Курс лекций по "Информатике"

 

Рисунок 4.9 – Проста хвильова обмотка

 

Перший частковий крок визначається за тією ж формулою

а у₂=у-у₁.

Приклад: Дано: Z_е=15; 2р=4;  К= Z_е.

1. Перший крок: 

2. Крок результуючий:

3. Другий крок:

у₂=у-у₁=7-3=4      (у₁<у₂).

Будуємо елементарні  пази та колекторні поділки

Приймаємо будь який паз за перший і закладаємо в нього верхню активну сторону котушки (секції) номер 1, нижню активну сторону першої секції вкладаємо в нижній шар паза 4, відступивши від першого на відстань   у₁=3 (1+3=4). Кінець   К1 з'єднуємо з початком восьмої секції Н8 на відстані   у₂=4   (4+4=8) .

Продовжуємо в тому ж  напрямку з'єднання схеми ПХВ, доки кінець К9 дев'ятої секції не завершить обхід обмотки, замкнувшись з початком секції номер 1. Потім з'єднуємо початки (з відповідними кінцями) від секцій з колекторними пластинами (наприклад; секція 1 підключена до пластин 1 та 8, тобто, відстань між ними є у_к =у=7).

Розстановка полюсів  і щіток виконується довільно, але за правилом: щітка завжди стоїть (на схемі) вздовж осі полюса, якщо - симетричні лобові частини з боку   колектора (рис.4.9).

Розглядаючи схему рис.4.10 можна відмітити важливу   особливість ПХО, а саме, всі секції обмотки, верхні активні сторони якої розташовані під однойменними полюсами (скажімо   N-N) з'єднані послідовно. їх EРС сумуються. Наприклад, 1; 8; 15,7; 14; 6; 13; 5,12 - перша паралельна гілка, та секції: 4; 11; 3; 10; 2; 9.

Рисунок 4.10 – Паралельні гілки

 

Якщо однополярні щітки з'єднані паралельно    А₁  та   А₂; В₁ та В₂, що завжди роблять для симетрії   паралельних гілок,  то секції 1; 8 та 5;  12 першої гілки замкнуті "на коротко"  і в створенні ЕРС гілки участь не беруть (рис.4.11).

Таким чином для простих  хвильових обмоток кількість     паралельних     гілок дорівнює: 2а=2 і    не    залежить    від 2р.

Серед  ПХО   часто зустрічаються     обмотки з    "мертвою" секцією     тоді, коли 2р,  S=Z_e парні числа. В цьому випадку на якорі укладають      всі   Z_e    секції,    але одну з них до колектора       не     підключають,      тоді

К= Z_e-1.

Кроки  у₁ та  у_к  витримують розрахунковими, а другий крок у₂ збільшують   на 1  при переході  через "мертву"  секцію.

ПХО  для  МПС  з 2р=2 не використовують,  тому що секції ППО більш простіші: а також  завжди виконуються. А ПХО дуже часто   можуть бути несиметричні залежно від величин Р; К; Z.

 

4.4 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_e   непарне число СПО є од-нократнозамкнена, а коли   К  парне - двократнозамкнена. Взагалі, коли m та  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

 

4.5 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_e та m взаємно прості числа, то СХО буде однократнозамкнена.

 

4.6 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.

 

4.7 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 (другого роду) визначаються тими ж формулами.

 

4.8 Вибір і порівняння обмоток

 

Основою вибору типу обмотки  є бажання мати необхідну ЕРС  найменшою кількістю провідників N на 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
Має великі струми: 2а=2р. Підвищена чутливість до ма- гнітної несиметрії. Мала напруга між сусідніми   6секціями та пластинами колектора ук=у=1. Використовують для машин середньої та великої потужності (100 кВт і більше). СПО для тих же потужностей низької напруги.	Має велику ЕРС (послідовна обмотка, 2а=2). Незначна чутливість до магнітної несиметрії. 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.

 

9. ЕРС обмотки якоря

 

Питання ЕРС обмотки найбільш важливе для МПС.

Переміщення провідника в магнітному полі з індукцією   В_d індукує 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=l₂+l₃+l₄+l₅+l₆= l₁₂+l₁₁+l₁₀+l₉+l₈,         інакше , якщо ЕРС  l₁    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 dх дуги 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.

 

4.10 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.

 

5 МАГНІТНЕ ПОЛЕ МПС З НАВАНТАЖЕННЯМ

 

5.1 Магнітне  поле МПС

 

В режимі холостого ходу (XX) в МПС існує тільки потік в зазорі  Ф₀ завдяки дії МРС головних полюсів (рис. 5.1,а).

В завантаженій машині завжди тече струм обмотки якоря Іа і створює свою власну МРС   F_а якоря. Взаємодія двох МРС   F_k та F_а приводить до зниження магнітного поля або навіть до зниження потоку ф_р (у насиченій магнітній системі МПС). Дійсно ліва частина полюса N   більш розмагнічена (рис.5.1,в) ніж права завдяки зустрічній дії МРС   F_а. В правій же частині МРС F_k та F_а діють узгоджено і результуючий потік Ф_р має більше значення