Складні петльові обмотки (СПО)

 

Складні петльові обмотки являють собою кілька ППО, укла­дених в пазах якоря, котрі з'єднуються між собою паралельно за допомогою           щіток, тобто в_щ=m×в_к, а 2а=2×m, тут m – - кратність (кількість) простих обмоток.

Особливості СПО: – результуючий крок у=у_к= m=Ц×Ч;

- перший крок ;

- другий крок у₂=у₁-у= у₁±m.

Звичайне значення m=2, тому що, для m>2 СПО, як правило, несиметрична. Разом з цим, якщо К=Z_eнепарне число СПО єод-нократнозамкнена, а коли К парне - двократнозамкнена. Взагалі, коли mта Z_e взаємнопрості числа, то СПО завжди виходить од­нократнозамкнена.

Приклади: Z_е=8; 2р=2;  m=2; маємо:

У=У_к= m=2; У₂=У₁- m=4-2=2.

Таблиця-схема:

                        а)                                                 б)

Рисунок 4.12 – Принцип побудови СПО (двократнозамкнута)

 

Тобто маємо дві окремі ППО.

Якщо: Z_е=11; 2р=4;  m=2; маємо:

у=у_к= m=2; у₂=у₁- m=5-2=3.

Таблиця-схема:

 

Рисунок 4.13  – Однократнозамкнена СПО

 

Складна хвильова обмотка (СХО)

 

Подібно до складної петльової в пазах якоря МПС можна уклас­ти m простих хвильових обмоток, які також з'єднуються між собою паралельно за допомогою щіток. Ці ПХО створюють одну СХО, яка має 2а=2m гілок.

Особливість обмотки - після повного обходу вздовж кола якоря секції приходять не в сусідній паз, а в відлеглий від нього на m   елементарних пазів. Тепер результуючий крок:

Інші кроки визначаються аналогічно. СХО можуть бути (на відміну від ППО) одно-, дво- та багатократні.

Приклад: Z_е=10; 2р=2;  m=2;; маємо:

у₂= у -у₁=8-5=3.

Таблиця-схема:

Рисунок 4.14 – Створення СХО (двократнозамкнена)

 

 

Величину напруги між щітками визначають: –провідників обмотки.

Ширина щітки: в_щ= mв_к.

Якщо Z_eта m взаємно прості числа, то СХО буде однократнозамкнена.

 

Умови симетрії обмоток

 

Обмотка симетрична, якщо в любому положенні якоря в магнітно­му полі в кожній паралельній гілці обмотки індукуються однакові ЕРС. Така обмотка працює баз негативних явиш і струми паралельних гілок однакові. 3 метою забезпечення однаковості ЕРС обмотка повинна задовольняти трьом умовам:

1. Кожна пара паралельних гілок має однакову кількість секцій:

Це обумовлює за кожною гілкою однакову кількість пазів.

2.  Кожна пара гілок знаходиться в однаковій кількості реальних пазів:

3.  Кожна пара гілок повинна симетрично розташована відносно полісів МПС:

Третя умова гарантує для кожної гілки рівноцінне положення в магнітному полі, що не завжди виконується для однократнозамкнених СПО та СВО. Ці умови абсолютно обов'язкові для МПС великої потужності.

 

Урівнювачі

Навіть в симетричних обмотках можуть наводитись різні ЕРС, що спричиняє урівнюючі струми в гілках. Це явища визиває додаткові втрати та іскріння під щітками (на холостому ході МПС). Причина цього - магнітна несиметрія, що спричиняється:

- різними зазорами під полюсами;

- ексцентрисітетом якоря відносно осі обертання;

- неоднорідністю матеріалу полюсів та ярма (раковини і т.ін.).

Щоб усунути ці струми через щітки в схемі обмотки підклю­чають урівнювачі - спеціальні провідники, що з'єднують точки обмотки з теоретично рівними потенціалами. Такі урівнювачі звуться першого роду.

Крок урівнювачів першого роду: , тому що, кількість точок рівного потенціалу в ППО дорівнює а=р. Іноді  цей крок зветься потенціальним.

Урівнюючий струм (змінного напрямку) створює магнітні поля, що усувають магнітну несиметрію потоків полюсів.

Кількість урівнювачів 1-го роду

Для ПХО магнітна несиметрія не суттєва, тому для неї ці урівнювачі не використовують.

В складних петльових та хвильових обмотках окремі прості об­мотки з'єднані паралельно через щітки. Але в загальному випадку перехідні опори контакту щіток весь час змінюються, а разом з цим міняється і розподіл струмів між гілками. Завдяки цьому рівномір­ність падінь напруги між пластинами колектора порушується. Подіб­не явище в СХО усувають з'єднанням точок рівного потенціалу різних ПХО.

Кроки і кількість цих урівнювачів (другогороду) визначаються тими ж формулами.

 

Вибір і порівняння обмоток

Основою вибору типу обмотки є бажання мати необхідну ЕРС найменшою кількістю провідників Nна поверхні якоря і найбіль­шим перерізом одного провідника (з метою кращого використання пло­щі паза).

Цим умовам відповідає проста хвильова обмотка, з якої слід починати вибір обмотки. Але якщо струм паралельної гілки переви­щує рекомендоване значення в 350 А, то треба переходити по черзі до ППО, потім СХО і лиш в кінці до СПО. Порівняння обмоток полег­шує цей вибір (табл.4.1).

 

Таблиця 4.1

ППО	П X О
1. Має великі струми: 2а=2р. 2. Підвищена чутливість до ма- гнітної несиметрії. 3. Мала напруга між сусідніми 6секціями та пластинами колектора ук=у=1. 4. Використовують для машин середньої та великої потужності (100 кВт і більше). СПО для тих же потужностей низької напруги.	1. Має велику ЕРС (послідовна обмотка, 2а=2). 2. Незначна чутливість до магнітної несиметрії. 3. Якщо Ze/Z>1, то секції в одному пазу потребують підсилення ізоляції. 4. В машинах малої потужності до 100 кВт нормальної напруги і середньої потужності (<100 кВт)                                                  підвищеної напруги.     СХО - в машинах середньої потужності і високої напруги.

 

ЕРС обмотки якоря

Питання ЕРС обмотки найбільш важливе для МПС.

Переміщення провідника в магнітному полі з індукцією В_dіндукує в ньому ЕРС:

е_і=В_dі× l _і×V_a l _і – довжина і-го провідника, В_dі× – індукція потоку, що перетинає провідник, V_a –   лінійна швидкість переміщання. В МПС маємо N провідників, розподілених між паралельними гілками (рис.4.15,а,б). Розглянемо це питання на прикладі кільцевого якоря. Згідно з правилом правої руки, на­прямок ЕРС провідників на поверхні якоря під полюсом N –до нас, а - під S — протилежний. Всі N провідників розподілені між дво­ма (2р=2) гілками порівну. ЕРС між щітками буде дорівнювати су­мі ЕРС провідників або верхньої гілки, або нижньої

Е= l ₂+ l ₃+ l ₄+ l ₅+ l ₆= l ₁₂+ l ₁₁+ l ₁₀+ l ₉+ l ₈,    інакше ,якщо ЕРС l ₁     буде однакова вздовж поділки t, тому що всі провідники  розташовані вздовж неї. Тоді на одиницю довжини кола якоря маємо   провідників, де .

 

 

Рисунок 4.15 – Кільцевий якір (а), принципова схема (б)

 

Вважаючи, кількість провідників досить значною, а їх розта­шування рівномірним і безперервним, можна рахувати що на елементі dхдуги якоря знаходиться   провідників/

Тоді повна ЕРС якоря (його однієї гілки) дорівнює:

З фізики відомо: ; тут n – швидкість обертання, об/хв.

Тепер маємо; за умови, що

Після перетворень формула ЕРС приймав вигляд

тут   частота зміни ЕРС в провіднику.

Якщо замінити всі константи відповідним коефіцієнтом:

та Е=СеФ₀×n;де .

А в системі , то тепер

тут

І остаточно   Е=КФ₀w (В) пропорційна потоку полюса та частоті обертання якоря.

Електромагнітний момент МПС

 

З фізики відомо, якщо провідник з струмом знаходиться в маг­нітному полі, то на нього діє зусилля (сила) електромагнітного походження. Згідно з законом Ампера F_пр =B_dl¢I_aa –сила, що діє на один провідник. Момент сили:  або ж

Сумарний момент, що діє на якір створюється тільки (a¢N) провід­никами (з умови зведення поля див. 3.1).

 

 

Таким чином:

 Після підстановки маємо:

або М=К×Ф₀×І – пропорційний потоку полюса і струму якоря.

 

Контрольні питання до теми 4

1. Призначення обмоток якоря МПС.

2. Які елементи обмотки якоря? Їх назва.

3. Можливі схеми обмотки.

4. Що таке елементарний пар?

5. Кроки обмотки, їх визначення.

6. Проста петльова обмотка (назва). Розрахунки кроків.

7. Побудова схеми-розгортки. Правило установки щіток.

8. Правило складання схеми паралельних галок.

9. Проста хвильова обмотка (назва). Розрахунки кроків.

10. Правило складання паралельних гілок.

11. Складні петльові обмотки (принцип побудови).

12. Складні хвильові обмотки (принцип побудови).

13. Умови симетрії обмоток.

14. Зрівнювачі, їх призначення, кроки.

15. Вибір і порівняння обмоток.

16. Як виводиться формула ЕРС обмотки якоря?

17. Електромагнітний момент – вивод формули.