Курс лекций по "Информатике"

Відношення

Якщо К_m   знаходиться в межах 1,1…1,4, то розрахунки виконані вірно. Найбільш ефективно машина буде працювати, якщо точка С    знаходиться на середині криволінійної частини магнітної характеристики (так зване "коліно" характеристики).

Ступінь насичення дуже сильно впливає  на робочі характеристики як генераторів, так і двигунів постійного струму (ГПС і ДПС);  а також на умови комутації (іскріння під щітками).

 

Контрольні  питання до теми 3

 

1. Які особливості магнітного кола МПС?
2. Скільки ділянок МК має МПС?
3. Який зазор МПС є розрахунковим?
4. Як враховується наявність радіальних вентиляційних каналів якоря?
5. Що таке полюсна поділка і розрахункова полюсна дуга?
6. Який тип задачі розрахунку магнітного кола?
7. Яка роль коефіцієнта зазору?
8. Основна особливість розрахунку МРС зубців?
9. Що таке пазовий коефіцієнт?
10. Як знаходиться інтегральне значення напруженості поля в зубцях?
11. Особливості розрахунку МРС спинки якоря.
12. Для чого потрібна крива В(Н) ?
13. особливості розрахунку МРС ярма та полюса?
14. Що таке коефіцієнт розсіювання?
15. Порядок побудови магнітної характеристики?
16. Що таке коефіцієнт насичення? Як він визначає достовірність розрахунків МРС ділянок кола?

 

4 ОБМОТКИ ЯКОРЯ   МПС

 

Якірні обмотки МПС слугують для індуктування в них ЕРС та для створення МРС, в наслідок взаємодії якої з потоком  Ф₀ виникає електромагнітний момент, що діє як на статор так і на ротор.

 

4.1 Елементи та схеми обмоток

 

Основним елементом  обмотки є секція - найменша частина  обмотки підключена до колекторних пластин. Кожна секція - це, як правило, два послідовно-з¢єднаних провідника, що складають один виток (рис.4.1,а). Кілька витків (два, або більше), з'єднані послідовно створюють секцію, підключену до колектора (рис,4.1,б,в). Секція може бути одновитковою, або багатовитковою. Кожна секція складається з двох активних сторін, які розташовані в пазах якоря. В них індукується ЕРС. Провідники, що з'єднують     активні частини для створення ЕРС витка, звуться лобовими. Ці частини   -неактивні.

Порядок з'єднання активних сторін та секцій між собою і з колектором встановлюється кроками обмотки. Існує взагалі два способи такого з'єднання:

• кінці котушки підключають до сусідніх пластин колектора (рис.4.1,б). Така обмотка зветься петльова;
• кінці котушки розведені на відстань, що приблизно дорівнює 2t. Така бмотка - хвильова.

                                а)                       б)                            в)

 

Рисунок 4.1 – Елементи обмотки якоря

 

Існує два способи  зображення схем обмоток:

ПЕРШИЙ - торцевий показує вигляд обмотки з боку колектора,  тобто, схема на площині, що перпендикулярна осі якоря, або ж радіальна схема.

ДРУГИЙ - більш поширений - являє собою схему-розгортку, згідно з якою циліндрична поверхня якоря  з обмоткою розгортається на площині креслення.

Оскільки якірні обмотки МПС завжди двошарові, то верхні активні сторони (верхній шар) на схемах показують суцільними лініями, а нижні - пунктирними. Порядок з'єднання активних сторін не залежить від кількості витків, тому на схемах секції завжди одновиткові. Чим же визначається ширина секції, тобто, відстань однієї активної сторони від другої? З обертанням якоря в магнітному полі в кожній із сторін секції індукуються ЕРС, котрі повинні складатися алгебраїчно, створюючи ЕРС витка (або суми витків). Для цього сторони секцій повинні бути під різними (N або S) полюсами, тобто, на відстані що приблизно дорівнює t - полюсній поділці на поверхні якоря (рис.4.2).

Рисунок 4.2 – Співвідношення між шириною секції і полюсною поділкою t

 

Для 1-1¢ у₁=t=       – діаметральний крок.

Для 2-2¢ у₁<t         – скорочений крок.

Для 3-3¢ у₁>t         – подовжений крок.

Таким чином порядок  з'єднання активних сторін секції визначається кроком у₁. На схемах перший частковий крок у₁ вимірюється в елементарних пазах, ширина реально виготовленої секції вимірюється в метричних одиницях згідно з формулою у₁= [м].

Елементарним кроком обмотки звуться дві активні сторони різних секцій, розташовані в реальному пазу одна над другою, тобто в верхньому і нижньому шарах. В одному реальному пазу може бути 2...3 (не більше) елементарних паза. Таким чином, кількість всіх елементарних пазів: Z_ел=uZ , де u - кількість елементарних пазів в одному реальному (рис.4.3,а,б,в); Z - кількість реальних.

Деякі типи обмоток можуть мати різну ширину секцій. Така обмотка зветься ступінчаста, на відміну від рівносекційної (рис. 4.4), і має кращі умови комутації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.3 – До поняття елементарного паза

 

 

Рисунок 4.4 – Ступінчаста обмотка

 

Крім першого часткового кроку (ширини секції) існують також і інші відстані як на схемі обмотки, так і на реальному якорі та колекторі обмотки МПС. Взагалі кроки обмотки визначають взаємне розташування на якорі (в його пазах) сторін всіх секцій відносно одна одної, та відносно пластик колектора.

Розрізняють взагалі:

1. Крок по якорю - перший частковий крок   – у₁ – ширина секції.
2. Другий частковий крок – у₂.
3. Результуючий крок –  у.
4. Крок по колектору – у_к.

На схемах-розгортках   у₁ визначається виразом:

,

тут   e     - деяка дріб, що округлює крок до цілого числа.

Другий частковий  крок –  у₂,  відстань між нижньою активною стороною секції, та верхньою активною стороною другої секції, з'єднаної з першою послідовно згідно з схемою обмотки. Вимірюється у₂   також в елементарних пазах.

Результуючий крок -    у     визначає відстань між однойменними (частіш за все верхніми) активними сторонами двох різних секцій, з'єднаних послідовно відповідно до типу та схеми обмотки. Для всіх типів обмоток   у=у₁-у₂ (у₂   – може бути негативним). Тобто,   у    виконується на схемі як результат проходження обмоткою першого та другого часткових кроків.

Крок по колектору - у_к   відстань   між двома колекторними пластинами, до яких підключені верхні активні сторони секцій, слідуючих одна за одною згідно з схемою   у_к=у.

Аксіоми обмоток МПС. До кожної колекторної пластини підключається кінець нижньої активної сторони однієї секції, та початок слідуючої верхньої активної сторони другої секції, то,  взагалі маємо:    К=S, де   K    - кількість пластин колектора;  S – кількість секцій обмотки. Кількість проміжків між верхніми активними сторонами секцій вздовж кола якоря також дорівнює   S.

В зв'язку з тим, що кожна  верхня активна сторона секції розташовується в своєму окремому елементарному пазі, а кінець кожної секції підключений до своєї колекторної пластини,  то в МПС завжди виконується рівняння:

S=Z_e=K.

Види обмоток досить поширені для МПС, а саме:

• проста петльова (паралельна);
• складна петльова;
• проста хвильова (послідовна);
• складна хвильова;
• "жаб'яча", комбінована.

 

2. Проста петльова обмотка (ППО)

 

ППО зветься така обмотка, у якої початок (верхня сторона) і кінець (нижня сторона) однієї секції підключають до двох сусідніх колекторних пластин. Принцип побудови ППО краще за все можна зрозуміти з таблиці-схеми обмотки. В ній вказують послідовно номери верхніх та нижніх сторін всіх секцій та послідовності виконання кроків обмотки і з'єднання їх з колекторними пластинами (рис.4.5)

 

 

Рисунок 4.5 – Схема таблиці з'єднання секцій

 

Таблиця складається наступним чином;  лівому елементарному пазові надають номер у₁,  далі виконують перший крок   ту   із паза номер 1 (верхній шар) в паз номер 1+у₁    (нижній шар). Другий крок    у₂   - із нижнього шару номер 1+у₁ в верхній шар з номером 1+у₁+у₂=2. Разом з цим результуючий крок  у=у₁-у₂=у_к=1, тому що,   кінці секції підключають      до колектора на відстані однієї пластини один від одного. Якщо у₁>у₂ (частіше), то така ППО зветься правоходова, якщо у₁< у₂ – лівоходова, або перехресна.

Розрахунок кроків ведуть у наступному порядку:

1. Знаходять кількість  елементарних пазів в одному  реальному:

2. Розраховують перший  частковий крок у реальних  пазах:

Це реальна ширина секції в реальних пазах якоря.

3. Перший частковий крок в елементарних пазах:

у₁=У_Z×u.

4. Другий частковий крок: 

у=у₁-у₂=у₁-1.

5. Потім складають таблицю-схему і будують схему обмотки.

Розглянемо виконання  ППО на прикладі. Треба виконати обмотку з наступними даними:

Z=6; 2р=2;  u=1.

1. Підрахуємо кроки обмотки:

 - діаметральний крок

2. Складемо таблицю-схему:

 

Рисунок 4.6 – Таблиця  з'єднання

 

3. Побудова схеми-розгортки:

• креслять умовні елементарні пази - верхні активні сторони суцільні лінії,  нижні активні сторони - пунктирні лінії;
• довільно нумерують елементарні пази (починаючи з першого) по верхніх активних сторонах;
• згідно з таблицею-схемою складаємо розгорнуту схему секцій,  їх з'єднання з колекторними пластинами та між собою;
• після побудови схеми на кожній полюсній поділці t     наносять контур полюса (заштриховано) шириною в¢=a¢t=0,6...0,7t;
• щітки А та В встановлюють на колекторні вздовж осі симетрії полюса (ширина щітки в_щ=в_к);
• згідно з рис.4.7 будують схему паралельних гілок (рис.4.8).

Висновки з рис. 4.7.

1. Ті секції обмотки,  верхні активні сторони яких  розташовані під одним полюсом    N    (або   S), створюють окрему паралельну гілку ППО,  з'єднану через щітки   А і В з зовнішньою мережею, наприклад 1,2,3 (або 4,5,6) рис.4.8. (Побажання: розгляньте схему рис. 4.8 для моменту, коли щітки А (та В) будуть перемикати пластини 1-2 (4-5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.7 –  Розгорнута схема обмотки ППО

 

2. Кількість паралельних гілок ППО завжди дорівнює 2а=2р, тут а – кількість пар гілок обмотки, струм якоря І_а=2×І_аа , тобто, обмотка паралельна.

3. Сумарна ЕРС: l_AB=l₁+l₂+l₃=l₆+l₅+l₄, тобто,     ЕРС машини з ППО дорівнює сумі ЕРС секцій тільки однієї паралельної гілки.

4. Для ППО з симетричними лобовими частинами з боку колектора щітки А і В розташовують вздовж геометричної (поздовжньої) осі полюсів. Кількість щіток для всіх МПС з ППО дорівнює 2а=2р.

Якщо лобові частини  не симетричні, то щітки стоять між полюсами. Але в обох випадках щітки знаходяться на тих колекторних пластинах, до яких підключені ті секції, що в даний момент розташовуються в міжполюсному просторі (близько геометричної нейтралі). Геометрична нейтраль МПС - це лінія, перпендикулярна осі полюсів, тобто, є поперечна вісь машини. Напрямок ЕРС l₁; l₂; l₃ і т.ін. визначається правилом "правої руки".

В загальному випадку;

тут N – загальна кількість активних провідників всіх секцій в пазах якоря.

 

3. Проста хвильова обмотка (ПХО)

 

ПXО - це така обмотка,  у якої кінець однієї секції з'єднується з початком другої секції (та колекторною пластиною), що розташована під слідуючою парою полюсів. Це з'єднання виконують до повного замикання всіх секцій послідовно в одне коло і, таким чином, створюють хвильову модель обмотки.

Для двополюсних МПС (2р =2) петльова і хвильова обмотки ідентичні.

 

 

 

 

 

 

 

 

                        а)                                                               б)

Рисунок 4.8 – Кроки ПХО: а); та таблиця - схема,б)

 

Кроки обмотки: перший частковий  крок  у₁   такий же як і в петльової обмотки.   

Другий же частковий  крок    у₂ виконується в той же бік (згідно з ходом обмотки), що і перший. Таким чинок другий частковий крок виконується (побудова таблиці - схеми з'єднання) із нижнього шару елементарного паза         1 + у₁ в верхній шар елементарного 1+у₁+у₂=1=у. Тобто результуючий крок дорівнює арифметичній сумі    у₁+у₂.

Для ПХО     у₁+у_к= _, що є близьким до 2t, тобто у»2t (рис.4.9).