Якорные обмотки машин постоянного тока

Назначение обмоток якоря:

1. Для индуктирования в них ЭДС.

2. Для создания МДС, в результате действия которой возникает электромагнитный момент.

Требования к обмотке якоря:

1. Обмотка якоря должна быть рассчитана на заданные значения напряжения и тока, соответствующие номинальной мощности.

2. Обмотка якоря должна иметь необходимую электрическую, механическую и термическую прочности.

3. Конструкция обмотки должна обеспечивать удовлетворитель­ные условия токосъема с коллектора.

4. Расход металла должен быть минимален, а технология простой.

Основным элементом обмотки является секция, которая состоит из одного или нескольких последовательно соединенных витков и присоединена своими концами к коллекторным пластинам.

Секции обмотки якоря соединяются друг с другом в последовательную цепь, таким образом, что начало последующей секции присоединяется вместе с концом предыдущей к общей коллекторной пластине.

В обмотке обычно все секции имеют одинаковое число витков. На схе­мах обмоток секции для простоты изображаются одновитковыми.

Для удобного расположения выходящих из пазов лобовых частей, об­мотки выполняются двухслойными, при этом в каждом пазу располагаются две стороны разных секций. Одна сторона каждой секции – в верхнем слое одного паза, а другая – в нижнем слое другого паза, рис.17. На схемах обмоток стороны секций, находящиеся в верхнем слое, изображают сплошными линиями, а стороны, расположенные в нижнем слое, – штрихованными.

По внешнему очертанию контуров, образованных последовательно со­единенными секциями, обмотки делятся на петлевые, рис.18а и волновые, рис.18б.

а)

б)

                                               Рис.18

 

Поскольку каждая секция имеет два конца и к каждой коллекторной пластине присоединяется также два конца, то общее число пластин коллек­тора  равно числу секций обмотки .

В простейшем случае в пазу находятся две секционные стороны: одна в верхнем, и другая в нижнем слое. При этом число пазов якоря . Однако для уменьшения пульсаций выпрямленного тока и напряжения, а также во избежание чрезмерно большого напряжения между соседними кол­лекторными пластинами число пластин должно быть достаточно большим.

С другой стороны, изготовление якорей с большим числом пазов неце­лесообразно, так как при этом пазы будут узкими, значительная часть их площади будет занята изоляцией секций от корпуса, для проводников оста­нется мало места и в итоге получится проигрыш в мощности машины. Кроме того, большой расход изоляционных материалов и увеличение штамповочных работ вызовут удорожание машины, а мелкие зубцы будут непрочными.

По этим причинам обычно в каждом слое паза располагают рядом несколько  секционных сторон, рис.17.

Проводники обмотки могут иметь как круглое, так и прямоугольное сечение. В зависимости от формы сечения проводников, пазы могут быть круглой, трапециевидной или прямоугольной формы, рис.19.

В большинстве случаев, для фиксации проводников в пазах применяются клинья.

Плотность тока в проводниках обмотки якоря при номинальной мощности находится в пределах 4-10 А/мм². Меньшая цифра относится к крупным машинам, большая – к малым.

Любая обмотка якоря характеризуется следующими основными пара­метрами:

1) числом полюсов магнитной системы ;

2) числом проводников обмотки якоря ;

3) числом витков секции ;

4) числом секций обмотки ;

5) числом коллекторных пластин ;

6) числом пазов якоря

7) числом параллельных ветвей обмотки ;

8) шагами обмотки по секциям ;

9) шагом обмотки по коллектору .

В современных якорных обмотках соединенные последовательно друг с другом секции образуют замкнутую цепь. Такую обмотку можно изобразить схематично в виде замкнутой спирали, рис.20, по поверхности которой скользят щетки. В изображенном простейшем случае обмотка имеет одну пару  параллельных ветвей. В общем случае число пар параллельных ветвей может быть равным 2, 3 и т. д.

Для обеспечения наилучших условий работы машины необходимо, чтобы ЭДС  всех ветвей обмотки и их сопротивления были равны. В этом случае токи всех параллельных ветвей также будут равны .

Якорные обмотки бывают следующих видов: простая петлевая, сложная петлевая, простая волновая, сложная волновая и комбинированная.

Из формулы для определения мощности постоянного тока  видно, что для одной и той же мощности снижение напряжения можно достичь за счет увеличения тока и наоборот. Это соотношение является определяющим при выборе типа обмотки якоря:

– для повышенных значений тока применяется петлевая обмотка, так как у этих обмоток всегда , а ток обмотки якоря , где  - ток параллельной ветви.

– для повышенных значений напряжений применяется волновая об­мотка, так как у нее всегда , и следовательно, одна параллельная ветвь содержит большое количество витков, с помощь которых можно получить большие значения ЭДС обмотки.

Если эти типы обмоток не удовлетворяют получению требуемой мощно­сти, то применяется сложная петлевая, сложная волновая или обмотка комбинированного типа.

 

Глава 2. Общие вопросы теории машин постоянного тока