4.3. Обмотки якоря

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уложенных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.

Элементом обмотки якоря является секция (катушка), присоединенная к двум коллекторным пластинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или близко к полюсному делению :

, где– диаметр сердечника якоря.

Обмотки якоря обычно изготавливают двуслойные барабанного типа. Проводники обмотки укладываются в таких обмотках в два слоя в пазы, расположенные на наружной поверхности якоря. Для того, чтобы ЭДС, индуцированные в двух сторонах каждого витка, складывались, его располагают под полюсами противоположной полярности, в этом случае в каждом витке индуцируется ЭДС в 2 раза большая, чем в одном проводнике, рисунок 4.3.

Рис. 4.3. Расположение витка секции на якоре барабанного типа.

Обмотки барабанного якоря подразделяют на две основные группы: петлевые (параллельные) и волновые (последовательные). В машинах большой мощности применяют также комбинирвоанную (параллельно-последовательную) обмотку, в которой сочетаются элементы петлевой и волновой обмоток.

Основной частью каждой обмотки является секция, состоящая из одного или нескольких последовательно включенных витков; концы секции присоединяют к двум коллекторным пластинам. Все секции обмотки обычно имеют одинаковое число витков. Схемы обмоток якоря выполняют развернутыми, при этом все секции показывают одновитковыми.

Обмотки якоря характеризуются следующими параметрами: числом секций S; числом пазов (реальных) Z; числом секций, приходящихся на один паз, ; числом витков секции; числом пазовых сторон в обмотке; числом пазовых сторон в одном пазу. Верхняя пазовая сторона одной секции и нижняя пазовая сторона другой секции, лежащие в одном пазу, образуютэлементарный паз. Число элементарных пазов в реальном пазеопределяется числом секций, приходящихся на один паз:(см. рисунок 4.4).

Рис. 4.4. Элементарные пазы.

Для обмотки якоря справедливо равенство , где– число элементарных пазов;– число коллекторных пластин.

Результирующий шаг обмотки – расстояние между начальными сторонами двух секций, следующих одна за другой по ходу обмотки.

Первый частичный шаг (шагом секции) – расстояние между двумя сторонами каждой секции.

Второй частичный шаг – расстояние между конечной стороной одной секции и начальной стороной следующей секции. Указанные расстояния обычно выражают в числе пройденных секций.

Шаг по коллектору – расстояние (в коллекторных делениях) между пластинами, к которым присоединены две стороны каждой секции.

Если , где– число коллекторных пластин, то

.

В простой петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют две параллельные ветви, рисунок 4.5:

, где– число параллельных ветвей;– число пар полюсов.

В петлевой обмотке и. В простой петлевой обмотке.

Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно соединенных секций с одинаковым направлением тока в них.

ЭДС обмотки якоря определяется значением ЭДС одной параллельной ветви, тогда как значение тока обмотки определяется суммой токов всех ветвей обмотки:

, где – число параллельных ветвей обмотки якоря;– ток одной параллельной ветви.

Рис. 4.5. Простая петлевая обмотка: правоходовая (слева), левоходовая (справа).

На рисунке 4.6 показана схема обмотки якоря с номерами пазов (секций) и магнитные полюса обмотки возбуждения. Полюса обмотки возбуждения на схеме расположены сверху над якорем.

Рис. 4.6. Развернутая схема простой петлевой обмотки.

ЭДС индуцированные во всех параллельных ветвях петлевой обмотки, теоретически должны быть равны, но практически магнитные потоки отдельных полюсов несколько различаются между собой. В параллельных ветвях индуцируются неодинаковые ЭДС с разницей 3–5 %, что вызывает появление значительных уравнительных токов даже при холостом ходе из-за малого сопротивления секций. Чтобы уравнительные токи замыкались помимо щеток, в петлевых обмотках предусматривают уравнительные соединения точек обмотки, имеющих теоретически равные потенциалы.

Сложная петлевая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединенных к одному коллектору. Она применяется при необходимости получения большего числа параллельных ветвей

, где– число простых петлевых обмоток, из которых составлена сложная обмотка.

В простой волновой обмотке секции, лежащие под разными полюсами, соединяют последовательно, рисунок 4.9. При этом после одного обхода окружности якоря, т.е. последовательного соединения секций, приходят к коллекторной пластине рас положенной рядом с исходной.

Число параллельных ветвей простой волновой обмотки

.

Рис. 4.8 Простая волновая обмотка.

Рис. 4.9. Развернутая схема волновой обмотки.

Результирующий шаг обмотки: . Частичные шаги:.Между шагом по коллектору и количеством коллекторных пластинсуществует следующая зависимость:, откуда.

Предпочтительно брать (неперекрещенная обмотка), так как при этом несколько уменьшается расход обмоточного провода.

Уравнительные соединения здесь не требуются, так как в каждую параллельную ветвь входят секции, стороны которых расположены под всеми полюсами и неравенство потоков отдельных полюсов не вызывает неравенства ЭДС в параллельных ветвях.

В простой волновой обметке достаточно было бы двух щеток, но в этом случае нарушается симметрия обмотки и число секций в параллельных ветвях будет отличаться на единицу. Поэтому в машинах с простыми волновыми обмотками устанавливают столько щеток, сколько главных полюсов (полный комплект). Это позволяет также уменьшить значение тока, приходящегося на каждую щетку, и уменьшить размеры коллектора.

Сложная волновая обмотка образуется из нескольких простых волновых обмоток (обычно двух), уложенных на одном якоре. Число параллельных ветвей в сложной волновой обмотке

. Простые обмотки, входящие в сложную, соединяют параллельно посредством щеток. Шаг по коллектору и результирующий шаг по якорю

.

Комбинированная обмотка представляет собой сочетание петлевой и волновой обмоток, расположенных в одних пазах и присоединенных к общему коллектору. Такая обмотка позволяет получить большое число параллельных ветвей при отсутствии уравнительных соединений.