двигунів загальнопромислового призначення з числом пар полюсів більше одиниці і номінальним струмом до 700 А використовується проста хвиляста обмотка (при р = 1 перевага віддається простій петлястій), при струмах від 700 до 1400 А використовується проста петляста або комбінована обмотки, а при струмах більше 1400 А – складна петляста або комбінована.
1.2.8 ЕРС ОБМОТКИ ЯКОРЯ
При обертанні обмотки якоря в магнітному полі машини з частотою обертання w в кожному її провіднику створюється ЕРС Епр:
Епр = Вср * l * v, (1.14)
де Вср – середнє значення магнітної індукції в машині, Тл; l – довжина провідника в пазу (приблизно рівна довжині якоря), м; v – лінійна (колова) швидкість провідника в магнітному полі, м/c.
v = w * Da /2, (1.15)
де w – кутова частота обертання, р/с.
Середнє значення індукції пропорційне загальному потоку, що пронизує циліндр якоря і зворотно пропорційне його площі:
Вср = 2 р*Ф /(π * Da * l), (1.16)
де Ф – магнітний потік одного полюса, Вб; Dа – діаметр якоря, м.
З урахуванням (1.14; 1.15 та 1.16), ЕРС провідника Епр можна представити, як:
Епр = р * Ф * w / π. (1.17)
ЕРС обмотки – це та ЕРС, що створюється в одній паралельній вітці N /2 а провідниками, отже,
Eа = Епр * N /2 а. (1.18)
Таким чином з урахуванням (1.17):
Eа = p * N * Ф * w /2p* a, (1.19)
де p * N /2p* a = k – електромашинна стала.
Отже, остаточна формула ЕРС якоря:
| Еа = k * Ф * w (1.20) |
Слід зазначити, що максимальне значення Еа (1.20) буде мати лише в тому випадку, коли щітки розташовані на поперечній осі машини, яку називають геометричноюнейтраллю. При зміщенні щіток з поперечної осі на кут β, значення ЕРС буде зменшуватись:
Еа = k * Ф * w *cos β. (1.21)
ЕРС Еа, що виникає при роботі машини в режимі генератора, створює напругу на його затискачах, а при ввімкнені навантаження, викликає струм. При використанні машини двигуном, ЕРС направлена назустріч струму, обмежуючи його величину.
1.2.9 ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ МОМЕНТ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ПОТУЖНІСТЬ
Електромагнітний момент. При протіканні струму по провідниках якоря, що розташовані в магнітному полі, на кожен з них відповідно з (В.2) діє електромагнітна сила (сила Ампера) Fем:
Fем = Вср * l * iа,(1.22)
де iа = Iа /2 а – струм, згідно з (1.6), що протікає в активному провіднику секції якоря, А.
Враховуючи, що провідники N обмотки якоря рівномірно розміщені по циліндру в пазах якоря, сили, які діють на кожен із них, створюють результатний електромагнітний момент Мем:
Мем= Fем * N * Da /2. (1.23)
З урахуванням (1.16, 1.22 та 1.23)
Мем = р * N * Ф * Iа /(2p* a), (1.24)
тобто, враховуючи електромашинну сталу, отримаємо:
| Мем = k * Ф * Iа. (1.25) |
Електромагнітний момент Мем (1.25), що виникає при роботі машини в режимі двигуна, створює обертовий момент, під дією якого приводиться до обертання механічне навантаження на його валу. При використанні машини генератором, електромагнітний момент є гальмівним, який протидіє моменту привідного двигуна.
Електромагнітна потужність Рем. Ця потужність машини пропорційна електромагнітному моменту та кутовій частоті обертання, тобто може бути виражена механічними величинами:
Рем =Мем * w. (1.26)
Враховуючи (1.25), її можна виразити і через електричні та магнітні (звідси назва) величини:
Рем = k * Ф * Iа * w, (1.27)
або з урахуванням (1.20) лише через електричні:
| Рем = Eа * Iа. (1.28) |
Вирази (1.26 та 1.28) можна прокоментувати таким чином, електромагнітна потужність – це проміжна ланка через яку відбувається взаємне перетворювання електричної і механічної потужності: дійсно, у двигуні підведена електрична потужність Ре спершу перетворюється в електромагнітну, а з неї в механічну Рм. В генераторі підведена механічна потужність через електромагнітну, яка є добутком ЕРС та струму якоря, перетворюється в електричну.
ЦЕ НЕОБХІДНО ЗАПАМ’ЯТАТИ:
– обмотку якоря для ефективної роботи машини необхідно виконувати симетричною;
– всі обмотки, крім простої хвильової та комбінованої (жаб’ячої), потребують зрівняльних з’єднань;
– ЕРС, що створюється в обмотці якоря при її обертанні в магнітному полі, є добуток електромашинної сталої, магнітного потоку та кутової швидкості, тобто Еа = k * Ф * w;
– електромагнітний момент, який діє на ротор (обертаючи або гальмуючи його), є добуток електромашинної сталої, магнітного потоку та струму якоря, тобто Мем = к * Ф * Iа;
– взаємне перетворення механічної та електричної потужностей здійснюється в електричній машині через електромагнітну потужність Рем = Eа * Iа, що є добутком ЕРС та струму якоря, за такою схемою:
Дата добавления: 2015-07-14; просмотров: 503 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| ЛЕКЦІЯ 3 | | | САМОСТІЙНА РОБОТА 1 |