Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974
.pdfчертежа (см. рис. 3-9). Верхние активные стороны секций изобра жаются сплошными .вертикальными линиями, нижние — штрихо выми. Лобовые части со стороны, противоположной коллектору, рас полагаются в верхней части схемы, а соединения секций с коллектор ными пластинами и развертка коллектора — в нижней части. Для того чтобы показать распределение секций по катушкам (и по пазам якоря) в некоторых случаях уменьшают на схеме промежутки между активными сторонами секций каждой катушки. С целью упрощения
Рис. 3-5. Секции различной ширины: а — с полным шагом; б — с укороченным шагом; в — с удлиненным шагом .
схемы можно изображать одной линией активные стороны одного слоя секций объединенных в катушку или даже обоих слоев, лобовые соединения и в этом случае показывают для каждой секции.
При вращении якоря в магнитном поле в активных сторонах витка наводится э. д. с. Для сложения этих э. д. с. при обходе витка (с принятым лобовым соединением по торцу сердечника якоря) активные стороны должны быть расположены под полюсами разной полярности на расстоянии приблизительно равном полюсному деле нию т. На рис. 3-5 изображена в развернутом виде часть окруж ности якоря с тремя секциями различной ширины ух. Над якорем показаны два соседних полюса N и S, В секции с ух = т (рис. 3-5, а)
37
э. д. с. активных сторон складываются при любом положении якоря относительно полюсов. Для секций с у ^ т (и Уі > т) существуют положения (рис. 3-5, б), когда э. д. с. активных сторон при обходе витка вычитаются. Поэтому среднее значение э. д. с. секции с ух = т за время перемещения ее активной стороны от одной геометрической нейтрали к соседней, при прочих равных условиях, будет больше, чем секций с ^ < 1 (и у ; > т). При малой разнице между ух и т уменьшение среднего значения э. д. с. незначительно. Таким обра зом, расположение активных сторон, образующих виток (и секцию), определяется величиной г/х, которая соответствует ширине секции и называется первым шагом обмотки.
Шаги обмотки принято выражать количеством промежутков ме жду активными сторонами секций одного слоя независимо от вели чины этого промежутка. На схеме стороны секций обозначают по следовательным рядом цифр, причем одна и та же цифра относится к стороне верхнего слоя и к расположенной под ней стороне нижнего слоя. Количество промежутков между активными сторонами сек ций одного слоя по окружности якоря равно количеству S секций. Таким образом, на полюсное деление приходится S/2p этих проме жутков. Между сторонами секции должно быть целое число проме жутков и ширина секции может быть как меньше, так и больше т (рис. 3-5) на величину е, поэтому первый шаг определяется формулой
г/і = -^ Ч = е. |
(3-1) |
При е = О (рис. 3-5, а) получается обмотка с полным шагом, при Уі < т — обмотка с укороченным шагом (рис. 3-5, б) и при ух ;> т — с удлиненным шагом (рис. 3-5, в). Обмотка с укороченным шагом имеет меньшую длину лобовых частей, применение ее более жела тельно, чем обмотки с удлиненным шагом и даже обмотки с полным шагом.
Соединение конца одной секции с началом следующей за нёй по схеме секции определяется вторым шагом у2. Так как при обходе по виткам двух соединенных последовательно секций э. д. с. должна также складываться, то величину шага у2 необходимо принимать близкой к величине шага ух.
Расположение верхних (или нижних) сторон секций, следующих друг за другом по схеме обмотки, определяется результирующим шагом у. По величине шага у относительно полюсного деления т обмотки делятся на два.типа. В первом типе эти секционные стороны располагаются на расстоянии у значительно меньшем т и обход сек ций по схеме имеет форму петель, такие обмотки называются п е т л е в ы м и . Во втором тине секционные стороны располагаются на расстоянии у приблизительно равном 2т и обход секций по схеме имеет форму волн, такие обмотки называются в о л н о в ы м и .
Порядок соединения секций с коллекторными пластинами опре деляется шагом ук по коллектору, который выражается количеством коллекторных делений (или изоляционных прокладок) между кол лекторными пластинами, соединенными с началом и с концом сек
ции. В настоящее время применяются замкнутые обмотки, и к ка ждой коллекторной пластине присоединяется конец одной и напало следующей за ней по схеме секции, таким образом количество кол лекторных пластин К = S и количество промежутков между сек ционными сторонами одного слоя равно количеству коллекторных делений по всему коллектору. Каждая последующая секция схемы обмотки смещена относительно предыдущей на результирующий шаг у , столько же коллекторных делений должно быть между коллектор ными пластинами, с которыми соединяется начало и конец секции, т. е.
Ук = У- |
(3-2) |
Укладка катушек в пазы сердечника якоря производится в со ответствии с шагом г/п обмотки по пазам, который выражается коли чеством зубцов между сторонами катушки. Если из S секций соб рано Ъг катушек, то средний шаг по пазам
Уп = Уі-^- |
(3-3) |
У равносекционной обмотки уп выражается целым числом. У сту пенчатой обмотки (рис. 3-2) средний шаг уа выражается неправилі>- ной дробью, однако для каждой из расщепленных частей катушки шаг обмотки по пазам равен целому числу и различается на единицу.
Для практических целей нет необходимости приводить полную схему обмотки, можно ограничиться небольшой частью ее, соот ветствующей одной катушке. В расчетных записках часто шаги обмотки для секций указывают не в промежутках между сторонами секций, а номерами соответст вующих сторон секций и номе рами коллекторных пластин, к которым присоединены начало и конец секции. Шаг для кату шек указывают номерами пазов, в которые укладываются сто роны катушки.
3-3. Одноходовая петлевая
|
|
обмотка |
|
|
|
Секции одноходовой |
петле |
|
|||
вой обмотки, следующге друг |
|
||||
за другом по схеме обмотки, |
|
||||
расположены рядом и соответ |
|
||||
ственно |
начало и конец секции |
Рис. 3-6. Укладка секций одноходовой |
|||
соединены |
с соседними коллек |
петлевой обмотки |
|||
торными |
пластинами. |
Начало |
|
||
секции |
1 |
(рис. 3-6) |
соединено с пластиной Г , а конец секции сое |
||
динен |
с |
пластиной |
2' |
и с началом следующей секции 2. Конец |
|
второй секции соединен с пластиной 3’ и с началом секции 3 и т. д. Конец последней секции соединен с пластиной Г и с началом сек-
39
ціш 7. В описанном варианте укладки секций одпоходовой петлевой обмотки при обходе секции по часовой стрелке вторая секция рас полагается справа от первой (рис. 3-7, а). Начало секций следующих
Рис. 3-7. Одноходовая петлевая обмотка: а — неперекрсстная, б — перекрестная
друг за другом по схеме находятся на расстоянии одного промежутка и результирующий шаг у — 1. Возможен и второй вариант укладки секций, когда при обходе секции по часовой стрелке вторая секция располагается слева от первой (рис. 3-7, б) для этой обмотки резуль тирующий шаг у = — 1. Таким образом, результирующий шаг одноходовой петлевой обмотки
У — ± |
1- |
(3-4) |
Шаг обмотки по коллектору |
||
г/к — г/= |
- |
(3-5) |
Обмотка с положительным |
||
результирующим |
шагом |
полу |
чается неперекрестной, обмотка с отрицательным результирую
щим |
шагом — перекрестной. |
Так |
как перекрестные соеди |
нения концов секций с коллек торными пластинами вызывают
затруднения, |
то применяются |
|
только неперекрестные обмотки. |
||
Второй шаг у2, т. е. |
коли |
|
чество промежутков .между кон |
||
цом секции и началом следующей за ней по схеме |
секции, |
опреде |
ляется первым шагом уг и результирующим шагом у, т. е. |
|
|
і/а= Уі—У — Ух+ 1- |
|
(3-6) |
Соответственно указанной выше характеристике одноходовой пет левой обмотки на рис. 3-8 приведена ее круговая схема для четырех полюсной машины с S — К = 16.
40
Первый шаг обмотки (13-1) |
S ' |
16 |
yt = ~— |
= — 0 = 4. |
Результирующий шаг неиерекрестной обмотки и шаг по коллек
тору у = Ук = 1.
Второй шаг обмотки (3-6) г/2 = г/х — у — 4 — 1 = 3 .
Для облегчения вычерчивания схемы удобно обозначить одинако выми цифрами секционные стороны и коллекторные пластины, с ко торыми они соединены. Верхние стороны секций обозначены цифрами 1, 2, 3, ..., 16 и коллекторные пластины — цифрами Г ,2 ’,3', ..., 16'.
Выполнение схемы начинают с соединений секционных сторон, образующих секции в соответствии с первым шагом. Таким образом необходимо соединить верхнюю сторону 1 секции с нижней стороной, расположенной на расстоянии четырех промежутков от стороны 1, т. е. с нижней стороной 5. Начало первой секции (сторону 1) соеди-
Рис. 3-9. Развернутая схема одноходовой петлевой обмотки: 2р — 4, S = К =16
няют с коллекторной пластиной Г , а конец первой секции (нижнюю сторону 5) — с коллекторной пластиной 2', с которой соединяют также начало 2 второй секции. Вторая секция образована сторонами 2 и 6 и конец ее присоединяют к пластине 3' и т. д.
Соединение секций с коллектором обычно выполняют симметрич ным, т. е. коллекторные пластины, с которыми соединяется начало и конец секции, располагаются вблизи оси секции.
Направление э. д. с., наводимой в проводниках при вращении якоря в магнитном поле главных полюсов, определяется правилом правой руки. При вращении якоря по часовой стрелке направление э. д. с. в проводниках показано на рис. 3-8 точками и крестами.
При обходе обмотки но схеме можно установить, что для рассмат риваемого положения якоря коллекторные пластины Г , 5', 9' и 13' являются узловыми точками, с которыми соединены секции, имеющие встречное направление э. д. с. Эти коллекторные пластины делят всю обмотку на участки с одинаковым направлением э. д. с. в сек циях. Если на эти пластины установить щетки для соединения об мотки якоря с внешней электрической цепыо, содержащей прием-
41
ники электроэнергии, то направление тока в обмотке будет совпадать с направлением э. д. с. Щетки А1 и А2, с которых поступает ток во внешнюю сеть, считаются положительными, а щетки В1 и В2 — отрицательными (рис. 3-9). Щетки одинаковой полярности соединяют между собой параллельно и делают выводы на соответствующие за жимы машины с обозначениями Я1 и Я2.
При симметричном соединении секций с коллекторными пласти нами щетки располагаются по оси полюсов (рис. 3-8). Иногда в ма
? J |
шинах малой мощности |
целесооб |
|||||
разно размещать щетки между по |
|||||||
|
|||||||
|
люсами и тогда соединение секций |
||||||
|
с коллекторными |
пластинами вы |
|||||
|
полняется несимметричным. |
||||||
|
Развернутая на плоскость схе |
||||||
|
ма рассмотренной обмотки изобра |
||||||
|
жена на рис. 3-9. Положение якоря |
||||||
|
относительно полюсов |
отличается |
|||||
|
от показанного на рис. |
3-8 на по |
|||||
ll-'tln |
ловину пазового деления. При |
||||||
|
этом |
положении |
якоря |
четыре |
|||
Рис. 3-10. Параллельные ветви одно |
секции, |
выделенные на |
рис. 3-9, |
||||
замкнуты накоротко щетками В1, |
|||||||
ходовой петлевой обмотки |
|||||||
|
А2, |
В2, |
А1. |
|
|
|
|
От каждой щетки отходят в противоположные стороны две парал лельные ветви обмотки и заканчиваются на соседних щетках. Секции параллельной ветви размещаются под парой расположенных рядом полюсов и так как обмотка двухслойная, то на каждую пару полюсов приходятся две параллельные ветви. Таким образом, общее коли чество параллельных ветвей одноходовой петлевой обмотки
2а = 2р. |
(3-7) |
Для большей наглядности параллельные ветви этой обмотки показаны на рис. 3-10 для положения якоря, соответствующего схеме рис. 3-9.
Э. д. с. обмотки якоря равна э. д. с. параллельной вцтви. Ток / 2 обмотки якоря складывается из токов параллельных ветвей, т. е.
/ 2 = 2аІа |
(3-8) |
3-4. Многоходовая петлевая обмотка
Петлевая обмотка может быть также выполнена, если следующая по схеме секция располагается на расстоянии нескольких (т) про межутков от предыдущей, такая обмотка замыкается после несколь ких обходов по якорю и результирующий шаг ее, а также шаг по коллектору
У = У к = ± |
т |
(3-9) |
и второй шаг |
|
(3-10) |
Уг = Ух — У = |
Ух + т. |
42
На рис. 3-11 изображена схема двухходовой (т — 2) петлевой неперекрестной обмотки четырехполюсной машины для S = К = 18.
Результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору (3-9) у = = Ук = т = 2.
Первый шаг обмотки (3-1) у1= _S_ |
18 |
= 4 и второй |
2р |
4 |
|
шаг обмотки у2 = Уі — У = 4 — 2 = |
2(3-10). |
|
Если начать выполнение обмотки с первой секции, то при одном обходе по якорю соединяются все нечетные секции, а также нечетные коллекторные пластины и половина обмотки будет замкнута. При
Рис. 3-11. Схема двухходовой двухкратнозамкнутой петлевой обмотки: 2р = 4, S = К = 18
втором обходе соединяются все четные секции и четные коллекторные пластины и вторая половина обмотки также будет замкнута. Такая обмотка называется двукратнозамкнутой. Половины обмотки электри чески не связаны между собой и включаются параллельно при по мощи щеток, для этого ширина щетки должна быть не менее двух коллекторных делений. Каждую из половин обмотки можно рассмат ривать как одноходовую петлевую обмотку с уменьшенным вдвое количеством секций и коллекторных пластин и соответственно с ко личеством параллельных ветвей 2а = 2р, и тогда для двухходовой петлевой обмотки 2а = 4р.
Если количество секций нечетное, то двухходовая петлевая обмотка заканчивается также после двух обходов по якорю, но замыкается только после второго обхода. Такая обмотка называется двухходовой однократнозамкнутой петлевой обмоткой и Для нее также 2а = 4р.
В общем случае у многоходовой петлевой обмотки |
|
2а = 2тр. |
(З-Н) |
В настоящее время из многоходовых петлевых обмоток приме няются только двухходовые обмотки.
43
|
8-5. Одноходовая, волновая |
|||
|
|
обмотка |
|
|
|
Секции одноходовой волновой |
|||
|
обмотки, следующие друг за дру |
|||
|
гом по схеме обмотки, располо |
|||
|
жены под соседними парами полю |
|||
|
сов, т. е. начало первой секции и |
|||
|
начало следующей по схеме секции |
|||
|
находятся на расстоянии двойного |
|||
|
полюсного деления. Пример уклад |
|||
|
ки секций для четырехполюсной |
|||
|
машины |
показан |
на |
рис. 3-12. |
|
Первую пластину коллектора сое |
|||
|
диняют с началом секции 1, конец |
|||
Рис. 3-12. Укладка секция однохо |
которой соединяют с коллекторной |
|||
довой волновой обмотки |
пластиной |
и с началом секции 2, |
||
|
расположенной |
под |
следующей |
|
парой полюсов. Затем конец второй секции соединяют с коллектор ной пластиной, расположенной рядом с первой и с началом секции 3, которая является первой секцией второго обхода по якорю. После
Рис. 3-13. Одноходовая волновая обмотка: а — нсперекрестная, б — перекрестная
окончания второго обхода выполняют третий обход и т. д., пока последняя секция не будет соединена с первой коллекторной плас тиной и обмотка замкнется.
44
Начало каждого следующего обхода по якорю может распола гаться как слева (рис. 3-13, а) от начала предыдущего обхода, так и справа (рис. 3-13, б) на расстоянии одного промежутка, т. е. на расстоянии S + 1 промежутка по направлению обхода.
За один обход по якорю укладывается р секций с результирую щим шагом у и расстояние между началами первой секции одного
обхода и первой секции следующего |
обхода ру = S qz 1, |
откуда |
|||||
результирующий шаг обмотки |
|
|
|
||||
|
|
y = S~ ~ - |
(3-12) |
|
|
|
|
Для соответствия перемеще |
|
|
|
||||
ния по якорю и по коллектору |
|
|
|
||||
шаг по коллектору должен быть |
|
|
|
||||
|
Ук = У = ~ ^ - |
(3-13) |
|
|
|
||
При числителе S + 1 |
обмот |
|
|
|
|||
ка получается перекрестной и |
|
|
|
||||
вследствие |
затруднений |
соеди |
|
|
|
||
нения с коллектором не приме |
|
|
|
||||
няется. |
шаг одноходовой |
|
|
|
|||
Второй |
|
|
|
||||
волновой обмотки |
|
|
|
|
|||
|
Уа = У — Уі- |
(3-14) |
Рис. |
3-14. Круговая схема одноходовой |
|||
На |
рис. |
3-14 приведена кру |
|||||
волновой обмотки: 2р = 4, S = |
К — 17 |
||||||
говая |
схема одноходовой волно |
|
|
К =17. |
|||
вой неперекрестной обмотки четырехполюсной машины с S = |
|||||||
Первый шаг обмотки (3-1) |
|
|
|
||||
|
|
|
S _ |
17 |
1 |
|
|
|
|
Уі~ |
2 р - ^ е ~ |
4 |
4 |
|
|
Результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору (3-12) и (3-13)
У—Ук |
S - 1 |
= 8 . |
|
|
Р |
Второй шаг обмотки (3-14)
Уг = У — Уі = 8 — 4 = 4.
Схему обмотки выполняют следующим образом. Верхнюю сторону 1 соединяют с нижней стороной 5, расположенной на расстоянии четырех промежутков от стороны 1 в соответствии с первым шагом Уі = 4. Начало первой секции соединяют с коллекторной пластиной 1' и конец первой секции соединяют с коллекторной пластиной 9' и с началом секции 9, следующей за первой секцией по схеме обмотки
в соответствии с шагом по коллектору |
и результирующим шагом |
|
у |
= ук = 8. Конец девятой секции (нижнюю сторону 13) соединяют |
|
с |
коллекторной пластиной 17' и далее |
начинают второй обход. |
45
Для удобства выполнения схемы можно в соответствии с вычислен ными шагами обмотки предварительно составить таблицу соединений секций и коллекторных пластин:
|
и |
в |
16 |
15 |
Ѣ |
12 |
3 |
11 |
10 |
1' |
g' i f |
8' |
16' f |
15' 6' |
/«' 5' |
13' 6' 12' |
3' |
11' 2' |
10' f |
Развернутая схема этой обмотки приведена на рис. 3-15. С кол лекторной пластиной 5’ соединены стороны секций, симметрично рас положенные относительно оси полюса, поэтому на коллекторную пластину 5' устанавливается щетка. Остальные щетки устанавли ваются на одинаковом расстоянии друг от друга. Секции, замкнутые щетками и соединительными шинами, выделены на схеме жирными линиями.
Pud. 3-15. Развернутая схема одноходовой волновой обмотки: 2р = 4,
S = К = 17
Все секции, верхние стороны которых расположены под полюсами одной полярности, соединены последовательно, таким образом количество параллельных ветвей одноходовой волновой обмотки
2а = 2 (3-15)
независимо от количества полюсов машины.
Более наглядно параллельные ветви для рассмотренной обмотки показаны на рис. 3-16. Э. д. с. обмотки якоря по-прежнему опреде ляется э. д. с. одной параллельной ветви. Ток обмотки якоря
h — Я?а- |
(3-16) |
Соответственно одной паре параллельных ветвей обмотки можно было бы ограничиться установкой только двух щеток на коллекторе,
46