3.7 Ерс і електромагнітний момент

ЕРС. В п. 3.2 було встановлено, що ЕРС всієї обмотки якоря дорівнює ЕРС в одній його паралельній гілці: Е=Е_Я. Кількість активних провідників обмотки в одній паралельній гілці дорівнює .М/(2а). Отже, для визначенняЕ_я необхідно просумувати ЕРС, що наводиться у всіх провідниках, які складають гілку обмотки:

(3.19)

ЕРС у провіднику залежить від індукції в тому місці повітряного проміжку, де знаходиться провідник:

(3.20)

Згідно рис. 2.2, умова рівності площ, обмежених лініями 1, 2 і 3, де- середнє значення індукції на протязі полюсного поділу. При достатньо великій кількості провідників підполюсом (див. п. 1.1) можна вважати, що всі провідники перетинаються полем індукцією

(3.21)

З урахуванням (3.20) і (3.21) рівняння (3.19) набуває вигляду

(3.22)

Довжина полюсної поділки

(3.23)

Підставивши тепер в (3.22) значення з (В.7) і з (3.23), після перетворення отримаємо

(3.24)

Об'єднавши всі стані в (3.24) і позначивши , отримаємо

(3.25)

На значення ЕРС машини, крім вкорочення або подовження обмотки (див. рис. 3.3) впливає і положення щіток: якщо вони розміщені на осі полюсів, тобто контактуютьзі сторонами секцій, що знаходяться на лінії геометричної нейтралі, то ЕРС найбільша, тому що у всіх секціях кожноїпаралельної гілки обмотки ЕРС має однаковий напрям. При повороті щіток на деякий кутвід осей полюсів, в паралельних гілках виявляться секції з протилежним напрямом ЕРС, через це, значенняЕ_я зменшиться і буде

(3.26)

Електромагнітний момент. Якщо позначити через результуючу електромагнітну силу, що виникає в результаті взаємодії магнітного потоку зі струмом якоря, то електромагнітний момент, що діє на якір зі струмом,

(3.27)

Якщо індукція , струм у провіднику і довжина провідника (якоря), то згідно (В.4), на кожний провідник діє силаі тоді

(3.28)

Підставивши тепер (3.28) у (3.27) з урахуванням (3.6) та (3.21) отримаємо

(3.29)

де- стала.

Електромагнітний момент при роботі машини в режимі двигуна є обертальним, а при роботі в режимі генератора - гальмівний. Електромагнітна потужність визначається за формулами (В.16) - (В.18).

Як бачимо, загальні вирази для ЕРС і електромагнітного моменту (3.25) і (3.29) машини принципово нічим не відрізняються від раніше отриманих виразів (В.8) і. (В.12) для найпростішої машини з якірною обмоткоюу вигляді одного витка, який обертається в магнітному полі.

3.8 Співставлення обмоток різних типів

При проектуванні електричних машин приходиться зважати на необхідність вибору раціональних розмірів перерізу провідників якоря, щіток і колекторних пластин.

Практикою електромашинобудування встановлено, що струм в паралельній гілці великих машин повинен бути обмежений значенням , В тягових машинах звичайно. Через умови виготовлення колекторів поділка не може бути меншою за 4 мм, тобто

(3.30)

де - діаметр колектора.

Чим вища напруга машини, тим при даній потужності менше її струм і тим більше, згідно (3.24), повинно бути провідників N і, як наслідок, - колекторних, пластин К, тому в таких машинах застосовують обмотку з а=1, тобто просту хвильову. її перевага перед іншими типами обмоток - відсутність зрівнювальних з'єднань.

При підвищенні струму машини виникає необхідність поділу, його на більшу кількість паралельних гілок. Тому в машинах середньої потужності низької напруги (100-300 кВт, 200-600 В) і великої потужності високої напруги (500-1000 кВт, 750-1500 В) застосовують прості петлеві обмотки.

Складні петлеві обмотки використовують в потужних машинах середньої потужності пониженої напруги (більше 1200 кВт і менше 750 В), коли необхідно збільшити кількість паралельних гілок якоря, а кількість полюсів зберегти незмінним. Складні хвильові обмотки застосовують порівняно рідко в машинах середньої потужності підвищеної напруги.

Тягові двигуни електроприводів потужністю до 450 кВт при напрузі 1500 В мають прості хвильові обмотки,, а низьковольтні тягові двигуни тепловозів і їх генератори. - прості петлеві обмотки. В потужних тягових двигунах електровозів (більше 500 кВт) використовують петлеві обмотки.

Комбінована ("жаб'яча") обмотка не вимагає зрівнювальних з'єднань: секції складеної хвилевої обмотки виконують у ній роль урівнювачів першого роду для петлевої обмотки, а секції петлевої - є урівнювачами другого роду для складної хвилевої обмотки (див. рис. 3.9). Вважалось також, що вона менш схильна до іскріння і дугоутворення на колекторі. Тому, не дивлячись на відомі труднощі її виготовлення, гірше заповнення пазу, підвищені витрати ізоляційних матеріалів і більш високі робочі температури, "жаб'яча" обмотка широко застосовувалась в потужних електричних машинах.

Приведені всесторонні дослідження показали, однак, що "жаб'яча" обмотка не простою петлевою, зрівнювальні з'єднання першого оду в якій легко виконати. При цьому вартість матеріалів простої петлевої обмотки з урівнювачами не перевищує вартості еквівалентної "жаб'ячої".

Контрольні запитання і задачі

1. Що таке секція якоря? Як пов'язані-між собою кількості, секцій і колекторних пластин в машині постійного струму?

2. Якими параметрами характеризується обмотка якоря?

3. У чому полягає принципова, відмінність між простими петлевими і хвилевими обмотками?

4. У чому полягає відмінність складних обмоток від простих?

5. Які бувають зрівнювальні з'єднання і де вони застосовуються?

6. Якір чотириполюсної машини постійного струму має просту петлеву обмотку з кількістю активних сторін секцій N=28 і кількістю витків в секції, Визначити кроки обмотки, число колекторних пластин, накреслити її розвернуту схему і розставити щітки. (аналогічно рис. 3.4). Чому дорівнює струм паралельної гілки, якщо струм якоряІ_я=40А? Вказати екві- потенціальні точки і з'єднати їх урівнювачами.

7. Виконати те ж, що і попередній-задачі, для простої хвилевої обмотки . Чому в цій обмотці є потрібне застосування урівнювачів ?

8. Користуючись даними задачі 4 до част. 2 визначити ЕРС Е і напругу тягового двигуна, якщо в якорі його укладена проста петлева обмотка з кількістю активних сторін секційN=738, спільним опоромК_я=0,012 Ом; частота обертанняп=11 об/с, а струм якоряІ_я=І000 А. Які струм в паралельній гілці і струм в одному щіткотримачі?

9. Як зміниться ЕРС машини, якщо щітки зсунути з осей полюсів на кут а=18°2

10.Якими міркуваннями слід керуватися при виборі тину обмотки?

11. У чотириполюсного двигуна постійного стуму з хвилевою обмоткою кількість пазів якоря ,кількість витків в секції, кількість елементарних пазів в одному реальному магнітний потік Вб, струм якоряА, частота обертання Визначити обертальний електромагнітний момент і електромагнітну потужність.

Пояснення; при розв'язанні задачі слід скористатися формулами (3.1), (3.1а), (3.29) і (В.18). Всі величини виражаються в одиницях СІ.