Вариант заданий выбрать из таблицы 1

(задание выбирается по последней цифре варианта)

Таблица 1

2. Предварительная подготовка

При подготовке к выполнению контрольной работы необходимо тщательно изучить материал по рекомендуемой литературе.

В практической работе необходимо рассчитать обмотку якоря машины постоянного тока и начертить ее развернутую схему. Основным элементом обмотки якоря является секция, состоящая из одного или нескольких витков. Активные стороны секций укладываются в пазы сердечника якоря: одна – в верхний слой, другая – в нижний. Начало и конец каждой секции соединяется с коллектором. Число коллекторных пластин между началом и концом секции называется шагом по коллектору и обозначается у_к.

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уложенных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.

Обмотки якорей машины постоянного тока изготовляют из изолированных медных проводов, а в машинах больших мощностей - из шин прямоугольного поперечного сечения; обмотки выполняются замкнутыми.
Обмотка якоря состоит из секций. Секция – это часть обмотки, заключенная между двумя соседними коллекторными пластинами.

Секции бывают по форме: петлевая, волновая, комбинированная.

РисФормы якорных катушек при петлевой (а) и волновой (б) обмотках при одновитковых секциях:

1, 4-пазовые части; 2, 5 —лобовые части; 5 —задняя головка; 6 —концы секций, припаиваемые к коллектору

Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюсного деления.

- диаметр сердечника якоря, мм.

Обмотки якоря обычно выполняю двухслойными. Они характеризуются следующими параметрами:

числом секций S;

числом пазов Z;

числом секций, приходящихся на один паз ;

числом витков секции ω_с;

числом пазовых сторон в обмотке N;

числом пазовых сторон в одном пазу ;

Секции следуют друг за другом по ходу обмотки. Каждая коллекторная пластина соединяется с двумя активными сторонами обмотки, поэтому число пластин в коллекторе равно числу секций.

Рис. 1 Петлевая обмотка

Рис. 2 Волновая обмотка

Число пазов, пропущенных между началами 2-х секций, следующих друг за другом по ходу обмотки, называется результирующим шагом обмотки. Результирующих шаг состоит из 2-х частичных шагов.

у₁ - первый частичный шаг (ширина секции) - число пазов, расположенных между началом и концом одной секции.

у₂ - второй частичный шаг - число пазов, расположенных между концом одной секции и началом следующей секции.

у – результирующий шаг – число пазов между начальными сторонами двух последовательно соединенных секций.

У петлевой обмотки результирующий шаг равен разности частичных шагов, а у волновой обмотки – сумме частичных шагов.

у_к - шаг по коллектору – это число коллекторных пластин между началом и концом одной секции по ходу обмотки.

Шаг по коллектору всегда равен шагу результирующей обмотки.

При изготовлении обмотки из шин прямоугольного поперечного сечения (стержней) каждая секция может состоять из двух активных проводов (одновитковая секция). Из изолированного медного провода секции обмоток изготовляют в виде катушек с определенным числом витков (многовитковые секции).
В машинах постоянного тока наиболее широкое применение находят двухслойные обмотки, у которых в пазах якоря активные части секций размещаются в два слоя.
Каждая секция обмотки состоит из двух активных сторон, отстоящих друг от друга на расстоянии, близком к полюсному делению , т. е. расстоянию между осями соседних разноизменных полюсов.
При таком расстоянии между активными проводниками (шаге обмотки) эдс, индуктированные в этих проводниках, будут направлены в одну сторону и эдс секции будет иметь наибольшее значение, так как эдс ее активных сторон складываются (изо).
Одна активная часть секции находится в верхнем слое паза, другая - в нижнем.
При изображении развернутых схем обмоток активные стороны, лежащие в верхнем слое паза, изображаются сплошной линией, а стороны нижнего слоя - прерывистой. Концы секции соединяются как с другими секциями обмотки, так и с коллекторными пластинами.
Секции, образующие обмотки, соединяются между собой так, чтобы индуктированные в них эдс были направлены согласно, т. е. в одну сторону. Для этого начальные (конечные) проводники последовательно соединенных секций должны находиться в любой момент под полюсами одинаковой полярности.
В зависимости от порядка соединения секций друг с другом обмотки могут быть параллельными (петлевыми) и последовательными (волновыми).

Рис. 3 Секция простой параллельной обмотки: а — одновитковой, б — ноговитковой

На рис. показана (толстой синей линией) одновитковая (а) и многовитковая (б) секции параллельной обмотки, состоящие из активной части верхнего слоя паза 1 и нижнего слоя паза 1 + y₁.
В этих обмотках последовательно соединяются между собой секции начальные (конечные), активные стороны которых находятся под одним полюсом в расположенных рядом пазах.
Таким образом, концы секции параллельной обмотки присоединяются к двум соседним коллекторным пластинам (1' и 2'), причем в многовитковых секциях к пластине 1' подключается начало первого витка, а к пластине 2'- конец последнего витка, соединяемый с началом следующей секции.
Любая коллекторная пластина (например, 1') соединяется с двумя активными проводами, в каждом из которых проходит ток одной параллельной ветви обмотки iятак что между двумя щетками различной полярности обмотка образует две параллельные ветви.
При параллельных обмотках число щеток должно быть всегда равно числу полюсов 2p и, следовательно, число параллельных ветвей 2а в этих обмотках равно числу полюсов,
т. е. 2а = 2р (а = р).
При большом числе полюсов параллельная обмотка образует много параллельных ветвей, что дает возможность понизить ток в одной ветви и уменьшает поперечное сечение провода обмотки.
В последовательных обмотках начальные (конечные) активные провода секций находятся под различными полюсами одинаковой полярности (следующее изо).
Активные стороны первой секции находятся под полюсами N1 и S1.
Активные стороны второй секции, последовательно соединенной с первой, находятся под полюсами N2иS2, третьей секции — под полюсами N3иS3 и т. д.
После включения всех секций по окружности якоря соединяется верхний проводник
парыn - 1, лежащей рядом (обычно слева) с проводником пары n, от которого начали обход обмотки.
Последовательно с верхним проводником пары n - 1 включаем проводники, лежащие под полюсами S1, N2, S2 и т. д., по окружности якоря, и заканчиваем проводником, лежащим рядом с проводником n - 1.
Затем вновь соединяем пары проводников, находящиеся под различными полюсами по окружности якоря и т. д., пока все проводники не окажутся включенными в замкнутую цепь.

Рис. 4Развернутая схема двух секций простой последовательной обмотки:
а- одновитковой,б– многовитковой.

Вне зависимости от числа полюсов простая последовательная обмотка образует две параллельные ветви, т. е. 2а = 2. Поэтому при любом числе полюсов машина может иметь только две щетки, если обмотка якоря последовательная, причем эти щетки должны помещаться на расстоянии 1/2рчасти окружности коллектора.
Например, при р = 2 расстояние между щетками должно быть равно четверти окружности коллектора. Это дает возможность делать доступной для осмотра не всю окружность коллектора, а только ее часть.
Наличие только двух параллельных ветвей свидетельствует о том, что в каждой ветви последовательно соединяется большое число активных проводов и эдс машины может иметь большое значение. Поэтому последовательные обмотки находят применение для машин высокого напряжения.

3. Типовой пример расчета

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.

Обмотка якоря характеризуется также вторым частичным шагом и результирующим шагом по якорю .

В простой петлевой обмотке:

причем,

В простой волновой обмотке:

Шаг по коллектору подсчитывается по формуле:

где К – число коллекторных пластин.

В простой петлевой обмотках:

где S – число секций обмотки.

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

Ширина полюса без учета зазора определяется по формуле:

Ширина полюса с учетом зазора определяется выражением:

Воздушный зазор между полюсами определяется по формуле:

После выполнению расчета необходимо на листе миллиметровой бумаги выполнить построение развертки обмотки якоря.

4. Контрольные вопросы

1. Какими параметрами характеризуется обмотка якоря?

1. В чем принципиальное различие между петлевыми и волновыми обмотками?

2. Чем сложные обмотки якоря отличаются от простых?

3. Какими соображениями руководствуются при выборе типа обмотки якоря?

Критерии оценок