Обмотки якоря машины постоянного тока

В современных машинах постоянного тока якорная обмотка укладывается в пазах на внешней поверхности якоря. Такие обмотки называются барабанными. Основным элементом обмотки якоря является секция. Секция состоит из одного или нескольких витков и присое­диняется своими концами к коллекторным пластинам. Между собой секции соединяются по­следовательно, образуя замкнутую обмотку.

В зависимости от внешнего очертания схемы соединения секций обмотки якоря под­разделяются на петлевые и волновые (рис. 62).

Рис.6.2

Для удобного расположения лобовых частей секции выполняются в двух плоскостях так, что одна сторона секции располагается в верхней части паза, а другая - в нижней, анало­гично секциям обмоток машин переменного тока (рис. 3.1). Такие обмотки называются двух­слойными.

При построении схемы обмотки якоря используют ее плоское изображение, когда якорь разделен по осевой линии и развернут (рис. 6.3). Стороны секции, расположенной в верхней части паза, обозначаются сплошной линией, а в нижней - пунктирной. Будем пред­полагать, что такой якорь движется относительно неподвижных полюсов справа налево, а полюсы находятся перед плоскостью чертежа. При этом ЭДС в проводниках будет направ­лена вниз под северным полюсом и вверх - под южным. Индуцируемая ЭДС секции макси­мальна, если ширина секции у₁ равна полюсному делению τ.

Рис.6.3

так как в этом случае секция сцеплена с полным потоком полюса. Шаг секции у₁ обычно выражается в зубцовых или пазовых делениях,

Рассмотрим схему петлевой обмотки со сле­дующими данными: число полюсов 2р=4; число

пазов z =18; полюсное деление τ= z/2p=4.5 шаг секции у₁=z/2p-ε_z=18/4-1/2=4 Петлевая обмотка образуется путем последовательного соединения секций, расположенных в соседних пазах (рис. 6.4).

Номера секционных сторон и связанных с ними коллекторных пластин соответствуют номерам пазов, в верхней частя которых расположены эти стороны секций. При последова­тельном соединении всех секций якоря образуется короткозамкнутая обмотка. Поскольку направления ЭДС под северным и южным полюсами противоположны, то сумма ЭДС в об­мотке равна нулю.

При симметричных секциях щетки должны быть расположены под серединами полю­сов. Полярность щетки определяется знаком ЭДС секций, связанных с этой щеткой. Щетки одной полярности замыкаются между собой, поэтому по отношению к внешней сети обмотка якоря распадается на 2а=2р параллельных ветвей. Параллельную ветвь образуют секции, находящиеся под одним полюсом.

Расположение параллельных ветвей в пространстве относительно полюсов не меняется при фиксированном положении щеток. При вращении якоря каждая секция переходит из од­ной параллельной ветви в другую. Во время такого перехода секция замыкается щеткой на­коротко, и при нагрузке в ней происходит изменение направления тока на противоположное. Это явление называется коммутацией.

Свойства волновых обмоток рассмотрим аа примере обмотки со следующими данны­ми: 2р=4; z=17; τ =z/2p= 4 ^.1/4; y₁ = 4. Расстояние между соседними секциями волновой

Рис.6.4

Рис.6.5

6.6

обмотки у (рис. 6.2,6) выбирают таким образом, чтобы при полном обходе якоря обмотка не замыкалась сама на себя, а начинался новый обход из соседнего паза. Это условие выполняется, если у= . В соответствии с таким шагом последовательно соединяются секции, расположенные в пазах 1,9,17, 8,16,7 и т.д. (рис. 6.5).

Для наглядности схему волновой обмотки удобно представить в виде электрической цепи (рис. 6.6), из которой следует, что все секции, находящиеся под северными полюсами, образуют одну параллельную ветвь, а все секции, расположенные под южными полюсами, - другую. Таким образом, число параллельных ветвей волновой обмотки равно 2а = 2 и не за­висят от числа полюсов. Поэтому можно было бы ограничиться наложением на коллектор только двух щеток, например A₂ и В₂. Но обычно устанавливают полное число щеток, рав­ное числу полюсов. Это делается, главным образом, для того, чтобы обеспечить симметрию параллельных ветвей. При полном комплекте щеток каждая параллельная ветвь содержит по 6 секций. При установке только двух щеток A₁ и В₂ секция 9 будет входить в верхнюю па­раллельную ветвь, увеличивая число ее секций до 7. При этом возникнет несимметрия ЭДС параллельных ветвей, под действием которой внутри короткозамкыутой обмотки потечет уравнительный ток. Кроме того, при одной щетке A₂ секции 1 и 10 соединяют­ся последовательно, а при полном комплекте щеток - параллельно. Последовательное соеди­нение обуславливает больший ток при замыкании этих секций щеткой А₂ и, следовательно, ухудшаются условия токосъема с коллектора.

Волновые обмотки применяются в высоковольтных (500 - 900В) машинах постоянно­го тока с относительно малыми токами якоря (до 400 - 500 А). В низковольтных машинах постоянного тока при больших токах в якоре используются петлевые обмотки.