Общие сведения о якорных обмотках МПТ

1. Г Л А В А ТРЕТЬЯ ЯКОРНЫЕ ОБМОТКИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА.

3.1 Общие сведения о якорных
обмотках МПТ

2.

Устройство обмоток. Обмотка якоря должна
удовлетворять следующим требованиям:
- обмотка должна быть рассчитана на заданные
значения напряжения и тока нагрузки,
соответствующие номинальным значениям;
- обмотка должна иметь необходимую
электрическую, механическую и термическую
прочность, соответсвующую достаточно
продолжительный срок службы машины (до 15-20
лет);
- конструкция обмотки должна обеспечивать
удовлетворительные условия токосъема с коллектора,
без вредного искрения;

3.

- расход материала при заданных эксплуатационных
показателях (кпд и др.) должен быть минимальным;
- технология изготовления обмотки должна быть по
возможности простой.
В современных МПТ якорная обмотка
укладывается в пазах на внешней поверхности якоря.
Такие обмотки называются барабанными.
Обмотки якорей подразделяются на петлевые и
волновые. Существуют также обмотки, которые
представляют собой сочетание этих двух обмоток.

4.

Основным элементом каждой обмотки
якоря является секция, которая состоит из
одного или некоторого числа
последовательно соединенных витков и
присоединена своими концами к
коллекторным пластинам (рис.3.1, рис.3.2).
В обмотках обычно все секции имеют
одинаковое число витков. На схемах обмоток
секции для простоты изображаются всегда
одновитковыми.

5.

wc = 1
wc = 2
Рис. 3.1.
wc = 1
wc = 2
Рис. 3.2.

6.

Для удобного расположения выходящих
из пазов лобовых частей обмотки якоря
выполняются двухслойными. При этом в
каждом пазу секции располагаются в два слоя
(рис.3.3): одна сторона каждой секции – в
верхнем слое одного паза, а другая - в
нижнем слое другого паза. На схемах обмоток
стороны секций, находящиеся в верхнем слое,
изображаются сплошными линиями, а
стороны, расположенные в нижнем слое, штрихованными линиями (рис.3.4).

7.

1
2
Рис. 3.3.

8.

б
а
н
к
к н
Рис. 3.4.
к
н
к н

9.

Секции обмотки соединяются друг с
другом в последовательную цепь (рис.3.4)
таким образом, что начало (н) последующей
секции присоединяется вместе с концом (к)
предыдущей секции к общей коллекторной
пластине.
Поскольку каждая секция имеет 2 конца и
к каждой коллекторной пластине
присоединены также 2 конца секций, то
общее число пластин коллектора К равно
числу секций обмоток S: К=S.

10. Г Л А В А ЧЕТВЕРТАЯ ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

4.1. ЭДС якоря и
электромагнитный момент

11.

ЭДС якоря. ЭДС якоря определяется
E k Ф
p N
где k
- конструктивный коэффициент
2 a
машины.
Таким образом ЭДС пропорциональна
основному магнитному потоку и частоте
вращения и не зависит от формы кривой
распределения индукции в воздушном зазоре.

12.

Электромагнитный момент.
Электромагнитный момент определяется: М =
kФI.
Таким образом, электромагнитный
момент пропорционален основному
магнитному потоку и току и также не
зависит от формы кривой распределения
индукции в воздушном зазоре.

13. ГЛАВА ПЯТАЯ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ МАШИНЫ ПРИ НАГРУЗКЕ

5.1. Реакция якоря и ее виды
Ранее рассматривалось магнитное поле МПТ
при х.х. (I = 0), создаваемое обмоткой
возбуждения. Картина магнитного поля для
этого случая при 2р = 2 изображено на
рис.5.1а. При нагрузке машины обмотка якоря
создает собственное магнитное поле, картина
которого при установке щеток на
геометрической нейтрали и при отсутствии
возбуждения (iв = 0) изображена на рис.5.1б.

14.

15.

Результирующее поле, характер которого
на основании рис.5.1а и рис.5.1б показан на
рис.5.2. Полярность полюсов и направления
токов якоря на этом рис. Соответствуют
случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь
вращается по часовой стрелки, а в режиме
двигателя (Д) – против часовой стрелки.

16.

17.

На рис.5.2 видно, что под влиянием поля
якоря результирующее поле машины
изменяется. Такое явление называется
реакцией якоря.
Поперечная реакция якоря. При установки
щеток на геометрической нейтрали 1-1
(рис.5.1б) поле якоря направлено поперек оси
полюсов и в этом случае оно называется
полем поперечной реакции якоря.

18.

Как видно из рис.5.2, поперечная
реакция якоря вызывает ослабление
поля под одним краем полюса и его
усиление под другим, вследствие чего
ось результирующего поля
поворачивается в генераторе по
направлению вращения якоря, а в
двигателе – в обратную сторону.

19.

Под воздействие поперечной реакции
якоря нейтральная линия на поверхности
якоря, на которой B 0 , поворачивается из
положения геометрической нейтрали 1-1 на
некоторый угол в положение 2-2
(рис.5.2), которое называется линией
физической нейтрали. В генераторе
физическая нейтраль повернута в сторону
вращения якоря, а в двигателе – в обратную
сторону.

20.

Из рис.5.1б следует, что при вращении
якоря в проводниках, показанных в левой
части рис.5.1б, поле поперечной реакции
якоря индуктирует ЭДС одного направления,
а в правом – другого. В результате чего при
установке щеток на геометрической нейтрали
суммарная ЭДС от поля реакции якоря в
каждой параллельной ветви обмотки и на
щетках равна нулю.

21. 5.2. Влияние реакции якоря на магнитный поток машины

При отсутствии насыщения поперечная
реакция якоря вызывает лишь искажение
кривой поля в зазоре, однако поток одного
полюса остается неизменным. Но при
наличии насыщения уменьшение потока на
том краю полюса, где поля вычитаются, будет
больше, чем увеличение на том краю полюса,
где поля складываются. Это объясняется тем,
что насыщение сильнее там, где сильнее
результирующее поле.

22.

Вследствие этого под влиянием
поперечной реакции якоря всегда
вызывает некоторое уменьшение потока
полюсов, и в этом смысле говорят, что
поперечная реакция якоря действует
размагничивающим образом.

23. 5.3. Напряжение между коллекторными пластинами и компенсационная обмотка

Реакция якоря в определенных условиях
может вызвать нежелательные по своим
последствиям явления.
К числу таких явлений относится
увеличение напряжения между
коллекторными пластинами вследствие
искажения поля под воздействием
поперечной реакции якоря.

24.

Эффективным средством борьбы с
искажением кривой поля и увеличением
напряжения между коллекторными
пластинами является применение
компенсационной обмотки.
Она размещается в пазах, выштампованных в
полюсных наконечниках, так, чтобы
направления токов в этой обмотки и обмотке
якоря в пределах одного полюсного деления
были противоположны.

25. ГЛАВА ШЕСТАЯ КОММУТАЦИЯ

6.1. Природа щеточного контакта
Как уже отмечалось, коммутацией называется
процесс переключения секций обмотки из одной
параллельной ветви в другую и изменения
направления тока в них на обратное.
Во время коммутации секции замыкаются
накоротко щетками, через которые ток из якоря
передается во внешнюю цепь или из внешней цепи в
якорь. Явления в щеточном контакте, т.е. между
щетками и коллекторными пластинами оказывают
большое влияние на коммутацию и на исправную
работу машины.

26.

Передача тока от щетки к коллектору и
обратно осуществляется через:
1. непосредственный контакт между щеткой и
коллектором;
2. мельчайшие частицы медной и графитной
пыли;
3. ионизированные воздушные щели между
щеткой и коллектором.

27.

Соответственно говорят о зонах:
1. непосредственного контакта,
2. пылевидного контакта,
3. ионной проводимости.

28. 6.2. Искрения на коллекторе

Причины искрения. С практической
точки зрения важно, чтобы коммутация
проходила без значительного искрения у
контактной поверхности щеток, т.к. сильное
искрение портит поверхность коллектора и
щеток и делает длительную работу машины
невозможной.
Все причины искрения на щетках можно
подразделить на механические и
электромагнитные.

29.

1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
Механические причины искрения большей частью
связаны с нарушением контакта между щетками и
коллектором. Такие нарушения вызываются:
неровностью поверхности коллектора
плохой пришлифовкой щеток к коллектору
боем коллектора
выступанием слюды между коллекторными
пластинами
заеданием щеток в щеткодержателях
вибрация щеток
выступанием отдельных коллекторных пластин.

30.

Электромагнитными причины
искрения на щетках связаны с
характером протекания
электромагнитных процессов в
коммутируемых секциях.

31.

Степень искрения. Качество коммутации
оценивается степенью искрения (классом
коммутации) под сбегающим краем щетки, т.е.
Под тем краем, из-за которого пластины
коллектора выходят при своем вращении.
Степени искрения: 1,1 1 ,1 1 допускаются при
2
любом режиме работы.4Степени
искрения 2,3
допускаются только при кратковременных
толчках нагрузки и перегрузки.

32.

Потенциальное искрение. В определенных
условиях возникают искровые разряды между
отдельными коллекторными пластинами на
свободной поверхности коллектора, не занятой
щетками. Такое искрение называется
потенциальным. Оно вызывается либо накоплением
угольной пыли и грязи в канавках между соседними
коллекторными пластинами, либо возникновением
чрезмерных напряжений между соседними
пластинами. Это искрение опасно тем, что оно
способно развиться в к.з. Между пластинами и в т.н.
круговой огонь.

33.

Круговой огонь представляет собой короткое
замыкание якоря машины через электрическую дугу
на поверхности коллектора.
Круговой огонь возникает в результате
чрезвычайно сильного расстройства коммутации,
когда под сбегающим краем щетки появляются
сильные искры и электрические дуги.
Круговой огонь возникает обычно при больших
толчках тока якоря (значительные перегрузки, к.з. На
зажимах якоря или в сети).

34.

Действительной мерой против
возникновения кругового огня является
применение компенсационной
обмотки, а также быстродействующих
выключателей, отключающих к.з. в
течение 0,05 -0,10 с.

35. 6.3. Процесс коммутации

Процесс коммутации протекает
быстро и по отношению к внешней цепи
машины является периодическим
процессом с частотой порядка 10003000 Гц.
Различают прямолинейную и
криволинейную коммутации.

36.

Линейная зависимость изменения тока в
коммутируемых секция от времени I = f(t)
называют прямолинейной коммутацией
(рис.6.1а). При такой коммутации плотность
тока под всей щеткой на протяжении всего
времени коммутации неизменна. Такой
случай коммутации является теоретически
идеальным.
При криволинейной коммутации
зависимость I = f(t) нелинейна.

37.

i
+ia
i2
а
t
-ia
i1
i
Tк t
Tк - t
i
+ia
б
-ia
Tк t
Рис. 6.1

38. 6.4. Способы улучшения коммутации

Для создания хороших условий
коммутации необходимо прежде всего
обеспечить состояние коллектора и
щеточного аппарата, чтобы устранить
механические причины искрения.
Основным способом улучшения
коммутации МПТ является создание
коммутирующего магнитного поля с
помощью добавочных полюсов.

39.

N
+
+
s
N
s
Рис. 6.3.

40.

Эффективной мерой улучшения
коммутации при резко переменной
нагрузке является применение
компенсационной обмотки, которая
предотвращает опасность
возникновения кругового огня, а также
улучшает условия действия добавочных
полюсов.