lekcii

струм, що має такий же напрям, як і э.д.с. Цей напрям (від нас) вказаний хрестиком

В результаті взаємодії струму i в провіднику і поля виникне електромагнітна сила

Мал.

Правило правої руки.

Мал.

Правило лівої руки.

напрям якої визначається за правилом лівої руки (якщо B виражена у В з/см2, i — в амперах, l — в сантиметрах, то отримаємо силу FЭМ, у Вт з/см або в Дж/см; для отримання FЭМ в кілограмах потрібно праву частину (1-2) помножити на 10,2 і при B в гаусах — ще на 10-8).

Принцип дії генератора постійного струму На обмотку збудження подаємо постійну напругу. Оскільки обмотка має

опір, наводиться електричний струм. Струм, проходячи по витках обмотки збудження наводить МДС, яка наводить магнітний потік. Магнітний потік проходить від північного полюса до південного і замикаючись по станині повертається назад. Якщо обертати ротор іншим двигуном, що знаходиться на одному валу з генератором, то магнітний потік по черзі перетинати витки обмотки якоря і наводити в них ЭДС (за правилом правої руки). Якщо ланцюг обмотки якоря замкнутий, то ЭДС наведе електричний струм. У обмотці якоря він змінний а в зовнішньому ланцюзі постійний, тобто колектор є механічним випрямлячем. Провідники обмотки якоря із струмом знаходяться в магнітному полі і на них діють електромагнітні сили (за правилом лівої руки), які наводять електромагнітний момент. Електромагнітний момент в генераторі є гальмівним

Потужність, що віддається в зовнішній ланцюг таким генератором, може бути знайдена з рівняння напруги

U = Е - Іа rа,

11

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

де U — напруга на затисках якоря;

Іа rа, — падіння напруги в ланцюзі обмотки якоря

Контрольні питання

1.З яких основних частин складається статор генератор постійного

струму?

2.З яких основних частин складається ротор генератор постійного

струму?

3.Яка частина машини називається індуктором?

4.Яка частина машини називається якорем?

5.За рахунок чого змінний струм в обмотці якоря перетвориться в по-

стійний?

6.Поясніть правило правої руки

7.Поясніть правило лівої руки

8.На підставі якого закону заснований принцип дії генератора постійного струму?

9.Поясніть принцип дії генератора постійного струму

10.Чим є колектор в ГПТ, і який напрям має електромагнітний момент?

12

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Лекція 2 Тема: 1.1 Принцип дії двигуна постійного струму, принцип обо-

ротності

План

1.Принцип дії двигуна постійного струму

2.Принцип оборотності машин

Принцип дії двигуна постійного струму

На обмотку збудження подаємо постійну напругу. Оскільки обмотка має опір, наводиться електричний струм. Струм, проходячи по витках обмотки збудження наводить МДС, яка наводить магнітний потік. Магнітний потік проходить від північного полюса до південного і замикаючись по станині повертається назад.

На обмотку якоря подаємо постійну напругу. Оскільки обмотка має опір, наводиться електричний струм. У зовнішньому ланцюзі він постійний, а вобмотке якорі він змінний а, тобто колектор є інвертором.

Провідники обмотки якоря із струмом знаходяться в магнітному полі і на них діють електромагнітні сили (за правилом лівої руки), які наводять електромагнітний момент.

Мал. Правило правої руки. Мал. Правило лівої руки Під дією електромагнітного моменту ротор починає обертатися. Магніт-

ний потік по черзі перетинати витки обмотки якоря і наводити в них проти ЭДС (за правилом правої руки).

Основне рівняння роботи двигуна

U = Е + Іа rа,

де U — напруга на затисках якоря;

Іа rа, — падіння напруги в ланцюзі обмотки якоря

Приведені співвідношення показують, що електрична машина обратима,

13

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

т. е. може працювати і генератором і двигуном.

Принцип оборотності електричних машин був встановлений російським академіком Э. X. Ленцем в 1833 р. Він застосований до будь-якої електричної машини.

Таким чином, ми бачимо, що наявність магнітного поля і провідників, по яких проходить струм, є необхідною умовою для роботи будь-якої електричної машини. Для посилення магнітного поля застосовуються феромагнітні матеріали у вигляді сталей.

При роботі електричної машини відбувається відносне переміщення провідників і магнітного поля. Таке переміщення в звичайних машинах здійснюється шляхом обертального рух.

Режими роботи і номінальні величини Режим роботи електричної машини за умов, для яких машина призначені

заводом-виготівником, називається номінальним режимом роботи. Він характеризується величинами, вказаними на заводському щитку машини або трансформатора і званими номінальними.

Зазвичай електричні машини призначаються для номінального тривалого режиму роботи, при якому вони можуть працювати з перевищеннями температури їх окремих частин, що встановилися, над температурою повітря, що не перевершують що допускаються загальносоюзними стандартами.

Інші номінальні режими роботи — короткочасний і повторнокороткочасний — характерні головним чином для електричних машин, працюючих в умовах електричної тяги або обслуговуючих підйомні крани, ліфти, преси і т. п.

Нагрівання і охолодження Всяке перетворення енергії супроводжується втратами. У електричних

машинах втрати відносно невеликі, але від них залежать розміри машин, а не тільки їх коефіцієнт корисної дії (к.п.д.). Ці розміри розраховуються так, щоб тепло, що утворюється внаслідок втрат в сталі, в обмотках і на тертя, могло бути віддано довкіллю при деякому перевищенні температури нагрітих частин над температурою довкілля. Перевищення температури не має бути більше певних значень, залежних від нагрівостійкості застосованих ізоляційних матеріалів.

За температуру довкілля (повітря) приймається умовно температура 35 С. Допустимі перевищення температури над цією температурою при ізоляції класу А приймаються рівними 55-70 З; при ізоляції класу В — 70-95 З; при ізоляції класів Е, F і Н зразкові допустимі значення перевищень температури

14

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

відповідно рівні: 70— 75, 90-105 і 115-130 З (вказані межі допустимих значень перевищення температури залежать від виконання обмоток і від способу виміру температури).

Допустимі значення температури, визначені на підставі тривалого досвіду експлуатації електричних машин і трансформаторів, відповідають терміну служби ізоляційних матеріалів приблизно 20— 25 років. Він помітно скорочується при збільшенні температури понад допустиму При цьому спостерігається швидше "старіння" ізоляції, яке проявляється передусім в погіршенні її механічних властивостей (ізоляція робиться крихкою і механічно неміцною).

Віддача тепла залежить не лише від розмірів охолоджуваних поверхонь, але і від інтенсивності руху повітря (чи іншого охолоджувального середовища), що Омиває їх. Застосування правильно вибраної системи охолодження (системи вентиляції) сприяло прогресу электромашино- і трансформаторостроения і зумовило можливість будувати машини і трансформатори на величезні потужності (500000 кВт і вище в одній одиниці).

Контрольні питання

1.З яких основних частин складається двигун постійного струму

2.За рахунок чого постійний струм із зовнішнього ланцюга перетвориться в змінний струм в обмотці якоря?

3.Обясните правило правої руки

4.Поясніть правило лівої руки

5.Поясніть принцип оборотності електричних машин?

6.Поясніть принцип дії двигуна постійного струму

7.Чим є колектор в ДПТ, і який напрям має електромагнітний момент?

8.Що необхідно конструктивно поміняти в генераторі, щоб отримати конструкцію двигуна?

9.Яка частина машини називається індуктором?

10.Яка частина машини називається якорем?

15

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Лекція 3 Тема: 1.2 Обмотки якоря машини постійного струму

План

1.Принцип виконання, типи обмоток

2.Рівняння ЭДС, моменту

Принцип виконання

Кільцевий якір із спіральною обмоткою нині не застосовується, оскільки вигіднішим і надійнішим є барабанний якір з обмоткою, усі провідники якої укладаються на його зовнішній поверхні.

При барабанному якорі обмотка складається з витків, що мають ширину, рівну (чи майже рівну) полюсному діленню. Тут виток охоплює увесь потік Ф, вступаючий в якір, і э.д.с. в нім виходить в 2 рази більше, ніж у витку спіральної обмотки, де максимальний потік, що охоплюється витком, дорівнює половині потоку, вступаючого в якір. Тому для отримання однієї і тієї ж э.д.с. при барабанній обмотці вимагається витків в 2 рази менше, ніж при кільцевій. До того ж виготовлення кільцевої обмотки набагато складніше і умови її охолодження гірші, ніж барабанної обмотки.

Провідники барабанної обмотки укладаються в пази. Вони називаються активними провідниками. Два активні провідники, сполучених один з одним, утворюють виток. Витки з'єднуються між собою і з колекторними пластинами і утворюють замкнутий контур.

Частина обмотки, що знаходиться при її обході між наступними один за одним колекторними пластинами, називається секцією. Секція може складатися з одного або декількох витків Ширину секції слід вибирати або рівною полюсному діленню (відстань по колу якоря між осями сусідніх полюсів), або близькою до нього. Секційні сторони в пазах зазвичай розміщують в два шари. На мал. показані пази якоря з розміщеними в них секційними сторонами. Тут прямокутниками зображені секційні сторони, які можуть складатися з одного або декількох активних провідників.

Мал. Одновиткова секція, закладена в пази (а), і трехвитковая секція (б).

16

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Для того, щоб правильно з'єднати секції обмотки між собою і з колекторними пластинами, треба знайти кроки обмотки. Їх доцільно вимірювати числом елементарних пазів, причому під останніми розуміються умовні пази з двома секційними сторонами, розташованими одна над іншою. На мал., а показані реальні пази, які в той же час є і елементарними. На рис, 6 і в показані пази, з яких кожен складається відповідно з двох і трьох елементарних пазів. Нумерація елементарних пазів робиться так, як показано на мал.

Секція обмотки укладається в пази так, щоб одна її сторона знаходилася у верхньому шарі паза, а інша сторона в нижньому шарі. На рисизображены секції обмоток. Тут частина секції, що знаходиться у верхньому шарі, зображена суцільною лінією, а частина секції, що знаходиться в нижньому шарі, — пунктирною лінією.

Рис. Секції якірних обмоток.

Барабанні обмотки діляться на петлеві і хвилеві. Секції петлевої обмотки показані на мал., а і хвилевої обмотки — на рис, би.

Розрізняють наступні кроки обмоток (мал. 5-11) :

у1 — перший крок, рівний ширині секції або відстані між початкової і кінцевої сторонами секції;

у2 — другий крок, рівний відстані між кінцевою стороною однієї секції і початковою стороною наступної секції;

у — результуючий крок, рівний відстані між початковими сторонами наступних один за одним секцій;

ук — крок по колектору, рівний відстані між початком і коном секції по колу колектора (вимірюється числом колекторних ділень, т. е. відстаней між серединами сусідніх колекторних пластинів).

Якщо у вимірюється числом ділень елементарних пазів, то у і ук вира-

17

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

жаються одним і тим же числом, т. е. y = yк.

Якщо позначити: S — число секцій, K — число колекторних пластинів, Zэ — число елементарних пазів, то

S = K = Zэ.

Мінімальне число паралельних гілок 2а замкнутої обмотки рівне двом, т.

е.

2a ≥2.

Для забезпечення симетрії обмотки загальне число секцій вибирається так, щоб на кожну пару паралельних гілок доводилося ціле число секцій. В цьому випадку маємо:

цілому числу.

Петлева обмотка.

При петлевій обмотці перший крок робиться по колу якоря в один бік, другий крок — в протилежну (мал. 5-11, а), тому кроки петлевої обмотки пов'я- зані співвідношенням

y1 - y2 = y = yк. (5-5)

Зазвичай у1>y2 і y>0. Така обмотка називається неперехрещеною або правою. Тут при обході секцій ми увесь час зміщуватимемося управо. При у1< у2 і у<0 виходить перехрещена або ліва петлева обмотка. В цьому випадку при обході обмотки увесь час зміщуватимемося вліво. Ліва обмотка на практиці майже не зустрічається.

Число паралельних гілок петлевої обмотки визначається числом полюсів 2р і значенням результуючого кроку у. У загальному випадку число паралельних гілок петлевої обмотки рівне:

2 a = 2py. (5-6)

При переміщенні якоря деякі секції замикаються щітками. Вони в цей час не беруть участь в створенні э.д.с. паралельної гілки. Для даного випадку ми матимемо то 6, то 5 секцій в кожній паралельній гілці. Відповідно до цього на-

пруга на щітках дещо змінюватиметься за величиною, залишаючись постійним

18

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

по напряму. У практичних випадках, коли узято на паралельну гілку обмотки 15-20 і більше секцій, колекторні пульсації напруги на щітках виходять менше

1%.

Щітки стикаються з колекторними пластинами, сполученими з секційними сторонами, що знаходяться приблизно посередині між головними полюсами, т. е. поблизу геометричної нейтралі. В цьому випадку вважають, що щітки знаходяться приблизно на геометричній нейтралі, маючи на увазі положення щіток не відносно полюсів, а відносно секційних сторін, з якими вони сполучені. Щітки встановлюються на геометричній нейтралі не лише для того, щоб мати найбільшу э.д.с. в паралельній гілці, але і для того, щоб в секціях, що замикаються щітками майже накоротко, не могли утворитися великі струми.

Із складних петлевих обмоток застосовуються іноді обмотки при у = 2 для машин на великі струми, для яких збільшення числа паралельних гілок за рахунок збільшення числа полюсів неможливе або невигідне.

Складну петлеву обмотку можна уявити собі, як дві прості петлеві обмотки, укладені на один і той же якір і зміщені одна відносно іншої (мал. 5-14).

Мал. Секції складної петлевої обмотки (у = ук = 2).

При дослідженні якірних обмоток машин постійного струму, так само як якірних обмоток машин змінного струму, застосовуються векторні діаграми э.д.с. обмоток. Такі діаграми можна побудувати, прийнявши, що крива розподілу індукції уздовж кола якоря (крива поля машини) синусоїдальна. Тоді ми можемо э.д.с., наведені в секційних сторонах, зображувати тимчасовими векторами. Отже, э.д.с. однієї якої-небудь секції також зобразиться вектором, рівним різниці векторів э.д.с., наведених в сторонах цієї секції (см § 3-3, а).

Електрорушійні сили секцій, наступних одна за одною, зрушені по фазі відповідно до їх зрушення в магнітному полі. Це зрушення легко знайти, оскільки зрушенню в магнітному полі на полюсне ділення т відповідає зрушення по фазі на 180 .

19

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Для петлевої обмотки зрушення між наступними одна за одною секціями рівне у ділень елементарних пазів.

Хвилева обмотка.

При хвилевій обмотці другий крок y2 робиться в ту ж сторону, що і перший крок y1 (мал. 5-11, б), тому кроки обмотки пов'язані співвідношенням

y1 + y2 = y = yк.

Результуючий крок у має бути більший або менше, ніж подвійне полюсне ділення 2t, щоб при обході секцій усі вони були включені в обмотку. Тому, роблячи один обхід по колу якоря, ми потрапляємо в елементарний паз, зрушений управо або ліворуч від початку обходу на х ділень елементарних пазів (мал. 5-11, б). Оскільки ми повинні при цьому зробити стільки результуючих кроків, скільки є пара полюсів, то yp±x = Zэ = S. Звідси отримуємо:

Число паралельних гілок хвилевої обмотки залежить тільки від х, воно рівне 2а = 2х. У цьому можна переконатися, розглядаючи схеми обмоток.

Формула для результуючого кроку пишеться таким чином Верхній знак відповідає неперехрещеній обмотці, нижній знак — пере-

хрещеною.

При а = 1 виходить проста хвилева обмотка або проста послідовна обмотка. При а > 1 виходить складна хвилева або складна послідовна обмотка.

Складну хвилеву обмотку можна уявити собі, як а простих хвилевих обмоток, укладених на якорі, що має число пазів і число колекторних пластинів в а раз більше, ніж це треба для однієї простої хвилевої обмотки. Складні хвилеві обмотки на практиці зустрічаються порівняно рідко.

Проста хвилева обмотка знаходить собі найширше застосування для нормальних машин невеликої і середньої потужності при 2р=4 і 6. Її перевага перед простою петлевою обмоткою полягає в тому, що вона при будь-якому числі полюсів має тільки дві паралельні гілки і, отже, при 2р>2 вимагає менше провідників. При цьому переріз провідників має бути узятий більше, ніж при петлевій обмотці, але при меншому числі провідників виготовлення обмотки полегшується. Іншою важливою перевагою простої хвилевої обмотки є те, що вона не вимагає зрівняльних з'єднань, тоді як петлева обмотка при 2р>2 має бути забезпечена зрівняльними з'єднаннями.

Число паралельних гілок хвилевої обмотки, як відзначалося, залежить

20

PDF создан незарегистрированной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com