Литература / Пиотровский_Электрические_машины_учебник_1974

например щеток A l и B l (рис. 3-16), как это выполняется в тяговых двигателях для удобства осмотра и замены щеток. Но в машинах общего применения обычно устанавливается полный комплект щеток в соответствии с количеством полюсов 2р и располагаются щетки на одинаковом расстоянии друг от друга. Это позволяет уменьшить ток, приходящийся на щеткодержатель и соответственно уменьшить длину коллектора. Кроме того, установкой полного комплекта ще­ ток достигается большая симметрия обмотки, как это следует из

6 15 7 18 8 П

Рис. 3-16. Параллельные ветви одноходовой волновой обмоткн

ную шину щетками А1 и А2, а секции 5 и 14 замыкаются щетками В1 и В2. В этом случае каждая из параллельных ветвей обмотки состоит из шести секций. Если оставить только щетки А1 и В1, то сохраняются только две короткозамкнутые секции 1 и 9 и парал­ лельные ветви будут состоять из различного количества секций: верхняя ветвь — из • семи секций, а нижняя — из восьми секций.

3-6. Сложные одноходоеые волновые обмотки

А. Волновая обмотка с невключенными секциями. Если соотно­ шение между S и 2р таково, что результирующий шаг (3-12) выра­ жается дробным числом, то обычная одноходовая волновая обмотка невыполнима. При необходимости использовать якорь с имеющимся количеством пазов, в которых размещается указанное неподходящее количество секций, можно применить волновую обмотку с одной или несколькими секциями, не включенными в схему («мертвыми» сек­ циями). На рис. 3-17 показана схема одноходовой волновой обмотки четырехполюсной машины, у которой общее количество секций по условию размещения их в пазах якоря S =^20. Ближайшее меньшее количество секций, при котором выполнима одноходовая обмотка, равно 19, и для такой обмотки выбирается коллектор с К = 19, тогда количество присоединенных секций к коллектору будет S' = 19 и результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору по формулам

(3-12) и (3-13) получим

47

Первый шаг обмотки (3-1)

и второй шаг (3-14)

1/2 = У- Уі = 9 — 4 = 5.

При выполнении обмотки девятнадцать секций соединяют между собой и с коллектором в соответствии с полученными значениями ша­ гов обмотки у = ук и у2. Из двух промежутков между верхней сторо­ ной невключенной секции и соседними сторонами для шагов у и г/2 учитывается только один.

Рис. 3-17. Схема волновой обмотки с невключенной секцией

Для симметричного распределения массы обмотки по окружности якоря и облегчения крепления в пазы якоря укладывают все S сек­ ций.

Б. Искусственно замкнутая волновая обмотка. При неподходя­

Применен коллектор с К = 20, и для выполнимости обмотки вместо одной секции и одной коллекторной пластины ставится перемычка. Тогда при определении шагов обмотки следует считать К' — S' = 2 1 .

У = Ук = —г— = —а— = Ю.

48

Второй шаг обмотки (3-14)

Уъ = Ѵ — Ѵ і = Ю - Ь = : Ь .

В соответствии с полученными значениями шагов выполняют пер­ вый обход по якорю и по коллектору; коллекторная пластина 1' — верхняя сторона 1 секции — нижняя сторона 6 той же секции — коллекторная пластина 11' — верхняя сторона 11 секции — ниж­ няя сторона 16 той же секции. При дальнейшем выполнении обмотки

Р и с . 3 -18 . Схема искусственно замкнутой волновой обмотки

нужно соединить сторону 16 с коллекторной пластиной 21' я с верх­ ней стороной 21 секции. Эту коллекторную пластину и секцию заменяют перемычкой, которая соединяет нижнюю сторону 16 с кол­ лекторной пластиной 10'. При дальнейшем выполнении схемы об­ мотки для шагов у = ук и у2необходимо считать, что между верхними секционными сторонами, где должна размещаться сторона отсут­ ствующей секции, имеется два промежутка и отсутствующую кол­ лекторную пластину учитывать добавочным коллекторным делением.

3-7. Многоходовая волновая обмотка

В многоходовой волновой обмотке так же как и в одноходовой обмотке секции, следующие друг за другом по схеме, расположены под соседними парами полюсов, но в многоходовой обмотке первая секция следующего по схеме обхода находится не рядом с первой сек­ цией предыдущего обхода, а на расстоянии т промежутков. Таким образом после укладки секций одного обхода происходит смещение по якорю на ру = S пр т промежутков, откуда результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору

49

Многоходовая волновая обмотка состоит из т одноходовых обмоток, секции которых чередуются по коллектору и по якорю. Так же как и в многоходовой петлевой обмотке, ширина щетки долж­ на быть не меньше т коллекторных делений, для обеспечения элект­ рического контакта со всеми одноходовыми обмотками. Последние включаются щетками параллельно и полное количество параллель­ ных ветвей многоходовой волновой обмотки

Таким образом, количество пар параллельных ветвей этой обмотки равно количеству ходов обмотки.

На рис. 3-19 приведена схема неперекрестной двухходовой обмот­ ки четырехполюсной машины для S == К = 18.

Первый шаг обмотки (3-1)

Результирующий шаг обмотки и шаг по коллектору (3-17)

Второй шаг обмотки (3-18)

у2 = у - у 1 = 8 - 4 = 4.

Построение схемы обмотки начинается с коллекторной пласти­ ны 1. После первого обхода, в процессе которого соединяют секции 1 и 9 , конец девятой секции соединяют с коллекторной пластиной 17', т. е. не доходят до первой пластины на два коллекторных деления. При дальнейшем выполнении обмотки соединяют по схеме все нечет- 'ңые секции и нечетные коллекторные пластины, при этом получают

50

замкнутую одноходовую обмотку. Четные секции и четные коллектор­ ные пластины образуют вторую одноходовую обмотку. Обе обмотки включаются параллельно при помощи щеток и образуют двухходо­ вую двукратнозамкнутую волновую обмотку.

Многоходовая волновая обмотка может быть однократно замк­ нутой или многократнозамкнутой, в последнем случае количество электрически не связанных контуров равно общему наибольшему делителю К и ук.

Многоходовая волновая обмотка может быть выполнена в случае необходимости с невключениыми секциями.

3-8. Условия симметрии обмоток

Для того чтобы в замкнутой обмотке, разделенной узловыми точ­ ками на параллельные ветви, не возникали уравнительные токи, необходимо, чтобы э. д. с. параллельных ветвей были одинаковы. В предположении, что соблюдается магнитная симметрия машины, т. е. магнитные потоки, а также распределение индукции в зазоре одинаковы для всех главных полюсов и обмотка размещена равно­ мерно по окружности якоря, указанное равенство э. д. с. выпол­ няется, если параллельные ветви обмотки состоят из одинакового количества секций. Так как узловые точки находятся в местах соединения секций между собой, то количество секций в параллель­ ной ветви может выражаться только целым числом, и одинаковое количество секций в параллельных ветвях обмотки будет в том слу­ чае, если среднее количество S 12а секций, приходящихся на парал­ лельную ветвь, также равно целому числу. Наличие короткозамк­ нутых секций при симметричном расположении щеток на коллекторе позволяет обеспечить одинаковое количество секций в параллельных ветвях обмотки и в том случае, когда S/а равно целому числу. Такая обмотка называется практически симметричной и не вызывает ос­ ложнений в работе машины.

Для всех секционных сторон одного паза можно считать, что магнитная индукция в зазоре имеет одинаковую величину, опреде­ ляемую положением оси этого паза, поэтому симметричное располо­ жение секционных сторон параллельной ветви в магнитном поле будет в том случае, если количество Zz/2a пазов, приходящихся на параллельную ветвь, равно целому числу. Если учесть, что при не­ четном количестве пазов, приходящихся на пару параллельных вет­ вей один паз находится вблизи геометрической нейтрали, где индук­ ция равна нулю и э. д. с. секционных сторон, расположенных в этом пазу, не оказывает влияния на величину э. д. с. параллельной ветви, то практически достаточным условием симметричного расположения секционных сторон параллельных ветвей в магнитном поле будет равенство Z2/a целому числу. При этом предполагается, что секцион­ ные стороны равномерно распределены по пазам, т. е. SIZ2 выража­ ется целым числом. Это условие обычно выполняется, так как для выполнимости двуслойных обмоток SIZ2 должно быть числом чет­ ным.

51

Для симметричного расположения параллельных ветвей многохо­ довых обмоток в магнитном поле необходимо, чтобы каждая парал­ лельная ветвь располагалась под одинаковым количеством полюсов, т. е. 2p /а. должно выражаться целым числом.

3-9. Уравнительные соединения

А. Уравнительные соединения первого рода. В петлевой обмотке каждая параллельная ветвь располагается под соседней парой по­ люсов. При соблюдении условий симметрии обмоток э. д. с. в парал­ лельной ветви должны быть одинаковы. Однако нарушение магнит­ ной симметрии машины вследствие различия проводимости путей для основного потока приводит к неравенству этих э. д. с. и наличию уравнительного тока, замыкающегося через обмотку, щетки и сое­ динительные шины щеткодержателей.

Уравнительный ток добавочно нагружает обмотку и щетки, вследствие чего ухудшаются условия коммутации и увеличиваются потери, соответственно повышается температура якоря и умень­ шается к. и. д. машины.

Для примера рассмотрена одноходовая петлевая обмотка четырехполюсной машины (рис. 3-9). При полной симметрии машины э. д. с. всех параллельных ветвей были бы одинаковы, например 100 в, п был бы одинаковым ток во всех

Я,1

Пусть под верхним полюсом (рис. 3-8) зазор стал несколько больше, чем над нижним. Вследствие этого э. д. с., наводимая в сторонах секций, располо­ женных под верхним полюсом, будет меньше, чем в сторонах секций, располо­

101—99 = 2 в. Эта разность э. д. с. вызовет уравнительный ток в обмотке якоря,

52

на рис. 3-20, уравнительный ток разгружает верхнюю и нижнюю ветви обмотки

ходимо создать пути для уравнительных токов в обмотке якоря, т. е. соединить точки равного потенциала (при магнитной симметрии)

ляется так называемым потенциальным шагом ур, который измеряется

= 3 и Ур — 24/3 = 8. Следовательно, взяв за исходную коллектор­ ную пластину 1', необходимо соединить ее с пластинами 9' и 17', образовав тем самым группу уравнителей. Если затем соединить

53

нын добавочный расход обмоточных материалов. Поэтому в машинах с относительно легкими условиями работы выполняют одну группу уравнителей на один или даже на два паза, т. е. всего делают Z2/a или Z2/2a групп. В машинах с тяжелыми условиями работы, напри­ мер в прокатных двигателях, генераторах с большой окружной скоростью и т. д., всегда делают полное число групп уравнителей.

Рассматривая схему обмотки на рис. 3-20, можно видеть, что урав­ нительный ток в верхних секциях направлен встречно основному току, а в нижних секциях согласно с ним. Но при повороте якоря на 180° верхняя и нижняя секции поменяются местами и, следовательно,

направление уравнительного тока в каждой секции изменится на обратное. Это справедливо по отношению к любой другой секции. Таким образом, уравнительный ток, текущий по секциям обмотки якоря, является переменным током. Более подробный анализ дей­ ствия уравнительных токов показывает, что, протекая по обмотке якоря, они создают магнитные поля, которые усиливают поток глав­ ных полюсов там, где он ослаблен вследствие, например, большего зазора, и ослабляют его там, где он усилен. Другими словами, урав­ нительные токи стремятся сгладить существующую в машине маг­ нитную несимметрию. В этом и заключается главная роль уравни­ тельных соединений первого рода в машинах с одноходовой петлевой обмоткой. Конструктивное выполнение уравнительных соединений показано на рис. 3-22, а, б.

Б. Уравнительные соединения второго рода. Одноходовые вол­ новые обмотки имеют только одну пару ветвей а = 1 (§ 3-5) и, сле­ довательно, только одну точку данного потенциала. Поэтому в ма­ шинах с одноходовой волновой обмоткой уравнительные соединения не требуются. В многоходовых волновых обмотках отдельные об­ мотки состоят из секций, расположенных по всей окружности якоря, т. е. как под полюсами с усиленным потоком, так и с ослабленным

54

потоком, поэтому в волновой обмотке, по сравнению с петлевой об­ моткой, магнитная несимметрия практически не сказывается.

На рис. 3-19 изображена схема двукратнозамкнутой волновой обмотки, состоящей из двух одноходовых волновых обмоток. Первая из них присоединена к нечетным, вторая — к четным коллекторным пластинам. Параллельная работа этих обмоток возможна только после того как наложены на коллектор щетки соответствующей ши­ рины. Если бы удалось добиться таких условий работы, чтобы сопро­ тивления контакта щеток с пластинами, принадлежащими обеим обмоткам, были все время совершенно одинаковы, то ток делился бы между обмотками поровну.

В действительности сопротивления контакта щеток для отдельных обмоток обычно неодинаковы и изменяются в зависимости от целого

ряда причин. Очевидно, что если сопротивление контакта щеток для одной из одноходовых обмоток станет почему-либо больше, то ток этой обмотки уменьшится. Другими словами, равномерное рас­ пределение тока между обеими обмотками нарушается, вследствие чего нарушается равномерное распределение потенциала по коллек­ тору, что, в свою очередь, может повести к нарушению безыскровой работы машины. Чтобы избежать этого, соединяют уравнителями такие точки обеих обмоток, которые теоретически должны иметь одинаковые потенциалы, но практически не имеют их в силу указан­ ной выше причины. Потенциальный шаг обмотки определяется фор­ мулой (3-20). В данном случае /£ = S = 1 8 h ö = 2; следовательно,

Таким образом, коллекторную пластину 6' необходимо соединить уравнителем с пластиной 15', пластину 7' — с пластиной 16' и т. д. Чтобы не загромождать рис. 3-19, на нем показаны только два урав­ нительных соединения. Этим обеспечивается равномерная работа обеих обмоток, поскольку пластины 6'—15’, 7'—16' и т. д. имеют принудительно-равные потенциалы. Следовательно, уравнительные соединения второго рода стремятся выравнять несимметричное рас­ пределение напряжения по коллектору.

В машинах с многоходовыми петлевыми обмотками применяются уравнительные соединения обоих родов: уравнительные соединения

55

первого рода выполняются в каждой петлевой обмотке, а уравни­ тельные соединения второго рода обеспечивают параллельную работу обеих обмоток.

В 1910 г. Латур предложил тип смешанной (лягушечьей) обмотки, представляющей собой сочетание в одной конструкции обмотки якоря двух обмоток — петлевой и волновой (рис. 3-23).

Каждая обмотка служит для проведения половины общего тока и в то же время выполняет роль уравнительных соединений но отно­ шению к другой обмотке. Таким образом, отпадает необходимость в специальных уравнительных соединениях. Количество витков и параллельных ветвей обеих обмоток должны быть одинаковы. Смешанная обмотка выполняется в четыре слоя, так как в назы якоря закладываются две двуслойные обмотки (рис. 3-24).

3-10. Э. д. с. обмотки якоря

Всимметричной обмотке э. д. с. параллельных ветвей одинаковы

иявляются общей э. д. с. об.мотки якоря.

Определение величины э. д. с. параллельной ветви производится на основании закона электромагнитной индукции (§ В-4). Провод­ ники обмотки расположены в пазах сердечника якоря и для всех проводников каждой стороны катушки можно считать, что индукция в зазоре одинакова и соответствует положению оси паза. Для упро­ щения расчета действительное распределение индукции под полюсом на протяжении полюсного деления и по длине якоря заменяется более простой картиной, на которой индукция Вь принимается постоянной на протяжении расчетной полюсной дуги Ъ' и расчетной длины Ѵг якоря (см. § 2-2 и рис. 2-4). При перемещении проводников под полюс­ ной дугой Ъ' со скоростью ѵ2 э. д. с. в каждом проводнике

Еар — 12 В& ѵ2,

а при перемещении между полюсами э. д. с. равна нулю.

Если обмотка имеет N проводников и выполнена с полным ша­ гом, а щетки установлены на коллекторных пластинах, соединен­ ных с узловыми точками обмотки (рис. 3-25, а), то э. д. с. всех N /2а

остальных проводниках э. д. с. равна нулю. Таким образом, э. д. с. параллельной ветви

После подстановки значения v2 в уравнение для э. д. с.

56