3.1. Составные части машин постоянного тока и их назначение.
О стов (корпус, станина) - служит для крепления главных и дополнительных полюсов, подшипниковых щитов, щеточных механизмов и является участком магнитопровода, т.е. по нему проходит и замыкается магнитный поток.
Магнитная цепь замыкается через следующие участки: северный полюс (1) – воздушный промежуток между полюсом и якорем (2) – якорь - промежуток между якорем и южным полюсом– южный полюс (3)– корпус (4).
Главные полюса - служат для создания основного магнитного потока возбуждения;
Д
ополнительные
полюса - служат для уменьшения
реакции якоря и искрения под щетками
(то есть для улучшения коммутации).
П
рим.
Обычно число главных и дополнительных
полюсов одинаково
4. Якорь – в двигателях служит для создания вращающего момента, а в генераторах – для создания индуктированной (т.е. созданной магнитным полем) ЭДС.
Якорь состоит из:
Вала;
Ш
ихтованного
сердечника с пазами;
О
бмотки
якоря
Коллектора
Коллектор (распределитель или собиратель). В двигателях коллектор, при правильном расположении щеток, распределяет ток по виткам якоря, таким образом, чтоб вращающие моменты всех витков были направлены в одну сторону.
В генераторах коллектор выполняет функцию выпрямителя переменного тока. При правильном расположении щеток ЭДС в витках направлены в одну сторону, поэтому складываются (собираются) и образуют общую ЭДС машины.
К
оллектор
состоит из отдельных медных пластин,
изолированных друг от друга миканитом.
К петушкам коллекторных пластин
припаиваются концы витков обмотки
якоря.
Щеточный механизм – в двигателях служит для подачи напряжения на обмотку якоря через коллектор, а в генераторах наоборот, для съема напряжения с коллектора.
3.2. Якорные обмотки.
Обмотка якоря состоит из отдельных секций. Секцией называется часть обмотки, концы которой припаиваются к двум коллекторными пластинами, следующими одна за другой по ходу обмотки. Секции могут быть одновитковыми и многовитковыми.
Части секций, расположенные в пазах якоря, т.е. пересекающие магнитный поток полюсов называется – активными. Части секции, соединяющие активные стороны называют – лобовыми.
Шаг по коллектору – характеризует расстояние между коллекторными пластинами, к которым припаиваются концы одной секции (например, 1-2 или 1-40).
Шаг по пазам – характеризует расстояние между пазами, в которые укладываются активные части одной секции.
Прим. Учитывая, что активные части секций всегда располагаются под разноименными полюсами, то шаг по пазам также характеризует расстояние между серединами полюсов.
В машинах постоянного тока используется в основном 2 типа обмоток: петлевая и волновая.
3.2.1. Простая петлевая обмотка
При простой петлевой обмотке начало первой секции припаивают к первой коллекторной пластине, а конец ко второй коллекторной пластине. Начало второй секции припаивают ко второй коллекторной пластине, а конец к третьей и т.д., соответственно конец последней секции припаивается к началу первой. То есть, обмотка якоря представляет собой замкнутую катушку, которую при помощи щеток делят на параллельные ветви. Для того, чтобы вращающие моменты всех витков были направлены в одну сторону, количество параллельных ветвей при простой петлевой обмотке должно быть равно количеству полюсов, соответственно необходимо поставить такое же количество щеток. При этом шаг по коллектору (расстояние в коллекторных пластинах между началом и концом одной секции) у простой петлевой обмотки 1-2. При этом ток в обмотке якоря Iя идет по параллельным ветвям, количество которых зависит от количества полюсов (и щеток)
1 – коллекторные пластины;
2 – витки обмотки якоря (секции);
3 – щетки.
Петлевая обмотка обычно используется при больших токах, т.е. в тяговых двигателях электровозов и тепловозов.
3.2.2. Волновая обмотка.
При волновой обмотке начало первой
секции припаивают к первой коллекторной
пластине, а конец через несколько
пластин, например к пятой. При этом шаг
по коллектору составляет 1-5 (на рис. 94
(б) шаг по коллектору 1-14). При этом первая
секция расположена под одной парой
полюсов, а вторая под другой парой
полюсов. Но все равно, конец последней
секции припаивается к началу первой.
Таким образом, обмотка якоря так же
представляет собой замкнутую катушку,
которая при помощи щеток делится 
на
параллельные ветви. Для правильного
распределения тока по виткам якоря, при
простой волновой обмотке достаточно
поставить всего две щетки. Таким образом,
будет образовываться всего две
параллельные ветви независимо от
количества полюсов.
Н о в реальных электрических машинах, для уменьшения плотности тока под щеткой, количество щеток увеличивают. Причем, одноименные щетки устанавливают на расстоянии начала и конца одной секции. При этом количество параллельных ветвей изменяться не будет. Ток при волновой обмотке независимо от количества полюсов идет по двум параллельным ветвям.
Волновая обмотка применяется при больших напряжениях (1500-3000В), т.е. во вспомогательных машинах локомотивов и, в частности, в тяговых двигателях электропоездов.
Из приведенного рисунка видно, что лобовые изгибы при петлевой обмотке загнуты вовнутрь витка, а при волновой обмотке – наружу витка.
Примечание: Сравнение петлевой и волновой обмоток.
- Условия: Допустим, имеется 4-х полюсная машина постоянного тока, с 4-мя щетками. Количество пазов в сердечнике якоря рассчитано на 16 секций(витков). Сечение провода, из которого делают витки обмотки якоря рассчитан на допустимый ток – 10А. Допустимое напряжение между соседними коллекторными пластинами, по условиям изоляции, составляет – 30 В.
Вопрос: Электрическая машина с какой обмоткой способна пропустить больший электрический ток и выдержать более высокое напряжение без пробоя изоляции между коллекторными пластинами?
Петлевая обмотка:
Таким образом, данная электрическая машина с петлевой обмоткой способна пропустить через себя ток не более 40А, и рассчитана на напряжение не выше 120В.
Волновая обмотка:
Таким образом, данная машина с волновой обмоткой рассчитана на напряжение не выше 210В и способна пропустить через себя ток не более 20А.
Вывод: Электрические машины с петлевой обмоткой способны пропустить через себя больший электрический ток, но выдерживают значительно меньшее напряжение, чем машины с волновой обмоткой.