13.4. Обмотки барабанного якоря

Проводники, уложенные в пазах якоря, должны быть соединены между собой наиболее целесообразным образом, чтобы образовать обмотку якоря машины.

В современных машинах постоянного тока в большинстве случаев используется барабанный якорь. Барабанный якорь представляет собой цилиндр (см. рис. 13.3), собранный из изолированных друг от друга листов электротехнической стали.

Каждый из витков обмотки барабанного якоря должен иметь ширину, близкую к ширине полюсного деления , длятого чтобы ЭДС, индуктируемые в двух сторонах витка, складывались, т. е. для того, чтобы виток охватывал почти весь поток одного по­люса машины.

Вместо одного витка в пазы обычно закладывается многовитковая секция (рис. 13.12, б). Возможны два основных способа соединения отдельных секций в обмотку. Чтобы присоединить следующую секцию обмотки, можно вернуться под исходный полюс (рис. 13.12, а); таким образом при поступательно-возвратном движении вдоль окруж­ности якоря выполняется простая петлевая обмот­ка, называемая также параллельной обмоткой. На схемах обмотки показываются не отдельные витки, а только стороны секций. Щетки делят петлевую обмотку на столько параллельных ветвей, сколько полюсов имеет; машина, т. е. при петлевой обмотке а= р.

Другой способ образования обмотки машины постоянного тока — это соедине­ние между собой секций (рис. 13.13,6), лежащих под следующими по окружности якоря полюсами, выполняемое при поступатель­ном движении вдоль окружности якоря (рис. 13.13, а). Так выполняется простая волновая обмотка, называемая также последовательной. Чис­ло параллельных ветвей при волновой обмотке равно двум (2а = 2) независимо от числа полю­сов машины. Чтобы замкнуть волновую обмотку, т. е. включить в нее все секции обмотки, нужно несколько раз обойти окружность якоря. Пет­левая обмотка замыкается после одного обхода якоря.

Простая волновая обмотка применяется для машин малой и средней мощности (до 500 кВт) при напряжении 110 В и выше.

Простой петлевой обмоткой снабжаются двухполюсные машины малой мощности (до 1 кВт) и машины мощностью свыше 500 кВт.

Множественные обмотки получаются путем укладки на якоре т простых обмо­ток; число параллельных ветвей при этом увеличивается в m раз. Такие обмотки применяются в машинах большой мощности.

13.5. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока

Для всех машин постоянного тока основными являются уравнения ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря, и электромагнитного момента взаимодействия токов якоря и основного магнитного поля машины.

При движении проводника обмотки якоря в магнитном поле под полюсом (рис. 13.14) проводник пересекает магнитные линии и в нем индуктируется ЭДС

e₁ = lvB,

где l — активная длина проводника; v — окружная скорость якоря.

Это — мгновенное значение ЭДС, изменяющееся в зависимости от изменения магнитной индукции вдоль полюсного деления. Чтобы определить среднее значение этой ЭДС, подставим в ее выражение значение магнитной индукции В_ср под полюсом в пределах полюсного деления:

Ei_cp = lvB_cp.

Окружную скорость о можно выразить через частоту вращения якоря и, об/мин, ширину полюсного деления т и число полюсов 2р:

v = Dn/6О, D = • 2р,

где D —диаметр сердечника якоря. Следовательно,

v = 2рnФ/60

и

Е_1ср = l2рnB_cp /60.

Учтем, что l= S_пол — площадь полюсного деления (рис. 13.14), a S_полB_cp = Ф — магнитный поток одного полюса. Тогда получим:

Е_1ср =2рnФ/60.

Обмотка якоря состоит из N активных проводников. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельных ветвей. Таким образом, в пределах каждой параллельной ветви последовательно соединяются N/2a активных проводников; ЭДС якоря — это ЭДС одной параллельной ветви обмотки, а эта последняя равна сумме ЭДС, индуктируемых в составляющих ее проводниках. Следовательно, ЭДС якоря

Е_я = Е_1срN/2а,

или

Е_я = NФ= с_ЕФп, (13.1)

где с_Е — постоянный для данной машины коэффициент.

У двигателя эта ЭДС направлена против тока и называется протшоэлектродвижущей силой.

Электродвижущую силу якоря можно регулировать посредством изменения маг­нитного потока или посредством измене­ния частоты вращения якоря.

При работе машины постоянного тока в режиме генератора взаимодействие тока якоря с основным магнитным полем ма­шины создает тормозной момент, который должен преодолевать первичный двигатель. При работе машины в режиме двигателя взаимодействие тока якоря с магнитным полем создает вращающий момент. Направление передачи энергии при этих двух режимах различное, но природа электромагнитного момен­та, воздействующего на якорь, одна и та же.

На каждый из N активных проводников обмотки якоря, находя­щихся под полюсами машины, воздействует сила f = lBI. * Сумма этих сил создает электромагнитный момент, воздействующий на якорь:

M_эм=,

или, если использовать понятие среднего значения индукции под полюсом:

M_эм=NlB_срI

Окружность якоря выразим через ширину полюсного деления D = 2р, а затем заменимВ_ср l = Ф. Таким образом,

M_эм = pNФI/

Наконец, вместо тока I одного проводника введем в выражение момента общий ток якоря I_я = I2а. После этой подстановки

M_эм= NФ I_я = c_MФI_я (13.2)

где с_м — с_Е60/2— величина, постоянная для данной машины.