Якорные обмотки машин постоянного тока.

При вращении якоря в проводниках, лежащих под полюсами N и S, индуктируются ЭДС противоположного направления (рис. 6.3,б). Проводники, в которых индуктируются эти ЭДС, расположены по обе стороны от геометрической нейтрали.

Обмотка якоря выполнена в виде многофазной обмотки, состоящей из большого числа витков, подключенных к пластинам коллектора так, чтобы между каждой парой смежных коллекторных пластин было включено несколько витков. При вращении якоря между щетками действует постоянная по величине ЭДС Е, равная сумме ЭДС, индуктированных во всех последовательно соединенных витках обмотки якоря, которые включены между щетками (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Упрощенная схема обмотки якоря (а) и векторная диаграмма ЭДС (б)

Для уменьшения пульсаций ЭДС Е при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую устанавливают большое число коллекторных пластин; число коллекторных пластин, приходящихся на одну параллельную ветвь обмотки якоря, должно быть не менее восьми.

При достаточно большом числе секций обмотки якоря эта ЭДС будет практически неизменна во времени и равна диаметру окружности, описанной вокруг многоугольника ЭДС е₁, е₂,... е_п, индуктированных в отдельных витках этой обмотки (рис. 6.9,б).

Нейтраль и щетки, расположенные на ней, разделяют рассматриваемую обмотку на две параллельные ветви, в каждой из которых индуктируются ЭДС Е и проходит половина тока нагрузки. При разомкнутой внешней цепи ток по обмотке не проходит, поскольку ЭДС, индуктированные в двух ее ветвях, направлены встречно и взаимно компенсируются. Полная компенсация будет иметь место при строго симметричном выполнении обмотки и равенстве магнитных потоков полюсов. Условие симметрии в случае двухполюсной обмотки сводится к равномерному распределению проводников на внешней поверхности якоря.

Рис. 6.10. К определению ЭДС

Если длина активной части проводника обмотки якоря равна l_a а индукция в произвольной точке воздушного зазора равно В_х, то мгновенное значение ЭДС е, индуктируемой в каждом активном проводнике, движущемся с линейной скоростью υ_а (рис. 6.10), будет равно:

(6.1)

Суммарная ЭДС Е зависит от числа активных проводников N, входящих в одну параллельную ветвь а: k = N/2a. Суммарная ЭДС равна:

(6.2)

Если число коллекторных пластин достаточно велико, можно пренебречь пульсацией ЭДС, тогда:

(6.3)

где В_ср — среднее значение индукции в пределах полюсного деления, которое равно:

τ=πD_a(2p) - диаметр якоря.

Поскольку В_ср l_aτ=Ф, а линейная скорость связана с частотой вращения соотношением:

получим выражение для среднего значения ЭДС:

E=(pN/60a)nФ=с_enФ, (6.4)

где с_е = рМ(60а) — коэффициент, определяемый конструктивными параметрами машины и не зависящий от режима ее работы.

Если пренебречь падением напряжения в витках, то напряжение u_К между соседними коллекторными пластинами будет равно сумме ЭДС, индуктируемых во включенных между ними витках обмотки якоря. Например, для обмотки, состоящей из одновитковых секций (рис. 6.10,а), напряжение u_к=2е. Из (6.1) следует, что ЭДС е пропорциональна индукции В_х в соответствующей точке воздушного зазора, поэтому кривая распределения по окружности коллектора напряжений u_К между соседними пластинами коллектора будет подобна кривой распределения магнитной индукции в воздушном зазоре под полюсами, как это показано на рис. 6.10,б.