1.3. Обмотки якорей машин постоянного тока

1.3.1. Общие положения

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой зам­кнутую систему изолированных проводников, определенным образом уложенных в пазы сердечника якоря и присоединенных к коллектору. К обмотке якоря предъявляются ряд требований. Она должна обеспе­чить получение необходимой ЭДС, прохождения тока номинальной ве­личины и безыскровую работу щеточного контакта. При этом она долж­на иметь достаточную электрическую, термическую и механическую прочность, обеспечивать возможно меньший расход материалов, мак­симальное значение КПД.

Обмотка якоря состоит из отдельных элементов–секций. Секция – это часть обмотки, содержащая один или несколько витков и при­соединенная к двум коллекторным пластинам. Несколько секций скреп­ленных между собой для удобства укладки в пазы якоря образуют ка­тушку. Секции в виде катушек являются основным конструктивным эле­ментом при образовании якорной обмотки. Они укладываются в пазы в два слоя так чтобы левые стороны секций лежали в верхней части па­за, а правые – в нижней. Такая обмотка носит название двухслой­ной (рисунок 1.11).

Рисунок 1.11

Части секций, лежащие в пазу, называются активными сторонами секции, они находятся в магнитном поле главных полюсов и при вра­щении якоря в них индуктируется ЭДС. Части секции, находящиеся вне пазов, называются лобовыми частями. Они находятся вне основ­ного магнитного потока и ЭДС в них не индуктируется.

Рисунок 1.12

Верхняя сторона одной секции и нижняя сторона другой, уло­женные в одном пазу, образуют так называемый элементарный паз (обозначается z_э). В реальном пазу может располагаться нес­колько элементарных пазов, их число равно числу секций в катушке. На рисунке 1.12, а показан разрез элементарного паза и разрез паза (рисунок 1.12,б), который имеет U_s=2 элементарных паза.

Так как секция имеет два активные стороны, то каждой секции в обмотке соответствуют один элементарный паз. Концы секции присоединяются к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоединяют конец одной секции и начало следующей, в результате чего все секции соединяются последовательно и на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина (рисунок 1.13).

Рисунок 1.13

Чтобы ЭДС, индуктируемые в активных сторонах секции, склады­вались и величина суммарной ЭДС секции при этом была наибольшей, необходимо секцию располагать в пазах сердечника так, чтобы шири­на ее была равна или незначительно отличалась от полюсного деления τ. При этом с секцией будет сцепляться полный поток полю­сов и ЭДС в ней будет достирать максимального значения. Для ха­рактеристики обмотки необходимо знать, как расположены в магнит­ном поле ее секции и как соединены они между собой. Это указыва­ется на развернутой схеме обмотки. На этой схеме цилиндрические поверхности якоря и коллектора, разрезанные вдоль оси машины в любом месте, развертывают на плоскость и представляют прямоуголь­никами. Диаметр коллектора условно принимается равным диаметру якоря. Пазы якоря и все соединения проводников изображают отрез­ками прямых линий. Секции для простоты изображаются всегда одновитковыми (W_c =1). Активные стороны секций, находящиеся в ниж­нем слое паза,

черчивают пунктиром. Для расчета, составлений схем и монтажа обмотки испо

Рисунок 1.14

пользуются понятия шагов обмотки. Рассто­яние между двумя активными сторонами секции, определяющие ее ши­рину (рисунок 1.14), называется первым частичным шагом обмотки y₁. Расстояние между правой активной стороной секции и левой актив­ной стороной последующей секции называется вторичным частичным шагом обмотки y₂.

Расстояние между началами двух последова­тельно соединенных секций называется результирующим шагом обмотки y. Шаги y₁, y₂, y измеряются обычно числом элементар­ных пазов. Расстояние между коллекторными пластинами, к которым присоединяются начало и конец секции, измеренное числом коллек­торных пластин, называется шагом обмотки по коллектору y_к. Так как начало следующей секции присоединяется к концу предыдущей, то y_к равен числу коллекторных делений между началом одной сек­ции и началом следующей. По якорю это соответствует результирую­щему шагу y. Таким образом, ход обмотки по коллектору соот­ветствует ходу обмотки по якорю. Это обеспечивает выполнение симметричной обмотки и справедливо для всех типов обмотки якоря.

По внешнему очертанию контуров, образуемых последовательно соединенными секциями, различают петлевые, волновые и комбини­рованные.