Меню сайта

загрузка...

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Обмотока машин постоянного и переменного тока

Выбор обмотки якоря

Для выяснения причин, которые влияют на выбор обмотки якоря, рассмотрим два простых примера.

, ток / = 40 а,

Изменение этого магнитного потока при выборе обмотки якоря недопустима по следующим соображениям.

Увеличение магнитного потока потребовало бы увеличения тока в катушках возбуждения, что вызвало бы перегрев их.

Уменьшение магнитного потока Ф нежелательно по той причине, что оно, как следует из формулы (1-34), потребовало бы увеличения числа проводников обмотки якоря для получения заданного напряжения на зажимах машины. Увеличение же числа проводников вызывает увеличение сопротивления и перегрев ее (при одном и том же токе).

На основании указанного при выборе обмотки якоря мы будем считать магнитный поток заданным.

Для выбора обмотки якоря обратимся к формуле для э. д. с. машины:

Из этой формулы видно, что при заданных э. д. с. Е, числе пар полюсов р, магнитном потоке Ф и числе оборотов в минуту п, при выборе обмотки якоря можно оперировать двумя величинами: числом проводников обмотки и числом пар параллельных ветвей.

Попытаемся осуществить для данного примера простую петлевую обмотку (а = р = 2).

Число проводников, которое должно быть уложено на якорь, получаем из формулы (1-34):

Здесь Е взято равным 125 в, исходя из того, что э. д. с. генератора должна быть больше напряжения на его зажимах на величину падения напряжения в якорной цепи, которая в примере принята равной 10 е.

Поперечное сечение каждого проводника должно быть рассчитано на ток параллельной ветви, равный

  , то число коллекторных пластин было бы

Толщина миканитовой прокладки между пластинами равна 0,6—0,8 мм, следовательно, толщина коллекторной пластины будет не более 0,35 мм.

Для того чтобы устранить эти затруднения в изготовлении коллектора, необходимо увеличить число витков в каждой секции с тем, чтобы ширина коллекторного деления (коллекторная пластина и миканитовая прокладка) была не меньше 3,5—4 мм.

Правда, для высоковольтных машин постоянного тока приходится применять коллекторные пластины толщиной до 2 мм, но это связано с большими сложностями.

В нашем примере для получения необходимой толщины коллекторного деления нужно уменьшить число коллекторных пластин по крайней мере в 4 раза, т. е. взять четыре витка в секции.

Тогда число пластин

Выполнение коллектора может быть облегчено уменьшением числа коллекторных пластин, для чего надо перейти от полученной петлевой обмотки к простой волновой. Последняя имеет в четырехполюсной машине число параллельных ветвей в два раза меньше.

Это вызывает следующие изменения в обмотке якоря:

число проводников обмотки якоря уменьшается в два раза [см. формулу (1-34)];

поперечное сечение проводников обмотки якоря будет в два раза больше;

при прежнем числе коллекторных пластин число витков в секции будет в два раза меньше или же, если сохранить четыре витка в секции, число коллекторных пластин будет в два раза меньше.

Сравнивая эти два варианта обмоток, нетрудно видеть, что предпочтение следует отдать волновой обмотке, обладающей рядом преимуществ:

меньшее число проводников обмотки якоря дает возможность положить в пазы заданного якоря больше меди, так как место, занятое изоляцией, будет меньше (иначе говоря, при переходе к волновой обмотке сечение проводников может быть увеличено несколько больше, чем в два раза, что ведет к уменьшению сопротивления якоря и перегрева его);

волновая обмотка не требует уравнительных соединений;

меньшее число витков в секции волновой обмотки улучшает коммутацию машины, так как уменьшается э. д. с. самоиндукции секции, замкнутой накоротко щеткой при изменении направления тока в ней.

— 1100 мм.

Попытаемся в этом случае применить простую волновую обмотку (а = 1). Для такой обмотки число проводников будет

Нетрудно показать, что машина, выполненная с такой обмоткой, работать не будет из-за большого напряжения между коллекторными пластинами, которое вызовет электрическую дугу на коллекторе.

между этими щеточными болтами расположено число коллекторных пластин, приходящихся на один полюс, т. е. К/2р. Если принять, что напряжение между пластинами распределено равномерно, то среднее напряжение между ними

Максимальное напряжение между пластинами будет больше, так как в зазоре индукция распределена неравномерно (под серединой полюса она больше), и в момент, когда стороны секции проходят под серединами полюсов, э. д. с. в секции имеет максимальное значение.

Известно, что электрическая дуга возникает при напряжении между электродами порядка 30—35 в следовательно, если выполнить машину с простой волновой обмоткой, электрическая дуга на коллекторе неизбежна и, конечно, машина при таких условиях работать не может.

Есть еще ряд причин, которые заставляют отказаться в данном случае от применения простой волновой обмотки. Из них отметим только одну, а именно: большой ток в параллельной ветви

Такой ток обычно вызывает искрение машины. Практика рекомендует не брать ток параллельной ветви, превышающий 500—600 а, обычно стремятся к тому, чтобы он не был больше 300 а.

Из всего изложенного следует, что для этой машины применение простой волновой обмотки недопустимо.

Переход на простую параллельную обмотку (2а = 2р = 8) устраняет все неприятности, связанные с применением простой волновой обмотки.

Число проводников и коллекторных пластин в простой петлевой обмотке будет в четыре раза больше, чем в волновой, и, следовательно, среднее напряжение между коллекторными пластинами

что вполне допустимо.

Из разобранных двух примеров видно, что выбор обмотки якоря в основном определяется следующими условиями:

число коллекторных пластин не должно быть слишком велико, так как необходимо, чтобы пластины были достаточной толщины для возможности впайки в них проводников обмотки якоря (на практике избегают брать ширину коллекторного деления меньше 3,5 мм);

число коллекторных пластин должно быть таково, чтобы максимальное напряжение между соседними пластинами не было больше 35 в (в небольших машинах допускаются большие напряжения);

ток в параллельной ветви обмотки якоря не должен превышать 300 а.

Это — основные условия. При выполнении их предпочтение следует отдавать простой волновой обмотке, не имеющей уравнительных соединений. Кроме того, при такой обмотке число проводников будет наименьшим, поэтому место, занимаемое изоляцией проводников, также уменьшится. Пазы могут быть сделаны уже, а зубцы шире, и для проведения магнитного потока через зубцы потребуется меньше ампервитков.

Не вдаваясь глубже в вопросы выбора, укажем области применения разных типов обмоток.

Простая волновая обмотка может быть применена в машинах при следующих значениях мощности и напряжения:

Простая петлевая обмотка применяется в машинах с током якоря больше 300—400 а Для машин мощностью 150—300 кет в ряде случаев, когда при петлевой обмотке получается слишком большое число коллекторных пластин, применяются сложно-волновые обмотки.


Сложно-петлевые обмотки применяются в низковольтных машинах и в машинах большой мощности.

В качестве примеров, иллюстрирующих области применения различных типов обмоток, см. табл. 1-5.

Таблица 1-5

Данные обмоток выполненных машин

1-18 Обмотки полюсов

Как было указано в § 1-1, в машине постоянного тока имеются главные полюсы, которые создают основной магнитный поток, и добавочные полюсы, предназначенные для улучшения коммутации.

В зависимости от способа возбуждения машины (параллельное, последовательное или смешанное) на главных полюсах располагаются по одной или по две катушки. При смешанном возбуждении одна катушка (параллельная или шунтовая) получает питание от зажимов машины или от постороннего источника, вторая катушка (последовательная или сериесная) соединяется последовательно с якорем. В некоторых специальных случаях на полюсе располагаются несколько катушек.

Для улучшения коммутации машины катушки добавочных полюсов должны быть включены таким образом, чтобы магнитное поле, создаваемое ими, было направлено против магнитного поля, создаваемого током в обмотке якоря, т. е. чтобы в нейтральной зоне, где располагаются короткозамкнутые щетками якорные секции, поле катушек добавочных полюсов уничтожало поле токов якоря, называемое полем реакции якоря

Для решения этой задачи и определения полярности полюсов необходимо знать, как будут направлены магнитные линии, создаваемые током, протекающим по проводнику или катушке. Это определяется следующим правилом: при направлении тока от нас магнитные силовые линии вокруг проводника или стороны катушки направлены по часовой стрелке, при направлении тока к нам силовые линии направлены против часовой стрелки.

Пользуясь этим правилом, нетрудно установить порядок чередования главных и добавочных полюсов. На рис. 1-55 изображена

двухполюсная машина, у которой якорь при работе генератором вращается по часовой стрелке. Тонкими линиями показана направление силовых линий реакции якоря. В верхней части рисунка по часовой стрелке (ток якоря направлен от нас), в нижней части рисунка — против часовой стрелки. Для того чтобы силовые линии добавочных полюсов (на рисунке пунктирные) были направлены против поля реакции якоря, направление тока в катушках добавочных полюсов должно соответствовать показанному на этом рисунке. Таким образом, чтобы токи в катушках добавочных полюсов уничтожали поле реакции якоря необходимо, чтобы в пространстве, охватываемом силовой линией добавочных полюсов, сумма токов равнялась нулю. Из рис. 1-55 видно, как должны чередоваться полярности главных и добавочных полюсов в генераторе: при следовании по вращению якоря за добавочным полюсом одной полярности (п), должен следовать главный полюс (Щ той же полярности. Так как при тех же направлениях тока и полярности якорь машины, работающей двигателем, вращался бы против часовой стрелки, то отсюда следует, что в двигателе по направлению вращения якоря за добавочным полюсом одной полярности (7г) следует главный полюс противоположной полярности (5). Порядок чередования главных и добавочных полюсов показан на рис. 1-56. Катушки добавочных полюсов должны быть соединены последовательно с якорем, для того чтобы при любом токе якоря они выполняли свое назначение.

В больших машинах постоянного тока в полюсных башмаках главных полюсов имеются пазы, в которые укладывается так называемая компенсационная обмотка. Назначение этой обмотки может быть пояснено рис. 1-55. Как видно из этого рисунка, поле якоря под одним краем полюса (правым краем полюса N и левым — полюса 5) усиливает поле главных полюсов, т. е. силовые линии главного полюса и поля реакции якоря складываются. В результате этого э. д. с. в секции обмотки якоря, а следовательно, и напряжение между соседними коллекторными пластинами при движении ее под этим краем полюса увеличиваются. Это увеличение напряжения между пластинами во многих случаях недопустимо, так как оно может привести к электрической дуге между ними. Назначение компенсационной обмотки — уничтожить действие реакции якоря под полюсной дугой, чтобы избежать недопустимого повышения напряжения между соседними коллекторными пластинами. Для этого обмотку соединяют последовательно с якорем и направляют ток в ней против тока в лежащей под полюсом части обмотки якоря (см. рис. 1-57). Из этого рисунка видно, что токи в компенсационной обмотке двух соседних полюсов направлены таким образом, что они образуют витки вокруг находящегося между ними добавочного полюса, причем поток, создаваемый этими витками, совпадает по направлению с потоком добавочного полюса.

Для правильного соединения обмоток добавочных полюсов и компенсационной с якорем необходимо знать полярности щеток на коллекторе. На рис. 1-58 показана полярность щеток, расположенных по оси, проходящей через середину главного северного полюса; причем полярность, указанная без скобок, соответствует неперекрещенным обмоткам якорей (для петлевых обмоток с

,

также изменяется. При выполнении уравнительных

соединений в петушках (рис. 1-41) для неперекрещенной обмотки полярность указана в скобках. Эти полярности справедливы для генератора и двигателя, только нужно помнить, что в генераторе из плюса ток выходит, а у двигателя к плюсу ток подходит и идет дальше в обмотку якоря.

Все изложенное выше справедливо для обычной симметричной формы лобовых частей секций обмотки якоря (см. рис. 1-14).

При соединении катушек полюсов и компенсационной обмотки, включаемых последовательно с якорем, необходимо чтобы соединительные провода не создавали витка с током одного направления вокруг вала. Такой виток намагничивает вал, в результате чего в нем будет индуктироваться э. д. с. (униполярной индукции), которая может привести к разъеданию подшипников, что особенно опасно для машин с током якоря больше 300 а. Для шунтовых обмоток это требование несущественно, так как ток в шунтовых катушках невелик.

Из всего изложенного можно сформулировать требования, которые должны быть выполнены при соединении катушек полюсов магнитной системы.

1. Катушки главных полюсов должны быть соединены между собой так, чтобы полярности полюсов чередовались.

Если на главном полюсе имеются две или больше катушек, то они должны быть включены согласно друг с другом (т. е. создавать магнитное поле одного направления), либо встречно, в зависимости от требований, предъявляемых к машине.

Катушки добавочных полюсов в компенсационной обмотке должны быть так включены, чтобы чередование полярностей главных и добавочных полюсов соответствовало рис. 1-56.

Соединительные шины добавочных полюсов и компенсационной обмотки не должны создавать витка с током одного направления вокруг вала. Следует отметить, что виток вокруг вала, создаваемый соединительными шинами добавочных полюсов, может быть скомпенсирован

витком вокруг вала, образованным соединительными шинами катушек последовательной обмотки (сериесной) или токособирательными шинами траверсы.

При соединении катушек полюсов надо знать направление их намотки, а также выполнены ли они с недоводом или переводом. На рис. 1-59 показано различное выполнение катушек полюсов.

На рис. 1-60 приведена схема соединений катушек главных полюсов. Из нее видно, что для получения правильного чередования полярности полюсов при одинаковом направлении намотки их, необходимо конец катушки соединить с концом, и начало — с началом.

На рис. 1-61 показаны схемы включения катушек полюсов машины смешанного возбуждения. При согласном включении катушек токи в них имеют одинаковое направление.

На рис. 1-62 показана схема соединений полюсов, в которой виток вокруг вала, созданный соединениями катушек добавочных полюсов, частично компенсируется витком, образованным токами,. протекающими по токособирательным шинам траверсы.

На рис. 1-63, 1-64 показаны примеры выполнения схемы соединений машин с компенсационной обмоткой. Схемы изображены в развернутом виде, если смотреть на полюсы из центра вала. На первом из них пунктиром показан обратный ход обмотки. Соединения не образуют витка с током вокруг вала, т. е. схема!

Рис. 1-63. Схема компенсационной обмотки при четном числе стержней в полюсном башмаке и последовательном соединении всех стержней.

Рис. 1-64. Схема компенсационной обмотки при нечетном числе стержней в полюсном башмаке и соединении стержней в две параллельные ветви (одна ветвь изображена сплошными линиями, вторая пунктиром).

бифилярная. На втором — соединения также не образуют витка вокруг вала. Соединительные шины их и с12 необходимо пропустить в одном окне или же по наружной стороне станины, чтобы они не влияли на поле главных и добавочных полюсов.

Изложенные выше общие положения дают возможность составить правильную схему соединения катушек в более сложных случаях.