591 Волновые обмотки якоря

. Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов (см. рисунок). Концы секций простой волновой обмотки присоединяют к коллекторным пластинам, удаленным друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору . За один обход по якорю укладывают столько секций, сколько пар полюсов имеет машина, при этом конец последней по обходу секци присоединяют к пластине, расположенной рядом с исходной.Простую волновую обмотку называют левоходовой, если конец последней по обходу секции присоединяется к пластине, находящейся слева от исходной (рисунок а). Если же эта пластина находится справа от исходной, то обмотку называют правоходовой (рисунок б). Секции волновой обмотки могут быть одновитковыми и многовитковыми.

Шаг простой волновой обмотки по коллектору:

П ервый частичный шаг обмотки определяют также как и для петлевой обмотки, а второй частичный шаг:

Слайд номер 50.

592. При простой волновой обмотке секции, лежащие под разными полюсами, соединяют последовательно (рис. 94). При этом после одного обхода окружности якоря, т. е. после последовательного соединения р секций приходят к коллекторной пластине, расположенной рядом с исходной. Например, начало секции 1 присоединяют к коллекторной пластине КП1, а ее конец соединяют с коллекторной пластиной КП10 и началом секции 2, которая расположена под следующей парой полюсов; затем конец секции 2 соединяют с другой коллекторной пластиной и с началом следующей секции. После завершения полного обхода окружности якоря конец соответствующей секции соединяют с коллекторной пластиной КП2 и началом секции 3, затем таким же образом с коллекторной пластиной КП11 и секцией 4 и т. д. до тех пор, пока обмотка не замкнется, т. е. пока не придут к началу секции 1. Якорная катушка в волновой обмотке имеет форму волны (рис. 95, а), откуда получила это название В простой волновой обмотке число параллельных ветвей обмотки 2а всегда равно двум и не зависит от числа полюсов:

2a = 2

При простой петлевой обмотке каждую секцию присоединяют к соседним коллекторным пластинам (рис. 97). Например, начало 1-й секции присоединяют к коллекторной пластине КП1, а конец ее соединяют с соседней коллекторной пластиной КП2 и началом рядом лежащей 2-й секции. Далее конец 2-й секции присоединяют к следующей коллекторной пластине и к началу соседней секции и т. д. до тех пор, пока обмотка не замкнется, т. е. пока не придут к началу 1-й секции. В этой обмотке каждая последующая секция расположена рядом с предыдущей, а якорная катушка имеет форму петли (рис. 95,б), откуда получила название обмотка. В простой петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют две параллельные ветви, поэтому число параллельных ветвей по всей обмотке 2а равно числу полюсов 2р:

2a = 2p

Условие 2а=2р выражает основное свойство простой петлевой обмотки: чем больше число полюсов, тем больше параллельных ветвей имеет обмотка, следовательно, тем больше щеточных пальцев должно быть в машине

Каждая из обмоток — петлевая и волновая — имеет свои преимущества. При одном и том же числе проводников в обмотке якоря и числе полюсов простая петлевая обмотка будет иметь в р раз больше параллельных ветвей, чем волновая. Следовательно, она может пропускать значительно больший ток I_я = 2ai_я, чем волновая обмотка (здесь I_я — ток в параллельной ветви) (рис. 99). Число же витков в каждой параллельной ветви при петлевой обмотке в р раз меньше, чем при волновой. Так как напряжение машины определяется числом последовательно включенных витков в каждой параллельной ветви, то в машине с петлевой обмоткой напряжение будет в р раз меньше, чем с волновой обмоткой.

594. Начала и концы отмоток обозначаются следующим образом:

- обмотка якоря – Я1 и Я2;

- обмотка добавочных полюсов – Д1 и Д2;

- компенсационная обмотка – К1 и К2;

- обмотка возбуждения независимая – М1 и М2;

- обмотка возбуждения параллельная – Ш1 и Ш2;

- обмотка возбуждения последовательная – C1 и C2.

По способам возбуждения МПТ можно классифицировать следующим образом:

а) машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения (ОВ) питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря (возбудителя);

б) машины параллельного возбуждения (шунтовые), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно;

в) машины последовательного возбуждения (сериесные), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно;

г) машины смешанного возбуждения (компаундные), в которых имеются две обмотки возбуждения – параллельная ОВ1 и последовательная ОВ2;

д) машины с возбуждением постоянными магнитами.

595. Электродвижущая сила обмотки якоря и электромагнитный момент

В симметричной обмотке якоря все параллельные ветви имеют одинаковую ЭДС, следовательно, в якоре и в параллельной ветви ЭДС тождественны.Для получения ЭДС параллельной ветви нужно просуммировать ЭДС всех N/2a проводников, входящих в параллельную

где C_e=pN/(60a)—коэффициент, определяемый конструктивными параметрами машины и не зависящий от режима ее работы. Формула (5.24) дает среднее значение ЭДС. В действительности ЭДС пульсирует между двумя предельными значениями — Е_тах и E_min, так как при вращении якоря часть витков, замыкаясь щетками накоротко, выключается из параллельных ветвей. Это число короткозамкнутых пластин изменяется на единицу, в связи с чем число секций в параллельной ветви изменяется также на единицу. Приближенно пульсации можно оценить, если предположить, что магнитный поток на поверхности якоря распределен синусоидально. При таком допущении ЭДС каждой секции

e_CA.=e_c0cosa,                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  (5.25)

где е_со — максимальная ЭДС секции, индуцируемая, когда ее стороны находятся под серединами соседних полюсов; а=пх/х — угол между секцией и осью главного полюса; х — смещение между ними.Электродвижущую силу секций якоря можно представить в виде звезды (рис. 5.20, а), где ЭДС каждой секции изображена вектором, направленным под углом а к оси ординат. Значение ЭДС равно проекции вектора на эту ось.Электродвижущую силу параллельной ветви можно получить, складывая геометрически векторы ЭДС секций. Если складывать ЭДС секций для пары параллельных ветвей, то получится правиль-

ный многоугольник (рис. 5.20, б), а ЭДС параллельной ветви находится проектированием всех его сторон на ось ординат.Так как при вращении якоря происходит и вращение многоугольника ЭДС относительно его центра, то изменяется его проекция, т. е. ЭДС Е_а, с периодичностью поворота на одну коллекторную пластину.Пульсации ЭДС зависят только от числа секций в параллельной ветви. ЗначенияАЕ=0,5(Е_тах—Emm) в зависимости от числа секций 5 приведены ниже.

5 ед	2	4 17,2	8 4	10 2,5	20 0,62	40 0,16
НЕ, %........	. 100

Рис. 5.20. Звезда ЭДС секций (а) и многоугольник ЭДС пары параллельных ветвей (б)

Рис. 5.21. Направление ЭДС и тока в витке обмотки в генераторном режиме

Конечно, эти данные не абсолютно точны, но дают наглядное представление о влиянии числа секций в параллельной ветви на ЭДС.

Или слайды с 71 по 74.

596. Магнитный поток при холостом ходе в машине создается только МДСFв обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток Ф_в при симметричном воздушном зазоре между якорем и сердечником главного полюса распределяется симметрично относительно продольной оси машины (рис. 8.21).

Зависимость магнитного потока возбуждения Ф_в от МДС F_в (магнитная характеристика — рис. 8.22) для машин постоянного тока подобна магнитной характеристике для синхронных машин. Однако при проектировании машин постоянного тока допускают большие индукции на участках магнитной цепи (в зубцах, якоре, станине и полюсах), чем в синхронных машинах, вследствие чего для них коэффициент насыщения k_нас = F/F_δ = ab/ac = 1,2 ÷ 2.

Или слайд 85-86 Не уверен в вопросе.

598 При холостом ходе машины тока в якоре нет и магнитное поле создается намагничивающей силой полюсов. Это магнитное поле симметрично относительно оси полюсов и распределяется равно­мерно  в  воздушном  зазоре   (рис.   139,  а).  Положим,  что  щетки

 

установлены на геометрической нейтрали, т. е. на линии, проходящей через центр якоря и перпендикулярной оси полюсов.

При нагрузке машины в обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное иоле. Поле якоря, воздействуя на магнитное поле полюсов, изменяет и искажает его.

 При нагрузке машины по магнитной цепи замкнется результирующий магнитный потом Ф_р, создаваемый совместным действием намагничивающих сил по­люсов и якоря.

Результирующий магнитный поток Ф_р не равен потоку полюсов Фт, созданному намагничивающими силами обмотки возбуждения при холостом ходе. Воздействие поля, созданного током в якоре при нагрузке машины, на магнитное поле полюсов называется реакцией якоря.

Если по проводникам обмотки якоря невозбужденной машины пропустить от постороннего источника такой ток, который имел бы место при нагрузке машины, то будет создано магнитное поле, якоря (рис. 139, б). Это поле якоря замкнется поперек оси полюсов и называется поперечным полем реакции якоря.

Намагничивающая сила якоря под одним краем полюса (под набегающим для генератора и под сбегающим для двигателя) на­правлена встречно намагничивающей силе полюсов, а под другим краем полюса (под сбегающим для генератора и под набегающим для двигателя) согласно намагничивающей силе полюсов. Следо­вательно, под одним краем полюса происходит уменьшение, а под другим—-увеличение магнитной индукции.

Таким образом, при нагрузке машины результирующее маг­нитное поле будет несимметрично относительно оси полюсов (рис. 139, в), т. е. поперечное поле реакции якоря перераспреде­ляет магнитное поле полюсов, ослабляя его под одним краем и уси­ливая под другим. Поле реакции якоря также смещает физическую нейтраль, т. е. линию, проходящую через центр якоря и перпен­дикулярную оси результирующего магнитного поля.

Если магнитная система машины не насыщена, то увеличений магнитного потока под одним краем полюса будет равно умень­шению магнитного потока под другим краем полюса и результи­рующий магнитный поток останется неизменным при изменении нагрузки.

Так как машины работают при сравнительно сильных магнит­ных полях, то за счет насыщения стали увеличение магнитного потока под одним краем полюса будет меньше, чем уменьшение магнитного потока под другим краем полюса. Поэтому резуль­тирующий магнитный поток при нагрузке окажется меньше магнитного потока полюсов, т. е. магнитного потока при холостом ходе.

Изменение магнитного потока машины приводит в генераторах к изменению как э. д. с, так и напряжения на зажимах машины. Кроме того, под действием реакции якоря увеличивается напря­жение между смежными коллекторными пластинами, что ухуд­шает коммутацию тока.

Если, например, в генераторе при неизменном токе возбужде­ния увеличится нагрузка (увеличится док в якоре), то за счет раз­магничивающего действия поля реакции якоря магнитный поток машины уменьшится, что повлечет за собой уменьшение как э. д. с, так и напряжения на зажимах генератора.

Поэтому в тех случаях, когда требуется постоянство э. д. с. или напряжения на зажимах генератора, при увеличении нагрузки машины увеличивают и ток возбуждения с тем, чтобы увеличение магнитного потока полюсов компенсировало размагничивающее действие реакции якоря. Кроме того, при нагрузке напряжение уменьшается вследствие падения напряжения в якоре.

 

599. Явление реакции якоря

Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле, характер которого на основании рис. 1, а и б показан на рис. 2. Полярность полюсов и направлений токов якоря на этом рисунке соответствуют случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки.Из рис. 2 видно, что под влиянием поля якоря результирующее поле машины изменяется. Это явление называетсяреакцией якоря.Поперечная реакция якоря. При установке щеток на геометрической нейтрали 1 - 1 (рис. 1, б) поле якоря направлено поперек оси полюсов, и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря.

Рис. 1. Магнитное поле индуктора (а) и якоря (б)

Как следует из рис. 2, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону. Если условно, как это иногда делается, рассматривать линии магнитной индукции в качестве упругих нитей, то возникновение электромагнитного момента можно рассматривать как результат действия упругих сил этих нитей, стремящихся сократиться и повернуть якорь. Из рис. 2 видно, что при такой трактовке явлений направления действия моментов совпадают с реальными как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности якоря, на которой Bδ = 0, поворачивается из положения геометрической нейтрали 1 - 1 на на некоторый угол β в положение 2 - 2 (рис. 2), которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону.Из рис. 1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рис. 1, б, поле поперечной реакции якоря индуктирует э. д. с. одного направления, а в правой - другого. В результате этого при установке щеток на геометрической нейтрали суммарная э. д. с. от поля реакции якоря в каждой параллельной ветви обмотки и на щетках равна нулю.

Рис. 2. Результирующее магнитное поле при установке щеток на геометрической нейтрали

Рис. 3. Поле продольной реакции якоря

Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90° эл. (рис. 3), то поле якоря вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в якоре оказывает на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие, и в результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуктируемая при вращении якоря э. д. с. на щетках будет в этом случае также равна нулю.Общий случай реакции якоря. Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щеток, а также сознательных действий персонала щетки могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α (рис. 4, а), причем 0 < α < 90° эл. В таком общем случае поверхность якоря на протяжении двойного полюсного деления можно разбить на две пары симметричных секторов: 1) аб и вг, 2) аг и бв. Токи первой пары секторов (рис. 4, б) создают поле поперечной реакции якоря, а токи второй пары (рис. 4, в) - поле продольной реакции якоря.Указанные на рис. 4, а полярности полюсов и направления токов якоря соответствуют вращению якоря в режиме генератора (Г) по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки.

Рис. 4. Разложение н. с. реакции якоря при сдвиге щеток с нейтрали (а) на поперечную (б) и продольную (в)Как следует из рис. 4, при повороте щеток генератора в направлении вращения и щеток двигателя против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая уменьшение потока полюсов. При сдвиге щеток в обратном направлении возникает намагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая увеличение потока полюсов.