INFASURARI PENTRU INDUSURILE MASINILOR Z__ CU COLECTOR

INFASURARI PENTRU INDUSURILE MASINILOR Z__ CU COLECTOR

infasurarile pentru masini cu colector, numite pe scurt infasurari de curent continuu (desi se utilizeaza si la masinile de curent alternativ cu co-leclor), se pol executa in mai multe 343f53d moduri, insa nu toate sunt uzuale. Avem:

infasurari in inel, la care indusul arc forma de cilindru gaurit, conduc-toarele active plasandu-se pe partea exterioara, iar legatura intre ele efectu-

andu ie prin Interiorul cilindrului;

Infasurari in tambur, care se utilizeaza in prezent.

Fiecare din aceste tipuri se poate exe­cuta atat ca infasurare deschisa* in care caz curentul trece, la un moment dat, numai prin o parte din bobine, intrarea si iesirea acesto­ra din circuit facandu-se succesiv in timp, cat si ca infasurare inchisa, in care caz bobi­nele se conecteaza astfel incat formeaza un circuit inchis. La masinile de c.c. actuale, se iau in considerare numai infasurarile inchi­se, de tip in tambur.

infasurarile in inel au numai importanta istorica. Ele cu o serie de dez­avantaje fata de cele in tambur, datorita carui fapt astazi nu se mai executa. O infasurare in inel este reprezentata infigura pentru o masina cu poli.

infasurarile in tambur se executa cu bobine introduse in crestaturile prevazute pe periferia indusului din partea intrefierului, cum este in figura a. Bobinele constau din spire suprapuse, cu capetele de inceput si de sfarsit libere, spre a fi conectate corespunzator tipului de infasurare.

Totalitatea spirelor in serie, suprapuse, cu un capat de inceput a si un capat de sfarsit x constituie o bobina elementara. Totalitatea conductoarelor unei bobine dinspre capatul de inceput constituie latura de dus a bobinei, iar celelalte conductoare, latura de intors. Distanta dintre latura de dus si cea de intors se numeste deschiderea sau pasul bobinei, notata cu vi. Numarul spi­relor unei bobine elementare este s_b. O bobina elementara este reprezentata in figura b.

In general, o infasurare la care intr-o crestatura se plaseaza mai multe la­turi de bobine multiple, distincte, se numeste infasurare in mai multe stra­turi.

La masinile de curent continuu moderne, se utilizeaza infasurari in doua straturi si numai in cazuri speciale in mai multe straturi. in figura a sunt date bobine cu u iar in figura b, bobine cu u

In figura este reprezentata o bobina cu doua spire, pentru o infa-
surare in doua straturi. Pentru a obtine o t.e.m. maxima intr-o bobina, tre-
buie ca si fluxul fascicular prin bobina sa fie maxim. Aceasta situatie are loc
cand deschiderea bobinei y_u masurata pe periferia indusului, este egala cu
pasul polar al masinii, deci:

y,=T.

Bobina pentru care avem aceasta relatie se numeste bobina cu pas dia­metral.

Daca y_l < x, bobina se numeste cu pas scurtat, iar daca y_{ > x, se nu­meste bobina cu pas marit. in practica se utilizeaza atat bobine cu pas dia­metral, cat si cu pas scurtat. Ultimele necesita material mai putin. Bobina cu pas marit se intrebuinteaza numai in cazuri speciale.

Cu bobine cu pas scurtat sau marit se obtin t.e.m. mai mici decat cu cele cu pas diametral.

Daca bobinele elementare au toate aceeasi deschidere, infasurarea se numeste infasurare cu bobine egale, iar daca au deschideri diferite, infasu­rarea se numeste infasurare in trepte. Ultima are anumite avantaje, din punct de vedere electric, fata de prima, insa implica dificultati constructive mai mari. in figura se prezinta modul de amplasare a bobinelor in cazul in­fasurarii obisnuite cu bobine egale si in cazul celor in trepte cu u si u

Bobinele se conecteaza intre ele in modul urmator: capatul de sfarsit al unei bobine se conecteaza cu capatul de inceput al bobinei urmatoare la o lamela de colector, fie direct, fie prin intermediul unui fanion (figura Prin urmare sunt atatea lamele de colector cate bobine elementare. Numarul tuturor bobinelor elementare este N_c u si deci numarul lamelelor de colec­tor A: este:

k N_c-u

Sunt posibile doua feluri de conectari ale bobinelor elementare intre

ele:

se conecteaza consecutiv bobine de sub aceeasi pereche de poli;

se conecteaza consecutiv bobine de sub perechi de poli consecutive.

Primul mod de conectare a bobinelor uti­lizeaza bobine cu capetele apropiate, care for­meaza o bucla, de unde denumirea de infasu­rare buclata, numita si infasurare paralel. Al doilea mod de conectare utilizeaza bobine cu capetele departate, formand o unda, de unde denumirea de infasurare ondulata sau infasu­rare serie.

in figura sunt reprezentate cate doua

Bobine, licoare constatul «Im cate >> singura spira, conectate pentru infasu­rarea paralel (buclata) in figura a si pentru infasurarea serie (ondulata) in figura h.

Bobina are deschiderea y. La conectarea bobinelor intre ele se utili­zeaza inca doua intervale si anume:

distanta y, intre laturile de dus a doua bobine consecutive, numita pasul infasurarii;

distanta y₂, intre latura de intors a primei bobine si latura de dus a urmatoarei, numita pasul de intors.

Prin analogie, y se numeste pasul de dus al infasurarii.

Cei trei pasi de infasurare se pot considera in unitati de lungime, in numar de crestaturi si in numar de laturi de dus de bobine elementare sau lamele de colector. Relatiile dintre pasi, pentru o infasurare data, depind de unitatile in care se considera.

in mod obisnuit, pasii de infasurare se considera in numar de lamele de colector. in cele ce urmeaza, in caz ca nu se specifica, sunt considerati in lamele de colector.

Pentru executia practica a unei infasurari, trebuie sa fie data schema ei, din care rezulta modul in care se plaseaza bobinele in crestaturi si cel in care se conecteaza capetele bobinelor la lamele de colector. in acest scop trebuie sa se cunoasca: N_c, k, u, y, y_h y₂ si p.

Schema de infasurare consta in reprezentarea modului de conectare a bobinelor intre ele, conform figurii pentru intreaga masina.

Tensiunea unei spire se obtine din insumarea tensiunilor corespun­zatoare celor doua conductoare componente. La aceeasi parcurgere a cres­taturii dupa directia axiala, tensiunile induse in conductoare au fazele date de fazorii din steaua t.e.m. si prin urmare faza tensiunii unei spire este cea a fazorului obtinut prin diferenta fazarilor corespunzatori crestaturilor in care sunt plasate conductoarele spirei. Aceeasi faza o are si bobina elementara din care face parte spira considerata. Fiecarei tensiuni a unei bobine ii corespund un fazor.­

Insumarea fazorilor corespunzatori tuturoi bobineloi ele mentare, in conformitate cu inscrierea lor, formeaza o gurii ele forma poli­gonala si se numeste poligonul t.e.m. Configuratia poligonala prin care sc descrie un unghi la centru de 2n se numeste poligon elementar al t.e.m. in general poligonul t.e.m. consta din mai multe poligoane elementare care pot fi suprapuse sau nu, in conformitate cu schema de infasurare. Toate insa sunt inscriptibile intr-un acelasi cerc, iar tensiunea maxima care se poate obtine este reprezentata de diametrul cercului circumscris poligoanelor ele­mentare ale t.e.m. Fiecarui poligon elementar al t.e.m. ii corespund 2 cai de infasurare. Prin urmare o masina va avea atatea perechi de cai de infasurare cate poligoane elementare are poligonul t.e.m.

Pentru colectarea curentilor electrici din caile de curent, principial, fie­care poligon elementar al t.e.m. necesita doua perii. Numarul total de perii depinde insa de tipul infasurarii respective.

Schemele de infasurare se pot executa sub doua forme: scheme inelare* si scheme liniare. Astazi, in cea mai mare masura, se utilizeaza schemele li­niare obtinute prin taierea masinii dupa o generatoare si desfasurare in plan.

infasurari buclate. infasurarile buclate sau paralel sunt caracterizate prin utilizarea bobinelor cu capetele apropiate si conectarea lor consecutiva, asa cum se indica in figura a.

intre pasii de infasurare are loc relatia:

y yi-yi

Daca;; > 0, infasurarea inainteaza spre dreapta si se numeste infasurare neincrucisata. Dacaj < 0, infasurarea inainteaza spre stanga, cele doua le­gaturi laterale de la capetele bobinei se petrec si infasurarea se numeste infa­surare incrucisata. O bobina cu capetele incrucisate este prezentata in fi­gura 2.15.

Obisnuit se utilizeaza infasurari neincrucisate. Dupa valoarea pasului y se deosebesc:

infasurari buclate, simple, pentru care

infasurari buclate, multiple, pentru care y >

in general, avem y m, unde m reprezinta ordinul de multiplicitate al infasurarii.

In figura se indica insumarea tensiunilor a trei
bobine consecutive pentru cazul u (k N_c) si anume
bobinele m si 2m Unghiurile exterioare formate
de cate doua laturi consecutive ale poligonului t.e.m. sunt
toate egale cu ma. Daca u > atunci pot exista mai multe
bobine cu tensiuni simfazice si se obtine un poligon ele- mentar cu mai putine laturi, insa unghiul exterior format de doua laturi va fi mai mare.

Cum alfa =2x3.14 P/k .rezulta ca un poligon elementar are un numar de laturi egal cu 2x3.14 (ma) = kl(mp)s cum numarul laturilor poligonului t.e.m. este egal cu cel al bobine­lor elementare, deci k, inseamna ca poligo­nul t.e.m. are mp poligoane elementare, iar infasurarea are 2a 2mp cai de infasurare. Fiecare poligon elementar necesita perii pentru colectarea curentilor de pe cele doua cai de infasurare. Pentru intreaga masina sunt necesare 2mp perii corespunzatoare po­ligoanelor elementare. Dintre acestea cate m perii sunt alaturate si de aceea se prevede o singura perie dar de latime de m ori mai

In figura este reprezentata schema de infasurare pentru o masina cuN_c = k=36(u = ),p = 2sim = deci o infasurare buclata simpla. Se ob­serva suprafetele talpilor polare si modul de plasare a periilor: pentru obti­nerea tensiunii maxime, periile se plaseaza pe lamelele de colector la care sunt conectate laturile de dus ale bobinelor cu tensiune zero. in figura sunt date: steaua t.e.m. in a, modul de insumare a fazorilor tensiunilor in­duse in cele doua laturi ale unei bobine, cea corespunzatoare laturii de intors notata cu 'prim' in b, si poligonul t.e.m. corespunzator schemei din figura a, in c. Dreptele cu linie intrerupta reprezinta schematic locul de am­plasare a periilor de cele doua polaritati. in timp, tensiunea intre perii varia­za intre diametrul cercului inscris si al celui exinscris daca periile sunt foarte subtiri.

subtiri. in mod obisnuit latimea unei perii este de ori latimea unei lamele de colector, in care caz variatia tensiunii in timp intre perii scade, astfel incat la masinile mari abia este sesizabila.

Bobinelor care se gasesc sub o pereche de poli le corespunde un poligon elementar al t.e.m. Daca fluxul polar este acelasi pentru toti polii, poligoa­nele elementare ale t.e.m. se inscriu intr-un acelasi cerc si tensiunea obti­nuta pe diferitele cai de infasurare e aceeasi. Daca fluxurile polare nu sunt aceleasi pentru toti polii masinii, tensiunile diferitelor cai de infasurare nu mai sunt egale. Cum caile de infasurare sunt in paralel, prin intermediul pe­riilor, se stabilesc curenti electrici de egalizare care se inchid prin perii si inrautatesc prin aceasta functionarea masinii. In scopul descarcarii periilor de curenti de egalizare, se prevad legaturi separate care stabilesc contacte intre puncte ale infasurarii care trebuie sa aiba acelasi potential electric. Din acest motiv se numesc legaturi echipotentiale de speta I. Curentii de egali­zare, care sunt curenti alternativi, se inchid acum prin aceste legaturi si nu mai trec prin perii. Ei intaresc campul magnetic sub polii sub care acesta este mai slab si il slabesc sub polii sub care acesta e mai intens. Acest efect are loc datorita faptului ca infasurarea cu legaturile echipotentiale montate, fata de diferenta dintre fluxurile polare, constituie o bobina scurtcircuitata cu re­zistenta neglijabila.

Numarul punctelor echipotentiale este dat de poligonul t.e.m. reprezen­tat prin tensiunile laturilor si egal cu numarul poligoanelor elementare ale t.e.m. Punctele echipotentiale pot fi de o aceeasi parte a masinii sau de am­bele parti. De asemenea exista posibilitatea ca nu toate punctele sa fie acce­sibile, in cazul in care poligoanele elementare ale t.e.m. se suprapun, sunt accesibile toate punctele echipotentiale, cum este cazul in figura Daca poligoanele elementare se intretaie, ca in figura exista posibilitatea ca punctele cu acelasi potential sa se gaseasca in interiorul crestaturilor si nu de partea colectorului sau de partea opusa.

Legaturile echipotentiale se pot executa fie sub forma de inele ca in fi­gura a, fie sub forma de legaturi transversale, ca in figura b. O-bisnuit, la masinile mari se prevad toate legaturile posibile, iar la masinile mai mici[1], din in sau din in

Sectiunea legaturiloi cslc aceca.si ca si a conductorului infasurarii sau ceva mai mica. Legaturile ecliipotcntialc pol II plasate lie pe pai tea colec­torului, ca in figura a si b, fie pe partea opusa, c si </. Daca infasurarea este buclata (sau paralel) multipla. Pentru exemplificare consi­deram cazul unei infasurari paralel duble cu datele N_c = k=34,m 2,p y y-i Schema infasurarii cu aceste date este prezentata in figura in care doua bobine sunt duse cu linii mai groase pentru a se vedea modul de conectare a lor. infasurarea este executata cu bobine cu pas scurtat cu pasi de crestatura fata de bobina cu pas diametral din motive de eco­nomie de material.

Figura Schema infasurarii pentru N_c k m p yj y>2

Se observa ca, pornind de la lamela de colector si sarind de fiecare data cate o lamela, dupa ce s-au utilizat toate lamelele impare, infasurarea s-a inchis. Trebuie sa se inceapa o a doua infasurare similara, dar utilizand acum lamelele cu numar de ordine par. Construind poligonul t.e.m. (figura se constata ca se obtin doua poligoane stelate, cate unul pentru fiecare infasurare inchisa separat. Cele doua infasurari considerate singure sunt in­fasurari paralele simple. Prin urmare, infasurarii ii corespund patru poli­goane elementare ale t.e.m. si 2a cai de infasurare. Numarul periilor este de patru, dar de latime dubla fata de cazul infasurarii paralel simple.

infasurarile separate fiind de tip paralel necesita legaturi echipotentiale de speta cum se vede in figura b, notate cu duse de partea colec­torului.

La aceasta infasurare apare necesitatea prevederii inca a unei categorii de legaturi echipotentiale, din cauza urmatoare: cand peria A calca pe lamelele si acestea obtin potential, deci punctele a si a₂ se suprapun. Aceasta suprapunere nu poate avea loc decat daca poligoanele t.e.m., cores- unzatoare oeloi d<>iu tnfBsurari, obtin <> translatie dupfi directia«i-a₂- Acest

fapt face ca punctele h de pe poligonul impar si h_? de pe poligonul par sa sc indeparteze si deci tensiunea electrica intre lamele si pe care calca pe­ria B sa creasca. Aceasta arc ca urmare aparitia unui curent de egalizare a carui valoare depinde de valorile momentane ale rezistentelor electrice din­tre peri i si lamele si prin urmare, cele doua poligoane nu au o pozitie stabila, ci oscileaza in permanenta, ceea ce inrautateste functionarea masinii. in vederea fixarii pozitiei relative a poligoanelor t.e.m. corespunzatoare celor doua infasurari, se prevad alte legaturi numite legaturi echipotentiale de speta II. Ele se executa intre puncte apartinand la infasurari diferite. Punc­tele care trebuie sa aiba acelasi potential se obtin tot din poligonul t.e.m. Ele sunt date de intersectia poligoanelor, spre exemplu punctul c in figura Daca acestea nu sunt accesibile, se cauta puncte accesibile ale caror poten­tiale electrice sunt cat se poate mai apropiate. Astfel de puncte sunt, spre ex­emplu, d inceputul bobinei si e mijlocul bobinei Cum se vede din figura aceste doua puncte sunt de parti opuse si legatura (notata cu in figura b) trebuie sa se execute prin interiorul indusului, ceea ce complica constructia masinii.

in general, la infasurarea paralel multipla de ordinul m, daca numarul lamelelor de colector k este divizibil prin m, infasurarea se incheie de m ori. Daca k si m au cel mai mare divizor comun t infasurarea se inchide numai de ori. Orice valoare ar avea t', infasurarea paralel multipla de ordinul m are un numar de cai de infasurare de 2a = Imp siy = m.

in mod obisnuit, infasurarea paralela se executa cu m si la masini mari m = 2. Practic nu se utilizeaza m>2.

De asemenea, infasurarile paralele au legaturi echipotentiale de speta I, iar cele multiple si de speta II, indiferent daca se inchide sau nu de mai multe

ori infasurarea, deoarece le­gatura interioara a infasura­rilor cu t' > m nu este sufi­cienta pentru fixarea poli­goanelor t.e.m.

Deoarece un poligon elementar al t.e.m. cuprinde tensiuni ale bobinelor care se gasesc repartizate sub toti polii, la aceasta infasurare nu are impor­tanta neegalitatea fluxurilor si, ca urmare, nu sunt necesare legaturi echipo-tentiale de speta I.

infasurarea serie multipla necesita insa legaturi echipotentiale de speta II pentru fixarea relativa a poligoanelor elementare ale t.e.m. si repartizarea uniforma a tensiunii pe colector in vederea evitarii scanteilor la perii.

Punctele cu acelasi potential se gasesc din poligonul t.e.m. in acelasi mod ca si la infasurarea paralel.

La infasurarea serie simpla, sunt suficiente numai doua perii, plasate astfel incat sa calce pe lamelele de colector aflate diametral opus in poli­gonul t.e.m. Dar in acest caz, lamelele de colector au o lungime mare axiala, colectorul fiind mai greu si mai costisitor.

Se pot monta insa pe colector si 2p perii, ca in cazul infasurarii paralel

in acest caz colectorul este mai scurl si mai ieftin. Se prevad luimai doua perii, cand conditiile tie exploatare cer acest lucru, cum este, de exemplu, cazul motoarelor electrice de tractiune in vederea unei usoare supravegheri.

Consideram, ca exemplu, infasurarea scrie dubla cu datele N_e'^m u = p y = 17, vj = 8, y₂ = 9, si de tip in trepte. infasurarea se in­chide o singura data.

Cu aceste elemente, schema de infasurare se poate executa ca in cazul infasurarii paralel. Ea este data in figura in acest caz avem bobine ele­mentare cu deschideri diferite. Astfel, bobinele si au laturile de dus in crestatura iar laturile de intors in crestatura respectiv

Steaua si poligonul t.e.m. sunt date in figura La infasurarile in trepte, poligoanele t.e.m. nu mai sunt regulate. in cazul considerat cele doua poligoane elementare ale t.e.m. se suprapun si, in consecinta, legaturile echi­potentiale de speta I se pot executa de aceeasi parte a masinii.

infasurarile de tip serie nu se pot executa pentru toate valorile lui u si m. Astfel, pentru u = 2, rezulta k un numar par si la m l,y obtine o valoare fractionara. in astfel de cazuri se utilizeaza infasurarea cu o bobina oarba, montata pe indus din motive de simetrie mecanica. Ea nu se considera la schema de infasurare, pentru a putea obtine k u N_c si, astfel, y are o valoare intreaga[2].

Figura Steaua si poligonul t.e.m. pentru infasurarea din figura

infasurari combinate[3]. infasurarile paralel si serie necesita legaturi echipotentiale. Exista infasurari, inventate de catre Latour, care nu mai ne­cesita legaturi echipotentiale. Ele constau din cate o infasurare serie si una paralel conectate la acelasi colector, fiecare indeplinind pentru cealalta rolul de legaturi echipotentiale. Cele doua infasurari componente serie si para-lele conectate la acelasi colector ,fiecare indeplinind pentru cealalta rolul de legaturi echipotentiale

Cele doua infasurari componente serie si paralel Ici trebuie sa aiba acelasi numai tic cAi tic inlasurare, din care cau/a ordi­nul de multiplicitate al infasurarii scrie la /> I este totdeauna mai mare decat al celei in paralel. Principiul acestei infasurari rezulta din figura 2.28. Bobinele I si III fac parte din inlasurarca paralel si le consideram distantate cu dublul pasului pojar. Prin urmare, lamelele 1 sir+ 1, respectiv2 sir+ 2 sunt echipotentiale. intre lamelele 2 si r + 1 e o diferenta de potential egala cu cea dintre lamelele 2 si 1, adica t.e.m. indusa in bobina II.

in acest fel, bobina II indeplineste rolul unei legaturi echipotentiale active, in care se induce tensiunea necesara pentru a putea fi conectata intre lamelele si r

Daca infasurarea serie are acelasi pas de dus ca si cea paralel, laturile a cate doua bobine, una serie si una paralel, se bandajeaza impreuna si se obtine o bobina de forma indicata in figura numita bobina de tip broasca. infasurarea, in acest caz, se executa in doua straturi.

Daca pasii celor doua bobine difera, fiecare infasurare componenta se executa separat in cate doua straturi. infasurarea totala se executa in patru straturi si bobinele nu mai sunt de tip broasca.

Poligoanele t.e.m., corespunzatoare celor doua infasurari componente, trebuie sa se suprapuna; nu este necesara insa o suprapunere completa, daca tensiunea indusa in bobina de tip serie e egala cu cea indusa in bobina de tip paralel.

Aceasta infasurare are un numar de cai de infasurare dublu in compa­ratie cu o infasurare componenta si de aceea este potrivita, in special, pentru masini cu curentii mari, cum sunt cele pentru electroliza si cele la care nu exista loc de plasare a legaturilor echipotentiale.

Conditii de simetrie la infasurari pentru masini cu colector. in ge­neral, tensiunile diferitelor cai de infasurare nu sunt egale, ceea ce duce la stabilirea unor curenti de egalizare care se inchid prin perii, si, prin aceasta, la aparitia scanteilor sub perii.

O infasurare la care tensiunile tuturor cailor de infasurare sunt egale se numeste infasurare cu simetrie totala.

Pentru o simetrie totali trebuie ca, in pi unul rand, ionic poligoanele ele

montare ale t.c.m. sa se suprapuna. In al doilea rand, trebuie ea poligonul t.e.m. sa fie impartit de axa de timp sau de perii, in doua parti egale.

Prima cerinta este satislacuta, claca numarul N,. al luturor crestaturilor si p al crestaturilor cu tensiuni sinfazice sunt divizibile prin numarul a al poligoanelor elementare. A doua conditie este satisfacuta daca numarul la­turilor unui poligon elementar e par.

Alegerea infasurarii unei masini cu colector. Daca U_ec e tensiunea me­die indusa intr-un conductor si U_e este tensiunea indusa in infasurare, numa­rul de conductoare necesare pentru intreaga infasurare este: 2N 2aU_e/U_ec.

La masinile mici, cu tensiuni ridicate, raportul UJU_ec are valorile cele mai mari. in vederea obtinerii unei utilizari bune a spatiului crestaturii, a se ia mic, deci infasurare serie, simpla. Numarul spirelor pe bobina se ia cat se poate de mic. Recomandabil este s_b Este posibil ca in acest caz sa se obtina un numar prea mare de lamele de colector si deci prea inguste. Gro­simea lamelei nu poate fi mai mica de mm.

La masini mai mari, infasurarea serie simpla duce la un numar prea mic de lamele de colector, si, prin aceasta, tensiunea intre lamele devine prea mare, ceea ce mareste pericolul aparitiei focului circular la colector. Din a-ceasta cauza se mareste numarul cailor de infasurare. Se tine seama ca infa­surarea paralel multipla este insotita de greutati la comutatie.

Din aceste motive, alegerea infasurarii trebuie facuta astfel incat sa fie asigurate conditiile optime de functionare a masinii, precum si posibilitatile constructive.