Процес індукції електрорушійної сили в обмотці якоря. Розглянемо процес індукування електрорушійної сили (ЕРС) в обмотці якоря, провідники якої для. Простоти будемо вважати рівномірно розподіленими вздовж окружності якоря (рис. 8.10, а). При обертанні якоря в провідниках, що лежать під полюсами N і S, індукуються ЕРС протилежного напрямку. Провідники, в яких індукуються ці ЕРС, розташовані по обидва боки від геометричної нейтрали Про -О -осі симетрії, що розділяє полюси.
Мал. 8.10. Схема машини постійного струму (а), спрощена схема її обмотки якоря (б) і векторна діаграма індукованих в ній ЕРС (в): 1 - обмотка якоря; 2 - колектор
Обмотка якоря виконана у вигляді багатофазної обмотки (рис. 8.10, б), що складається з великої кількості витків, підключених до пластин колектора так, щоб між кожною парою суміжних колекторних пластин був включений один або кілька витків. На колектор накладають щітки А і В. за допомогою яких обертається обмотка якоря з'єднується із зовнішнім ланцюгом. При обертанні якоря між щітками А і В діє постійна за величиною ЕРС Е. дорівнює сумі ЕРС, індукованих у всіх послідовно з'єднаних витках обмотки якоря, які включені між щітками. Щоб подати від обмотки якоря в зовнішній ланцюг максимальна напруга, цей ланцюг потрібно приєднати до двох точках обмотки якоря, між якими є найбільша різниця потенціалів. Такими точками при холостому ході машини є точки а і b (рис. 8.10, б), розташовані на геометричної нейтрали, де і слід встановлювати щітки А і В. При обертанні якоря точки а і b зміщуються з геометричної нейтрали, але до щіток підходять нові точки обмотки, між якими буде діяти ЕДСЕ. тому ЕРС у зовнішній ланцюга незмінна за величиною і напрямком. Зменшення пульсацій ЕРС Е при переході щіток з однієї колекторної пластини на іншу досягають шляхом установки великого числа колекторних пластин; число колекторних пластин, що припадають на одну паралельну гілку обмотки якоря, має бути не менше восьми.
Мал. 8.11. Криві розподілу індукції вздовж окружності якоря і напруг ик по колектору
Якщо замінити реальну несинусоїдальну ЕРС, індуковану в витках обмотки якоря, еквівалентній синусоїдальної, то значення ЕРС Е між щітками А і В можна знайти з векторної діаграми (рис. 8.10, в). При досить великому числі секцій обмотки якоря ця ЕРС практично незмінна в часі і дорівнює діаметру кола, описаного навколо багатокутника ЕРС # 279; 1, # 279; 2, # 279; 3 і ін. Індукованих в окремих витках цієї обмотки.
Щітки А і В поділяють розглянуту обмотку на дві паралельні гілки, в кожній з яких індукуються ЕРС Е і проходять струми ia. При розімкнутому зовнішньому ланцюзі струм по обмотці не проходить, так як ЕРС, індуковані в двох її гілках, спрямовані зустрічно і взаємно компенсуються. Повна компенсація, очевидно, відбувається при строго симетричному виконанні обмотки і рівність магнітних потоків полюсів; умова симетрії в разі двополюсної обмотки зводиться до рівномірного розподілу провідників на зовнішній поверхні якоря.
Миттєве значення ЕРС, індукованої в кожному активному провіднику (рис. 8.11, а):
де Bx - індукція в даній точці повітряного зазору; va - окружна швидкість якоря; la - довжина провідника в магнітному полі.
значення # 916; E наведені у відсотках від теоретичного середнього значення ЕРС Е. Період пульсацій дорівнює часу повороту якоря на одну колекторну пластину, внаслідок чого їх частота в К / р раз більше частоти fa. з якої змінюється ЕРС, індукована в провідниках обмотки якоря.
Напруга між сусідніми колекторними пластинами. Якщо знехтувати падінням напруги в витках, то напруга Uк між сусідніми колекторними пластинами дорівнюватиме сумі ЕРС, індукованих у включених між ними витках обмотки якоря. Наприклад, для обмотки, що складається з одновиткового секцій (рис. 8.11, а), напруга Uк = 2е. З (8.1) випливає, що ЕРС е пропорційна індукції Вх у відповідній точці повітряного зазору, тому крива розподілу по колу колектора напруг ик між сусідніми пластинами подібна кривої розподілу індукції Bx = f (x) в повітряному зазорі (рис. 8.11, б).
Важливою характеристикою надійності роботи машини по-постійного струму є так звана потенційна крива, що є залежність зміни напряженіяUх уздовж окружності колектора. При переході від однієї колектив-битим пластини до іншої напруга Uх змінюється ступен-чато, але при досить великому числі колекторних пластин цю залежність можна замінити плавною кривою. Потенціалом-ва крива є інтегральною щодо кривої магнітного поля Вх = f (x), так як площа кривої магнітного поля пропорційна сумі ЕРС, індукованих у всіх витках, які включені між щеткаміА верб (див. Рис. 8.10). Найбільша напруга між сусідніми колекторними пластінаміu кmах виникає там, де потенційна крива має найбільшу крутизну.
Мал. 8.12. Крива розподілу індукцні при зсуві щіток з геометричної нейтрали
Як зазначено вище, при холостому ході машини значення ЕРС Е максимальне при установці щіток А і В на геометричної нейтрали. Якщо зміщуються щітки з геометричної нейтрали на деякий кут # 945; (Рис. 8.12), то частина окружності якоря, відповідна кутку # 945 ;. знаходиться в зоні з індукцією - Вх створеної полюсом протилежної полярності. При цьому зменшується результуюча ЕРС Е і напруга U між щітками А і В. так як в провідниках якоря, розташованих у зазначеній зоні, індукуються ЕРС, протилежні по напрямку ЕРС, індуковані в інших провідниках. Якщо прийняти розподіл магнітної індукції в повітряному зазорі синусоїдальним, то Е = се n Ф cos # 945 ;.
Електромагнітний момент. На якір, по обмотці якого проходить струм Ia. діє електромагнітний момент
де fрез - результуюча електромагнітна сила, що виникає-щая при взаємодії струму з магнітним полем.
Сила fрез є сумою зусиль fx. прикладених до всіх активних провідників обмотки якоря. При досить великому числі колекторних пластин силу fрез можна вважати постійної:
де см = pN / (2πa) = 60се / (2π) - коефіцієнт, що залежить від конструктивних параметрів машини. При роботі машини в руховому режимі електромагнітний момент є обертає, а в генераторному режимі - гальмівним. § 8.4. ОБМОТКИ ЯКОРЯ
Типи обмоток. В даний час в основному застосовують якоря барабанного типу, в яких провідники обмотка укладають у два шари в пази, розташовані на зовнішній поверхні якоря (рис. 8.13, а). Для того щоб ЕРС, індуковані в двох сторонах кожного витка, складалися, сторони його слід розташовувати під полюсами протилежної полярності (рис. 8.13, б). В цьому випадку в кожному витку індукується ЕРС, в два рази більша, ніж в одному провіднику. Отже, як і вобмотках змінного струму, основний крок обмотки повинен бути приблизно дорівнює полюсного поділу # 964 ;.
Мал. 8.13. Схеми розташування провідників обмотки на якорі барабанного типу (а і б) і схема двошарової обмотки 7 (в) 1. 2, 3. 8, 1 ', 2', 3 '. 8 '- провідники, що утворюють обмотку
Обмотки барабанного якоря підрозділяють на дві основні групи: петльові (паралельні) і хвильові (послідовні). В машинах великої потужності застосовують також «жаб'ячу» (паралельно-послідовну) обмотку, в якої поєднуються елементи петлевий і хвильової обмоток. Основною частиною кожної обмотки є секція, що складається з одного або декількох послідовно включених витків; кінці секції приєднують до двох колекторним пластин. Число секцій S дорівнює числу колекторних пластин К. Всі секції обмотки зазвичай мають однакову кількість витків.
На схемах обмоток секції для простоти завжди зображують одновітковимі. При двошарової обмотки боку секції, розташовані у верхньому шарі, зображують суцільними лініями, а в нижньому шарі - штриховими (рис. 8.13, в). Крок секції y1 (його називають також основним або першим частковим кроком обмотки) повинен бути приблизно дорівнює полюсного поділу # 964 ;. При. y1 = # 964; крок називають діаметральним; при y1<τ — укороченным; при y1> # 964; - подовженим.
Проста петлевая обмотка. При простій петлевий обмотці секцію приєднують до сусідніх колекторним пластин (рис. 8.14, а) .Для виконання обмотки необхідно знати її результуючий крок y (рис. 8.14, б), перший y1 і другий y2 часткові кроки, а також крок по колектору ук. Результуючим кроком обмотки називають відстань між початковими сторонами двох секцій, які йдуть одна за одною по ходу обмотки; першим частковим кроком (кроком секції) називають відстань між двома сторонами кожної секції; другим частковим кроком - відстань між кінцевою стороною однієї секції і початкової стороною наступної секції. Зазначені відстані зазвичай висловлюють в числі пройдених секцій.Шагом по колектору називають відстань в колекторних поділках між пластинами, до яких приєднані дві сторони кожної секції. Так як К = S, то результуючий крок обмотки у і крок по колектору ук рівні.
Рис, 8.14. Загальний вигляд петлевий обмотки (а) і схема з'єднань її секцій (б)
Мал. 8.15. Форми якірних котушок при петлевий (а) і хвильової (б) обмотках (при одновиткового секціях): 1, 4 - пазові частини; 2, 5 - лобові частини; 3 - задня головка; 6-кінців секцій, припаюють до колектора
При петлевий обмотці у = у1 - у2 і ук = у. Обмотку називають простий, якщо у = ук = ± 1. У цій обмотці кожна наступна секція розташована поруч з попередньою, а якірна котушка має форму петлі (рис. 8.15, а), що зумовило назву цієї обмотки. Зазвичай при виконань обмотки приймають ук = +1 (неперекрещенная обмотка), так як в цьому випадку дещо знижується витрата обмотувального дроту.
У простій петлевий обмотці секції, розташовані під кожною парою полюсів, утворюють дві паралельні гілки. У кожну з паралельних гілок входить Sв = S / (2p) секцій, тому число паралельних гілок в усій обмотці
Умова 2а = 2р висловлює основне властивість простий петлевий обмотки: чим більше число полюсів, тим більше паралельних гілок має обмотка. Отже, тим більше щіткових пальців має бути в машині. Тому просту петлеву обмотку часто називають паралельної.
На рис. 8.16, а показана схема розташування щіток в чотириполюсні машині і утворюються паралельні гілки. В реальній машині колекторні пластини 1, 2 зміщені щодо з'єднаних з ними секцій на половину полюсного поділу, тому щітки розташовані по осях головних полюсів, а з'єднані з ними секції - на геометричної нейтрали ОА (рис. 8.16, б).
На рис. 8.17, а для прикладу зображено схема петлевий обмотки чотириполюсні машини, а на рис. 8.17, б - її еквівалентна схема, що показує послідовність з'єднання окремих секцій петлевий обмотки і утворюються при цьому паралельні гілки. Цифрами 1, 2, 3 і т. Д. Позначені активні провідники, що лежать в верхньому шарі, я цифрами 1 ', 2', 3 '- лежать в нижньому шарі обмотки.
Мал. 8.16. Схема паралельних гілок в обмотці якоря чотириполюсні машини і розташування умовних і реальних полюсів