Тема: «Расчет и схема соединений обмоток якоря машины постоянного тока».

Цель: Сформировать умение выполнять развернутые схемы соединений обмоток машин постоянного тока.

По окончании выполнения практической работы студент должен

знать:

- основные виды обмоток якоря различных типов машин постоянного тока и принципы их выполнения;

 

уметь:

- рассчитывать параметры обмоток якоря машин постоянного тока;

- вычерчивать развернутые схемы соединений обмоток якоря машин постоянного тока по заданным параметрам.

 

Основные теоретические положения:

Петлевые обмотки якоря . Основные понятия. Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уло­женных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.

Элементом обмотки якоря является секция (ка­тушка), присоединенная к двум коллекторным пла­стинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюс­ного деления  (рисунок 59):

 

.

Здесь  – диаметр сердечника якоря, мм.

Рисунок 59 – Расположение пазовых сторон секции на сердечнике якоря

 

Обмотки якоря обычно выполняют двухслой­ными. Они характеризуются следующими парамет­рами: числом секций S; числом пазов (реальных) Z; числом секций, приходящихся на один паз, ; числом витков секции ; числом пазовых сторон в обмотке N; числом пазовых сторон в одном пазу . Верхняя пазовая сторона одной секции и нижняя пазовая сторона другой секции, лежащие в одном пазу, образуют элементарный паз. Число элементарных пазов в реальном пазе  опре­деляется числом секций, приходящихся на один паз:  (рисунок 60).

 

Рисунок 60 – Элементарные пазы

 

Схемы обмоток якоря делают развернутыми, при этом все секции показывают одновитковыми. В этом случае каждой секции, содержащей две пазовые стороны, соответствует один элементарный паз. Концы секций присоединяют к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоеди­няют начало одной секции и конец другой, т. е. на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина. Таким образом, для обмотки якоря справед­ливо

 

,

где  – число элементарных пазов;

К – число коллекторных пластин в коллекторе.

Число секций, приходящихся на один реальный паз, определяется отношением .

 

Простая петлевая обмотка якоря. В простой петлевой об­мотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике яко­ря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывает­ся присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается.

На рисунке 61, а, б изобра­жены части развернутой схемы простой петлевой обмотки, на которых показаны шаги об­мотки – расстояния между пазовыми сторонами секций по якорю: первый частичный шаг по якорю , второй частич­ный шаг по якорю  и резуль­тирующий шаг по якорю .

Если укладка секций об­мотки ведется слева направо по якорю, то обмотка называ­ется правоходовой (рисунок 61, а), а если укладка секций ведется справа налево, то обмотка называется левоходовой (рисунок 61, ). Для правоходовой обмотки результирующий шаг

 

.                               

 

 

Рисунок 61 – Простая петлевая обмотка:

а – правоходовая; б – левоходовая; в – развернутая схема

 

Расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым присоединены начало и конец одной секции, называют шагом обмотки по коллектору  у_к . Шаги обмотки по якорю выражают в элементарных пазах, а шаг по коллектору – в коллекторных делениях (пластинах).

Начало и конец каждой секции в простой петлевой обмотке присоединены к рядом лежащим коллекторным пластинам, следо­вательно, , где знак плюс соответствует правоходовой обмотке, а знак минус – левоходовой.

Для определения всех шагов простой петлевой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг по якорю:

 

,

где  – некоторая величина, меньшая единицы, вычитая или сум­мируя которую получают значение шага , равное целому числу.

 Второй частичный шаг обмотки по якорю

 

.

 

Пример 1. Рассчитать шаги и выполнить развернутую схему простой петлевой обмотки якоря для четырехполюсной машины (2  = 4) постоянного тока. Обмотка правоходовая, содержит 12 секций.

Решение. Первый частичный шаг по якорю

 

3 паза.

 

 Второй частичный шаг по якорю

 

=2 паза.

 

Прежде чем приступить к выполнению схемы обмотки, необ­ходимо отметить и пронумеровать все пазы и секции, нанести на предполагаемую схему контуры магнитных полюсов и указать их полярность (рисунок 61, в). При этом нужно иметь в виду, что отмечен­ный на схеме контур является не полюсом, а зеркальным отобра­жением полюса, находящегося над якорем. Затем изображают коллекторные пластины и наносят на схему первую секцию, пазо­вые части которой располагают в пазах 1 и 4. Коллекторные пла­стины, к которым присоединены начало и конец этой секции, обо­значают 1 и 2. Затем нумеруют все остальные пластины и наносят на схему остальные секции (2, 3, 4 и т. д.). Последняя секция 12 должна замкнуть обмотку, что будет свидетельствовать о пра­вильном выполнении схемы.

Далее на схеме изображают щетки. Расстояние между щетка­ми А и В должно быть равно К/(2 ) = 12/4 = 3, т. е. должно соот­ветствовать полюсному делению. Что же касается расположения щеток на коллекторе, то при этом следует руководствоваться сле­дующим. Предположим, что электрический контакт обмотки яко­ря с внешней цепью осуществляется не через коллектор, а непо­средственно через пазовые части обмотки, на которые наложены «условные» щетки (рисунок 62, а). В этом случае наибольшая ЭДС машины соответствует положению «условных» щеток на геомет­рической нейтрали. Но так как коллекторные пластины смещены относительно пазовых сторон соединенных с ними сек­ций на 0,5  (рисунок 62, б), то, переходя к реальным щеткам, их сле­дует расположить на коллекторе по оси главных полюсов, как это показано на рисунке 61, в.

Рисунок 62 – Расположение щеток: а) условных; б) реальных

 

При определении полярности щеток предполагают, что маши­на работает в генераторном режиме и ее якорь вращается в направлении стрелки (см. рисунок 61, в). Воспользовавшись прави­лом «правой руки», находят направление ЭДС (тока), наведен­ной в секциях. В итоге получаем, что щетки  и , от которых ток отводится во внешнюю цепь, являются положительными, а щетки  и B₂ – отрицательными. Щетки одинаковой полярно­сти присоединяют параллельно к выводам соответствующей полярности.

 

Параллельные ветви обмотки якоря. Если проследить за прохождением тока в секциях обмотки якоря (см. рисунок 61, в), то можно заметить, что обмотка состоит из четырех участков, соеди­ненных параллельно друг другу и называемых параллельными ветвями. Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно соединенных секций с одинаковым направлением тока в них. Распределение секций в параллельных ветвях показано на электрической схеме обмотки (рисунок 63). Эту схему получают из развернутой схемы обмотки (см. рисунок 61, ) следующим образом. На листе бумаги изображают щетки и имеющие с ними контакт коллекторные пластины, как это показано на рисунке 63. Затем со­вершают обход секций обмотки начиная с секции 1, которая ока­зывается замкнутой накоротко щеткой . Далее идут секции 2 и 3, которые образуют параллельную ветвь. Таким же образом обходят все остальные секции. В результате получаем схему с четырьмя параллельными ветвями, по две секции в каждой ветви.

 

Рисунок 63 – Электрическая схема обмотки рисунка 61, в.

 

Из полученной схемы следует, что ЭДС обмотки якоря определяется значением ЭДС одной параллельной ветви, тогда как значение тока обмотки определяется суммой токов всех ветвей обмотки:

 

,

 

где 2  – число параллельных ветвей обмотки якоря;

 – ток одной параллельной ветви.

В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу главных полюсов машины: 2  = 2 .

Нетрудно заметить, что число параллельных ветвей в обмотке якоря определяет значение основных параметров машины – тока и напряжения.

 

Пример 2. Шестиполюсная машина постоянного тока имеет на якоре простую петлевую обмотку из 36 секций. Определить ЭДС и силу тока в обмотке якоря машины, если в каждой секции наводится ЭДС 10 В, а сечение провода секции рассчитано на ток не более 15 А.

Решение. Число параллельных ветвей в обмотке 2  = 2  = 6, при этом в каждой параллельной ветви = 36/6 = 6 секций. Следовательно, ЭДС обмотки якоря  = 6∙10 = 60 В, а допустимый ток машины  = 6∙15 = 90 А.

Если бы машина при прочих неизменных условиях имела восемь полюсов, то ее ЭДС уменьшилась бы до 40 В, а ток увеличился бы до 120 А.

 

Сложная петле­вая обмотка. При не­обходимости полу­чить петлевую обмотку с большим числом параллельных ветвей, как это требуется, на­пример,  низковольт­ных машинах посто­янного тока, приме­няют сложную петле­вую обмотку. Такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединен­ных к одному коллектору. Число параллельных ветвей в сложной петлевой обмотке 2  = 2 , где т – число простых петлевых обмо­ток, из которых составлена сложная обмотка (обычно т = =2). Ширина щеток при сложной петлевой обмотке принимается такой, чтобы каждая щетка одновременно перекрывала т коллекторных пластин, т. е. столько пластин, сколько простых обмоток в сложной. При этом про­стые обмотки оказываются присоединенными параллельно друг дру­гу. На рисунке 64 показана развернутая схема сложной петлевой обмот­ки, состоящей из двух простых (т = 2): 2  = 4; = 16. Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору сложной петлевой обмотки принимают равным у = у_к = т.

 

Пример 3. Четырехполюсная машина имеет сложную петлевую обмотку якоря из 16 секций. Выполнить развернутую схему этой обмотки, приняв т – 2.

Решение. Шаги обмотки:

 =  =16/4 = 4 паза;

у =  = 2 паза;

= – у = 4–2 = 2 паза.

Сначала располагаем все секции одной из простых обмоток (секции с нечетными номерами: 1, 3, 5 и т. д.), а концы этих сек­ций присоединением к нечетным пластинам коллектора (рисунок 64). Затем располагаем на якоре секции другой петлевой обмот­ки с номерами 2, 4, 6 и т. д. Изображаем на схеме щетки шириной в два коллекторных деления. Число параллельных ветвей обмотки 2  = 2  = 4·2 = 8.

Рисунок 64 – Развернутая схема сложной петлевой обмотки

 

Волновые обмотки якоря

Простая волновая обмотка. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов (рисунок 65). Концы секций простой волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, уда­ленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору у_к =у. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколь­ко пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по об­ходу секции присоединяют к пластине, расположенной радом с исходной.

Простую волновую обмотку называют левоходовой, если ко­нец последней по обходу секций присоединяется к пластине, на­ходящейся слева от исходной (рисунок 65, а). Если же эта пластина находится справа от исходной, то обмотку называют правоходовой (рисунок 65, б). Секции волновой обмотки могут быть одновитковыми и многовитковыми. Шаг простой волновой обмотки по кол­лектору

                                          .

                           

Знак минус соответствует левоходовой обмотке, а знак плюс – правоходовой. Правоходовая обмотка не получила практического применения, так как ее выполнение связано с дополнительным расходом меди на перекрещивание лобовых частей.

Первый частичный шаг обмотки определяют по формуле

 

,

 

а вто­рой частичный шаг

.

Пример 4. Четырехполюсная машина постоянного тока имеет простую волновую обмотку якоря из 13 секций. Построить развернутую схему и схему параллельных ветвей этой обмотки.

Решение. Шаги обмотки:    

 

 пазов;

 

 паза;

 

 паза.

При первом обходе по якорю укладываем секции 1 и 7 (рисунок 65, в). При втором обходе укладываем секции 13 и 6 и т. д., пока не будут уложены все 13 секций и обмотка не окажется замкнутой. Секции 3, 6 и 9 в рассматриваемый момент времени замкнуты накоротко через щетки одинаковой полярности и провода, соеди­няющие их.

Рисунок 65 – Простая волновая обмотка: а – правоходовая, б – левоходовая;

в – развернутая схема

 

Рисунок 66 – Электрическая схема обмотки рисунка 65, в

Затем определяем полярность щеток. Далее выполня­ем электрическую схему (схему параллельных ветвей), из которой видно (рисунок 66), что обмотка состоит из двух параллельных вет­вей (2  = 2). Это является характерным для простых волновых об­моток, у которых число параллельных ветвей не зависит от числа полюсов и всегда равно двум.

Из рассмотренных схем видно, что секции, входящие в одну параллельную ветвь, равномерно распределены под всеми полю­сами машины. Следует также отметить, что в простой волновой обмотке можно было бы обойтись двумя щетками, например щет­ками  и . Но в этом случае нарушилась бы симметрия обмотки, и число секций в параллельных ветвях стало бы неодинаковым: в одной ветви семь секций, а в другой – шесть. Поэтому в ма­шинах с простыми волновыми обмотками устанавливают пол­ный комплект щеток, столько же, сколько главных полюсов, тем более что это позволяет уменьшить значение тока, прихо­дящегося на каждую щетку, а, следовательно, уменьшить раз­меры коллектора.

 

Сложная волновая обмотка (рисунок 67). Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре, образуют сложную волновую обмотку.

 

 

Рисунок 67 – Развернутая схема сложной волновой обмотки

 

Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2  = 2  (обычно 2  = 4), где т — чис­ло простых обмоток в сложной (обычно т = 2). Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток. Шаг по коллектору, а, следовательно, и результирующий шаг по якорю

 

.

 

Первый частичный шаг по якорю определяют по формуле

 

.

 

 

Пример 5. Сложная волновая обмотка с  = 2 состоит из 18 секций.

Выполнить развернутую схему этой обмотки, если 2  = 4.

Решение. Шаги обмотки:

 

 паза,

 пазов;

 

 паза.

 

Порядок выполнения схемы обмотки такой же, как и при сложной петлевой обмотке: сначала укладывают в пазы якоря одну простую обмотку, состоящую из нечетных секций, а затем другую, состоящую из четных секций (рисунок 67) Число параллельных ветвей в обмотке 2  = 4.

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: