ОБМОТКИ ЯКОРЯ
Якір колекторної машини постійного струму є другою основною конструкційною частиною машини. Він являє собою сердечник з обмоткою, що збирається зі штампованих дисків з листової електротехнічної сталі, ізольованих один від одного тонким шаром лаку. Важливою частиною якоря є колектор, пластини якого з'єднуються з кінцями секцій обмотки якоря. Якір і колектор насаджуються на загальний вал, утворюючи одне ціле.
Колекторна машина постійного струму може мати такі конструкції якорів: кільцевий і барабанний з пазами.
Замкнуті обмотки якорів діляться на два класи: петлеві (або паралельні) і хвильові (або послідовні). Як ті, так і інші обмотки можуть бути простими й складними.
Складні обмотки у свою чергу діляться на одно- і багаторазово замкнуті.
У малих машинах постійного струму в діапазоні потужностей до декількох сотень Вт і в нормальних машинах потужністю до декількох кВт використовують тільки прості петлеві і хвильові обмотки якорів, які тільки і розглядаються.
Що стосується складних обмоток якорів, що мають застосування лише у великих машинах постійного струму, то вивчення їх не входить до завдань цього курсу.
§ 3.1. Проста петлева обмотка барабанного якоря
Елементарною частиною обмотки барабанного якоря з пазами є секція (рис. 3.2). Вона має дві активні сторони, які лежать у пазах і зміщені по колу якоря приблизно на величину полюсного кроку τ2, тобто на відстань між осями двох сусідніх полюсів. При цьому одна сторона секції (паз 1) перебуває у верхньому шарі паза, а друга сторона її (паз 4) — у нижньому шарі його. Та частина секції, яка розташована за заднім торцем якоря і з’єднує дві активні сторони її, називається лобовою. Частини ж секції на передньому торці якоря біля колектора утворюють її початок і кінець, які приєднуються до відповідних колекторних пластин. При обертанні якоря в магнітному полі полюсів е.р.с. індукується тільки в активних сторонах секції, які лежать у пазах якоря. Шляхом послідовного з’єднання таких секцій через колекторні пластини утвориться замкнута на себе петлева обмотка якоря.
Кожна обмотка якоря машини постійного струму характеризується такими основними елементами:
1) числом полюсів магнітної системи машини 2р;
2) числом провідників обмотки на якорі N2 і числом витків у секції ωc2;
3) числом паралельних віток обмотки 2а;
4) числом секцій обмотки S, рівним числу колекторних пластин K;
5) числом пазів якоря z2;
6) кроками обмотки по секціях y, y1 і y2;
7) кроком обмотки по колектору yк.
Зв’язок між величинами N2, ωc2, z2, K і S визначається такими співвідношеннями:
- число колекторних пластин і число секцій обмотки якоря:
- число секційних сторін в одному шарі паза:
У малих машинах постійного струму зазвичай u = 1,2 або 3 і секції виконуються завжди багатовитковими, тобто ωc2 > 1.
Для визначення поняття кроків обмотки якоря по секціях y, y1 і y2 і кроку по колектору yK на рис. 3.3 представлена в розгорнутому вигляді (у плані) схема простої петлевої обмотки барабанного якоря, зображеного на рис. 3.2, з позначенням на схемі цих кроків. Секції обмотки на рис. 3.3 зображені для простоти одновитковими, тобто з ωc2 = 1. Виток секції завжди складається із двох активних провідників.
Розрізняють три кроки обмотки якоря по секціях: результуючий y, перший частковий y1 і другий частковий у2, а також крок по колектору уK.
Результуючим кроком по секціях y називається відстань між початковою стороною однієї і початковою стороною слідуючої за нею секції (див. рис. 3.3).
Першим частковим кроком по секціях у1 називається відстань між початковою і кінцевою сторонами однієї і тієї ж секції, виражена числом секцій, що лежать між цими сторонами (див. рис. 3.3). Другим частковим кроком по секціях у2 називається відстань між кінцевою стороною якої-небудь секції і початковою стороною слідуючої за нею, виражене числом секцій, що лежать між ними (див. рис. 3.3).
Нарешті, кроком обмотки по колектору yK називається відстань по колу колектора між початком і кінцем однієї і тієї ж, секції, виражена числом колекторних пластин, що лежать між ними (див. рис. 3.3).
Як видно з рис. 3.3, відстань y за схемою між початковими сторонами двох сусідніх секцій 1 і 2 складає один інтервал. Значить, результуючий крок цієї обмотки по секціях y=1. Між початковою і кінцевою сторонами секції 1 лежать три секції:
2, 3 і 4 (або три інтервали), тому перший частковий крок обмотки по секціях у цьому прикладі у1 = 3. Нарешті, між кінцевою стороною секції 1 і початковою стороною секції 2 лежать дві секції 4 і 3, таким чином, другий частковий крок по секціях тут у2 = 2. Таким чином, кроки обмотки якоря по секціях являють собою безрозмірні числа (а не іменовані), які виражають кількість секцій, що містяться в інтервалі кроку.
Як показує розгорнута схема обмотки рис. 3.3, секції обмотки мають форму петель, з’єднаних послідовно. По цих ознаках така обмотка якоря одержала назву петлевої, або паралельної. У цій обмотці початок і кінець однієї і тієї ж секції приєднуються до сусідніх колекторних пластин, тому крок обмотки по колектору тут завжди yK=1.
Можна намітити тепер положення полюсів у вигляді прямокутників у площині схеми обмотки (див. рис. 3.3), керуючись полю¬сним кроком τ2 (див. рис. 3.2). Передбачається, що наконечники полюсів розташовані над схемою. При напрямку обертання якоря за годинниковою стрілкою (див. рис. 3.2) або зліва направо (див. рис. 3.3) стрілками показані напрямки е.р.с. у провідниках обмотки в цей момент часу за правилом правої руки. Користуючись цим розподілом е.р.с. в обмотці, можна визначити положення двох різнополярних щіток на колекторі. У розглянутому прикладі (див. рис. 3.3) щітки перебувають на колекторних пластинах 3 і 6, оскільки до пластини 3 стрілки одночасно підходять і щітка буде позитивною, а від пластини 6 стрілки відходять і щітка негативна. При цьому положення щіток на колекторі збігається з віссю полюсів машини. При двох полюсах машини (2р = 2) щітки, які стоять на колекторі, розбивають обмотку якоря на дві паралельні вітки 2а = 2 (рис. 3.4). При цьому в кожній паралельній вітці в даному випадку буде перебувати по S/(2a) = 6/2 = 3 секції. Якщо виконати просту петлеву обмотку якоря при числі полюсів машини 2р = 4,6 і т.д., то число паралельних віток цієї обмотки дорівнює відповідно 4, 6 і т.д. Отже, у загальному випадку число паралельних віток простої петлевої обмотки якоря 2а рівне числу полюсів машини 2р, тобто 2а = 2р. Число необхідних щіток на колекторі також дорівнює 2р, причому р щіток кожної полярності з’єднуються паралельно.
Якщо загальне число секцій на якорі з рівняння (3.1) дорівнює S, то часткові кроки обмотки по секціях:
де ε — нуль або правильний дріб, який робить y1 цілим числом.