Выбор типа обмотки якоря

При выборе типа обмотки необходимо учитывать ряд противоречивых требований. Наиболее предпочтительными являются обмотки с меньшим числом проводников, так в этом случае уменьшаются объем требуемой изоляции и размеры паза, повышается использование активных материалов, уменьшаются трудоемкость и стоимость изготовления обмотки. Число проводников в обмотке будет тем меньше, чем меньшее число параллельных ветвей она имеет.

Однако по условиям безыскровой работы щеточного контакта (коммутации) и технологичности ток параллельной ветви не должен превышать 300—350 А. Поэтому с повышением мощности машины и ее тока приходится увеличивать число параллельных ветвей обмотки.

С точки зрения коммутации необходимо, чтобы напряжение между соседними коллекторными пластинами

U_к.ср = 2рU_ном/К,

где U_ном — номинальное напряжение машины, В, не превышало 20—25 В.

Число коллекторных пластин увеличивается с ростом числа параллельных ветвей обмотки, поэтому для снижения U_к.ср приходится в некоторых случаях выбирать обмотку с большим числом параллельных ветвей. При увеличении числа коллекторных пластин следует иметь в виду, что по технологическим возможностям ширина коллекторнойпластины не должна быть меньше 3—4 мм.

Учитывая изложенные требования, можно сделать следующие рекомендации по выбору обмоток якоря машины постоянного тока:

1. В двухполюсных машинах следует примем простую петлевую обмотку (2а = 2).

2. В многополюсных машинах при токе якоря I<700 А следует применять простую волновую обмотку (2а=2).

3. В многополюсных машинах при токе якоря I>700 следует применять петлевую обмотку (2а = 2р).

Если в последнем случае число коллекторных пластин получается слишком большим, то применяют сложную волновую обмотку (2а = 2m). Сложные петлевые и лягушачьи обмотки применяют в крупных машинах постоянного тока, когда при простой петлевой ток в параллельной ветви будет превышать 300-350 А или напряжение между соседними коллекторными пластинами будет недопустимо высоким.

ЭДС ОБМОТКИ ЯКОРЯ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ

ЭДС обмотки якоря

При вращении якоря в магнитном поле полюсов в проводниках обмотки якоря будет наводиться ЭДС. Распределение индукции магнитного поля в воздушном зазоре между якорем и полюсом при холостом ходе машины (когда ток якоря равен нулю) показано на рис. 2.1. ЭДС, наводимая в проводниках, имеющих активную длину l_δ и вращающихся с окружной скоростью v_a, будет равна:

e_x= B_δx l_δ v_a, (2.1)

где B_δx — индукция в данной точке полюсного деления.

Как отмечалось, ЭДС между щетками противоположной полярности машины Е равна ЭДС одной параллельной ветви. Параллельная ветвь включает в себя N/2a проводников (N — общее число активных проводников якоря).

Тогда, предполагая, что обмотка имеет диаметральный шаг (y₁=τ_п), получаем

Заменим кривую 1 (рис. 2.1) распределения индукции прямой 2, параллельной оси абсцисс и имеющей ординату В_ср. Значение В_ср определяют исходя из равенства потоков, которые будут пропорциональны площадям фигур, ограниченных кривой 1 и прямой 2. Тогда можно записать

Е= l_δ v_a N/2a В_ср.

Рис. 2.1. Картина поля в воздушном зазоре машины постоянного тока при холостом ходе

Если представить

v_a = πD_an/60=2pτn/60

и учесть, что поток полюса Ф=В_срτ l_δ, то

, (2.2)

или

Е=с_еnФ, (2.3)

здесь n—частота вращения якоря, об/мин; D_a — внешний диаметр якоря, м; τ = πD_a/2р — полюсное деление, м; с_е = рN/60a —конструктивная постоянная машины.

Формулу для ЭДС Е можно представить в ином виде, для чего правую часть (2.2) умножим и разделим на 2π, тогда

Е=сωФ, (2.4)

где ω=2πn/60 — угловая скорость якоря; с= рN/2πa

Из (2.3) и (2.4) следует, что ЭДС якоря Е пропорциональна частоте вращения (или угловой скорости) основному потоку и не зависит от формы распредели индукции в воздушном зазоре машины.

Под потоком Ф в (2.2) — (2.4) следует понимать поток, сцепленный с секцией при симметричном расположении ее относительно полюса. При укороченном шаге (y₁<τ_п) поток, сцепленный с секцией, уменьшается, в соответствии с чем уменьшается и ЭДС Е. Однако при реально применяемом укорочении шага в обмотках машин постоянного тока уменьшение ЭДС незначительно, и потому при ее определении также пользуются формулами (2.2) —(2.4).