Проста петлевая обмотка
Знак плюс відповідає випадку | y2 |
Схема і основні властивості обмотки
Розглянемо симетричну просту петлеву обмотку з даними:
Малюнок 2. Таблиця з'єднань секційних сторін простий петлевий обмотки, зображеної на малюнку 3
Будемо привласнювати секційним сторонам номера тих елементарних пазів, в яких вони лежать. Тоді за відомими значеннями кроків можна скласти таблицю з'єднань секційних сторін обмотки (рисунок 2), виходячи з певного елементарного паза і додаючи до номеру цього паза значення першого часткового кроку, значення другого кроку, потім знову першого і так далі. Номери верхніх сторін секцій, зображених суцільними лініями, проставлені в таблиці на малюнку 2 зверху, а номери нижніх сторін секцій, зображених штриховими лініями, - знизу. Від нижньої секційної боку 4 "(праворуч на малюнку 2) по ходу обмотки повернемося знову до верхньої стороні 1 ', так як 4 + y2 = 4 - 3 = 1. Таким чином, обмотка є замкнутою.
За відомим крокам або таблиці з'єднань секційних сторін можна накреслити також схему обмотки (рисунок 3).
На малюнку 3 проставлені номери елементарних пазів. Домовимося, як це зроблено на малюнку 3, привласнювати колекторної пластині номер тієї секції, з початком якої з'єднана ця пластина.
Лінія на поверхні якоря, що проходить в осьовому напрямку посередині між двома сусідніми полюсами, називається лінією геометричної нейтрали або геометричної нейтраллю. так як уздовж цієї лінії магнітна індукція B = 0 (дивіться малюнок 2, в статті "Електрорушійна сила секцій").
При обертанні якоря деяка частина секцій, виділених на малюнку 3 жирними лініями, виявляється неминуче замкнутої накоротко через щітки. Щоб індуковані в цих секціях електрорушійні сили були мінімальні і в секціях не виникало надмірних струмів, які викличуть перевантаження щіткових контактів, такі короткозамкнені секції повинні знаходитися на лінії геометричної нейтрали або в найближчій від цієї лінії нейтральній зоні. Для цього щітки встановлюють так, щоб в середині періоду короткого замикання боку секції розташовувалися симетрично щодо середини полюса. Тоді кажуть, що щітки встановлені на нейтрали. При симетричній формі лобових частин секцій щітки розташовані по осях полюсів (рисунок 3).
Зробимо обхід ланцюга обмотки (рисунок 3) зліва направо, починаючи з секції 2. Проходячи послідовно, починаючи від щітки В1. секції 2. 3. 4 і 5. ми подумки рухаємося у напрямку індукованих електрорухомий сил і виходимо до щітки А1. Отже, ці секції складають одну паралельну гілку, електрорушійна сила якої дорівнює сумі електрорухомий сил цих секцій. Проходячи потім від щітки А1 до щітки В2 по контуру секцій 6. 7. 8. 9. ми обійдемо другу паралельну гілку, рухаючись проти напрямку індукованих електрорухомий сил. Секція 10 замкнута накоротко. Секції 11. 12. 13 і 14. розташовані між щітками В2 і А2. складають третю гілку, а секції 15. 16. 17 і 18. розташовані між щітками А2 і В1. - четверту гілку. Обхід цієї останньої гілки також відбувається проти напрямку електрорушійної сили, причому після неї ми приходимо до пластині 1. Секція 1 також замкнута накоротко. Через кожну щітку простий петлевий обмотки протікають струми двох паралельних гілок.
Верхні боку секцій кожної паралельної гілки знаходяться під одним полюсом, а нижні - під іншим. На малюнку 2 короткозамкнені секції обведені штриховими прямокутниками.
Таким чином, обмотка на малюнку 3 має чотири паралельні гілки, а в загальному випадку проста петлевая обмотка містить
паралельних гілок, що є характерною особливістю цієї обмотки. Очевидно, що умови симетрії, описані в співвідношеннях (5), (6) і (7), в статті "Загальні відомості про якірних обмотках машин постійного струму", для обмотки, зображеної на малюнку 3, задовольняються.
Якщо машина працює в режимі генератора. стрілки на малюнку 3 вказують також напрямок струмів в обмотці. При цьому повний струм якоря Iа теж розподіляється по чотирьох гілок. Відповідно до викладеного ланцюг обмотки (рисунок 3) можна зобразити спрощено, як показано на малюнку 4, де гілки обмотки і розподіл струму виглядає більш наочно.
Малюнок 4. Спрощене уявлення ланцюга обмотки, показаної на малюнку 3
На підставі розгляду малюнка 3 можна встановити також наступне. Якщо обмотка має повний крок і щітки встановлені на нейтрали, то електрорушійна сила гілки буде найбільшою. Крім того, при цьому напрямки струмів всіх провідників, що лежать під одним полюсом, будуть однакові, і тому розвивається електромагнітний момент буде максимальним. Отже, такий пристрій обмотки і таке розташування щіток є найбільш вигідними. Невелике відхилення кроку y1 від повного не робить помітного впливу на значення електрорушійної сили і крутного моменту, так як зміна напрямків електрорухомий сил і струмів при цьому відбувається тільки в таких провідниках паралельної гілки, які розташовуються поблизу нейтрали, тобто в зоні слабкого магнітного поля.
Розташування паралельних гілок в просторі щодо нерухомих полюсів визначається положенням щіток і також незмінно. При обертанні якоря секції переходять поперемінно з однієї гілки в іншу, причому під час такого переходу секція замикається накоротко щіткою і в ній відбувається зміна напрямок струму, наприклад від значення + Іа до значення -iа. Це явище називається комутацією секції. Явища в короткозамкненою секції впливають, як уже вказувалося, на значення струмів в щітковому контакті і на роботу щіток. Сукупність явищ, пов'язаних з замиканням секцій накоротко щітками, переходом цих секцій з одних паралельних гілок обмотки в інші і передачею струму через ковзний контакт між колектором і щіткою, називається комутацією машини. Подібно питання комутації розглядаються в розділі "Комутація".
Векторна діаграма електрорухомий сил обмотки
Малюнок 5. Векторна діаграма електрорухомий сил обмотки, показаної на малюнку 3
Користуючись розглянутої в статті "Електрорушійна сила секцій" зіркою електрорухомий сил секцій, можна побудувати векторну діаграму електрорухомий сил обмотки, складаючи вектори електрорухомий сил секцій в тій послідовності, в якій секції з'єднані по контуру обмотки.
Така діаграма разом із зіркою електрорухомий сил секцій для обмотки, показаної на малюнку 3, зображена на малюнку 5. Оскільки вектори електрорухомий сил сусідніх секцій при Z = 18 і 2 × p = 4 зрушені на 40 ° (дивіться статтю "Електрорушійна сила секцій") , то після побудови векторів дев'яти секцій відбувається поворот на 9 × 40 ° = 360 ° і багатокутник електрорухомий сил замикається. Після обходу інших дев'яти секцій виходить другий багатокутник, що накладаються на перший.
Кожен багатокутник електрорухомий сил відповідає одній парі паралельних гілок. У загальному випадку при простої петлевий обмотці виходить p багатокутників, які при повній ідентичності всіх пар паралельних гілок накладаються один на одного, що свідчить про симетрії обмотки.
Почала векторів 1. 2. 3 ... на малюнку 5 є потенціали почав секцій 1. 2. 3 .... а також потенціали колекторних пластин 1. 2. 3 ... Збіг решт і почав векторів обох багатокутників на малюнку 5 вказує на наявність в обмотці равнопотенціальних точок. Наприклад, рівні потенціали мають колекторні пластини 1 і 10. 2 і 11 і так далі, тобто взагалі пластини, віддалені один від одного на
колекторних поділок. Такий висновок для симетричній обмотки цілком природний, так як сторони секцій, зсунутих на Yп елементарних пазів, знаходяться під полюсами однаковою полярності, в однаковому магнітному полі. Величина Yп називається потенційним кроком.
На діаграмі електрорухомий сил можна показати умовно також щітки, як це зроблено на малюнку 5 для положення обмотки щодо щіток згідно малюнку 3. Багатокутник електрорухомий сил треба уявляти собі, що обертається, і сума проекцій векторів однієї гілки або однієї половини багатокутника на вертикальну вісь щіток буде дорівнює електрорушійної силі гілки і обмотки в цілому. Значення цієї електрорушійної сили пульсує між значеннями, які відповідають довжинам двох штрих-пунктирних ліній на малюнку 5. Можна показати, що вже при K / 2 × p = 10 ці пульсації становлять менше 1%. Насправді ці пульсації ще менше внаслідок того, що поблизу геометричної нейтрали індукція поля полюсів значно менше його основної гармоніки.
зрівняльні з'єднання
В ідеальних умовах, коли обмотка симетрична і потоки усіх полюсів рівні, електрорушійні сили всіх гілок є рівними і гілки навантажуються струмами рівномірно. Однак в дійсності через виробничих та інших відхилень (неоднаковий повітряний зазор під різними полюсами, неоднорідність матеріалів сердечників і тому подібного) потоки окремих полюсів ні з точністю рівні. При цьому електрорушійні сили гілок простий петлевий обмотки також не рівні, так як гілки зрушені відносно один одного на одне полюсное розподіл (рисунок 3).
Припустимо, що на малюнку 4 електрорушійні сили нижніх гілок більше, ніж електрорушійні сили верхніх гілок. При цьому вже при холостому ході генератора, коли Іа = Іа = 0, всередині обмотки будуть циркулювати зрівняльні струми Іср. які замикаються через щітки однаковою полярності і з'єднувальні дроти або шини між ними. Так як внутрішній опір обмотки мало, то ці струми можуть бути значними вже при невеликій різниці в потоках окремих полюсів. При роботі машини струми навантаження щіток 2 × Іа будуть алгебраїчно складатися з струмами 2 × Іср. в результаті чого щітки В1. В2 виявляться перевантаженими, а щітки А1. А2 - недовантаженими. Правильна робота щіток при цьому може порушитися. Ще більш серйозний вплив на умови роботи щіток надає порушення балансу електрорухомий сил в короткозамкнених секціях, викликане зрівняльними струмами.
Для того щоб розвантажити щітки від зрівняльних струмів і дати цим струмів можливість замкнутися всередині самої обмотки, обмотка забезпечується зрівняльними сполуками. або урівнювачами. Зрівнювачі з'єднують всередині обмотки точки, які теоретично мають рівні потенціали.
Як було встановлено вище, ці точки зрушені на пару полюсів або при 2 × p = 4 на половину окружності якоря або колектора. Одне зрівняльний з'єднання показано на малюнку 4 штриховий лінією аб по вертикальному діаметру. Так як опір щіткових контактів значно більше опору зрівняльного дроти, то струми Іср замикаються з цього проводу, минаючи щітки, як показано на малюнку 4. Такі сполуки, що застосовуються в простих петлевих обмотках, називаються урівнювачами першого роду.
На векторних діаграмах при наявності равнопотенціальних точок кінці або початку векторів відповідних секцій збігаються.
Зрівнювачі виконуються або на стороні колектора (і тоді вони з'єднують пластини з рівними потенціалами), або на протилежній від колектора стороні (і тоді вони з'єднують равнопотенціальние точки лобових частин секцій). Крок зрівнювачів yур дорівнює потенційному кроку обмотки Yп:
Малюнок 6. зрівнювач (2), розміщені під лобовим частинами (1) на стороні якоря, протилежної колектору
Для досягнення належного ефекту при всіх положеннях обертового якоря обмотку потрібно забезпечити достатню кількість зрівнювачів. З розгляду багатокутника електрорухомий сил (рисунок 5) видно, що максимальне число можливих зрівнювачів першого роду на одній стороні якоря одно K / p. причому кожен з них з'єднує p точок рівного потенціалу. Повним кількістю зрівнювачів забезпечуються тільки великі машини з важкими умовами комутації струму. В інших випадках виконують від 1/3 до 1/6 всіх можливих зрівнювачів або один зрівнювач на один-два паза машини. При цьому їх розміщують рівномірно по окружності якоря. Перетин зрівнювачів беруть рівним 20 - 50% перетину витка обмотки якоря. На малюнку 6 показаний один з варіантів конструктивного виконання зрівнювачів.
Протікають по обмотці зрівняльні струми є змінними, і за правилом Ленца вони створюють магнітне поле. яке прагнути усунути нерівність потоків полюсів. Тому наявність зрівнювачів призводить також до значного ослаблення зрівняльних струмів.
Прості петльові обмотки з Uп> 1
Схему такої обмотки можна зображувати двояким чином, як показано на малюнку 7, а і б. Верхній ряд цифр на цьому малюнку є номери секцій, а нижній ряд - номери пазів.
Так як число пазів не змінилося, то і зірка пазових електрорухомий сил не зміниться (дивіться малюнок 2, б. В статті "електрорушійної сили секцій"). Вектори електрорухомий сил кожної пари секцій (1 - 2. 3 - 4 і так далі) будуть збігатися по фазі. а вектори електрорухомий сил секцій, що лежать в сусідніх пазах (секції 2 - 3. 4 - 5 і так далі), будуть зрушені на 40 °, як і в попередньому випадку. Тому багатокутник електрорухомий сил обмотки буде виглядати так само, як і на малюнку 5, з тією лише різницею, що кожна сторона багатокутника буде являти собою суму електрорухомий сил двох секцій, що лежать в загальних пазах.
Якщо при тих же значеннях 2 × p. Z і Zе вибрати кроки по елементарним пазів
то обмотка буде ступінчастою. Схема такої обмотки також може бути зображена двояким чином, як показано на малюнку 8, а і б. При цьому обмотка має два значення кроку y1z по зубців; y '1z = 4 і y' 1z = 5.
