Для чего нужна обмотка якоря

ОБМОТКИ ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

т.е. она зависит от магнитной индукции полюсов ВСР, длины проводника L и скорости его движения V. В реальной машине, будь она генератором или двигателем, в наведении ЭДС участвуют все проводники обмотки якоря.
Величина суммарной ЭДС:

Форма волновой обмотки отлична от петлевой и, следовательно, будет иное соединение секций.
Однако шаги волновой обмотки имеют общее с петлевой определение.
Шаг по коллектору здесь значительно больше единицы (у_к >> 1).

7.4. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА
ПОСТОЯННОГО ТОКА

Как уже отмечалось, ЭДС, наведенная в обмотке вращающегося якоря генератора, пропорциональна магнитному потоку полюсов и частоте его вращения:

Магнитный поток в генераторе, как известно, создается током возбуждения I_в.
Если вращать якорь c постоянной частотой n и непрерывно измерять выходную ЭДС Е, то можно построить график Е = f (I_в) (рис. 7.4.1).

Эта зависимость называется характеристикой холостого хода. Она строится для режима, когда генератор не имеет внешней нагрузки, т.е. работает вхолостую.
Если подключить к генератору нагрузку, то напряжение на его зажимах будет меньше E на величину падения напряжения в цепи якоря:

Электромагнитный момент, действующий на якорь машины, при числе проводников обмотки N:

Коэффициент полезного действия генератора определяется отношением:

У современных генераторов постоянного тока коэффициент полезного действия составляет 90-92 %.

Источник

Обмотки якоря

Элементом обмотки якоря является секция, которая своими концами присоединена к двум пластинам коллектора. Секции могут быть одновитковыми и многовитковыми. Пазовые стороны секций расположены в пазах сердечника якоря. Расстояние между пазовыми сторонами секции приблизитеьно равно полюсному делению.

где D_a — диаметр сердечника якоря.

Обычно обмотки якоря выполняют двухслойными. В зависимости от порядка присоединения секций к пластинам коллектора обмотки разделяют на волновые и петлевые, простые, сложные и комбинированные.

Простая волновая обмотка

В простой волновой обмотке концы каждой секции присоединены к пластинам коллектора, находящимся на расстоянии, называемом шагом обмотки по коллектору,

где К — число коллекторных пластин в коллекторе.

На рис. 13.5 показана схема простой волновой обмотки якоря. Секции обмотки образуют две параллельные ветви (2а = 2). Число параллельных ветвей в обмотке и число секций в каждой ветви определяют ток I_а и ЭДС Е_а обмотки якоря:

где S — количество секций в обмотке якоря; е_с — ЭДС одной секции; I_с — допустимое значение тока в секции.

Сложная волновая обмотка

Применяется в машинах постоянного тока, рассчитанных на большие токи. Сложная волновая обмотка состоит из двух простых волновых обмоток, соединяемых щетками параллельно (рис. 13.6). Такая обмотка содержит четыре параллельные ветви, следовательно, ток в ней может быть увеличен в два раза, а ЭДС при этом остается прежней.

Простая петлевая обмотка

В машинах постоянного тока низкого напряжения (значительного тока) необходима обмотка якоря с большим числом параллельных ветвей. Таким свойством обладают петлевые обмотки. В простой петлевой обмотке якоря (рис. 13.7) каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам, а число параллельных ветвей равно числу полюсов, т.е. 2а = 2р.

Сложная петлевая обмотка

Для того чтобы распределение токов в параллельных ветвях обмотки якоря было одинаковым, необходимо, чтобы электрическое сопротивление этих ветвей не отличалось друг от друга и чтобы ЭДС, наводимые в секциях, составляющих каждую параллельную ветвь, были одинаковыми. При несоблюдении этих условий между параллельными ветвями появляются уравнительные токи, нарушающие работу щеточно-коллекторного контакта.

Исключение составляет простая волновая обмотка , секции которой равномерно распределены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная не симметрия машины не вызывает появления в этой обмотке уравнительных токов. Что же касается простой петлевой и всех видов сложных обмоток якоря, то в них всегда имеются причины к появлению уравнительных токов. Это приводит к необходимости применения в указанных обмотках так называемых уравнительных соединений, по которым замыкаются уравнительные токи, разгружая щеточно-коллекторный контакт от перегрузки. Уравнительные соединения усложняют изготовление обмотки якоря и ведут к дополнительному расходу обмоточной меди.

Комбинированная обмотка

Источник

ОБМОТКА ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ДПТ) — общие принципы.

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой зам­кнутую систему изолированных проводников, определенным образом уложенных в пазы сердечника якоря и присоединенных к коллектору. К обмотке якоря предъявляются ряд требований. Она должна обеспе­чить получение необходимой ЭДС, прохождения тока номинальной ве­личины и безыскровую работу щеточного контакта. При этом она долж­на иметь достаточную электрическую, термическую и механическую прочность, обеспечивать возможно меньший расход материалов, мак­симальное значение КПД.

Обмотка якоря состоит из отдельных элементов–секций. Секция – это часть обмотки, содержащая один или несколько витков и при­соединенная к двум коллекторным пластинам. Несколько секций скреп­ленных между собой для удобства укладки в пазы якоря образуют ка­тушку. Секции в виде катушек являются основным конструктивным эле­ментом при образовании якорной обмотки. Они укладываются в пазы в два слоя так чтобы левые стороны секций лежали в верхней части па­за, а правые – в нижней. Такая обмотка носит название двухслой­ной (рисунок 1.11).

Части секций, лежащие в пазу, называются активными сторонами секции, они находятся в магнитном поле главных полюсов и при вра­щении якоря в них индуктируется ЭДС. Части секции, находящиеся вне пазов, называются лобовыми частями. Они находятся вне основ­ного магнитного потока и ЭДС в них не индуктируется.

Верхняя сторона одной секции и нижняя сторона другой, уло­женные в одном пазу, образуют так называемый элементарный паз (обозначается z_э). В реальном пазу может располагаться нес­колько элементарных пазов, их число равно числу секций в катушке. На рисунке 1.12, а показан разрез элементарного паза и разрез паза (рисунок 1.12,б), который имеет U_s=2 элементарных паза.

Так как секция имеет два активные стороны, то каждой секции в обмотке соответствуют один элементарный паз. Концы секции присоединяются к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоединяют конец одной секции и начало следующей, в результате чего все секции соединяются последовательно и на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина (рисунок 1.13).

черчивают пунктиром. Для расчета, составлений схем и монтажа обмотки испопользуются понятия шагов обмотки. Рассто­яние между двумя активными сторонами секции, определяющие ее ши­рину (рисунок 1.14), называется первым частичным шагом обмотки y₁. Расстояние между правой активной стороной секции и левой актив­ной стороной последующей секции называется вторичным частичным шагом обмотки y₂.

Расстояние между началами двух последова­тельно соединенных секций называется результирующим шагом обмотки y. Шаги y₁, y₂, y измеряются обычно числом элементар­ных пазов. Расстояние между коллекторными пластинами, к которым присоединяются начало и конец секции, измеренное числом коллек­торных пластин, называется шагом обмотки по коллектору y_к. Так как начало следующей секции присоединяется к концу предыдущей, то y_к равен числу коллекторных делений между началом одной сек­ции и началом следующей. По якорю это соответствует результирую­щему шагу y. Таким образом, ход обмотки по коллектору соот­ветствует ходу обмотки по якорю. Это обеспечивает выполнение симметричной обмотки и справедливо для всех типов обмотки якоря.

По внешнему очертанию контуров, образуемых последовательно соединенными секциями, различают петлевые, волновые и комбини­рованные.

Источник

Теория якорных обмоток машин постоянного тока

Обмотка якоря представляет собой замкнутую систему изолированных проводников, обеспечивающих получение необходимой ЭДС и прохождение заданного тока. В современных машинах постоянного тока применяют в основном двухслойные обмотки барабанного якоря. В соответствии с назначением машины к обмоткам предъявляется ряд требований. Обмотка должна иметь возможно меньший расход меди при обеспечении возможно больших ЭДС и КПД, быть по возможности симметричной, обладать достаточной электрической, термической и механической прочностью. Обмотка состоит из отдельных витков и секций. Виток – это два проводника, соединенных между собой последовательно. Несколько последовательно соединенных витков образуют секцию. Секции бывают одновитковые или многовитковые рисунок 1.1.

В реальном пазу якоря может быть несколько элементарных, поэтому число реальных пазов Z меньше числа элементарных и равно

Расстояния между активными сторонами секций измеряют числом элементарных пазов. Поскольку ширина секций должна быть примерно равна полюсному делению, то первый частичный шаг обмотки определяется выражением

где 2р – число полюсов.Так как не всегда является целым числом, то первый частичный шаг округляется до ближайшего целого числа, т.е.

Первый частичный шаг при называют полным или диаметральным; если то первый шаг называют укороченным; при то первый шаг называют укороченным; при — шаг удлиненный.Обмотка с полным шагом имеет наибольшую ЭДС. Укорочение или удлинение первого частичного шага приводит к уменьшению ЭДС, поскольку в любой момент времени активные стороны секций будут находится в неодинаковых магнитных условиях.Для более наглядного представления схемы обмотки цилиндрическую поверхность якоря вместе с обмоткой, коллектором и полюсами условно разрезают вдоль оси машины и разворачивают в плоскость, а все соединения в схеме изображают прямыми линиями. При этом диаметр коллектора принимают равным диаметру якоря, а полюсы считают расположенными над плоскостью чертежа. Пазы вычерчивают не реальные, а элементарные. Секции считают одновитковыми

Выполненная в таком виде схема обмотки называется развернутой. При изображении схемы обмотки полагают одинаковыми порядковые номера коллекторной пластины, секции, присоединенной к данной коллекторной пластине левой активной стороной, и элементарного паза, в верхней части которого расположена левая активная сторона данной секции.

По способу соединения и внешнему виду секций обмотки делят на:

Простой петлевой обмоткой называют такую обмотку, концы каждой секции которой присоединены к двум рядом лежащим коллекторным пластинам (рис. 1.2.). При этом обмотка может быть правоходовой с неперекрещивающимися лобовыми частями (смотри рис. 1.2, а) или левоходовой с перекрещивающимися лобовыми частями (смотри рис. 1.2, б). Для выполнения развернутой схемы обмотки необходимо определить её шаги.

Первичный частичный шаг определяется по формуле

Результирующий шаг простой обмотки y, который представляет собой расстояние между одноименными активными сторонами двух сле-дующих друг за другом по схеме обмотки секций, равен (+) – для правоходой обмотки, а знак (-) – для левоходой.

Вторым частичным шагом обмотки называют расстояние между правой активной стороной секции и левой активной стороной последующей по схеме обмотки секции. Он равен Шаг по коллектору для простой петлевой обмотки равен

Отсюда видно, что

С помощью щеток обмотка якоря делится на параллельные ветви. Для простой петлевой обмотки каждая параллельная ветвь, заключенная между соседними щетками разной полярности, соответствует одному полюсному делению, поэтому число параллельных ветвей 2а равно числу полюсов:

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Сложная петлевая обмотка состоит из m простых петлевых обмоток. В такой обмотке между двумя секциями каждой простой обмотки должно быть предусмотрено место для m-1 секций других простых обмоток, составляющих сложную (рис. 1.3). Поэтому результирующий шаг y и шаг по коллектору сложной обмотки должны быть равны

Остальные шаги определяются соответственно по формулам:

Число параллельных ветвей сложной петлевой обмотки равно

Здесь m – показатель кратности обмотки.

Простая волновая обмотка получается при последовательном со-единении секций, расположенных под разными парами полюсов. Точки соединения секций припаиваются к коллекторным пластинам. За каждый обход укладывается р секций (рис. 1.4.).

Каждый следующий обход начинается с коллекторной пластины, расположенной рядом с исходной пластиной предыдущего обхода. Если повторный обход начинается с пластины, находящейся слева от исходной, то обмотка получается левоходовой с неперекрещивающимися лобовыми частями (рис. 1.4, а). В противном случае – правоходовой с перекрещивающимися лобовыми частями (рис. 1.4, б).

В соответствии с этим шаг по коллектору и результирующий шаг будут равны

где знак (-) – для левоходой обмотки, а знак (+) – для правоходовой.Первый частичный шаг определяется по обычной формуле

Второй частичный шаг определяется по формуле

Поскольку цепь простой волновой обмотки за один обход по якорю проходит все полюсные деления, то число параллельных ветвей обмотки 2а всегда равно двум: 2а = 2.

Сложная волновая обмотка состоит из m простых волновых обмоток, следовательно, число параллельных ветвей для неё равно 2а = 2m.

В соответствии с вышеизложенным шаги сложной обмотки можно определить с помощью выражений:

Сложные обмотки могут быть однократно или многократно замкнутыми. В последнем случае простые обмотки, составляющие сложную, не имеют между собой электрических связей помимо щеток и уравнительных соединений, то есть каждая простая обмотка замкнута сама на себя.В сложных обмотках каждая простая обмотка должна иметь контакт со щетками, поэтому ширина щеток должна иметь не менее m коллекторных делений.

Комбинированная обмотка представляет собой совокупность простой петлевой и сложной волновой обмоток, которые укладывают в одних и тех же пазах якоря в четыре слоя и присоединяются к пластинам одного и того же коллектора (рис. 1.5.)

Для симметрии обе обмотки состоят из одинакового числа секций, и каждая из них служит для проведения половины общего тока якоря. В связи с этим число параллельных ветвей простой петлевой обмотки должно быть одинаковым с числом параллельных ветвей сложной волновой обмотки

а всего комбинированная обмотка имеет число параллельных ветвей

Условия симметрии. Каждую параллельную ветвь любой якорной обмотки можно условно представить в качестве элементарного источника ЭДС Е с внутренним сопротивлением R. При этом эквивалентная схема обмотки может быть представлена в виде 2а параллельно включенных источников.

необходимо, чтобы нагрузочный ток распределялся поровну между параллельными ветвями. Это возможно лишь при условии равенства ЭДС всех параллельных ветвей и внутренних сопротивлений. Для равенства ЭДС необходимо, чтобы каждая пара параллельных ветвей располагалась в магнитном поле симметрично, то есть выполнялись бы условия:

Для равенства внутренних сопротивлений и ЭДС необходимо, чтобы каждая пара параллельных ветвей содержала одинаковое число секций

Уравнительные соединения. В машинах постоянного тока невозможно точно выполнить все условия симметрии, поэтому в обмотках возникают уравнительные токи, которые замыкаются через коллектор и щетки и ухудшают условия их работы. Чтобы разгрузить щеточный контакт от уравнительных токов, применяют уравнительные соединения, которыми соединяют выводы секций обмотки, имеющих теоретически одинаковые потенциалы.

Уравнители первого рода применяют в простых петлевых обмотках, каждая пара параллельных ветвей которых находится под отдельной парой полюсов. Если по каким-либо причинам (неравномерность воздушного зазора под полюсами, раковины в станине и т.п.) магнитный поток одной пары полюсов не будет равен магнитному потоку другой пары полюсов, то в соответствующих параллельных ветвях будут индуктироваться неодинаковые ЭДС, в результате чего появятся уравнительные токи.

При наличии уравнителей первого рода эти токи замыкаются по ним, минуя щетки. Уравнители первого рода выравнивают магнитную несимметрию машины. Они располагаются обычно под лобовыми частями обмотки якоря со стороны коллектора и соединяют точки теоретически равного потенциала. Шаг уравнительных соединений должен быть равен двойному полюсному шагу

В простой петлевой обмотке число точек теоретически равного потенциала равно числу пар параллельных ветвей, поэтому полное число уравнителей равно В простых волновых обмотках секции параллельных ветвей обмотки последовательно располагаются под всеми полюсами машины, поэтому магнитная несимметрия в них не проявляется и уравнительные соединения в них не нужны.

Уравнители второго рода применяются в сложных петлевых и волновых обмотках. Сложные обмотки состоят из m простых обмоток, которые соединены параллельно через щеточный аппарат. Из-за неравенства сопротивлений щеточных контактов или параллельных ветвей в таких обмотках может возникнуть электрическая несимметрия, которая вызовет уравнительные токи между простыми обмотками. Эти токи также замыкаются через щеточный аппарат и ухудшают его работу. Уравнители второго рода соединяют между собой такие точки простых обмоток, составляющих сложную, которые должны иметь теоретически равные потенциалы. При этом шаг уравнительного соединения второго рода равен

В комбинированных обмотках секции волновой обмотки соединяют между собой практически равнопотенциальные точки простой петлевой обмотки и выполняют роль уравнителей первого рода. Секции простой петлевой обмотки соединяют между собой практически равнопотенциальные точки двух простых волновых обмоток, поэтому они являются по существу уравнителями второго рода. В этом состоит одно из достоинств комбинированных обмоток.

Звезда и многоугольник ЭДС. Пренебрегая высшими гармоническими, можно считать, что индукция в зазоре под полюсами распределена синусоидально. Если машина имеет 2р полюсов, то по окружности якоря размещается р синусоид, каждой из которых соответствует 2 радиан или 360 градусов. Таким образом, окружность якоря, соответствующая 360 геометрическим градусам, содержит р360 электрических градусов. Иначе говоря, один геометрический градус соответствует р электрическим градусам. В дальнейшем все углы будем выражать только в электрических градусах. При вращении якоря в синусоидальном поле в проводниках обмотки якоря наводятся ЭДС, изменяющиеся во времени тоже синусоидально. Такие ЭДС можно изображать векторами, равными по величине амплитуде ЭДС и вращающимися против часовой стрелки с угловой частотой Проекция вектора ЭДС на ось ординат дает мгновенное значение ЭДС. Поскольку проводники и секции обмотки распределены по окружности якоря равномерно, то каждая секция смещена относительно соседней на угол

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое обмотка якоря машины постоянного тока?

2. Назначение обмотки якоря и требования, предъявляемые к ней.

3. Дать определение секции обмотки якоря и назвать её составные элементы.

4. Указать типы обмоток, применяемых в машинах постоянного тока.

5. В каких положениях относительно полюсов в проводнике вра-щающегося якоря при холостом ходе машины индуктируется максимальная ЭДС и ЭДС, равная нулю?

6. Из каких соображений выбирается ширина секции обмотки якоря?

7. Что такое элементарный паз и в чем его отличие от реального паза?

8. Дать определение шагов обмотки якоря (у1; у2; у; ук).

9. Как выполняются развернутая и упрощенная схемы обмотки?

10. Как устанавливаются щетки на коллекторе машины постоянного тока?

11. Как определяется полярность щеток?

12. Что такое параллельная ветвь обмотки якоря?

13. Чему равны ЭДС параллельной ветви и машины в целом?

14. Как изменится ЭДС генератора, если щетки сдвинуть по направлению (против направления) вращения на 1-2 коллекторных деления?

15. Назвать условия симметрии обмоток.

16. Как строится звезда и многоугольник ЭДС секций?

17. Что позволяет определить многоугольник ЭДС?

18. Указать типы уравнительных соединений.

19. В каких обмотках применяются уравнительные соединения?

20. Почему в простых волновых обмотках уравнительные соединения не нужны?

21. Из каких соображений выбирается тип обмотки якоря при проектировании машины?

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник