Простая волновая обмотка и ее свойства

Составим схему простой волновой обмотки с теми же самыми данными, для которых была составлена схема простой петлевой обмотки в 2.4, а именно: = = K =15; 2 =4. Порядок составления схемы такой же, как и для простой петлевой обмотки. Преждевсего, проверяем возможность выполнения волновой обмотки с перечисленными данными, т.е. вычисляем шаг обмотки по коллектору = = =7 или 8. Так как является целым числом, то обмотка выполнима.Выбираем левоходовую обмотку с шагом =7. Далее выполняем расчет остальных шагов обмотки. Первый частичный шаг = = = =3 или 4. Выбираем обмотку с укороченным шагом =3.

Результирующий шаг обмотки по якорю для любой обмотки = , и тогда = 7. Второй частичный шаг по выражению (2.11): = 7 – 3 = 4.

По этим данным составляем развернутую схему обмотки, которая представлена на рис. 2.9.

Чтобы упростить процедуру составления схемы простой волновой обмотки и исключить возможные ошибки в соединениях между секциями при переходе через правую границу схемы обмотки, предварительно составляется числовой ряд:

Числа в первой строке этого ряда указывают номера пазов, в которых расположеныначальные активные стороны секций, соединенных последовательно и находящихся друг относительно друга на расстоянии результирующего шага (т.е. эти числа представляют собой номера последовательно соединяемых секций). Числа во второй строке ряда указывают номера пазов, в которых расположены конечные активные стороны этих секций (для удобства номера этих пазов помечены штрихами, так как имеются в виду вертикальные пунктирные линии, изображенные на развернутой схеме рядом со сплошными линиями, условно обозначающими пазы). А числа в каждомвертикальном ряду представляют собой номера пазов, в которых расположены начальная (верхний ряд) и конечная (нижний ряд) активные стороны одной секции. Порядок формирования членов ряда указан стрелками. Пользуясь таким рядом, можно достаточно просто и без ошибок составить развернутую схему простой волновой обмотки.

Рис. 2.9

Всего ряд содержит 15 столбцов по числу секций обмотки якоря, и последней в верхней строке является секция 9. После укладки в пазы якоря этой последней секции ее конечная активнаясторона, расположенная в пазу 12', соединяется через коллекторную пластину 1 с начальной активнойстороной секции 1. Следовательно, простая волноваяобмотка, как и простая петлевая, образует замкнутый контур.

Составление схемы обмоткиначинаем с паза 1, в котором размещаем начальную активную сторону секции 1, а ее конечная активная сторона располагается в соответствии с первым частичнымшагом = 3 в пазу 4. Строим верхнююлобовую часть секции 1. Следующаясекция обмотки, которая соединяется последовательно с секцией 1, смещена по якорю относительно паза 1 на величину результирующего шага = 7 и размещается в пазах 8 и 11. Конечнаяактивная сторона секции 1, расположенная в пазу 4, соединяется через коллекторную пластину 8 с начальной активной стороной секции 8 симметричной перемычкой. Конечнаяактивная сторона секции 8, расположенная в пазу 11, соединяется с коллекторной пластиной 15, расположенной слева отпластины 1, соединенной с началом секции 1. Таким образом, выполнен первый обход якоря и коллектора.

Продолжение составления схемы этой обмотки выполняется в соответствии с представленным выше числовым рядом.

Вычисляем полюсный шаг в зубцах = /2 = 15/4=3 и на развернутой схеме размещаем с интервалом друг относительно друга. Так как якорь вместе с обмоткой перемещается относительно неподвижных полюсов, то для удобства выберем такой момент времени взаимного расположения движущегося якоря и неподвижных полюсов, когда один из полюсов, например, левый северный размещается симметрично относительно секции 2, т.е. оси секции 2 и полюса совпадают. Относительно этой оси размещаем первые две и затем с интервалом строим оставшиеся . Затем наносим контуры полюсов в виде прямоугольников с интервалом , полагая, что они размещаются над проводниками. Принимаем также,что обмотка перемещается слева направо со скоростью , ипо правилу правой руки определяем направление ЭДС в активных сторонах секций;насхемеуказываемэто направление стрелками. В проводниках, расположенных под северными полюсами, ЭДС направлена вверх, а в проводниках, находящихся под южными полюсами,– соответственно, вниз.

Рис. 2.10

Для удобства оценки свойств простой волновой обмотки составим на основании развернутой схемы обмотки (см. рис. 2.9) ее электрическую схему(рис. 2.10). Эта схема составлена в полном соответствии с развернутой схемой, и секции на ней соединены последовательно в том же порядке. При этомпредполагалось, что начало каждой секции находится слева от нее, если делать обход по часовой стрелке. Электрическая схема, как и развернутая схема, образует замкнутый контур.

Из электрической схемы видно, что простаяволновая обмотка (в отличие от петлевой) состоит только из двух участков (независимо от числа полюсов), в пределах каждого из которых последовательно соединенные секции имеют одинаковое направление ЭДС, и результирующие ЭДС этих участков находятся в противофазе. Каждый из этих участков состоит из секций, расположенных в данный момент времени под одноименными полюсами. Так, например, секции 9, 1, 8, 15, 7, 14, 6, 13 расположены под южными полюсами, а секции 5, 12, 4, 11, 3, 10, 2– под северными, что и обуславливает смену направления ЭДС в секциях этого участка.

В данном случае число участков обмотки с одинаковым направлением ЭДС равно 2 при 2р = 4. Если увеличим число секций обмотки якоря при фиксированном числе полюсов, то возрастет число секций, приходящихся напару полюсови, следовательно,увеличитсядлинакаждого участка из секций с одинаковым направлением ЭДС, а число участков не изменится, так как участки будут образованы секциями, расположенными под одноименными полюсами.Если же при фиксированном числе увеличить число полюсов, то уменьшится число секций обмотки, приходящихся на один полюс, а общее число секций под одноименными полюсами сохранится. Таким образом, в простой волновой обмотке число участков обмотки, состоящих из секций с одинаковым направлением ЭДС, всегда равно двум, независимо от числа полюсов.

Как и в простой петлевой обмотке, в волновой обмотке щетки на коллекторе необходимо устанавливать на тех пластинах, относительно которых происходит смена направления ЭДС в секциях, присоединенных к этим пластинам. Из схемы на рис. 2.9 видно, что такие секции располагаются в зоне геометрических нейтралей слева и справа относительно каждой нейтрали, например, секции 9, 10, 2, 6 и 13,поэтому в общем случае каждую щетку необходимо размещать на коллекторе по линии геометрической нейтрали, которая на коллекторе смещена относительно геометрической нейтрали на якоре на половину полюсного деления при условии симметрии лобовых частей секций обмотки. Соответственно, щетки размещаются по оси главных полюсов. При таком условии между соседними щетками всегда будут находиться секции с одинаковым направлением ЭДС, а разность потенциалов между щетками будет максимально возможной.

На рис. 2.10 секции 9, 10, 2, 6 и 13 замкнуты накоротко через соответствующие щетки, а остальные секции образуют две параллельные ветви, каждая из которых состоит из пяти секций: 1, 8, 15, 7, 14 и 5, 12, 4, 11, 3.

Если на рис. 2.10 все щетки одновременно сместить с геометрических нейтралей в ту или другую сторону, то участки обмотки между щетками будут содержать секции с разным направлением ЭДС, а это приведет к уменьшению разности потенциалов между щетками.

Так как простая волновая обмотка имеет только две параллельные ветви 2а= 2, то чтобы снять ЭДС с этих ветвей, на коллекторе достаточно установить две любые разнополярные щетки. Но если принять ширину каждой щетки равной ширине коллекторной пластины, то для сохранения плотности тока в щетках придется увеличить аксиальную длину каждой щетки в два раза. Это приведет к увеличению длины коллектора, а следовательно, и общей длины машины (возрастает масса коллектора и машины и увеличиваются ее габариты и стоимость).

Поэтому в случае простой волновой обмотки, независимо от числа полюсов машины,на коллекторе всегда устанавливают полный комплект щеток , т.е. по числу пар полюсов, и тогда для простой волновой обмотки = 2р, как и для простой петлевой обмотки. Кроме того, установка полного комплектащетокобеспечиваетсимметрию обмотки, т.е.равенствоЭДС в параллельныхветвях,исключаятемсамым возможность появленияуравнительных токов.

Обозначим через ток одной параллельной ветви обмотки якоря и через – полный ток обмотки якоря. Тогда получим следующие соотношения: = 2а и = /2a = /2, так как в простой волновой обмотке число пар параллельных ветвей = 1.

Основные свойства простой волновой обмотки:

1. Последовательно соединенные секции располагаются по окружности якоря под одноименными полюсами друг относительно друга на расстоянии результирующего шага = ( )/p.

2. Концы каждой секции присоединяются к коллекторным пластинам, расстояние между серединами которых равно .

3. Число параллельных ветвей простой волновой обмотки якоря 2а = 2.

4. Число щеток на коллекторе = 2р.

Для получения тока более значительного, чем при простой волновой обмотке и при ограниченном числе пар полюсов, необходимо увеличить число параллельных ветвей волновой обмотки. С этой целью применяют сложные волновые обмотки. Сложная волновая обмотка образуется из нескольких простых волновых обмоток (обычно двух), уложенных на одном якоре.

Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке 2а = 2m, где m – число простых волновых обмоток, из которых составлена сложная волновая обмотка (обычно m = 2). Простые волновые обмотки, входящие в сложную, соединяются параллельно с помощью щеток, ширина которых =m , где – ширина коллекторного деления.

Шаги сложной волновой обмотки по якорю и коллектору определяютсявыражениями

; (2.12)

= = ; (2.13)

= – . (2.14)

Выражения(2.12) и (2.14), определяющиепервый ивторой частичныешаги сложной волновой обмотки,аналогичны соответствующим выражениям для простой волновой обмотки.

Из выражения (2.13) следует, что в сложной волновой обмотке после одного обхода якоря и, соответственно, коллектора приходимк коллекторнойпластине, находящейсяот исходной на расстоянии m коллекторных делений слева (–) или справа (+) от нее.