Якорные обмотки барабанного типа

Якорные обмотки барабанного типа отличаются от кольцевого тем, что обе стороны одного витка располагаются на его внешней поверхности; увеличивается использование меди обмотки; механизируется процесс намотки.

Витки заготавливаются заранее на шаблонах, и обмотчик не обматывает якорь машины, а укладывает готовые элементы обмотки в пазы.

В витке индуцированные эдс должны действовать согласовано, а для этого активные стороны витка должны находиться под полюсами разной полярности. Необходимо чтобы ширина витка составляла

,

где t – полюсное деление;

. (2.1)

Полюсное деление – это часть длины поверхности якоря, приходящаяся на один полюс (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Секции барабанного якоря

Но лучше чтобы (экономия меди).

Коэффициент полюсного перекрытия

, (2.2)

,

где b_p – ширина полюсного наконечника.

Нельзя чтобы наконечники полюсов соприкасались.

Секция обмотки – часть обмотки, находящаяся между двумя следующими друг за другом при обходе обмотки коллекторными пластинами. Секция может состоять из одного витка и множества витков.

Обмотки барабанного типа в основном – двухслойные. В пазу может располагаться несколько активных сторон секций (рис. 2.2). Одна сторона секции располагается в верхней части, другая – в нижней части другого паза (двухслойная обмотка). Здесь обмотки расположены в два слоя, но в одном реальном пазу (рис. 2.2, в) располагаются три элементарных паза (1Z = 3Z_э)

, (2.3)

где u – количество элементарных пазов в одном реальном.

Элементарный паз включает одну верхнюю и одну нижнюю стороны секции.

Рис. 2.2. Пазы якоря, состоящие из элементарных пазов:
а – одного; б – двух; в – трех

Если все стороны секции одного слоя переходят вместе из одного реального паза в другой, их объединяют общей изоляцией и называют катушкой обмотки.

Обмотки якорей подразделяются на петлевые и волновые (рис. 2.3). Существуют так же обмотки, которые представляют собой сочетание этих двух обмоток.

Рис. 2.3. Одновитковая секция: а – петлевой обмотки; б – волновой обмотки

Если число активных проводников обмотки N, то витков всего N/2, а если в секции w витков, то число секций

. (2.4)

Число секций в машине должно быть равно числу коллекторных пластин К и числу элементарных пазов Z_э:

S = K = Z_э. (2.5)

62. Простая петлевая обмотка

Чтобы эдс второй секции действовала согласно с эдс первой секции, надо чтобы начальные стороны обеих секций находились под полюсом одинаковой полярности. При петлевой обмотке начальные стороны обеих секций находятся под одним полюсом (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Простая петлевая обмотка

Ширина секции, выраженная в элементарных пазах, называется первым частичным шагом – y₁, т.е. это расстояние между начальной и конечной сторонами секции; y₂ – второй частичный шаг, расстояние между конечной стороной одной секции и начальной следующей секции; y_k – шаг по коллектору измеряется в коллекторных (пластинах) делениях, показывает смещение мест отпаек секций

y = y_k = y₁ – y₂ , (2.6)

где у – результирующий шаг, показывает смещение следующих друг за другом секций в пазах.

При y_k = 1 – обмотка простая. При y₁ > y₂ – обмотка получается правой неперекрещивающейся. При y₁ < y₂ – обмотка получается левой перекрещивающейся

.

В случае, если первый частичный шаг y₁ равен целому числу, то
y₁ = t и если же y₁ неравен целому числу, то его округляют до ближайшего целого числа, лучше в сторону уменьшения, так как тогда обмотка получается укороченной

.

Реальные обмотки могут быть представлены в виде схем: радиальные, плоские развернутые.

62. Простая волновая обмотка

Волновые обмотки это такие обмотки, у которых начальная сторона второго витка помещена под следующий полюс той же полярности (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Простая волновая обмотка

В результате за один обход по якорю укладывается Р секций с результирующим шагом у

. (2.7)

Результирующий шаг не должен быть равным 2t, ибо за Р результирующих шагов происходит один обход всей окружности якоря, и если , то обмотка замкнется сама на себя, а остальные секции останутся вне ее. Поэтому надо, чтобы конец первого обхода не совпадал с ее началом, и происходило смещение хотя бы на один элементарный паз и коллекторное деление

,

где «+» – перекрещивающаяся правоходовая; «–» – неперекрещивающаяся левоходовая обмотка.

Откуда результирующий шаг

. (2.8)

Первый частичный шаг определяется так же, как и у простой петлевой обмотки:

. (2.9)

Если смещение за один обход составляет x = 1, то она носит название простой волновой обмотки, а число пар параллельных ветвей а = 1, тогда выражение (2.8) заменяем:

. (2.10)

Таким образом, результирующий шаг должен соответствовать двум полюсным делениям.

64 Принцип действия генератора постоянного тока, основное уравнение эдс и напряжения

Возможность построения механического генератора появилась после открытия Фарадеем закона электромагнитной индукции в 1831 г.

Если проводник перемещать в магнитном поле так, чтобы он пересекал магнитные линии, то на концах проводника появится разность потенциалов – эдс (электродвижущая сила).

Простейшим генератором является рамка на оси, помещенная в магнитном поле (рис. 1.1), которую вращают.

Рис. 1.1. Схема работы машины переменного тока

Концы проводников соединены с кольцами, которые вращаются вместе с рамкой. На кольцах помещены неподвижные щетки. Присоединенный к щеткам вольтметр покажет разность потенциалов, т.е. эдс рамки, которая будет изменяться как по величине, так и по направлению. Направление эдс определяется по правилу правой ладони, состоящему в следующем.

Ладонь правой руки располагают в магнитном поле так, чтобы линии магнитной индукции были направлены в ладонь, а большой палец отводят относительно других пальцев в плоскости ладони на 90 градусов и направляют по движению проводника; тогда остальные пальцы руки покажут направление наведенной в проводнике эдс.

В общем случае , если t, то . С некоторым приближением допускаем, что индукция под полюсами изменяется по синусоидальному закону, тогда

,

где a – угол поворота, так как , то при w = const вместо a можно горизонтальную ось обозначать осью времени t.

Частота наводимой переменной эдс

,

где Т – период полного цикла изменения эдс (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Синусоида индукции или эдс

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор. Для этого проводники простейшего генератора соединяют с двумя медными полукольцами, названными коллекторными пластинами (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Схема работы машины постоянного тока

Пластины жестко связаны с валом рамки, но изолированы друг от друга. Щетки на коллекторных пластинах устанавливаются так, чтобы они переходили с одной коллекторной пластины на другую в тот момент, когда эдс равна нулю. Таким образом, щетка контактирует с полукольцом одного направления эдс. В этом случае ток на щетках и по внешнему участку цепи, через потребитель, протекает в одном направлении, но величина его изменяется с течением времени; эдс и ток имеют пульсирующую форму (рис. 1.4). Если взять n рамок (обмотка якоря) и 2n коллекторных пластин (коллектор), то увеличится и число пульсирующих эдс за период времени Т (рис. 1.5). Если пульсаций менее 2 %, то ток считается постоянным.

Рис. 1.4. Выпрямленная эдс и ток

Рис. 1.5. Выпрямленная эдс и ток в реальном генераторе

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменную эдс витков якоря в постоянную эдс на щетках и цепи. Совокупность витков составляет обмотку якоря.

Если к щеткам подсоединить потребитель электрической энергии, то потечет электрический ток, который в обмотке якоря будет создавать падение напряжения. Вследствие этого напряжение на зажимах генератора будет меньше эдс на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря

, (1.1)

где а – индекс параметров якорной обмотки.

Формула (1.1) является основным уравнением эдс и напряжения генератора. Но на проводник с током в магнитном поле действует выталкивающая сила F, направленная навстречу вращению. Ток в обмотке якоря будет создавать противодействующий вращению момент . Чем больше , тем больше необходимо усилий для преодоления противодействующего момента

, (1.2)

где – диаметр якоря;

. (1.3)

65. Принцип действия двигателя постоянного тока, основное уравнение напряжения и эдс

В силу обратимости электрических машин принцип действия электрического двигателя можно рассмотреть по рис. 1.3, только к щеткам необходимо подвести напряжение сети.

На проводник с током, помещенный в магнитное поле действует выталкивающаяся сила, определяемая правилом левой руки (см. рис. 1.3)

Рис. 1.3. Схема работы машины постоянного тока

,

Это действие можно проследить по рис. 1.6.

С правой стороны магнитные линии складываются (поле усиливается), с левой – наоборот, появляется сила F согласно правилу левой руки.

Если поместить рамку с током в магнитное поле, то появляется вращающий электромагнитный момент (рис. 1.7)

.

Рамка повернется только до горизонтального положения. Чтобы направление вращения было в одну сторону, необходимо периодически менять направление тока.

Рис. 1.6. Выталкивающая сила, действующая на проводник с током	Рис. 1.7 Вращающий момент, действующий на рамку с током

В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный в обмотке якоря и работает таким образом в качестве механического инвертора.

Так как проводники все время пересекают магнитное поле, то в них наводится эдс, величина которой определяется равенством и которая направлена встречно подводимому напряжению, поэтому эту эдс еще называют противоэлектродвижущей силой (противоэдс) в двигателе.

Основное уравнение эдс и напряжения двигателя

. (1.4)

66. Эдс реакции якоря

Эдс якоря машины определяется алгебраической суммой мгновенных значений эдс проводников одной параллельной ветви:

, (5.1)

где – число проводников в одной параллельной ветви; – мгновенное значение эдс i-го проводника; – активная длина проводника; – линейная скорость вращения.

Исходя из ,

, (5.2)

,

где n – число оборотов в минуту.

Получаем

, (5.3)

, (5.4)

где .