Якорные обмотки машин постоянного тока

Устройство обмоток

Обмотка якоря — важнейший элемент машины, удовлетворяющий следующим требованиям:

1) обмотка должна быть рассчитана на заданные величины на­пряжения и тока нагрузки, соответствующие номинальной мощности, и иметь необходимую электрическую, механическую и термическую прочности, обеспечивающие достаточно продолжительный срок службы машины (до 20 лет);

2) конструкция обмотки должна обеспечить удовлетворительные условия токосъема с коллектора без вредного искрения;

3) расход материала при заданных эксплуатационных показателях (к. п. д. и др.) должен быть минимальным;

5) технология изготовления обмотки должна быть по возможности простой.

В современных машинах постоянного тока обмотку якоря укладывают в пазы на внешней поверхности якоря (рис. 2.1), что упрощает технологию ее изготовления, повышает использование провода и делает обмотку более надежной.

Обмотка состоит из ряда последовательно соединенных секций, каждая из которых имеет две активные стороны, размещаемые в пазах якоря. На торцевых сторонах сердечника якоря активные стороны соединяют лобовыми проводами. Для того чтобы не было пересечения лобовых соедине­ний, т. е. чтобы они не лежали в одной плоскости, обмотки выполняют двухслойными (рис. 2.2).

Рис. 2.3. Поперечный разрез паза с обмоткой

Активные стороны располагают в пазах 1, находящимися между зубцами 2, ас торцевых сторон скрепляют лобовыми соединениями 3. При этом одна активная сторона каждой секции лежит в верхнем слое паза, а другая — в нижнем (рис. 2.3). Каждую активную сторону секции 2 изолируют и укладывают в паз 3, предварительно изолированный. После укладки всех активных сторон паз заклинивают немагнитным клином. Для придания якорю большей механической прочности лобовые соединения обмотки стягивают стальными бандажами. Секции обмоток машин постоянного тока могут быть одновитковыми (рис. 2.4, а), состоящими из двух активных проводов, и многовитковыми (рис. 2.4, б). Обмотки якорей машин постоянного тока подразделяют на петлевые (параллельные), волновые (последовательные) и комбинированные (параллельно-последовательные).

Рис. 2.4. Секции обмоток якоря

Обмотки могут быть простыми и сложными (кратными), причем последние образуются из нескольких простых обмоток.

Рис. 2.5. Катушка (а) и полукатушка волновой обмотки (б), полукатушка секции петлевой обмотки (в)

На рис. 2.5, а показана секция (катушка) многовитковой волновой обмотки. Полукатушка из двух одинаковых полусекций волновой обмотки изображена на рис. 2.5, б, а петлевой — на рис. 2.5, в.

На развернутых схемах обмоток стороны секций, находящиеся в верх­нем слое, изображают сплошными линиями, а стороны, расположенные в нижнем слое, прерывистыми линиями (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Изображение секции на развернутой схеме

Секции обмотки соединяют друг с другом в последовательную цепь таким образом, что начало последующей секции присоединяют вместе с концом предыдущей секции к общей коллекторной пластине. Поскольку каждая секция имеет два конца и к каждой коллекторной пластине присоединены также концы двух секций, то общее число пластин коллектора К равно числу секций обмотки S; т. е.

,

где N — число активных проводов обмотки якоря; — число витков в секции. В простейшем случае в пазу находятся две секционные стороны; одна в верхнем и другая в нижнем слое. При этом число пазов якоря Z=S. Для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения, а также во избежание чрезмерно большого напряжения между соседними коллекторными пластинами число пазов должно быть достаточно большим. Однако изготовление якорей с большим числом пазов нецелесообразно, так как при этом пазы будут узкими, значительная часть их площади занята изоляцией секций от корпуса, и для проводников останется мало места, получается проигрыш в мощности машины.

Рис. 2.7. Подразделение реального паза на элементарные

По этим причинам обычно в каждом слое паза .располагают рядом несколько (и_п = 2, 3, 4, 5) секционных сторон (рис. 2.7). При этом K=S = u_nZ. В данном случае говорят, что в каждом реальном пазу имеется и_п элементарных пазов, поэтому в каждом слое элементарного паза — одна секционная сторона. Очевидно, что общее число элементар­ных пазов якоря Z_э—u_nZ=S = K. В одном полюсном делении т со держится Z_э/(2p) элементарных пазов. Но часто Z_э не делится без остатка на 2р, тогда вводят дробную величину , с помощью которой величина шага округляется до целого числа:

. (2.1)