Анализ работы щеточного токосъема



Во вращающейся обмотке якоря машины постоянного тока ин­дуктируется переменная ЭДС, и для ее выпрямления необходим кол­лектор.

Процесс выпрямления ЭДС в машине постоянного тока удобно проследить на простейшем примере генератора постоянного тока (рис. 13.9, а), в котором нет ферромагнитного сердечника якоря, магнитное поле главных полюсов однородное с индукциейBQlа об­мотка якоря представляет собой два одинаковых витка 1 и 2 площа­дьюSкаждый, расположенных во взаимно перпендикулярных плос­костях и подключенных к коллектору.

При вращении витков 1 и 2 с угловой скоростью ш по направле­нию движения часовой стрелки в них индуктируются ЭДС, поло­
жительные направления которых определяются правилом буравчи­ка (см. рис. 2.5, 5), а значение по (2.15)

ег = — d^x/dt =Emcos{jjt, ^ = —d$2/dt =Emsmwt,

где Фх =       и Ф2 = Фуcosuj£ — нормальные к плоскостям вит­

ков 1 и 2 составляющие главного магнитного потока Ф0 =B0S.

Так как виток 1 подключен к пластинам 1 и 3, а виток 2 — к плас­тинам 2 и 4 коллектора, то при отключенной нагрузке, т. е. в режиме холостого хода, между этими пластинами будут напряжения

ui3 — ei — Emcos<jjt; u24— e2— Emsm<jjt.

При вращении выводы генератора подключаются к виткам 1 и 2 через неподвижные щетки, расположенные в вертикальной плоско­сти, и коллектор так, что за один оборот коллектора его пластины 3,4, 1,2,3 последовательно контактируют с щеткой а, а пластины 1,2,4, У — с щеткой Ь. Следовательно, напряжение между щетками а и Ь, т. е. напряжение генератора постоянного тока, будет изменяться в соот­ветствии с временной последовательностью их контактирования с пластинами коллектора:uab= щьuab= иАЪuab= uls, uab= u24, = = fz31(pHC. 13.9, б, сплошная тонкая линия), где щг = =-Emcosut, щ2 = = —Emsmujt.

I * IS I t I B0 ^^

It

'2tv

♦ ♦ »N4 ♦ ♦

Щ2 1Щз щ* Uab

в

Рис. 13.9

^42 /^13 ^24 W31Uab

б

я

Если изменить направление вращения витков и коллектора, то, во-первых, изменится знак нормальной составляющей главного магнитного потока к плоскости витка /, т.е. Фх = Ф08ти;$, а следова­тельно, и знак ЭДС, индуктируемой им в этом витке, ех = d9x/dt = = -#mcosu)£; во-вторых, за один оборот коллектора с щеткой а бу­дут последовательно контактировать пластины j?, 2, У, 4,3, а с щет­кой Ъ — пластины 1,4,2,1В соответствии с временной последова­тельностью контактирования коллектора с щетками будет изменять­ся и напряжение генератора постоянного тока: иаЬ = щьuab= u24, Uab = Щз,uab=u42, uab= = (рис. 13.9, б, штриховая линия), где ^13 =е1 = -Emcosut; Из! = -и13 = £mcosu>£; г/24 = = 2?msinurt; w42= —м24 — —Emsm<jjt.


Применение ферромагнитного якоря и\\ S\\, HNH полюсных наконечников позволяет получать равномерное распределение индукции Вв воздушном зазоре 6 машины (рис. 13.10) и та­ким образом уменьшать пульсацию напряже­ния генератора. Если витки 1 и 2 генератора постоянного тока (см. рис. 13.9, а) располо­жить в пазах якоря, вращающегося в магнит­ном поле главных полюсов с полюсными на­конечниками, то напряжение генератора (см. рис. 13.9, в)меньше пульсирует, чем при вращении этих витков в однородном магнит­ном поле (рис. 13.9, б).

Если число пар полюсов машины р больше 1, как на рис. 13.9 и 13.10, то соответственно должно быть увеличено и число щеток, что­бы соединять между собой параллельные ветви обмотки якоря.

Для упрощения рисунков, поясняющих работу машины, будем в дальнейшем пользоваться видом торцевого сечения ее якоря и глав­ных полюсов со стороны, противоположной коллектору при враще­нии якоря генератора по направлению движения часовой стрелки. На рис. 13.11, апоказано такое изображение четырехполюсного= 2) генератора постоянного тока, в котором две одновитковые обмотки 1 и 2 соединены между собой параллельно.

\ I      I

-В \|     |

____ \j______ I

Индуктируемые в витках 1 и 2 одинаковые переменные ЭДС (ei — е2) изменяются с угловой частотой 2и; и выпрямляются с по­мощью коллектора (рис. 13.11, б).

В генераторе щетки и коллектор необходимы для выпрямления переменной ЭДС витков обмотки якоря. В двигателе коллектор и щетки обеспечивают непрерывность вращения якоря. Во всех про­водах параллельных ветвей обмотки якоря ток один и тот же:I = IJ 2 а, где а — число пар параллельных ветвей. Если на все эти провода действует электромагнитная сила одного и того же направления, то двигатель развивает наибольший вращающий момент. Когда же про-


 

б

вод переходит из области одного полюса в область другого, то одно­временно щетки и коллектор производят переключение в нем на­правления тока, так что сохраняется неизменным направление вра­щающего момента.

Обмотки барабанного якоря

Провода, уложенные в пазах якоря, должны быть соединены меж­ду собой наиболее целесообразным образом, чтобы образовать об­мотку якоря машины.

В современных машинах постоянного тока в большинстве случа­ев применяется барабанный якорь. Барабанный якорь представляет собой цилиндр (см. рис. 13.3), собранный из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Каждый из витков обмот­ки барабанного якоря должен иметь ширину, близкую к ширине по­люсного деления т, т. е. длине дуги под полюсом, стягивающей цен­тральный угол 360°/2р, для того чтобы ЭДС, индуктируемые в двух сторонах витка, складывались. Укороченный шаг намотки прини­мается для уменьшения лобовых частей.

Вместо одного витка в пазы обычно закладывается многовитко- вая секция (рис. 13.12, б). Возможны два основных способа соеди­нения отдельных секций в обмотку.

Чтобы присоединить следующую секцию обмотки, можно вер­нуться под исходный полюс (рис. 13.12, а)\ таким образом, при по­ступательно-возвратном движении вдоль окружности якоря выпол­няется простая петлевая обмотка, называемая также параллельной обмоткой. На схемах обмотки показываются не отдельные витки, а только стороны секций. Щетки делят на петлевую обмотку на столько параллельных ветвей а, сколько полюсов р имеет машина, т.е. при петлевой обмотке а = р. Простую петлевую обмотку имеют двухполюсные машины малой мощности (до 1 кВт) и машины мощ­ностью свыше 500 кВт.

Л

й i

Ш il

ш

шш

Ж

¥

Рис. 13.12

Другой способ образования обмотки машины постоянного тока — это соеди­нение между собой секций (рис. 13.13, б), лежащих под следующими по окружно­сти якоря полюсами, выполняемое при поступательном движении вдоль ок­ружности якоря (рис. 13.13, а). Так вы­полняется простая волновая обмотка, называемая также последовательной. Число параллельных ветвей при волно­вой обмотке равно двум (2а = 2) неза­висимо от числа полюсов машины. Что­бы замкнуть волновую обмотку, т.е.

включить в нее все секции обмотки, нужно несколько раз обойти окружность якоря, а петлевая обмотка замыкается после одного об­хода якоря. Простая волновая обмотка применяется для машин ма­лой и средней мощности (до 500 кВт) при напряжении 110 В и выше.

Множественные обмотки получаются путем укладки на якоре т простых обмоток; число параллельных ветвей при этом увеличивается в т раз. Такие обмотки применяются в машинах большой мощности.


Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 153;