Обмотки якоря машин постоянного тока

Важным элементом машины постоянного тока является обмотка якоря. Якорь может быть кольцевым или барабанным. Первая конструкция не нашла широкого распространения из-за неэффективности использования обмоточного провода якорной обмотки, поэтому обмотка якоря такой конструкции здесь не рассматривается.

Барабанный якорь представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали. На поверхности цилиндра имеются пазы, в которые укладывается обмотка. Обмотки барабанных якорей выполняются двухслойными или многослойными, т. е. в од­ном пазу располагаются две и более активных сторон секций.

Секцией называют катушку, состоящую из витков изолированного провода, подключаемую к двум коллекторным пластинам. Общий вид секции представлен на рис. 2.6. Стороны ab и cd секции укладываются в пазы. Секции имеют две активные стороны ( ab и dc), пассивные соединительные стороны, которые не участвуют в процессе преобразования энергии, и выводы или концы секции, роль которых заключается в подсоединении секций к пластинам коллектора. Геометрические размеры секций определяются размерами якоря, схемой соединения секций между собой и расположением коллектора на оси якоря. Технология изготовления секций достаточно проста для машин малой мощности и усложняется с увеличением мощности машины, что связано с необходимостью использования проводников большого сечения.

Рис. 2.6

В большей части электрических машин постоянного тока используются следующие типы якорных обмоток:

а) простая петлевая обмотка;

б) простая волновая обмотка;

в) сложная петлевая обмотка;

г) сложная волновая обмотка.

Существуют и более сложные конструкции якорных обмоток машин постоянного тока.

2.3.1. Принципы реализации обмотки якоря
и основные понятия

Для укладки обмотки якоря в барабане магнитопровода выполняются продольные пазы. Форма и количество реальных пазов различны и зависят от мощности машины, способа изоляции и типа обмотки якоря. В любом случае вся обмотка якоря делится на отдельные секции, содержащие некоторое количество витков и име­ющие определенную форму, удобную для укладки в пазы.

Каждая секция имеет две активные стороны, находящиеся непосредственно в пазах (рис. 2.7, стороны 1 и 2), фронтальные стороны, не участвующие в процессе преобразования энергии (см. рис. 2.7, стороны 3 и 4), и выводы, предназначенные для подключения секции к пластинам коллектора.

2

4

4

3

3

1

 

Рис. 2.7

 

Формы секций зависят от типа обмотки. В случае простой петлевой обмотки выводы секций соединяются с соседними коллекторными пластинами, поэтому расстояние между концами секций определяется расстоянием между соседними пластинами (рис. 2.8, а).

 

 

Рис. 2.8

 

В случае простой волновой обмотки форма секций должна предусматривать подключение к пластинам, расположенным на определенном расстоянии друг от друга (рис. 2.8, б).

Как указывалось ранее, число витков секций зависит от количества проводников обмотки якоря, общего количества секций обмотки якоря и количества коллекторных пластин. Если обмотка должна содержать N проводников при количестве коллекторных пластин, равном K и S секций, то:

- количество витков обмотки равно ;

- количество секций равно числу коллекторных пластин , так как каждая секция имеет два конца, и к каждой коллекторной пластине подсоединяются два конца различных секций. Тогда число витков одной секции равно

или .

Активные стороны секций должны быть расположены по поверхности якоря таким образом, чтобы в них наводилась максимальная величина электродвижущей силы. Это будет тогда, когда расстояние между ними будет равно расстоянию между осями полюсов по поверхности якоря. Если одну активную сторону секции расположить на оси северного полюса, то вторая активная сторона должна находиться на оси южного полюса машины или рядом с ней. Для упрощения понимания технологии составления схем обмоток, необходимо ввести некоторые дополнительные определения.

Первым частичным шагом обмотки называют расстояние между двумя активными сторонами одной и той же секции, выраженное в элементарных пазах (рис. 2.9).

 

Рис. 2.9

 

Вторым частичным шагом обмотки называют расстояние, выраженное в элементарных пазах, между второй активной стороной первой секции и первой активной стороной второй секции, если секции соединены последовательно.

Полным шагом обмотки y называют расстояние между двумя активными сторонами соседних секций, находящимися под одноименными полюсами и выраженное в элементарных пазах.

Шагом по коллектору y_c называют расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым подключается секция, выраженная в интервалах между коллекторными пластинами.

Полюсным шагом называют число, равное числу элементарных пазов, приходящееся на один полюс машины.

В теории электрических машин используют понятие полюсного деления, численно равного пространственному углу поперечного сечения машины, приходящемуся на один полюс. Этот угол равен , где - число пар полюсов машины.

Обмотки якорей машин постоянного тока бывают правоходовыми и левоходовыми. Для пояснения этих понятий необходимо пронумеровать пластины коллектора. Располагают якорь машины так, чтобы коллектор был бы со стороны монтажника. Нумерацию коллекторных пластин следует вести слева направо (см. рис. 2.9). Если при укладке секции петлевой обмотки или после первого обхода пазов ротора волновой обмотки отпайка секции производится на пластину, расположенную справа от начальной пластины, то имеет место правоходовая обмотка. Если отпайка производится на пластину, расположенную слева от исходной, то такая обмотка называется левоходовой. На рис. 2.9, а представлена часть правоходовой петлевой обмотки, а на рис. 2.9, б - часть левоходовой петлевой обмотки. При конструировании машин постоянного тока чаще используются правоходовые обмотки.

Надежность электрических машин постоянного тока в большей степени зависит от надежности якоря, который работает в достаточно тяжелых условиях. Обмотка якоря в большей степени подвержена механическим и электрическим перегрузкам. Механические перегрузки определяются вращением и вибрацией якоря. Электрические перегрузки связаны с прохождением больших токов по якорной обмотке. Наибольшие проблемы создает обслуживание коллекторов машин постоянного тока, однако аварийные ситуации возникают чаще всего из-за обмоток якоря. Для ремонта машин постоянного тока необходимо уметь анализировать обмотки.

Задача анализа обмоток заключается в следующем:

а) следует понять способ определения геометрических размеров секций обмоток,

б) понять основные принципы укладки обмоток,

в) определить способ расположения секций в пазах,

г) освоить основные правила присоединения концов секций
к пластинам коллектора.