Якорные обмотки машин постоянного тока

Обмотка якоря является важным элементом машины постоянного тока, в ней наводится ЭДС, через нее протекает ток нагрузки, ею определяются номинальные величины: напряжение, ток и мощность машины. Возможны различные выполнения этих обмоток.

Одной из разновидностей обмоток якоря является кольцевая обмотка, примером которой может служить обмотка, показанная на рис. 1.1. У таких обмоток проводники, расположенные на внутренней поверхности сердечника якоря не участвуют в создании ЭДС машины, что снижаетиспользование обмоточного провода. Для того чтобы сделать эти проводники активными, их следует вынести на внешнюю поверхность якоря под полюс другой полярности. При таком размещении каждый виток обмотки будет состоять из проводников, расположенных под полюсами разной полярности, а ЭДС витка равна сумме ЭДС этих проводников, т.е. будет в 2 раза больше, чем у кольцевой обмотки. Обмотки, у которых все проводники располагаются на поверхности якоря, называются барабанными.

Рис. 1.8. Переход от кольцевой обмотки к барабанной

Современные машины постоянного тока на якоре имеют барабанные обмотки. Обмотки состоят из секций (катушек), которые укладывают в пазы якоря в два слоя: одну сторону секцию укладывают в верхнем слое одного паза, а другую — в нижнем слое другого паза. Секции присоединяют к двум коллекторным пластинам.

Секции в обмотке соединяют между собой в определенной последовательности. В зависимости от этого обмотки постоянного тока подразделяют на петлевые, волновые и комбинированные. Петлевые и волновые обмотки в свою очередь подразделяются на простые и сложные (многоходовые). От типа обмотки будет зависеть число ее параллельных ветвей, что определяет область ее применения.

Схемы обмоток якоря делают развёрнутыми. При этом все секции показывают одновитковыми.

Рис. 1.9. Соединение секций петлевой обмотки

Петлевая обмотка получается, если последовательно соединить между собой рядом лежащие секции (рис. 1.9). Своё название обмотка получила вследствие того, что при последовательном соединении секций обмотки образуют форму петель.

Обмотку соединяют с коллектором. К каждой коллекторной пластине подходят два проводника: от конца одной секции и начала следующей по схеме соединения секций.

Некоторые щётки будут перекрывать две соседние коллекторные пластины и замыкать накоротко секцию, подсоединенную к этим пластинам. Такие секции называют короткозамкнутыми или коммутируемыми.

По отношению к выводам обмотку якоря разбивают на несколько параллельных ветвей. В общем случае число параллельных ветвей обмотки 2а=2р (а — число пар параллельных ветвей) связано с числом полюсов 2р машины соотношением. Это соотношение является характерной особенностью петлевых обмоток.

Сложные петлевые обмотки применяются для увеличения числа параллельных ветвей. Они представляют собой совокупность m простых обмоток, уложенных на том же якоре. В этом случае 2а = 2р m.

Сложные обмотки, состоящие из mпростых, называются m-ходовыми.

Рис. 1.10. Соединение секций волновой обмотки

В волновых обмотках последовательно соединяют секции, начала которых лежат под следующими друг за другом одноименными полюсами (рис. 1.10). При таком соединении результирующий шаг примерно равен двум полюсным делениям.

Характерной особенностью волновых обмоток является независимость числа параллельных ветвей от числа полюсов машины. При любом числе полюсов количество параллельных ветвей волновой обмотки равно двум.

Сложные волновые обмотки применяют для увеличения числа параллельных ветвей. Эти обмотки представляют собой m простых обмоток, уложенных на одном якоре. В этом случае 2а = 2m.

Комбинированная обмотка представляет собой сочетание петлевой и волновой обмоток, уложенных в одних и тех же пазах и присоединенных к общему коллектору. В пазы обмотку укладывают в четыре слоя: два слоя занимают секционные стороны петлевой обмотки, а два других слоя — секционные стороны волновой обмотки (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Катушка лягушечьей обмотки. 1 – петлевая обмотка; 2 – волновая обмотка

Катушки комбинированной обмотки имеют форму напоминающую лягушку (рис. 1.11). Поэтому часто обмотку называют лягушачьей. Ток нагрузки должен равномерно распределяться между обмотками, поэтому число их параллельных ветвей должно быть равным, т.е.

2pm_п=2m_в, где m_п , m_в – число ходов петлевой и волновой обмоток.

При проектировании обмоток стремятся получить их симметричными. Под симметричной понимают обмотку якоря, в которой для любого момента времени ЭДС и сопротивления ее параллельных ветвей будут одинаковыми. При невыполнении этих условий по обмотке и щёткам будут протекать уравнительные токи, которые могут вызвать ухудшение работы щеточного контакта и увеличения потерь в якоре.

Для улучшения работы машин постоянного тока в некоторых типах обмоток якоря применяют уравнительные соединения.

Уравнительные соединения представляют собой проводники, соединяющие внутри обмотки точки, теоретически имеющие один и тот же потенциал.