2tom190

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 382

Rys. 5.113. Układ połączeń silnika bocznikowego

Rys. 5.114. Kształty rdzeni silników jednofazowych komutatorowych: a) uzwojenie wzbudzenia cewkowe, wsypywane ręcznie; b) uzwojenie wzbudzenia wykonywane maszynowo — wykrój blachy stojana z mniejszym odpadem

Silniki jednofazowe komutatorowe są najczęściej budowane jako maszyny z biegunami wydatnymi, rzadziej — utajonymi (silniki repulsyjne z górnego przedziału mocy), przy czym zawsze magnetowód stojana jest blachowany, aby ograniczyć straty w żelazie. W pierwszym przypadku uzwojenie wzbudzenia jest skupione, w drugim zaś — rozłożone w żłobkach stojana (wykorzystuje się na to uzwojenie 0,65-1-0,8 całkowitej liczby żłobków). Na ogół nie mają one ani uzwojeń kompensacyjnych, ani biegunów komutacyjnych. Na rysunku 5.114 pokazano dwa, spośród wielu, typowe kształty rdzenia silników z biegunami wydatnymi. Uzwojenie wirnika to zwykle rozłożone uzwojenie komutatorowe, pętlicowe proste.

Silniki są wyposażone w filtry przeciwzakłóceniowe, najczęściej kondensatoro-wo-dławikowe. Pod względem budow^ry mechanicznej rozróżnia się wykonania: otwarte, okapturzone na łapach, kołnierzowe i do wbudowania.

Współdziałanie wypadkowego magnetycznego pola oscylacyjnego z prądem płynącym przez uzwojenie twornika daje elektromagnetyczny moment obrotowy, którego wartość chwilowa jest wyrażona wzorem

m_e = kipi    (5.146)

przy czym: k = Np/na — stała konstrukcyjna; ę — wartość chwilowa strumienia wzbudzenia; p — liczba par biegunów; a — liczba par gałęzi równoległych; N — liczba zwojów połączonych szeregowo.

Jeżeli

i = _N/ż / sin oj t    )    (5.147)

<P = <P_msin(<at-j?) j

to wzór (5.146) można napisać w postaci

^me

k$_mI [cos p — cos (2<m — /i)]

(5.148)

gdzie: p — kąt przesunięcia fazowego między prądem twornika a strumieniem; <k_m — amplituda strumienia wzbudzenia.

Moment elektromagnetyczny oscyluje z podwójną częstotliwością napięcia zasilającego wokół wartości średniej (rys. 5.115) stałej w czasie, określonej następująco:

TI2    /2

J m_edt = ——k<t>_mIcosp o    2

(5.149)

przy czym T = 2n/a> — okres zmian prądu i strumienia.

Składowa przemienna momentu, ze względu na duże prędkości obrotowe i stosunkowo dużą bezwładność wirnika, nie powoduje praktycznie chwilowych zmian prędkości obrotowej.

W silniku szeregowym kąt /i jest niewielki ijego wartość jest tym mniejsza, im mniejsze są straty w rdzeniu i w zezwojach komutujących. Dla większości silników szeregowych cos/3 > 0.9.

W silniku jednofazowym komutatorowym bocznikowym, ze względu na dużą indukcyjność uzwojenia wzbudzenia, prąd wzbudzenia, a więc i strumień wzbudzenia są opóźnione względem napięcia zasilania o kąt bliski jt/2, podczas gdy prąd wirnika jest prawie w fazie z napięciem sieci. Oznacza to, że kąt fi między prądem twornika a strumieniem jest duży i w silniku bocznikowym cos fi jest bliski zeru. Silnik ma tylko nieznaczny — bliski zeru — moment obrotowy. Zmniejszenie kąta p, a więc zwiększenie momentu jest możliwe, np. przez włączenie kondensatora w obwód wzbudzenia (rys. 5.113).

Silnik jednofazowy komutatorowy może być także zasilany napięciem stałym. Wówczas jego moment obrotowy M_e = k4>l —jak to wynika ze wzoru (5.149) — przy tej samej wartości prądu i wartości strumienia równej wartości maksymalnej dla prądu przemiennego jest -krotnie większy. Skutkiem tego charakterystyka mechaniczna silnika przebiega wyżej (rys. 5.116). W celu zbliżenia do siebie charakterystyk mechanicznych przy obu sposobach zasilania stosuje się odczepy z uzwojenia wzbudzenia (rys. 5.111). Liczbę zwojów dobiera się najczęściej tak, aby przy obciążeniu momentem znamionowym otrzymać taką samą prędkość obrotową przy obu rodzajach zasilania (linia przerywana na rys. 5.116).

Rys. 5.115. Przebieg czasowy momentu obrotowego m, silnika jednofazowego komutatorowego — wartość średnia

Rys. 5.116. Charakterystyki mechaniczne silnika jednofazowego szeregowego przy zasilaniu:

1 — napięciem stałym, 2 napięciem przemiennym, 3 — napięciem przemiennym przyłożonym do odczepów uzwojenia wzbudzenia

W silniku repulsyjnym obwody wzbudzenia i twornika są galwanicznie rozdzielone (szczotki są zwarte). Przekazywanie energii do twornika odbywa się na drodze elektromagnetycznej. Obsada szczotkowa umożliwia przesuwanie szczotek po obwodzie komutatora. Jeżeli oś zwartych szczotek jest prostopadła do osi wzbudzenia, to uzwojenie twornika nie jest sprzężone z uzwojeniem wzbudzenia. W tworniku prąd nic płynie i silnik nie rozwija niomentu obrotowego. Prąd wzbudzenia ma wówczas wartość minimalną. Jest to stan jałowy silnika.

Pełne sprzężenie występuje w takim położeniu szczotek, przy którym oś twornika ¹ wzbudzenia pokrywają się. Prądy twornika i wzbudzenia osiągają wtedy wartości maksymalne. Jest to stan zwarcia silnika. Również i w tym położeniu szczotek silnik nie rozwija momentu obrotowego, podobnie jak nie rozwija momentu obrotowego zwarte ^Uzw°jenie wtórne transformatora. Silnik repulsyjny rozwija moment obrotowy tylko ^w Pośrednich położeniach szczotek, a kierunek prędkości obrotowej jest zgodny ^z kierunkiem wysunięcia szczotek z położenia zwarcia.