§ 25.1. 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 [см. (7.1)] (рис. 25.1):
. (25.1)
Здесь — диаметр сердечника якоря, мм.
Рис. 25.1. 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: (рис. 25.2).
Рис. 25.2. 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 рис. 25.3, 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 (рис. 25.3, а), а если укладка секций ведется справа налево, то обмотка называется левоходовой (рис. 25.3, ). Для правоходовой обмотки результирующий шаг
. (25.2)
Рис. 25.3. 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 ук. 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:
, (25.3)
где — некоторая величина, меньшая единицы, вычитая или суммируя которую получают значение шага , равное целому числу.
Второй частичный шаг обмотки по якорю
(25-4)
Пример 25.1. 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 по (25.3)
3 паза.
Второй частичный шаг по якорю по (25.4)
=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 (25.3, 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 (рис. 25.4, а). В этом случае наибольшая ЭДС машины соответствует положению «условных» щеток на геометрической нейтрали (см. § 25.4). Но так как коллекторные пластины смещены относительно пазовых сторон соединенных с ними секций на 0,5 (рис. 25.4, б), то, переходя к реальным щеткам, их следует расположить на коллекторе по оси главных полюсов, как это показано на рис. 25.3, в.
Рис. 25.4. Расположение условных ( ) и реальных (б) щеток
При определении полярности щеток предполагают, что машина работает в генераторном режиме и ее якорь вращается в направлении стрелки (см. рис. 25.3, 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. рис. 25.3, 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 (рис. 25.5). Эту схему получают из развернутой схемы обмотки (см. рис. 25.3, ) следующим образом. На листе бумаги изображают щетки и имеющие с ними контакт коллекторные пластины, как это показано на рис. 25.5. 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.
Рис. 25.5. Электрическая схема обмотки рис. 25.3, 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:
, (25.5)
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 25.2. 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 рис. 25.6 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 = ук = т. Первый частичный шаг по якорю определяют по (25.3).
Пример 25.3. 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 (рис. 25.6). 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.
Рис. 25.6. Развернутая схема сложной петлевой обмотки
- Введение § в.1. Назначение электрических машин и трансформаторов
- § В.2. Электрические машины — электромеханические преобразователи энергии
- § В.З. Классификация электрических машин
- Трансформаторы
- Глава 1 • Рабочий процесс трансформатора § 1.1. Назначение и области применения трансформаторов
- § 1.2. Принцип действия трансформаторов
- §1.3. Устройство трансформаторов
- § 1.4. Уравнения напряжений трансформатора
- § 1.5. Уравнения магнитодвижущих сил и токов
- § 1.6. Приведение параметров вторичной обмотки и схема замещения приведенного трансформатора
- § 1.7. Векторная диаграмма трансформатора
- § 1.8. Трансформирование трехфазного тока и схемы соединения обмоток трехфазных трансформаторов
- § 1.9. Явления при намагничивании магнитопроводов трансформаторов
- § 1.10. Влияние схемы соединения обмоток на работу трехфазных трансформаторов в режиме холостого хода
- § 1.11. Опытное определение параметров схемы замещения трансформаторов
- § 1.12. Упрощенная векторная диаграмма трансформатора
- § 1.13. Внешняя характеристика трансформатора
- § 1.14. Потери и кпд трансформатора
- § 1.15. Регулирование напряжения трансформаторов
- Контрольные вопросы
- Глава 2 • Группы соединения обмоток и параллельная работа трансформаторов § 2.1. Группы соединения обмоток
- § 2.2. Параллельная работа трансформаторов
- Глава 3. Трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы § 3.1. Трехобмоточные трансформаторы
- § 3.2. Автотрансформаторы
- Глава 4. Переходные процессы в трансформаторах § 4.1. Переходные процессы при включении и при внезапном коротком замыкании трансформаторов
- § 4.2. Перенапряжения в трансформаторах и защита от перенапряжений
- 4.7. Начальное распределение напряжения по длине обмотки при заземленной (а) и изолированной (б) нейтралях
- Глава 5. Трансформаторные устройства специального назначения § 5.1. Трансформаторы с плавным регулированием напряжения
- § 5.2. Трансформаторы для выпрямительных установок
- § 5.3. Трансформаторы для автоматических устройств
- § 5.4. Трансформаторы для дуговой электросварки
- § 5.5. Охлаждение трансформаторов
- Контрольные вопросы
- 2 Раздел
- Глава 6
- § 6.1. Принцип действия синхронного генератора
- Эта формула показывает, что при неизменной частоте вращения ротора форма кривой
- § 6.2. Принцип действия асинхронного двигателя
- Контрольные вопросы
- Глава 7
- § 7.1. Устройство статора бесколлекторной машины и основные понятия об обмотках статора
- § 7.2. Электродвижущая сила катушки
- § 7.3. Электродвижущая сила катушечной группы
- § 7.4. Электродвижущая сила обмотки статора
- § 7.5. Зубцовые гармоники эдс
- Глава 8
- § 8.1. Трехфазные двухслойные обмотки с целым числом пазов на полюс и фазу
- Если половину катушечных групп каждой фазной обмотки соединить последовательно в одну ветвь, а затем две ветви соединить параллельно, то получим последовательно –
- § 8.2. Трехфазная двухслойная обмотка с дробным числом пазов на полюс и фазу
- Для этой обмотки эквивалентные параметры будут
- § 8.3. Однослойные обмотки статора
- § 8.4. Изоляция обмотки статора
- Глава 9
- § 9.1. Магнитодвижущая сила сосредоточенной обмотки
- § 9.2. Магнитодвижущая сила распределенной обмотки
- Например, амплитуда основной гармоники мдс
- С учетом изложенного амплитуда мдс обмотки фазы статора
- Мдс однофазной обмотки статора прямо пропорциональна переменному току в этой
- § 9.3. Магнитодвижущая сила трехфазной обмотки статора
- § 9.4. Круговое, эллиптическое и пульсирующее магнитные поля
- § 9.5. Высшие пространственные гармоники магнитодвижущей силы трехфазной обмотки
- 3 Раздел
- Асинхронные машины
- Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели
- Глава 10
- § 10.1. Режим работы асинхронной машины
- § 10.2. Устройство асинхронных двигателей
- Глава 11
- §11.1. Основные понятия
- § 11.2. Расчет магнитной цепи асинхронного двигателя
- § 11.3. Магнитные потоки рассеяния асинхронной машины
- § 11.4. Роль зубцов сердечника в наведении эдс и создании электромагнитного момента
- Контрольные вопросы
- Глава 12
- §12.1. Уравнения напряжений асинхронного двигателя
- § 12.2. Уравнения мдс и токов асинхронного двигателя
- § 12.3. Приведение параметров обмотки ротора и векторная диаграмма асинхронного двигателя
- Глава 13
- §13.1. Потери и кпд асинхронного двигателя
- § 13.2. Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя
- Результаты расчета
- § 13.3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменениях напряжения сети и активного сопротивления обмотки ротора
- § 13.4. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- § 13.5. Электромагнитные моменты от высших пространственных гармоник магнитного поля асинхронного двигателя
- Контрольные вопросы
- Глава 14
- § 14.1. Основные понятия
- § 14.2. Опыт холостого хода
- Для асинхронных двигателей с фазным ротором в опыте холостого хода определяют
- § 14.3. Опыт короткого замыкания
- § 14.4. Круговая диаграмма асинхронного двигателя
- § 14.5. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя по круговой диаграмме
- § 14.6. Аналитический метод расчета рабочих характеристик асинхронных двигателей
- Коэффициент мощности двигателя
- Глава 15
- §15.1. Пуск двигателей с фазным ротором
- § 15.2. Пуск двигателей с короткозамкнутым ротором
- § 15.3. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками
- § 15.4. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей Частота вращения ротора асинхронного двигателя
- Глава 16
- §16.1. Принцип действия и пуск однофазного асинхронного двигателя
- § 16.2. Асинхронные конденсаторные двигатели
- § 16.3. Работа трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети
- § 16.4. Однофазный двигатель с экранированными полюсами
- Глава 17
- § 17.1. Индукционный регулятор напряжения и фазорегулятор
- § 17.2. Асинхронный преобразователь частоты
- § 17.3. Электрические машины синхронной связи
- § 17.4. Асинхронные исполнительные двигатели
- § 17.5. Линейные асинхронные двигатели
- Глава 18
- §18.1. Нагревание и охлаждение электрических машин
- § 18.2. Способы охлаждения электрических машин
- § 18.3. Конструктивные формы исполнения электрических машин
- § 18.4. Серии трехфазных асинхронных двигателей
- Глава 21.
- Параллельная работа синхронных генераторов.
- § 21.1. Включение генераторов на параллельную работу.
- § 21.2. Нагрузка генератора, включенного на параллельную работу.
- § 21.3. Угловые характеристики синхронного генератора
- Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси [см. (20.24)]
- § 21.4. Колебания синхронных генераторов
- § 21.5. Синхронизирующая способность синхронных машин
- Удельный синхронизирующий момент
- § 21.6. U-образные характеристики синхронного генератора
- § 21.7. Переходные процессы в синхронных генераторах
- §22.1. Принцип действия синхронного двигателя
- § 22.2. Пуск синхронных двигателей
- § 22.3. U–образные и рабочие характеристики синхронного двигателя
- § 22.4. Синхронный компенсатор
- Глава 23 • Синхронные машины специального назначения
- § 23.1. Синхронные машины с постоянными магнитами
- § 23.2. Синхронные реактивные двигатели
- § 23.3. Гистерезисные двигатели
- § 23.4. Шаговые двигатели
- § 23.5. Синхронный генератор с когтеобразными полюсами и электромагнитным возбуждением
- § 23.6. Индукторные синхронные машины
- Раздел 5 коллекторные машины
- Глава 24
- § 24.1. Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока
- § 24.2. Устройство коллекторной машины постоянного тока
- Глава 25
- § 25.1. Петлевые обмотки якоря
- § 25.2. Волновые обмотки якоря
- § 25. 3. Уравнительные соединения и комбинированная обмотка якоря
- § 25.4. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машины постоянного тока
- § 25.5. Выбор типа обмотки якоря
- Глава 26
- § 26.1. Магнитная цепь машины постоянного тока
- § 26.2. Реакция якоря машины постоянного тока
- 26.4. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции
- § 26.3. Учет размагничивающего влияния реакции якоря
- § 26.4. Устранение вредного влияния реакции якоря
- § 26.5. Способы возбуждения машин постоянного тока
- Глава 27
- § 27.1. Причины, вызывающие искрение на коллекторе
- Из одной параллельной ветви в другую
- § 27.2. Прямолинейная коммутация
- § 27.3. Криволинейная замедленная коммутация
- Замедленной (а) и ускоренной (б) видах коммутации
- § 27.4. Способы улучшения коммутации
- Зазоре машины с добавочными полюсами в
- Генераторном (г) и двигательном (д) режимах
- Добавочных полюсов
- § 27.5. Круговой огонь по коллектору
- И расположение между щетками (б)
- § 27.6. Радиопомехи от коллекторных машин и способы их подавления
- Контрольные вопросы
- Глава 28
- § 28.1. Основные понятия
- § 28.2. Генератор независимого возбуждения
- § 28.3. Генератор параллельного возбуждения
- § 28.4. Генератор смешанного возбуждения
- Глава 29
- § 29.1. Основные понятия
- § 29.2. Пуск двигателя
- § 29.3. Двигатель параллельного возбуждения
- § 29.4. Регулирование частоты вращения двигателей параллельного возбуждения
- § 29.5. Режимы работы машины постоянного тока
- § 29.6. Двигатель последовательного возбуждения
- § 29.7. Двигатель смешанного возбуждения
- § 29.8. Потери и коэффициент полезного действия коллекторной машины постоянного тока
- § 29.9. Машины постоянного тока серий 4п и 2п
- § 29.10. Универсальные коллекторные двигатели
- Глава 30
- § 30.1. Электромашинный усилитель
- § 30.2. Тахогенератор постоянного тока
- § 30.3. Бесконтактный двигатель постоянного тока
- § 30.4. Исполнительные двигатели постоянного тока