Тема 1.2 Генератори постійного струму

1.Обмотки якоря машин постійного струму.

1.1. Петлева обмотка якоря.

2. Хвилеві обмотки якоря.

3. Вирівнюючи прилади і комбінована обмотка якоря.

4. Електрорушійна сила та електромагнітним момент машини постійного струму.

5. Вибір типа обмотки.

1 Петлева обмотка якоря.

Обмотка якоря двигуна постійного струму являє собою замкнуту систему провідників, певним образом покладених на сердечнику якоря й приєднаних до кіл колектора.

Рисунок. 3.1 Розташування активних сторін секції на сердечнику якоря та елементарні пази.

Елементом обмотки якоря є секція (котушка), приєднана до двох колекторних пластин. Відстань між пазовими частинами секції повинно бути дорівнює або мало відрізнятися від полюсного розподілу "τ"

Де DA - діаметр сердечника якоря, мм.

Обмотки якоря звичайно виконують двошаровими. Вони характерезуються наступними параметрами: числом секцій S; числом пазів (реальних) Z; числом секцій, що доводяться на один паз

;

числом витків секції ωс ; числом пазових сторін в обмотки N; числом пазових сторін в одному пазу

.

Верхня пазова сторона однієї секції і нижня пазова сторона другої секції, що лежать в одному пазу, утворять елементарний паз. Число елементарних пазів у реальному пазу Z визначається числом секцій, що доводяться на один паз:

.

Схеми обмоток якоря роблять розгорнутими, при цьому всі секції показують одновитковими. У цьому випадку кожна секція яка має дві пазові сторони відповідає один елементарний паз. Кінці секції приєднують до колекторних пластин, при цьому до пластини приєднують початок однієї секції і кінець іншої, тобто на кожну секцію доводиться одна колекторна пластина. Таким чином, для обмотки якоря є рівняння

,

де Ze - кількість елементарних пазів;

К- кількість пластин у колекторі.

Кількість секцій, що приходиться на один реальний паз, визначається відношенням

Ze / Z ,

Секції, що укладають у два реальних пази, мають загальну ізоляцію

Рисунок 3.2-Розташування активних сторін секцій в реальних пазах.

У двигунах постійного струму застосовують обмотки якоря наступних типів:

проста петлевая,

складна петлевая,

проста хвильова,

складна хвильова й комбінована.

Проста петлевая обмотка яжоря.

У простий петлевой обмотці якоря кожна секція приєднана до двох поруч лежачих колекторних пластин. При укладанні секцій на сердечнику якоря початок кожної наступної секції з'єднується з кінцем попередньої, поступово переміщаючись при цьому по поверхні якоря (і колектора) так, що за один обхід якоря укладають всі секції обмотки. У результаті кінець останньої секції виявляється приєднаним до початку першої секції, тобто обмотка якоря замикається.

Рисунок 3.3 . Кроки петлевой обмотки

На рисунку3 зображена частина розгорнутої, схеми простий петлевой обмотки, на якій показані кроки обмотки, відстані між пазовими сторонами секцій по якорю: перший частковий крок - по якорю" у1 " другий частковий крок - по якорю " у2" і результуючий крок по якорю "у".

Якщо укладання секцій обмотки ведеться з ліва на право по якорю, то обмотка називається правобічною (рисунок 3 а), а якщо укладання секцій ведеться з права на ліво та обмотка називається лівобічною (рисунок 3 б). Для правобічної обмотки результуючий крок

У=У1 –У2

Відстань між двома колекторними пластинами, до яких приєднаний початок і кінець однієї секції, називають кроком обмотки по колектору "ук".

Кроки обмотки по якорі виражають в елементарних пазах, а крок по колектору - у колекторних поділках (пластинах).

Початок і кінець кожної секції в простий петлевой обмоток приєднані до поруч лежачих колекторних пластин, відповідно, У=УК=±1

де знак плюс відповідає правобічній обмотці,

а знак мінус – лівобічній обмотці.

Для визначення всіх кроків простої петлевой обмотки достатньо розрахувати перший частковий крок по якорю:

У1=[Ze/2p]±έ

де έ - деяка величина, менша одиниці, віднімаючи або сумуючияку

яку одержують значення кроку У1 рівне цілому числу.

Другий частковий крок обмотки по якорі .

У2=У1±У= У1±1

Перш ніж приступити до виконанню схеми обмотки, необхідно відзначити і пронумерувати, всі пази й секції, нанести на схему, контури магнітних полюсів і вказати їх полярність (рисунок 4),

Рисунок3. 4. Розгорнута схема простий петлевой обмотки

При цьому потрібно мати на увазі що відмічений на схемі контур є не полюс, а дзеркальним відображення полюса, який перебуває над якорем. Потім зображують колекторні пластини, і наносять на схему першу секцію. Пазові частини якої розташовують у пазах 1 і 4. Колекторні пластини, до яких приєднані початок та кінець цієї секції, позначають 1та 2. Потім нумерують всі інші пластини й наносять на схему наступні секції (2, 3, 4 і так далі). Остання секція 12 повинна замкну обмотку, що буде свідчити про вірне виконання схеми.

Далі на схемі зображують щітки. Відстань між щітками А та В повинне бути дорівнювати

К/(2р) =12/4=12/4 = 3,

Тобто повинне відповідати полюсному розподілу. Що ж стосується розташування щіток на колекторі, то при цьому варто керуватися наступним: їх варто розташувати на колекторі по осі головних полюсів, як це показано на рисунку 5

При визначенні полярності щіток припускають, що двигун працює в генераторному режимі і її якорі обертається в напрямку стрілки (дивись

рисунок 5). У підсумку одержуємо, що щітки А1 і А2 , від яких струм відводиться в зовнішній ланцюг, є позитивними, а щітки В1 і В2 - вони є негативними. Щітки однакової полярності приєднують паралельно до виводів відповідної полярності.

Складна петлевая обмотка. При необхідності одержати петлевую обмотку з більшим числом паралельних гілок, як це потрібно, наприклад, у низьковольтних машинах постійного струму, застосовують складну петлевую обмотку.

Така обмотка являє собою декілька (звичайно дві) простих петлевих обмотки, покладених на одному якорі й приєднаних до одного колектора. Число паралельних гілок у складній-петлевій обмотці

2а=2рm

де m- кількість простих петлевих обмоток, з яких складена складна обмотка (звичайно m =2). Ширина щіток при складної петлевой обмотці приймається такий, щоб кожна щітка одночасно перекривала m колекторних пластин, тобто стільки пластин, - стільки простих обмоток у складній. При цьому прості обмотки виявляються приєднаними паралельно один одному.

На рисунку 6 показана розгорнута схема складної петлевої обмотки, що складає із двох простих (m =2): 2р=4; Ze=16. Результуючий крок обмотки по якорю і крок по колектору складній петлевій обмотки приймають рівним

У=УК= m

Перший частковий крок по якорі визначають так само як і простій петлівій обмотці

Рисунок 3.5 Розгорнута схема складної петлевой обмотки

Хвильові обмотки якоря

Проста хвильова обмотка. Просту хвильову обмотку одержують при послідовному з'єднанні секцій, що перебувають під різними парами полюсів (рисунок 7). Кінці секцій простої хвильової обмотки приєднані до колекторних пластин, вилученим друг від друга на відстань кроку обмотки по колекторі

УК=У.

За один обхід по якорі укладають стільки секцій, скільки пар полюсів має двигун, при цьому кінець останньої по обходу секції приєднують до пластині, розташованої поруч із вихідної.

Просту хвильову обмотку називають лівобічною, якщо кінець останньої по обходу секцій приєднується до пластини, що перебуває ліворуч від вихідної (рисунок 7 а). Якщо ж ця пластина знаходиться праворуч від вихідної, то обмотку називають правобічною (рисунок 7 б).

Секції хвильової обмотки можуть бути одновитковими і багатовитковими. Крок простої петлевой обмотки по колекторі

УК=У=(К±1) / р

Знак мінус відповідає_лівобічній обмотці

а знак плюс правобічній обмотці . Правобічна обмотка не одержала практичного застосування, тому що її виконання пов'язане з додатковою витратою міді на перехрещування лобових частин.

Перший частковий крок обмотки визначають так само як і в простій петлевій обмотці

Рисунок 3.6 Схеми простих хвильових обмоток

Рисунок 3.7 Розгорнута схема простої хвильової обмотки

При першому обході по якорі укладаємо секції 1 та 7 (рисунок 8). При другому обході укладаємо секції 13 та 6 і т.д., поки не будуть покладені всі 13 секцій й обмотка не виявиться замкнутою. Жирними лініями на схемі показані секції, замкнуті щітками на яку (у розглянутий момент часу). Потім визначаємо полярність щіток. Далі виконуємо електричну схему (схему паралельних гілок), з якої видно (рисунок 9),. що обмотка складається із двох паралельних гілок

(2а = 2).

Рисунок 3.8. Електрична схема обмотки, зображеної на рисунку 8

Це є характерним для простих хвильових обмоток, у яких число паралельних гілок не залежить від числа полюсів і завжди дорівнює двом.

З розглянутих схем видно, що секції, що входять в одну паралельну галузь, рівномірно розподілені під всіма полюсами двигуна або генератора. Слід також зазначити, що в простій хвильовій обмотці можна було б обійтися двома щітками, наприклад щітками В2 і А2. Але в цьому випадку порушилася б симетрія обмотки і число секцій у паралельних гілках стало б неоднаковим: в одній гілці сім секцій, а в іншій - шість. Тому в двигунах або генераторах із простими хвильовими обмотками встановлюють повний комплект щіток, стільки ж, скільки головних полюсів, тим більше що це дозволяє зменшити значення струму який приходиться на кожну щітку, а отже, зменшити розміри колектора.

Складна хвильова обмотка. Декілька простих хвильових обмоток (за звичай дві), покладених на одному якорі, утворять складную хвильову обмотку. Число паралельних гілок у складної хвильвій обмотці

2а=2 m

(за звичай 2а=4),

де m – кількість простих : мотож у складній (m =2). Прості обмотки, які входять в складну, з'єднують паралельно за допомогою щіток. Крок по колектору, а отже, і результуючий крок по якорі дорівнює:

УК=У=(К± m) / р.

Лекція