Курс теоретических лекций Электрические машины и трансформаторы. Лекции для курсов Электрические машины и аппараты
 Скачать 3.55 Mb.
|
Лекция 3Электрические схемы обмоток и реакции происходящие в машинах постоянного тока.Виды соединений обмоток Магнитная цепь машины постоянного тока Коммутация в машинах постоянного тока. Виды соединений обмотокПростая петлевая обмотка Простой петлевой (параллельной) обмоткойякоря называют обмотку, у которой концы каждой секции присоединены к двум рядом лежащим коллекторным пластинам (рис. 9.1.).  Рис.9.1. Развернутая схема простой петлевой обмотки. На рисунке: Н – начало провода К – конец провода y – результирующий шаг обмотки y1 – частичный шаг обмотки y2 – второй частичный шаг обмотки ф – полюсное деление yк – шаг по коллектору  Рис.9.2. Развернутая схема простой петлевой обмотки 2р=4; S=K=16 Простая волновая обмотка. Простая волновая (последовательная) обмотка получается при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов. (рис. 9.3.).  Рис.9.3. Схема построения простой волновой обмотки якоря. Концы секций волновой обмотки присоединены к коллекторным пластинам, удаленным друг от друга на расстоянии шага обмотки по коллектору   Рис. 9.4. Развернутая схема волновой обмотки с «мертвой» секцией . В простой волновой обмотке шаг по коллектору должен быть обязательно равен целому числу. Если это условие не выполняется, то уменьшают число элементарных пазов путем неприсоединения одной секции к коллектору. Такую секцию называют «мертвой» секцией. 9.3. Обмотка смешанного типа В  машинах постоянного тока большой мощности иногда применяют смешанную (лягушечью) обмотку якоря, представляющую собой сочетание простой петлевой и сложной волновой обмоток, расположенных в одних пазах якоря в четыре слоя и присоединенных к общему коллектору. Рис. 9.5. Обмотка смешанного типа Магнитная цепь машины постоянного токаРаспределение магнитного потока в электрической машине постоянного тока. Намагничивающая сила обмотки возбуждения машины постоянного тока создает магнитное поле, магнитные линии которого замыкаются через участки машины, образующие ее магнитную систему. На поперечном разрезе машины (рис.10.1) показан путь магнитного потока.  Рис.10.1. Магнитная цепь машины постоянного тока. Весь магнитный поток Фп полюса делится на две неравные части. Большая часть—основной магнитный поток Фδ проникает через воздушный зазор в якорь и разветвляется в его сердечнике, подходит к соседним полюсам и замыкается через ярмо. Под основным магнитным потокоммашины постоянного тока понимают поток в зазоре Фδ на площади, соответствующей одному полюсному делениюτ, при холостом ходе машины. Меньшая часть потока рассеяния Фσ замыкается между полюсами, минуя якорь. Тогда магнитный поток полюса  где:  — коэффициент рассеяния основных полюсов. Для машин постоянного тока kу=1,124-1,25. Коммутация в машинах постоянного тока.11.1. Реакция якоря Когда машина работает в режиме холостого хода (х. х.), т. е. при отсутствии тока в обмотке якоря, единственным источником магнитного поля в машине является намагничивающая сила обмотки возбуждения, создающая основной поток Ф. (рис. 11.1),  Рис.11.1. Магнитное поле полюсов при холостом ходе При нагрузке электрической машины, когда возникает ток в цепи якоря, кроме основного магнитного потока, существуют магнитные поля обмоток цепи якоря. (рис. 11.2),  Рис.11.2. Магнитное поле якоря Поэтому магнитный поток в воздушном зазоре и пространственное распределение магнитного поля при нагрузке машины будут определяться совместным действием намагничивающей силы полюсов и цепи якоря. Р  ис.11.3. Результирующее магнитное поле машины, работающей под нагрузкойТаким образом, магнитный поток, который существует в машине при работе ее под нагрузкой, следует рассматривать как результирующий поток, созданный результирующей намагничивающей силы. (рис. 11.3), Воздействие намагничивающей силы якоря на намагничивающую силу основных полюсов называют реакцией якоря. Физической нейтральюназывают прямую, проходящую через центр, и точки на окружности якоря с нулевой магнитной индукцией, т. е. прямую, перпендикулярную оси результирующего магнитного поля.Для получения удовлетворительной работы щеток (без искрения) в машинах без дополнительных полюсов щетки приходится сдвигать с геометрической нейтрали в том же направлении на уголα, являющийся несколько большим углаβ. Сущность процесса коммутации Коммутациейназывают совокупность явлений, связанных с изменением тока в проводниках обмотки якоря при переходе секций из одной параллельной ветви в другую при замыкании этих секций щетками. Процесс коммутации имеет очень большое значение в теории электрических машин постоянного тока, так как искрение, имеющее место на коллекторе этих машин, большей частью происходит вследствие неправильного протекания этого процесса.  Рис.11.4. Процесс коммутации При направлении вращения якоря по часовой стрелке левый край щетки называют набегающим,а правый — сбегающим.(рис.11.4.)Как только щетка войдет в контакт с коллекторной пластиной , коммутируемая секция окажется замкнутой накоротко щеткой и ток в ней постепенно начнет уменьшаться. Так как площадь соприкосновения пластины 1со щеткой больше и потому сопротивление контакта между щеткой и коллекторной пластиной 1 меньше. Когда же контактная поверхность щетки равномерно перекроет обе коллекторные пластины, ток в коммутируемой секции станет равным нулю. Для последующего момента времени токи в соединительных проводах примут значения противоположные значения. Так как площадь соприкосновения пластины 2со щеткой становится больше и потому сопротивление контакта между щеткой и коллекторной пластиной 2 становится меньше. В конце коммутации щетка будет полностью касаться коллекторной пластины 2 и коммутируемая секция уже не будет замкнута накоротко. Таким образом, за время перехода щетки с коллекторной пластины1на пластину 2 произошло изменение тока в коммутируемой секции от +Iя до 0 и от 0 до – Iя. Указанное изменение тока происходит очень быстро: 0,0003—0,001 с. Коммутационные процессы приводят к искрению щеток и даже к возникновению кругового огня по поверхности коллектора. Для уменьшения искрения щеток изучаются причины искрения и принимаются меры для исключения этих причин. Причины искрения щеток Степень искрения на коллекторе оценивается по шкале искрения (классам коммутации), приведенной в табл. 11.1. Степень искрения коллекторных машин указывают в стандартах на отдельные виды машин, а при отсутствии стандартов—в технических условиях (ТУ) на эти машины. Если степень искрения машин не оговорена, то она при нормальном режиме работы машины должна быть не выше  .табл. 11.1.
а) Механические причины искрения щеток. Они обусловлены неровностью поверхности коллектора, выступанием слюдяных изолирующих прокладок между пластинами коллектора, вибрацией щеточного устройства, неправильным расположением и неравномерным давлением щеток и др. б) Причины потенциального характера. Испытания показали, что коммутация проходит нормально, если максимальное значение напряжения между коллекторными пластинами 25…35 В для машин большой и средней .мощности и 50…60 В для машин малой мощности. Если это напряжение выходит за указанные пределы, то между соседними пластинами появляется искрение или даже дуга. в) Причины электромагнитного характера Обусловлены величиной запаса электромагнитной энергии коммутируемой секции в момент ее размыкания. Разряд электромагнитной энергии и является причиной искрения. Сильное искрение может перейти в круговой огонь на коллекторе, что приводит к повреждению щеточно-коллекторного устройства машины. 11.4. Средства улучшения коммутации. С целью улучшения коммутации и уменьшения искрения щеток в машинах постоянного тока используют следующие средства: применяют добавочные полюсы (рис. 11.5). Добавочные полюса помогают компенсировать размагничивающее и искажающее действие поперечной реакции якоря в зоне между главными полюсами. При этом щетки устанавливают линиям геометрических нейтралей и оставляют в этом положении при всех нагрузках.  Рис.11.5. Установка добавочных полюсов в двухполюсной машине В машинах без добавочных полюсов сдвигают щетки с геометрической нейтрали на определенный угол. (рис. 11.6.).Для создания хорошей коммутации необходимо сдвигать щетки с геометрической нейтрали по направлению вращения якоря в генераторном режиме и против направления вращении в режиме двигателя. Недостаток рассмотренного метода в том, что коммутирующее поле не изменяется автоматически пропорционально току якоря, и наилучшие условия коммутации получаются лишь при определенной нагрузке машины. При других нагрузках условия коммутации получаются менее благоприятными. Осуществить автоматическое изменение сдвига щеток при изменениях нагрузки практически невозможно.  Рис.11.5. Сдвиг щеток для улучшения коммутации. Подбор щеток с соответствующими характеристиками. При выборе марки щеток часто приходится находить компромиссное решение взаимно противоречивых требований. Например, с точки зрения улучшения коммутации выгодно выбирать твердые сорта щеток. Однако это приводит к повышенному износу коллектора и к увеличению размеров всего щеточного аппарата и коллектора вследствие меньшей допустимой плотности тока этих сортов щеток. В настоящее время в машинах обычного исполнении широко применяют графитные щетки, в машинах с более тяжелым режимом работы — угольно - графитные и электро - графитные, в низковольтных машинах— медно- или бронзо - графитные. Применяют компенсационную обмотку (рис. 11.6). В пазу полюсных наконечников укладывают изолированные проводники, которые соединяют так, что они образуют обмотку с магнитной осью, совпадающей с геометрической нейтралью. Компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря. |
