Обмотки якоря машин постоянного тока

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, уложенных на сердечнике якоря определённым образом и припаянных к коллектору к «петушкам». Элемент обмотки якоря (секция или катушка) припаивается к двум коллекторным пластинам. Обмотки якоря обычно выполняют двухслойными. Они характеризуются следующими параметрами:

- числом секций S;

- числом секций на один паз Sn (Sn = S/N);

- числом реальных пазов Z;

- числом элементарных пазов Zэ;

- числом элементарных пазов в реальном пазе Zn;

- числом витков секции wc;

- числом пазовых сторон (общее число проводников) в обмотке N;

- числом пазовых сторон в одном пазу nп (nп = N/Z = 2wc×Sn).

Число элементарных пазов в реальном пазе определяется числом секций, приходящихся на один паз: Sn = S/N (рис. 3).

Рис. 3. Элементарные пазы.

Схемы обмоток якоря делают развёрнутыми, при этом все секции изображают одновитковыми. К каждой коллекторной пластине присоединяют начало одной секции и конец другой, т. е. на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина. Следовательно, для обмотки якоря справедливо равенство:

S = Zэ = К,

где К – число коллекторных пластин.

Обмотки якоря машин постоянного тока бывают:

1). Петлевые (простые и сложные);

2). Волновые (простые и сложные);

3). Комбинированные (сочетание петлевых и волновых).

Простая петлевая обмотка (рис. 4) представляет собой набор секций, каждая из которых присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам, при этом начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей. В результате конец последней секции оказывается присоединённым к началу первой.

Сложная петлевая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток уложенных на одном якоре и присоединённых к одному коллектору. Ширина щёток при сложной петлевой обмотке принимается такой, чтобы каждая щётка одновременно перекрывала столько коллекторных пластин, сколько простых обмоток в сложной. При этом простые обмотки оказываются соединёнными параллельно друг другу.

Рис. 4. Простая петлевая обмотка:

а) – правоходовая; б) – левоходовая; в) – развёрнутая схема.

Петлевые обмотки якорей машин постоянного тока применяют в маломощных двухполюсных машинах постоянного тока, а также в мощных (300 – 590 кВт) многополюсных машинах при низком напряжении.

Простую волновую обмотку (рис. 5) получают при последовательном соединении секций, находящихся под разными парами полюсов. Начало и конец каждой секции присоединены к коллекторным пластинам, удалённым друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору yк = y.

Рис. 5. Простая волновая обмотка:

а) – правоходовая; б) – левоходовая; в) – развёрнутая схема.

Сложная волновая обмотка представляет собой несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенные на одном якоре и присоединённые к одному коллектору. Их соединяют параллельно посредством щёток, которые выбирают таким образом, чтобы они перекрывали столько соседних пластин коллектора, сколько простых волновых обмоток образуют сложную.

Волновые обмотки якорей машин постоянного тока применяют в машинах мощностью до 50 кВт на напряжение 110 В и до 500 кВт на напряжение 440 В или 600 В.

Комбинированная (лягушачья) обмотка якоря (рис. 6) машины постоянного тока представляет собой сочетание, соединённых между собой, петлевой и волновой обмоток, расположенных в одних пазах и присоединённых к общему коллектору. В комбинированных обмотках секции укладывают в пазах в четыре слоя, а к каждой пластине коллектора припаивают по четыре вывода обмоток. Достоинством комбинированных обмоток является большое число параллельных ветвей, но их применение ограничено технологическими трудностями (сложность изготовления и укладки секций, сложность пайки их выводов к ״петушкам״ коллектора).

Рис. 6. Комбинированная (лягушачья) обмотка якоря:

а) – одна секция; б) – часть развёрнутой схемы.

Схемы обмоток якорей электрических машин постоянного тока выполняют развёрнутыми, т. е. обмотку и коллектор условно разрезают с одной стороны и разворачивают их на плоскости.

Если укладка секций обмотки ведётся слева направо по якорю, то обмотку называют правоходовой, а если укладка секций ведётся справа налево, то обмотку называют левоходовой

На развёрнутой схеме обмотки якоря указывают:

1. Число полюсов 2р.

2. Число коллекторных пластин К.

3 Расстояния между пазовыми сторонами секций по якорю: первый частичный шаг по якорю (расстояние между началом и концом секции) y1, второй частичный шаг по якорю (расстояние между началом предыдущей и концом последующей секции) y2 и результирующий шаг по якорю (расстояние между началом предыдущей и началом последующей секции) y.

4. Шаг обмотки по коллектору yк.

Шаги обмотки по якорю выражают в элементарных пазах, а шаг по коллектору – в коллекторных пластинах.

Для определения всех шагов простой петлевой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг по якорю:

y1 = [Zэ/(2р)]±Ɛ,

где Ɛ – некоторая величина, меньшая 1, вычитая или суммируя которую получают значение шага y1, равное целому числу.·

Начало и конец каждой секции в простой петлевой обмотке присоединены к рядом лежащим коллекторным пластинам, следовательно, результирующий шаг по якорю:

Y = yк = ±1,

где знак ״+״ соответствует правоходовой обмотке, а знак ״-״ -левоходовой.

Второй частичный шаг по якорю:

y2 = y1-y = y1-1 (для правоходовой обмотки),

y2 = y1+y = y1+1 (для левоходовой обмотки).

Для определения всех шагов простой волновой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг по якорю:

y1 = [Zэ/(2р)]±Ɛ.

Начало и конец каждой секции в простой волновой обмотке присоединены к коллекторным пластинам, находящимся на некотором расстоянии друг от друга, следовательно, результирующий шаг по якорю:

y = yк=(К±1)/р,

где К – число коллекторных пластин, р – число пар полюсов, знак ״+״ - соответствует правоходовой обмотке, а знак ״-״ -левоходовой.

Второй частичный шаг обмотки определяют по формуле:

y2 = y-y1.

У правоходовой волновой обмотке конец последней по обходу секции присоединяется к пластине, находящейся справа от исходной, а у левоходовой волновой обмотке - к пластине, находящейся слева от исходной. Правоходовая обмотка не получила практического распространения, т. к. её выполнение связано с дополнительным расходом меди на перекрещивание лобовых частей.