Вольдек А.И. Электрические машины

Подождите немного. Документ загружается.

Если при этом сохраним шаг по пазам Уи = 4, то у

= и

1г

= 2-4 = 8, у

— —7, у = у

= +1. Эта обмотка будет равносек-

циоиной.

Схему такой обмотки можно изображать двояким образом, как

показано на рис. 3-21, а и б. Верхний ряд цифр на этом рисунке

представляет собой номера секций, а нижний ряд — номера пазов.

Так как число пазов не изменилось, то и звезда пазовых э. д. с.

не изменяется (см. рис. 3-11, б). Векторы э. д. с. каждой пары сек-

ций (1—2, 3—4 и т. д.) будут совпадать по фазе, а векторы э. д. с.

секций, лежащих в соседних пазах (секции 2—3, 4—5 и т. д.), будут

\1\г\з\№

Рис. 3-22. Варианты изображения схемы ступенчатой обмотки с 2р

Z = 18, и

= 2, Z

= S = К = 36, & = 9, у

= -8, у = у

= 4,

сдвинуты на 40°, как и в предыдущем случае. Поэтому многоуголь-

ник э, д. с. обмотки будет выглядеть так же, как и на рис. 3-19,

с тем лишь различием, что каждая сторона многоугольника будет

представлять собой сумму э. д. с. двух секций, лежащих в общих

пазах.

Если при тех же значениях 2р, Z и Z

выбрать шаги по элемен-

тарным пазам

й = ? =

й-1-9 = -8,

то обмотка будет ступенчатой. Схема такой обмотки также может

быть изображена двояким образом, как показано на рис. 3-22, а и б.

При этом обмотка имеет два значения шага у

ло зубцам; у[

= 4

и y[z = 5.

Построим векторы э. д. с. секций Т, 2, 3 этой обмотки (рис. 3-23).

Секция ) лежит в пазах 1 и 5, и ее э. д. с. равна разности векторов 1

и 5 звезды на рис. 3-11, б. Построенный таким образом вектор сек-

ции 1 на рис. 3-23 обозначен 1, а составляющие его векторы пазов или

секционных сторон обозначены 1' и —5". Секция 2 лежит в пазах 1

и 6, а секция 3 — в пазах 2 и 6, и векторы э. д. с. этих секций по-

строены и обозначены на рис. 3-23 по такому же принципу, как

и вектор секции 1. Как следует из этого рисунка, векторы э. д. с.

секций сдвннуты относительно друг друга на 20

, т. е. на половину

угла, соответствующего пазовому делению.

1 v-j" -б"А2 Таким образом, ступенчатая обмотка с Z = 18

VV // 34 г и и Z

— 36 в этом отношении равноценна об-

мотке с удвоенным числом пазов Z = Z

= 36.

Соответственно этому многоугольник э. д. с.

ступенчатой обмотки будет иметь в два раза

больше сторон и в большей мере прибли-

жаться к окружности, чем при равносекцион-

ной обмотке. Это является некоторым пре-

имуществом ступенчатой обмотки. Однако

главное преимущество такой обмотки состоит

в улучшении условий коммутации (см. § 6-6).

Уравнители первого рода для рассмот-

ренных равносекциоиной и ступенчатой обмо-

ток выполняются так же просто, как и в ра-

нее рассмотренном случае. Разница заклю-

чается лишь в том, что вследствие удвоения S = К шаг уравни-

телей у

Ур

также удваивается.

Аналогично схемам на рис. 3-21 и 3-22 можно изображать та-

кже схемы и других типов обмоток при и

> 1.

§ 3-4. Сложная петлевая обмотка

Общие положения. Сложную, или многоходовую, петлевую

обмотку можно рассматривать как сочетание нескольких (пг — 2,

3...) простых петлевых обмоток. Такую обмотку называют также

сложной параллельной. В рассматриваемой обмотке секции и кол-

лекторные пластины m простых обмоток по окружности чередуются

и для отвода тока из обмотки необходимо, чтобы ширина щеток

была не меньше m коллекторных делений. Таким образом, m простых

обмоток m-ходовой обмотки включаются с помощью щеток парал-

лельно и количество параллельных ветвей сложной петлевой об-

мотки

2а = 2pm. (3-18)

Результирующий шаг по элементарным пазам и шаг по коллек-

тору сложной петлевой обмотки

Рис. 3-23. Векторы

э. д. с. секций обмот-

ки, показанной на

рис. 3-22

у = у

= ±т.

(3-19)

Шаги £/

и у

= у — ух определяются так же, как и для простой

петлевой обмотки.

Сложная петлевая обмотка применяется в мощных машинах

с большими токами якоря, и секции обмотки в этом случае являются

одновитковыми.

Симметричная двухходовая двукратнозамкнутая петлевая об-

мотка. Рассмотрим особенности сложной петлевой обмотки на кон-

кретном примере: m — 2, 2р = 4, Z = Z

— S = К = 20, и

— 1.

1-й ход 1'л Зк 5л 7к # ilk 13к $ Пк <

oSmmxu / V V V V V V V V V \

' 7 5" 1Г 1Г if /3" 1 J"

2-й ход

А f f

f f f f f

°k

o6mmu

w//////У *

Рис. 3-24. Таблица соединений секционных сторон

сложной петлевой обмотки, показанной на рис. 3-25

При этом 2а = 4 -2 = 8 и условия симметрии (3-5)—(3-7) соблю-

даются. Заметим, что эти условия в сложной петлевой обмотке при

m — 2 соблюдаются всегда, если Юр равно четному числу.

Выберем шаги обмотки:

9П

= </к = + 2; i/i = f+l =

6; #2

= 2

— 6 —

— 4.

По известным значениям шагов построим таблицу соединений

секционных сторон обмотки (рис. 3-24). При этом, начиная с пла-

стины и секции 1, обойдем все нечетные секции и вернемся к пла-

стине /, замкнув первый ход обмотки. Начав второй ход с пластины 2,

обойдем все четные секции и снова вернемся к пластине 2, замкнув

второй ход обмотки.

Таким образом, в рассматриваемом случае получаются две са-

мостоятельные обмотки, которые соединяются параллельно с по-

мощью щеток. Это обусловлено тем, что S = К является в данном

случае четным числом. Такая обмотка называется двукратнозамкну-

той. В общем случае кратность замыкания сложной петлевой об-

ыотки t равна общему наибольшему делителю чисел m и К..

Схема рассматриваемой обмотки представлена на рис. 3-25.

На рис. 3-26 изображена звезда э. д. с. пазов или сторон секций,

в которой векторы сдвинуты на угол

Построим в данном случае не векторную диаграмму э. д. с.

секций, а диаграмму э. д. с. секционных сторон. Для этого будем

складывать последовательно по ходу обмотки, согласно рйс. 3-24,

э. д. с. секционных сторон. Так как по ходу обмотки э. д. с. ниж-

них сторон секций вычитаются, они складываются с обратным зна-

ком. В результате получим многоугольник э. д. с. (рис. 3-26), кото-

рый состоит из четырех накладывающихся друг на друга многоу-

Рис. 3-25. Схема сложной петлейой обмотки с m = 2,2р = 4, 2 = Z

— S —

= К = 20, й = 6, й = -4, у = у

= +2

гольников, что также указывает на наличие в обмотке восьми па-

раллельных ветвей.

Уравнительные соединения. Для обеспечения равномерного

распределения тока между ветвями каждого хода обмотки, показан-

ной на рис. 3-25, следует выполнить рассмотренные в § 3-3 уравни-

тели первого рода. Их шаг

К 20

1Г1

2>п

= у =Т=

является четным числом, и поэтому каждый уравнитель первого

рода действительно будет соединять только пластины и секции

одного хода обмотки (рис. 3-25).

Вместе с тем сложная петлевая обмотка нуждается также в так

называемых уравнителях второго рода, которые

служат для выравнивания нагрузки между разными ходами сложной

обмотки.

Каждая щетка (рис. 3-25) касается пластин разных ходов об-

мотки. Щеточный контакт не может быть вполне устойчивым, так

как отдельные пластины несколько выступают по отношению к со-

седним и т. д. Поэтому условия контакта с пластинами разных

ходов постоянно изменяются, что вызывает беспрерывное перерас-

пределение тока нагрузки и пульсацию токов отдельных ходов об-

мотки. Вместе с тем сильно колеблются также напряжения между

соседними пластинами. Все это приводит к перегрузке отдельных

участков щеток, их искрению и т. д.

Во избежание таких явлений необходимо соединить теорети-

чески равнопотенциальные точки разных ходов обмотки уравни-

телями второго рода и таким образом осуществить их парал-

лельное соединение внутри самой обмотки помимо или до щеточ-

ного контакта.

Как уже указывалось, две равнопотенциальные точки рассмат-

риваемой обмотки удалены на одной стороне якоря на у

= 10 пла-

стин или элементарных пазов и принадлежат поэтому одному ходу

обмотки. Вследствие этого в данном случае выполнение уравни-

телей второго рода на одной стороне якоря невозможно.

.-//,"-/,"(?; 16'

7,'ц'чг;'^"

$ ю;-и,"-4*

-а", -дч'

Рис. 3-26. Векторная диаграмма э. д. с. обмотки,

изображенной на prfc. 3-25

Из рассмотрения рис. 3-26 видно, что две равнопотенциальные

точки разных ходов обмотки будут, например, соответствовать

концу вектора Г (или началу вектора — 7") и началу вектора 2'.

Это будут соответственно середина лобовой части секции 1 на сто-

роне, противоположной коллектору, и коллекторная пластина 2.

Эти две равнопотенциальные точки (рис. 3-25), а также другие ана-

логичные пары точек можно соединить уравнителями второго рода,

проходящими между сердечником якоря и валом машины. В данном

случае уравнители первого рода, принадлежащие разным ходам

обмотки, выполняются на разных сторонах якоря, как показано на

рис. 3-25, так как при этом р уравнителей второго рода можно

заменить одним. Например, показанный на рис. 3-25 уравнитель

второго рода для секций / и 2 служит также уравнителем второго

рода для середины секции 11 и начала секции 12. В таком случае

обычно выполняют только один уравнитель второго рода на (2 .-4-

3) р коллекторных пластин. Недостатком уравнителей, прохо-

дящих между сердечником якоря и валом, является их конструк-

тивная сложность.

Иногда в машинах с тяжелыми условиями коммутации в двух-

ходовых петлевых обмотках применяют также уравнители

третьего рода. Их задача сводится к тому, чтобы при вра-

щении коллектора щетка замыкала накоротко не сразу всю сек-

цию, а сначала одну ее половину и затем другую.

Для этого необходимо середину одновитковой секции, располо-

женной на противоположной от коллектора стороне якоря, соеди-

нить с коллекторной пластиной, находящейся между началом и

концом данной секции. В обмотке, показанной на рис. 3-25, такую

роль выполняют уравнители второго роДа, т. е. они являются также

одновременно уравнителями третьего рода. Как видно из рис. 3-25,

при движении коллектора вправо щетка В1 сначала замкнет пла-

стины 1—2 и тем самым левую половину секции 1, а затем пластины

2—3 и тем самым правую половину секции 1.

Уравнители третьего рода выполняют в таком количестве, чтобы

коммутация всей обмотки происходила по полусекциям. Естественно,

Что уравнители третьего рода можно выполнять лишь в том

случае, если соединяемые ими точки обмотки имеют равные по-

тенциалы.

Несимметричные сложные петлевые обмотки. Рассмотрим двух-

ходовую петлевую обмотку со следующими данными: m — 2, 2р =

= 4, 2а = 8, Z = Z

= S = К = 18, у = у

= +2, у

= 4, у

= —2. Так как К — четное число, обмотка будет двукратнозамкну-

той. Однако она не будет симметричной, так как условия (3-5) и

(3-6) не выполняются. Заметим, что при m = 2 эти условия не вы-

полняются, если /С/р равно нечетному числу.

Последовательность соединений секций в этой обмотке предста-

влена на рис. 3-27, а схема обмотки — на рис. 3-28.

Звезда э. д. с. секций и диаграмма э. д. с. рассматриваемой об-

мотки, построенные на основании рис. 3-27 и 3-28, изображены

на рис. 3-29. При этом масштаб звезды э. д. с. в два раза меньше

масштаба многоугольника э. д. с. То обстоятельство, что много-

угольники э. д. с. на рис. 3-29 не совмещаются, также свидетель-

ствует о несимметрии обмотки.

Равнопотенциальные точки этой обмотки имеют шаг

и =— =

—

= 9

Уп

2 '

что следует также из рис. 3-29. Эти точки принадлежат разным

ходам обмотки, и поэтому при соединении их получим уравнители

второго рода, которые

в данном случае распо-

}

йШ

пп* w

лагаются на одной сто-

oSmmu

Ai А А А А А А А /

роне якоря (рис. 3-28).

ammKK

/ У./

У „У ,/,/,/ /

Но эти уравнители сое- 7 w

, г-тп , , , ,

диняют также парал-

2-й ход

A A A ?jAi А А А /

лельные ветви, находя- обмотка / у у У у » у у у

щиеся под разными па- 6 8 Ю t2

u_, К № 2

рами полюсов, И поэтому Рис. 3-27. Таблица соединений секционных сто-

одновременно являются Р°Н сложной петлевой обмотки, изображенной

также уравнителями

на

ис

3-28

первого рода. То обстоя-

тельство, что эти ветви принадлежат разным ходам обмотки, не имеет

значения, так как при достаточном количестве уравнителей все

ветви, расположенные под разными полюсами, окажутся взаимно

соединенными друг с другом и щетки будут загружаться равномерно.

Простота выполнения уравнителей первого и второго рода яв-

ляется большим преимуществом рассматриваемой обмотки, и поэ-

тому несимметричные двухходовые обмотки с К/р, равным нечет-

ному числу, на практике часто предпочитают симметричным с К/р,

равным четному числу.

Предположим, что в обмотке, показанной на рис. 3-28, жела-

тельно выполнить также уравнители третьего рода, один из которых

можно было бы провести между точками а и б на рис. 3-28. На

рис. 3-30, а построен вектор э. д. с. секции 1 этой обмотки, а на

рис. 3-29 э. д. с. секции. 1 представлена штриховой линией также

в виде разности э. д. с. проводников витка. При этом из рис. 3-29

видно, что точки а и б на рис. 3-28 не являются равно потенциаль-

ными и выполнить уравнители третьего рода невозможно. Если бы

на схеме рис. 3-28 был взят удлиненный шаг у

= 5, то потенциал

точки а сместился бы в противоположную сторону (рис. 3-30, б).

-f. I,

Рис. 3-28. Схема сложной петлевой обмотки с т= 2, 2р — 4, Z, = S =

= К = 18, y

= 4, у

= -2, y=y

= +2

Рис. 3-29. Векторная диаграмма Рис. 3-30. Векторная диаграмма э. д. с.

э. д. с. обмотки, изображенной секции обмотки, изображенной на

на рис. 3-28 рис. 3-28

Гл. 3J Якорные обмотки

Однако и в этом случае точки а и б были бы неравнопотенциальными.

Поэтому при необходимости выполнения уравнителей третьего

рода применяют симметричные двухходовые обмотки типа пока-

занной на рис. 3-25 с К 1р, равным четному числу.

При нечетном К двухходовая петлевая обмотка будет однократ-

нозамкнутой, но такая обмотка будет во всех случаях несимметрич-

ной, так как а = 2р является четным числом и условие (3-5) не

выполняется. Трехходовые петлевые обмотки (пг = 3, а = 3р)

будут тоже всегда несимметричными, так как не выполняется усло-

вие (3-7). Тем не менее в последнее время обмотки с m = 3 исполь-

зуются в мощных машинах.

Для несимметричных обмоток всегда требуется анализ возмож-

ности их применения. Эти вопросы, а также особенности выполне-

ния многоходовых обмоток с и

> 1 и ступенчатых обмоток рас-

сматриваются в специальных руководствах [12, 30, 40, 41].

§ 3-5. Простая волновая обмотка

Общие положения. Мысленно

ненные секции простой волновой

разный обход якоря, причем

каждый обход включает р сек-

ций и заканчивается на коллек-

торной пластине, которая нахо-

дится слева или справа рядом

с исходной (рис. 3-31). В первом

случае (рис. 3-31, а) получается

неперекрещенная обмотка, а во

втором (рис. 3-31, б) —пере-

крещенная. Во втором случае

расход меди будет несколько

больше. Рассматриваемую об-

мотку называют также про-

стой последовательной обмот-

кой.

В соответствии со сказанным

обходя последовательно соеди-

обмотки, мы совершаем волнооб-

б) rtS У

fijl ft ft

Рис. 3-31. Секции неперекрещенной (a)

и перекрещенной (б) простой волновой

обмотки

между шагом по 'коллектору у

(рис. 3-31) и количеством коллекторных пластин К простой волно-

вой обмотки существует зависимость

ру

= К,

откуда

К+ 1

(3-20)

Знак минус относится к неперекрещенной обмотке, а знак

плюс — к перекрещенной. Поскольку шаг у* — у должен быть

целым числом, то К не может принимать произвольных значений.

Шаг у

определяется по формуле (3-9), и

уг = у-ух-

(3-21)

Шаги Ух и у

близки к т, а у = у

— к 2т.

Симметричная волновая обмотка. Ознакомимся со свойствами

простой волновой обмотки на примере обмотки с 2р = 4 и Z = Z

= S = К = 17. Возьмем при этом

Ук =

У-

К-1

17-1

Z=> 17 1 .

г/2

= г/-«/1 = 8-4 = 4.

Порядок соединений секционных сторон обмотки определяется

таблицей на рис. 3-32, а схема обмотки имеет вид, показанный на

>Т 8[ 161 71 151 6'

[»

' € 12[ t it 2i[f0l

.. I

/ \

LJ-J^a * v

\J \J \ J \ i / \ / \\J \J \ / \ / \ / \ / \y ч

y 17 16* 7 №

Рис. 3-32. Таблица соединений секционных сторон простой волновой

обмотки, показанной на рис. 3-33

рис. 3-33. Ряд секций, выделенных на рис. 3-33 жирными линиями,

в отличие от секций петлевых обмоток замыкается накоротко через

две щетки одной полярности и соединительные провода между ними.

Короткозамкнутые секции обведены рамкой также и на рис. 3-32.

На рис. 3-34 построена звезда э. д. с. секций и векторная

диаграмма э. д. с. обмотки, представленной на рис. 3-33. Мас-

штаб звезды э. д. с. в два раза больше масштаба многоуголь-

ника э. д. с.

Как следует из рис. 3-32, 3-33 и 3-34, обмотка имеет две парал-

лельные ветви. Одна из них содержит секции 17, 8, 16, 7, 15, 6,

присоединена своими концами к коллекторным пластинам 17, 14

и расположена, таким образом, между щетками А2, В2. Другая

ветвь содержит секции 13, 4, 12, 3, 11, 2, присоединена концами

к пластинам 13, 10 и расположена между щетками В2, А1,