Temat: Uzwojenia maszyn prądu stałego. 1. Uzwojenia maszyn prądu stałego. W jednej maszynie prądu stałego możemy spotkać trzy rodzaje uzwojeń: a) uzwojenie biegunów głównych jest uzwojeniem wzbudzającym jego zadaniem jest wytworzenie głównego pola magnetycznego w maszynie, uzwojenia biegunów są wykonane zawsze tak samo, w postaci cewki nałożonej na biegun, jeżeli pole magnetyczne w maszynie jest wytworzone przez magnes trwały, to nie ma w niej uzwojenia wzbudzającego. b) uzwojenie biegunów komutacyjnych służy do poprawy warunków pracy maszyny, wykonane jest podobnie do uzwojenia biegunów głównych, nie występuje w maszynach małej mocy. c) uzwojenie twornika jest umieszczone na wirniku, od sposobu wykonania tego uzwojenia zależy wartość napięcia w prądnicy lub wartość momentu w silniku, 2. Wielkości charakterystyczne dla uzwojeń tworników. obecnie uzwojenia tworników wykonuje się jako uzwojenia bębnowe, powstaje ono w wyniku ułożenia w żłobkach twornika przewodu miedzianego jako nieprzerwanego obwodu, zasadniczym elementem tego obwodu jest zwój składający się z dwóch boków czynnych i połączeń czołowych (rys. 8.11), pewna liczba zwojów połączonych szeregowo i ułożonych w tej samej parze żłobków tworzy zezwój, zezwój może być jednozwojowy (rys. 8.12a) lub wielozwojowy (rys. 8.12b), liczbę boków zezwojów w jednym żłobku oznacza się literą u, zezwoje łączy się ze sobą w obwód zamknięty poprzez wycinki komutatora, każdy zezwój jest połączony z dwoma wycinkami komutatora (rys. 8.12 i 8.13), do każdego wycinka komutatora są dołączone dwa końce dwóch różnych zezwojów. str. 1
a) W zależności od sposobu połączenia uzwojeń z komutatorem rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje uzwojeń: pętlicowe (rys. 8.12), faliste (rys. 8.13). Zarówno uzwojenia pętlicowe, jak i faliste mogą być wykonane jako tzw. proste lub wielokrotne. Każdy zezwój powinien mieć taką rozpiętość, aby dwa jego boki były obejmowane przez taki sam strumień magnetyczny, czyli boki powinny znajdować się w jednakowym położeniu w stosunku do sąsiednich biegunów o przeciwnych znakach. Rozpiętość zezwoju powinna być równa podziałce biegunowej lub trochę od niej mniejsza. Rozpiętość zezwoju określa się jako poskok żłobkowy Y Q, który mierzy się liczbą odległości międzyżłobkowych, między dwoma bokami jednego zezwoju (rys. 8.14). Uzwojenie średnicowe występuje gdy Y Q = Uzwojenie cięciwowe występuje gdy str. 2
b) zestawienie wszystkich wielkości charakterystycznych opisujących uzwojenia i występujące między nimi zależności: Q K = z z = Qu u - liczba żłobków na tworniku - liczba wycinków komutatora - liczba boków zezwojów na tworniku - liczba boków zezwoju na żłobek i warstwę - podziałka biegunowa wyrażona w jednostkach długości - podziałka biegunowa wyrażona liczbą żłobków N c N Y c Y Q Y 1 = uy Q +1 Y 2 Y=Y 1 ±Y 2 ; Y=2Y c - zwojność zezwoju (liczba zwojów w zezwoju) - liczba zwojów połączonych w szereg - poskok komutatorowy - poskok żłobkowy - poskok częściowy pierwszy - poskok częściowy drugi - poskok całkowity 3. Symetria uzwojenia i ustawienie szczotek. szczotki odbierające prąd dzielą uzwojenie na gałęzie równoległe (liczba gałęzi równoległych zależy od rodzaju uzwojenia), aby maszyna prądu stałego mogła prawidłowo pracować, między gałęziami równoległymi uzwojenia nie mogą płynąć żadne prądy wyrównawcze, aby to było możliwe, uzwojenie musi spełniać tzw. warunki symetrii uzwojenia, które są następujące: w każdej gałęzi równoległej musi być taka sama liczba boków liczba boków uzwojenia twornika musi być podzielna przez liczbę gałęzi równoległych, czyli: K/a = liczbie całkowitej każdemu bokowi jednej gałęzi musi odpowiadać bok każdej innej gałęzi o takim samym indukowanym w nim napięciu przy takiej samej indukcji Q/a = liczbie całkowitej odpowiednie boki wszystkich gałęzi równoległych powinny być rozmieszczone w jednakowych polach na każdą gałąź musi przypadać taka sama liczba biegunów 2p/a = liczbie całkowitej str. 3
ponadto muszą być spełnione dodatkowe warunki: elektryczne każdy zezwój musi mieć taką samą liczbę zwojów w każdym żłobku musi być taka sama liczba boków każdy zezwój musi mieć taki sam poskok magnetyczne indukcja magnetyczna musi mieć taki sam rozkład pod każdym biegunem mechaniczne grubość wycinków komutatora musi być jednakowa szczelina powietrzna musi być jednakowa pod wszystkimi biegunami podziałka biegunowa musi mieć stałą wartość dla pracy maszyny prądu stałego nie jest obojętne ustawienie szczotek szczotki umieszcza się w taki sposób by zwierały zezwój wtedy, gdy nie indukuje się w nim napięcie (strefa neutralna) strefa neutralna to strefa między biegunami, gdzie indukcja magnetyczna jest równa zeru niewłaściwe położenie szczotek to takie, w którym oś szczotek pokrywa się z osią neutralną maszyny aby należycie wykorzystać uzwojenie, szczotek powinno być tyle, ile jest biegunów 4. Rodzaje uzwojeń. a) uzwojenie pętlicowe proste (równoległe) uzwojenie pętlicowe nazywa się prostym, gdy Y c = 1, tzn. gdy oba zezwoje następujące po sobie leżą tuż koło siebie i nie są oddzielone zezwojami należącymi do innego uzwojenia, uzwojenie pętlicowe charakteryzuje się tym, że 2a = 2p (liczba gałęzi równoległych jest równa liczbie biegunów), szczotka jest nieco szersza niż wycinek komutatora b) uzwojenie pętlicowe wielokrotne jeżeli prąd twornika jest znaczny w stosunku do napięcia, to w przypadku stosowania uzwojenia pętlicowego prostego należałoby zwiększyć liczbę biegunów, aby zwiększyć liczbę gałęzi równoległych w uzwojeniu, uzwojenie pętlicowe dwukrotne 2a = 4p i Y c = 2 oznacza to, że między sąsiednimi bokami tego samego zezwoju jest umieszczony bok drugiego uzwojenia, takiego jak poprzednie, szerokość szczotki w przypadku zastosowania uzwojenia dwukrotnego jest większa niż szerokość dwóch wycinków komutatora. c) uzwojenie faliste proste w uzwojeniu falistym, każda gałąź równoległa leży pod wszystkimi biegunami, co eliminuje asymetrię indukowanych sił elektromotorycznych, uzwojenie to ma zawsze dwie gałęzie równoległe, niezależnie od liczby biegunów, zezwoje są łączone szeregowo, stąd uzwojenia faliste noszą nazwę uzwojeń szeregowych str. 4
d) uzwojenie faliste wielokrotne liczba gałęzi równoległych tego uzwojenia nie zależy od liczby biegunów i może być dobrana w granicach 2 < 2a 2p uzwojenie to ma cechy uzwojenia falistego prostego, a różni się od niego liczbą gałęzi, powstaje z pojedynczych uzwojeń falistych prostych, przy czym stosuje się tyle tych uzwojeń, ile ma być par gałęzi równoległych, gdyż każde uzwojenie faliste ma 2 gałęzie równoległe. str. 5