Уравнительные соединения I-го и II-го рода. В каких обмотках они применяются.

Условия симметрии обмотки якоря. Обмотку якоря назы­вают симметричной, если ее параллельные ветви обладают одина­ковыми электрическими свойствами: имеют одинаковые электри­ческие сопротивления и в них индуцируются одинаковые ЭДС. В несимметричной обмотке якоря ток якоря распределяется в парал­лельных ветвях неодинаково, что влечет за собой перегрузку од­них ветвей в недогрузку других. В результате растут электриче­ские потери в обмотке якоря, а полезная мощность машины уменьшается.

Первое условие. Каждая пара параллельных ветвей об­мотки должна состоять из одинакового числа секций. Это условие выполняется, если на каждую пару параллельных ветвей прихо­дится одинаковое число секций, т. е. отношение числа секций S к числу пар параллельных ветвей а обмотки якоря равно целому числу.

Второе условие. Секции каждой пары параллельных вет­вей должны занимать на якоре одинаковое число пазов: ц.ч.

Третье условие. Каждая пара параллельных ветвей об­мотки должна занимать одинаковое положение относительно сис­темы главных полюсов, что выполнимо при = ц. ч.

Уравнительные соединения. Даже при соблюдении всех ус­ловий симметрии обмоток ЭДС параллельных ветвей обмотки якоря в многополюсных машинах могут оказаться неодинаковы­ми. Причина этого — магнитная несимметрия, из-за нее магнит­ные потоки одноименных полюсов оказываются неодинаковыми. Происходит это из-за дефектов, возникающих при изготовлении машины: наличия раковин в отливке станины, некачественной сборки полюсов, неправильной центровки якоря, т. е. его перекоса, отчего воздушный зазор под полюсами становится неодинаковым.

Влияние магнитной несимметрии на работу машины зависит от типа обмотки якоря. В волновых обмотках секции каждой па­раллельной ветви равномерно распределены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная несимметрия не влечет за собой не­равенства ЭДС в параллельных ветвях, так как она одинаково влияет на все параллельные ветви обмотки.

В петлевых обмотках якоря секции, образующие параллель­ную ветвь, расположены под смежной парой полюсов. Поэтому при 2 > 2магнитная несимметрия становится причиной неравен­ства ЭДС параллельных ветвей, что ведет к появлению в обмотке якоря уравнительных токов.

Рисунок 3.1 - Уравнительные токи в параллельных ветвях

простой петле­вой обмотки якоря при магнитной несимметрии.

Неравномерная нагрузка параллельных ветвей ведет к перегреву обмотки и увеличению электрических потерь в ней. Пере­численные явления нарушают нормальную работу машины, на­пример, перегружаются некоторые щетки (в рассматриваемом случае — щетка ), что вызывает интенсивное искрение на коллекторе. Для уменьшения неравномерной нагрузки ще­ток в простых петлевых обмотках поступают следующим образом: точки обмотки якоря, потенциалы которых теоретически должны быть одинаковыми, электрически соединяют между собой. В этом случае возникающие в обмотке уравнительные токи замыкаются внутри обмотки без выхода на щетки.

Указанные соединения выполняют медными проводами и на­зывают уравнительными соединениями первого рода (уравните­лями). Практически доступными для соединения точками равного потенциала являются концы секций, присоединяемые к коллек­торным пластинам, или лобовые части обмотки со стороны, об­ратной коллектору.

Количество точек в обмотке, имеющих одинаковый потенци­ал, равно числу полюсов в машине. Расстояние между двумя со­седними точками равного потенциала называют потенциальным шагом . При расположении уравнительных соединений со сто­роны коллектора потенциальный шаг выражается числом коллек­торных делений: .

Полное число уравнителей первого рода, которое можно уста­новить в машине, равно .

В сложных петлевых и волновых обмотках простые обмотки, образующие сложную, соединены параллельно через щеточный контакт. Но обеспечить одинаковый контакт щеток со всеми про­стыми обмотками практически невозможно, поэтому ток между простыми обмотками распределяется неодинаково, что нарушает равномерное распределение потенциала по коллектору и можем вызвать на нем искрение. Для устранения этого нежелательного явления применяют уравнительные соединения (уравнители) вто­рого рода, спомощью которых простые обмотки, входящие в сложную, электрически соединяют между собой в точках равного потенциала. Таким образом, если уравнители первого рода устра­няют нежелательные последствия магнитной несимметрии, то уравнители второго рода устраняют неравномерность в рас­пределении потенциала по коллектору при сложных обмотках якоря.

На рис. 3.2 представлена схема сложной волновой обмотки с уравнителями второго рода, соединяющими точки равного потен­циала на лобовых частях обмотки со стороны, противоположной коллектору. Эти точки отстоят друг от друга на расстоянии потен­циального шага .

Секцию 2 соединяют с секцией 11, секцию 3 — с секцией 12 и т. д. (на схеме показаны лишь два уравнителя).

Таким образом, если в сложных волновых обмотках применяют лишь уравнители второго рода, то в сложных петлевых обмотках необхо­димы как уравнители первого, так и уравнители второго рода.

Рис. 3.2 - Уравнительные соединения

второго рода в сложной петлевой обмотке якоря

Задача 1.

Выберите тип обмотки и рассчитайте ее шаги. Обоснуйте свой выбор. Начертите развернутую схему и схему параллельных ветвей обмотки якоря машины постоянного тока.

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин	Вариант 7
Число пар полюсов, р
Число элементарных пазов,
Число секций,
Число коллекторных пластин,
Ток в якоре,

 

Решение.

Применение в машинах постоянного тока того или иного вида обмотки якоря обусловлено технико-экономическими требованиями, т. е. выбранный тип обмотки должен обеспечивать необходимую ЭДС при заданном токе и при этом следует стремиться к возможно полному заполнению медью проводников пазов якоря и, кроме того, машина должна иметь минимальную стоимость. Выбранный тип обмотки должен содержать как можно меньше пазовых проводников N, т. к. в противном случае значительная часть площади паза будет занята изоляцией этих проводников, что уменьшает магнитный поток Ф. Поэтому при выборе типа обмотки якоря следует отдавать предпочтение обмоткам с минимальным числом параллельных ветвей, например, простой волновой обмотке с числом параллельных ветвей 2а = 2.

К условиям, ограничивающим применение простой волновой обмотки, следует отнести предельное значение тока в параллельной ветви (300÷400 А) и среднее значение напряжения между смежными коллекторными пластинами, которое не должно превышать:

- для машин мощностью до 1 кВт – (25÷30) В,

- для машин мощностью более 1 кВт – 16 В.

Ток параллельной ветви должен ограничивается значением Ia=(300-350)А.

Ток параллельной ветви:

;

Выбирается простая волновая обмотка.

В простой волновой обмотке:

;

Шаг по коллектору подсчитывается по формуле:

;

где К – число коллекторных пластин.

;

Ширина секции оценивается первым частичным шагом у₁, который выражается числом элементарных пазов и определяется по формуле:

;

Z_э – число элементарных пазов якоря;

p – число пар полюсов машины;

- правильная дробь, на которую надо уменьшить или увеличить , чтобы выражался целым числом.

;

где S – число секций обмотки.

Обмотка якоря щетками, наложенными на коллектор, делится на части, называемые параллельными ветвями. Число параллельных ветвей в простой волновой обмотке: 2а = 2.

 

 

Ширина полюса без учета зазора определяется по формуле:

;

Ширина полюса с учетом зазора определяется выражением:

;

 

Рисунок 1 – Развернутая схема якорной обмотки.

 

Рисунок 2 – Схема параллельных ветвей обмотки якоря.

 

Задача 2.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением работает в номинальном режиме с мощностью Р ном при напряжении U_ном и токе Iном. Ток в обмотке возбуждения -- I_в, в обмотке якоря - I_а. Сопротивление обмотки возбуждения при t_хол = 20 °С - R_В 20°С, а обмотки якоря – Ra 20°С. ЭДС генератора- Е. КПД генератора - rном, а суммарные потери мощности в генераторе ∑ р.

По заданным в таблице 2 значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин	Вариант 7
Номинальная мощность,	-
Номинальное напряжение,
Номинальный ток,	23,4
Ток в обмотке возбуждения,	1,67
Ток в обмотке якоря,	-
Сопротивление обмотки возбуждения	-
Сопротивление обмотки якоря	0,46
ЭДС генератора,	-
КПД генератора,	0,86
Суммарные потери мощности в двигателе,	-
Рабочая температура,

 

Решение.

Сопротивление обмотки якоря, приведенное к рабочей температуре +75°С:

где - температурный коэффициент для меди;

- разность между рабочей температурой и начальной.

Рисунок 2 – Схема генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.

 

Номинальная мощность генератора:

;

Сопротивление обмотки возбуждения, при рабочей температуре:

;

Сопротивление обмотки возбуждения, при температуре +20°С:

;

Номинальный ток якоря:

;

ЭДС якоря генератора:

;

Мощность приводного двигателя:

;

Суммарные потери мощности:

;

 

 

Задача 3.

Трехфазный трансформатор имеет номинальную мощность S_HQM. номинальные (линейные) напряжения обмоток U_1ном и U_2ном - номинальные токи I_1ном и I_2ном и коэффициент трансформации k. В сердечнике трансформатора сечением Q создается магнитная индукция В_тах при частоте тока f=50Гц. Обе обмотки соединены в звезду. Числа витков первичной и вторичной обмоток – w₁ и w₂. ЭДС в обмотках (фазные величины) составляют Е1ф и Е2ф. По заданным в таблице 3 значениям величин определить все остальные, отмеченные в таблице прочерками.

Наименование, условное обозначение и единицы измерения величин	Вариант 7
Номинальная мощность трансформатора,	-
Номинальное первичное напряжение,	-
Номинальное вторичное напряжение,	0,4
Номинальный ток первичной обмотки,	60,7
Номинальный ток вторичной обмотки,
Коэффициент трансформации,	-
Сечение сердечника трансформатора,	-
Магнитная индукция,	1,45
Число витков первичной обмотки,	-
Число витков вторичной обмотки,	20,5
Фазная ЭДС первичной обмотки,	-
Фазная ЭДС вторичной обмотки,	-

 

Решение.

Рисунок 3 – Схема соединения обмоток трансформатора Y/Y.

 

 

Номинальное фазная ЭДС вторичной обмотки:

;

Номинальная мощность трансформатора:

;

Номинальное первичное напряжение:

;

Коэффициент трансформации:

;

Максимальное значение основного магнитного потока трансформатора:

;

Сечение стержня:

;

Число витков первичной обмотки трансформатора:

;

Фазная ЭДС первичной обмотки:

;

 

Список литературы.

 

1. Кацман М.М., Электрические машины. – М.: Издательство Академия, 2009.

2. Сборник задач по электрическим машинам 4-е изд. /Под ред.М Кацман М.М..: Издательский центр «Академия», 2008

3. Китаев В.Е.,.Корхов Ю.М,. Свирин В.К. Электрические машины. Часть 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. – М.: Высшая школа. 1978.

4. Пиотровский Л. М. Электрические машины. Энергия 1974.