Обмотки якоря МПТ простые и сложные петлёвые , волновые. Принцип выполнения

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой зам­кнутую систему изолированных проводников, определенным образом уложенных в пазы сердечника якоря и присоединенных к коллектору. К обмотке якоря предъявляются ряд требований. Она должна обеспе­чить получение необходимой ЭДС, прохождения тока номинальной ве­личины и безыскровую работу щеточного контакта. При этом она долж­на иметь достаточную электрическую, термическую и механическую прочность, обеспечивать возможно меньший расход материалов, мак­симальное значение КПД.

Обмотка якоря состоит из отдельных элементов–секций. Секция – это часть обмотки, содержащая один или несколько витков и при­соединенная к двум коллекторным пластинам. Несколько секций скреп­ленных между собой для удобства укладки в пазы якоря образуют ка­тушку. Секции в виде катушек являются основным конструктивным эле­ментом при образовании якорной обмотки. Они укладываются в пазы в два слоя так чтобы левые стороны секций лежали в верхней части па­за, а правые – в нижней. Такая обмотка носит название двухслой­ной (рисунок 1.11).

Рисунок 1.11

Части секций, лежащие в пазу, называются активными сторонами секции, они находятся в магнитном поле главных полюсов и при вра­щении якоря в них индуктируется ЭДС. Части секции, находящиеся вне пазов, называются лобовыми частями. Они находятся вне основ­ного магнитного потока и ЭДС в них не индуктируется.

Верхняя сторона одной секции и нижняя сторона другой, уло­женные в одном пазу, образуют так называемый элементарный паз (обозначается z_э). В реальном пазу может располагаться нес­колько элементарных пазов, их число равно числу секций в катушке. На рисунке 1.12, а показан разрез элементарного паза и разрез паза (рисунок 1.12,б), который имеет U_s=2 элементарных паза.

Так как секция имеет два активные стороны, то каждой секции в обмотке соответствуют один элементарный паз. Концы секции присоединяются к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоединяют конец одной секции и начало следующей, в результате чего все секции соединяются последовательно и на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина (рисунок 1.13).

Чтобы ЭДС, индуктируемые в активных сторонах секции, склады­вались и величина суммарной ЭДС секции при этом была наибольшей, необходимо секцию располагать в пазах сердечника так, чтобы шири­на ее была равна или незначительно отличалась от полюсного деления τ. При этом с секцией будет сцепляться полный поток полю­сов и ЭДС в ней будет достирать максимального значения. Для ха­рактеристики обмотки необходимо знать, как расположены в магнит­ном поле ее секции и как соединены они между собой. Это указыва­ется на развернутой схеме обмотки. На этой схеме цилиндрические поверхности якоря и коллектора, разрезанные вдоль оси машины в любом месте, развертывают на плоскость и представляют прямоуголь­никами. Диаметр коллектора условно принимается равным диаметру якоря. Пазы якоря и все соединения проводников изображают отрез­ками прямых линий. Секции для простоты изображаются всегда одновитковыми (W_c =1). Активные стороны секций, находящиеся в ниж­нем слое паза, черчивают пунктиром. Для расчета, составлений схем и монтажа обмотки испопользуются понятия шагов обмотки. Рассто­яние между двумя активными сторонами секции, определяющие ее ши­рину (рисунок 1.14), называется первым частичным шагом обмотки y₁. Расстояние между правой активной стороной секции и левой актив­ной стороной последующей секции называется вторичным частичным шагом обмотки y₂.

Рисунок 1.14

Расстояние между началами двух последова­тельно соединенных секций называется результирующим шагом обмотки y. Шаги y₁, y₂, y измеряются обычно числом элементар­ных пазов. Расстояние между коллекторными пластинами, к которым присоединяются начало и конец секции, измеренное числом коллек­торных пластин, называется шагом обмотки по коллектору y_к. Так как начало следующей секции присоединяется к концу предыдущей, то y_к равен числу коллекторных делений между началом одной сек­ции и началом следующей. По якорю это соответствует результирую­щему шагу y. Таким образом, ход обмотки по коллектору соот­ветствует ходу обмотки по якорю. Это обеспечивает выполнение симметричной обмотки и справедливо для всех типов обмотки якоря.

По внешнему очертанию контуров, образуемых последовательно соединенными секциями, различают петлевые, волновые и комбини­рованные.

Простая петлевая обмотка называется такая обмотка, в которой начало и конец секции присоединяются к рядом лежащим коллекторным пластинам. Начало второй секции присоединяется к коллекторной плас­тине вместе с концом первой секции и т.д. (рисунок 1.15). За один обход поверхности якоря укладываются все секции обмотки и она замыкается. Соединенные секции

Рисунок 1.15

образуют петли, поэтому обмотка называется петлевой. Для такой обмотки y_к=1.

При выполнении петлевой обмотки возможны два случая:

1. Конец секции присоединяется к коллекторной пластине, находящейся справа от исходной. Такую обмотку называют правоходовой. Для нее y_к= +1.

2. Конец секции присоединяется к коллекторной пластине, находя­щейся слева от исходной. Такую обмотку называют левоходовой. Для нее y_к= –1. В общем случае простой петлевой обмотки y_к= ± 1.

Из рисунка 1.15 видно, что между шагами обмотки существует следующая связь

Если полюсное деление якоря измерять в элементарных пазах, то первый частичный шаг находится по формуле

где z_э – число элементарных пазов;

р – число пар полюсов машины;

E – наименьшая дробь, при которой у₁, становится целым числом.

Эта формула справедлива для любого типа обмотки. При E=0, т.е. y₁=τ получается обмотка с полным (диаметральным) шагом рисунок 1.17; если y₁<τ – обмотка с укороченным шагом; если y₁>τ – обмотка с удлиненным шагом. Укорочение и удлинение шага обмотки ведет к уменьшению ЭДС наводимой в секции. Однако при укорочении шага одновременно уменьшается длина лобовых частей, при удлиненным же шаге она возрастает. Обмотки с удлиненным шагом, как пра­вило, не применяются.

Рис. 16

На рисунке 1.16 представлена развернутая схе­ма простой петлевой обмотки с диаметральным шагом. Обмотка право–ходовая. Данные обмотки 2р = 2.

S=z_э=К=12; W_s=1; U_s=1; y₁=6; y₂=5; y= y_к= +1.

Порядок построения: 1–й верхний проводник соединяется с 7 нижним (т.к. y₁=6), 7 нижний – со 2–м верхним (т.к. y₂=5). Середина последнего соединения подводится к коллекторной пластине 2 (номер коллекторной пластины и номер присоединяемой к ней верхней стороны секции должны соответствовать). Далее 2–ой верхний проводник со­единяется с 8–ым нижним и через коллекторную пластину 3 с 3–м верх­ним и т.д. В итоге обмотка должна замкнуться. На развернутой схе­ме размечаем полюсы. В проводниках под полюсами указываем направ­ление индуктируемых в них ЭДС. Направления ЭДС определяют, зада­ваясь направлением вращения якоря считая, что полюсы находятся над обмоткой. Важным моментом здесь является расстановка щеток. Щетки на коллекторе располагаются на равном расстоянии по осям полюсов, как и в реальной машине. При этом щетки через коллектор­ные пластины соединяются с секциями обмотки, активные стороны ко­торых находятся в межполюсных промежутках на линии «геометрической нейтрали». При сдвиге щеток с нейтрали ухудшаются характеристики машины, под щетками возникает сильное искрение, приводящее к раз­рушению щеток и оплавлению коллектора. Число щеток всегда равно числу полюсов. Ширина щетки для простых обмоток должна быть не менее ширины коллекторной пластины, b_щ≥b_щ. В много­полюсных машинах щетки одинаковой полярности соединяются между собой сборными шинами или проводниками. Полярность щеток опреде­ляется по направлению ЭДС в активных сторонах секции. Если ЭДС стороны секции примыкающей к щетке, направлена к ней, то щетка имеет положительную полярность (+), если от нее – отрицательную (–). При рассмотрении простой петлевой обмотки видно, что она состоит из двух частей, с последовательным соединением секций, расположенных между щетками разной полярности, называемых парал­лельными ветвями обмотки. В одну ветвь входят секции, начальные стороны которых находятся под северным полюсом, а другую под южным (рисунок 1.17).

Рис. 17

Следовательно, в простой петлевой обмотке столько парал­лельных ветвей, сколько полюсов,

2а = 2р,

где а – число пар параллельных ветвей, ЭДС секций в параллельной ветви складываются.

Между щетками в разные моменты времени находятся различные секции, т.к. обмотка с коллектором при вращении непрерывно пере­мещается относительно щеток. Секции переходят из одной параллель­ной ветви в другую, поэтому общее число секций в параллельных вет­вях и положение их в магнитном поле практически не меняется. Сум­ма ЭДС секций в параллельной ветви не меняется по величине и, сле­довательно, на щетках ЭДС неизменна.

Для большей наг­лядности обмотку якоря представляют в виде электрической схемы (рисунок 1.18), которая выполняется на основании развернутой схемы. Для изображения электрической схемы берут щетки и имеющие с ними

Рис. 18

контакт коллекторные пластины. Затем начинают обход секций обмо­ток, начиная с первой, и изображают их в виде отдельных витков, над которыми показывают направления индуктируемых ЭДС. Из электрической схемы видно, что обмотка (в нашем случае) состоит из 2–х параллельных ветвей (2а=2р=2) по

5 секций в каждой; ЭДС секций в пределах каждой параллельной ветви складывается; ЭДС на зажимах машины равна ЭДС одной параллельной ветви (Е = Е_а); ток нагрузки (I_а) равен сумме токов параллельных ветвей (i_a)

Секции 1 и 7 в рассматриваемый момент замкнуты через щетку нако­ротко и в создании ЭДС параллельных ветвей не участвуют. Это так называемые коммутируемые секции.

Сложная петлевая обмотка состоит из m простых обмоток, расположенных в пазах якоря одна в промежутках между другими. Для этого при образовании каждой петли обмотки необходимо оставлять место для других простых обмоток, т.е. шаг y₂ должен отличаться на m от шага секции y_1.

а шаг по коллектору и результирующий шаг равны

Следовательно, при образовании первой секции между коллекторными пластинами, к которым присоединяются концы секции, необходимо ос­тавлять m=1 коллекторных пластин для других простых обмоток. На рисунке 1.19 показано образование сложной петлевой обмотки при m=2.

Сложная петлевая обмотка может быть однократно и многократно зам­кнутой. Чтобы все простые обмотки, составляющие сложную, были ра­бочими, ширина щетки принимается такой, чтобы она перекрывала не менее m коллекторных пластин. По отношению к внешней сети простые обмотки оказываются соединенными параллельно, поэтому слож­ная обмотка будет иметь число параллельных ветвей в m раз боль­ше

2а = 2р·m

Расчет и построение схем сложных петлевых обмоток производится аналогично простым с учетом указанных особенностей.

+ называется обмотка, в которой пос­ледовательно соединяются секции, находящиеся под разными парами полюсов. При этом расстояние между коллекторными пластинами, к которым присоединяются концы секции (рисунок 1), примерно равно двойному полюсному делению

т.е. за один обход по якорю укладывается столько секций, сколько пар полюсов имеет машина. При этом конец последней по обходу сек­ции присоединяют к коллекторной пластине, расположенной рядом с исходной слева или справа. В зависимости от этого обмотку назы­вают левоходовой или правоходовой. Обычно применяют левоходовую обмотку.

Рисунок 1 - Простая волновая обмотка

За один обход перемещаются по коллектору на p·y_к кол­лекторных делений. Следовательно,

(–) – для левоходовой обмотки;

(+) – для правоходовой обмотки.

Отсюда определяется шаг обмотки по коллектору

Продолжая в том же порядке укладывать секции, мы замкнем обмотку на исходной коллекторной пластине. Исходя из принципа соответствия хода обмотки по якорю и коллектору, результирующий шаг обмотки

Первый частичный шаг определяется по известной формуле

Определяем второй частичный шаг. Из рисунка 1

На рисунке 2 и 3 представлены развернутая и электрическая схема простой волновой обмотки с данными

Порядок построения: 1-й верхний проводник соединяется с 4-м нижним (у₁=3), затем с 7-м верхним (у₂=3) с 10 нижним 13 верхним и т. д.Соединия между секциями припаиваются к ближайшим коллекторным плас­тинам. Шаг по коллектору при этом получается у_к=6. Как видим из схемы, ток в обмотке якоря разветвляется только по двум параллель­ным ветвям: первая ветвь – 12, 5, 11, 4 секции, вторая ветвь – I, 8, 2, 9 секции.

Рисунок 2 - развернута, схема простой волновой обмотки

Параллельная ветвь в волновых обмотках обра­зуется из последовательно соединенных секций, лежащих под всеми полюсами машины. Число параллельных ветвей 2а у простой волновой обмотки независимо от числа полюсов машины равно 2, т.е. 2а=2.

Рисунок 3 - Электрическая схема простой волновой обмотки

Секции 6, 13, 7 и 10, 3 не участвуют в наведении ЭДС, так как они оказываются короткозамкнутыми (коммутируемыми) при данном положе­нии якоря.

Простая волновая обмотка может быть выполнена только при опреде­ленном сочетании S и р. Например, при четном S и р ре­зультирующий шаг y не получается в виде целого числа. Для обра­зования волновой обмотки в этом случае одну секцию, оставляя ее на якоре, не включают в общую схему. Такую обмотку называют волновой с «мёртвой» секцией.

3 Энергетическая диаграмма. Уравнение напряжений ДПТ НВ

3₂ Энергетическая диаграмма. Уравнение напряжений ГПТ НВ

Дата добавления: 2015-07-15