Где применяется петлевая обмотка

13

Типы обмоток якоря машин постоянного тока кратко

В современных машинах постоянного тока применяют барабанные якоря, в которых проводники обмотки укладывают в пазы на наружной поверхности цилиндрического якоря.

При выполнении обмотки проводники, расположенные в пазах якоря, следует соединять таким образом, чтобы э. д. с. в них складывалась. Для этого два проводника, образующие виток обмотки, должны соединяться так, как указано на рис. 92, а, т. е. проводник А, расположенный под северным полюсом, должен соединяться с проводником Б, расположенным под южным полюсом.

Рис. 92. Принцип выполнения обмотки барабанного якоря

Расстояние между проводниками, составляющими виток, должно быть равно или незначительно отличаться от полюсного деления т — расстояния между осями соседних полюсов. При этом условии виток будет охватывать весь магнитный поток полюса и э. д. с, возникающая в нем при вращении якоря, будет иметь наибольшее значение.

Для наглядного изображения обмоток цилиндрическую поверхность якоря вместе с обмоткой развертывают в плоскость и все соединения проводников изображают в виде прямых линий на плоскости чертежа (рис. 92,б).

Обмотка якоря состоит из отдельных секций. Секцией называют часть обмотки, расположенную между двумя коллекторными пластинами, следующими одна за другой по ходу обмотки. Число секций S в обмотке равно числу коллекторных пластин К. Секция может состоять из одного или нескольких последовательно соединенных витков. В первом случае секции называют одновитковыми (рис. 93, а, см. рис. 85, б), во втором — многовитковыми (рис. 93, б, см. рис. 85, а).

Рис. 93. Схемы одновитковой (а) и многовитковой (б) секций: 1 — активные проводники; 2 — лобовая часть; 3 — активная сторона; 4 — коллекторные пластины

Одновитковые секции состоят из двух активных проводников, которые непосредственно пересекают магнитный поток; активные проводники расположены в пазах якоря и соединяются лобовыми частями, лежащими вне сердечника якоря. Лобовые части в индуцировании э. д. с. практически не участвуют.

Многовитковые секции состоят из двух активных сторон, каждая из которых объединяет несколько активных проводников. В некоторых машинах большой мощности применяют якорные катушки, выполненные из разрезных секций (см. рис. 85, в §27). Обмотка якоря, состоящая из таких секций, называется стержневой.

В ряде случаев по конструктивным соображениям и для уменьшения потерь мощности в обмотке якоря при изготовлении секций вместо одного сплошного проводника требуемого поперечного сечения берут несколько проводников меньшего сечения. Эти проводники обычно располагают в пазу друг над другом и присоединяют к одним и тем же коллекторным пластинам.

Все секции обмотки обычно имеют одинаковое число витков. На схемах обмотки секции для простоты всегда изображают одновитковыми. Секцию обмотки укладывают в пазы таким образом, чтобы одна из ее активных сторон находилась в верхнем слое, а другая — в нижнем. На схемах стороны секции, расположенные в верхнем слое, изображают сплошными линиями, а в нижнем слое — штриховыми.

При объединении нескольких секций в якорную катушку каждую из сторон якорной катушки в большинстве случаев укладывают в один общий паз. Для того чтобы э. д. с, индуцированные в отдельных секциях, складывались, при соединении их руководствуются тем же правилом, что и при соединении проводников в витки: расстояние между соединяемыми частями секций должно быть приблизительно равно расстоянию между осями полюсов.

Обмотки якоря подразделяются на две основные группы: петлевые (параллельные) и волновые (последовательные).

Простая волновая обмотка.

При простой волновой обмотке секции, лежащие под разными полюсами, соединяют последовательно (рис. 94).

Рис. 94. Общий вид волновой обмотки (а) и схема соединения ее секций (б)

При этом после одного обхода окружности якоря, т. е. после последовательного соединения р секций приходят к коллекторной пластине, расположенной рядом с исходной.

Например, начало секции 1 присоединяют к коллекторной пластине КП1, а ее конец соединяют с коллекторной пластиной КП10 и началом секции 2, которая расположена под следующей парой полюсов; затем конец секции 2 соединяют с другой коллекторной пластиной и с началом следующей секции. После завершения полного обхода окружности якоря конец соответствующей секции соединяют с коллекторной пластиной КП2 и началом секции 3, затем таким же образом с коллекторной пластиной КП11 и секцией 4 и т. д. до тех пор, пока обмотка не замкнется, т. е. пока не придут к началу секции 1.

Якорная катушка в волновой обмотке имеет форму волны (рис. 95, а), откуда получила это название.

Рис. 95. Форма якорных катушек при волновой (а) и петлевой (б) обмотках: 1, 4 — пазовые части (верхняя и нижняя стороны); 2, 5 — задняя и передняя лобовые части; 3 — задняя головка; 6 — концы секций, припаиваемые к коллектору

Для выполнения обмотки необходимо знать ее результирующий шаг у (см. рис. 94, б), первый у1 и второй у2 частичные шаги, а также шаг по коллектору ук. Указанные шаги обычно выражают в числе пройденных секций (шаг по коллектору выражается в этих же единицах, так как число коллекторных пластин равно числу секций).

В простой волновой обмотке число параллельных ветвей обмотки 2а всегда равно двум и не зависит от числа полюсов:

2a = 2 (56)

На рис. 96, а приведена в качестве примера развернутая в плоскость схема простой волновой обмотки якоря четырехполюсной машины, имеющей 19 секций, а на рис. 96, б — эквивалентная схема этой обмотки, показывающая последовательность соединения ее секций и образующиеся параллельные ветви. Цифрами 1, 2, 3 и т. д. обозначены активные проводники, лежащие в верхнем слое каждого паза, а 1′, 2′, 3′ и т. д.— в нижнем слое.

Рис. 96. Схемы простой волновой обмотки четырехполюсной машины

При волновой обмотке в машине можно устанавливать только два щеточных пальца. Однако это делают лишь в машинах малой мощности; в более мощных машинах обычно ставят полный комплект (2р) щеточных пальцев для уменьшения плотности тока под щетками и улучшения токосъема.

Простая петлевая обмотка.

При простой петлевой обмотке каждую секцию присоединяют к соседним коллекторным пластинам (рис. 97).

Рис. 97. Общий вид петлевой обмотки (а) и схема соединения ее секций (б)

Например, начало 1-й секции присоединяют к коллекторной пластине КП1, а конец ее соединяют с соседней коллекторной пластиной КП2 и началом рядом лежащей 2-й секции. Далее конец 2-й секции присоединяют к следующей коллекторной пластине и к началу соседней секции и т. д. до тех пор, пока обмотка не замкнется, т. е. пока не придут к началу 1-й секции. В этой обмотке каждая последующая секция расположена рядом с предыдущей, а якорная катушка имеет форму петли (рис. 95,б), откуда получила название обмотка.

В простой петлевой обмотке секции, расположенные под каждой парой полюсов, образуют две параллельные ветви, поэтому число параллельных ветвей по всей обмотке 2а равно числу полюсов 2р:

2a = 2p (56′)

Условие 2а=2р выражает основное свойство простой петлевой обмотки: чем больше число полюсов, тем больше параллельных ветвей имеет обмотка, следовательно, тем больше щеточных пальцев должно быть в машине.

На рис. 98, а приведена в качестве примера развернутая в плоскость схема простой петлевой обмотки якоря че-тырехполюсной машины, имеющей 24 секции, а на рис. 98, б — эквивалентная схема этой обмотки, показывающая последовательность соединения ее секций и образующиеся параллельные ветви (обозначение проводников и коллекторных пластин такое же, как и на рис. 96).

Рис. 98. Схемы петлевой обмотки четырехполюсной машины (УР — уравнительные соединения)

Применение петлевой и волновой обмоток.

Каждая из обмоток — петлевая и волновая — имеет свои преимущества. При одном и том же числе проводников в обмотке якоря и числе полюсов простая петлевая обмотка будет иметь в р раз больше параллельных ветвей, чем волновая. Следовательно, она может пропускать значительно больший ток Iя = 2aiя, чем волновая обмотка (здесь Iя — ток в параллельной ветви) (рис. 99).

Рис. 99. Схемы параллельных ветвей в четырехполюсной машине при петлевой (а) и волновой (б) обмотках: 1 — коллекторные пластины; 2 — секции обмотки

Число же витков в каждой параллельной ветви при петлевой обмотке в р раз меньше, чем при волновой. Так как напряжение машины определяется числом последовательно включенных витков в каждой параллельной ветви, то в машине с петлевой обмоткой напряжение будет в р раз меньше, чем с волновой обмоткой.

Из сказанного следует, что в машинах, рассчитанных для работы при высоких напряжениях, целесообразно применять волновую обмотку. Такая обмотка имеется у большей части вспомогательных машин электровозов и электропоездов, которые рассчитаны для работы при напряжении 1500—3000 В, и у некоторых тяговых двигателей электропоездов.

В машинах, рассчитанных для работы при больших токах, целесообразно применять петлевую обмотку. Такую обмотку имеет тяговые двигатели электровозов и тепловозов, а также электровозные генераторы возбуждения, используемые при рекуперации. Машины постоянного тока небольшой мощности обычно выполняют двухполюсными. При двух полюсах петлевая и волновая обмотки не различаются.

Уравнительные соединения.

В простой петлевой обмотке э. д. с, индуцированная в каждой параллельной ветви, создается магнитным потоком определенной пары полюсов. Э. д. с. Е, индуцированные во всех параллельных ветвях обмотки, теоретически должны быть равны (рис. 100, а).

Рис. 100. Э. д. с. индуцированные в параллельных ветвях обмотки якоря при равенстве (а) и неравенстве (б) магнитных потоков отдельных полюсов

Однако практически из-за технологических допусков в значении воздушного зазора под различными полюсами, дефектов литья в остове и других причин магнитные потоки отдельных полюсов несколько различаются, вследствие чего в параллельных ветвях действуют неодинаковые э. д. с.

Если два параллельно соединенных источника имеют неодинаковые э. д. с. (рис. 101), то по контуру, образованному двумя источниками, будет проходить некоторый дополнительный ток, обусловленный разностью э. д. с. Е1—Е2 источников.

Рис. 101. Возникновение уравнительного тока при неравенстве э. д. с. двух источников

Этот ток носит название уравнительного. Уравнительный ток Iур циркулирует внутри источников, не совершает никакой полезной работы, а создает лишь потери электрической энергии в обоих источника. Он вызывает неравномерную нагрузку отдельных источников, перегружая источник с большей э. д. с. и разгружая источник с меньшей э. д. с.

В машинах постоянного тока при неравенстве э. д. с. в отдельных параллельных ветвях возникающие уравнительные токи будут перегружать щетки и ухудшать работу машин.

Например, при неравенстве э. д. с. Е1 и Е2 в параллельных ветвях обмотки якоря 3 (рис. 100, б) по обмотке и через щетки 1 (А — Г) будет проходить уравнительный ток Iур. Разница между э. д. с. Е1 и E2 составляет 3—5 %, но из-за небольшого сопротивления обмотки якоря этого оказывается достаточно, чтобы по параллельным ветвям проходили довольно значительные уравнительные токи, которые способствуют возникновению искрения под щетками.

Чтобы уравнительные токи замыкались помимо щеток, в петлевых обмотках предусматривают уравнительные соединения, которые соединяют точки обмотки, имеющие теоретически равные потенциалы. Такими точками являются начала и концы проводников обмотки якоря, расположенные один от другого на расстоянии, равном двойному полюсному делению 2т, Идеальным было бы соединить все такие точки обмотки. Однако большое число уравнительных соединений сильно удорожает обмотку, поэтому практически достаточно иметь одно-два уравнительных соединения на каждую группу секций, лежащих в одном пазу якоря.

С производственной точки зрения уравнительные соединения удобно присоединять к коллекторным пластинам 2 (см. рис. 100,б). Обычно они связывают каждую третью — пятую пластины коллектора (рис. 102).

Рис. 102. Схема выполнения уравнительных соединений I, II, III в петле вой обмотке.

Площадь поперечного сечения проводов, которыми выполняют уравнительные соединения, в 3—5 раз меньше площади поперечного сечения проводников обмотки якоря. Уравнительные соединения располагают чаще всего под лобовыми частями обмотки якоря рядом с коллектором, в этом случае они находятся вне магнитного поля главных полюсов и в них не индуцируется э. д. с.

Сложные обмотки.

При мощности машины более 1000 кВт применяют сложные многоходовые обмотки якоря, представляющие собой несколько простых петлевых или волновых обмоток, намотанных на общий якорь, смещенных относительно друг друга и присоединенных к одному коллектору. Применение многоходовых обмоток позволяет увеличивать число параллельных ветвей при неизменном числе полюсов, увеличение которых в ряде случаев невозможно. Однако эти обмотки требуют сложных уравнительных соединений.

Одной из разновидностей сложных обмоток является параллельно-последовательная обмотка, применяемая в некоторых тяговых генераторах. Она представляет собой комбинацию простой петлевой 1 (рис. 103, а) и многоходовой волновой 2 обмоток.

Рис. 103. Схема параллельно-последовательной обмотки (а), расположение ее проводников в пазах (б) и форма якорной катушки (в)

Обе обмотки уложены в одни и те же пазы и имеют общие коллекторные пластины. Для равенства э. д. с. параллельных ветвей, образуемых петлевой и волновой обмотками, число параллельных ветвей этих обмоток должно быть одинаково.

Параллельно-последовательную обмотку выполняют в четыре слоя (рис. 103,б), так как в пазы якоря закладывают две двухслойные обмотки. Эта обмотка получила название «лягушачья» из-за формы свой якорной катушки (рис. 103, в). Рассматриваемая обмотка не требует уравнительных соединений, что выгодно отличает ее от других обмоток. Возможность уменьшения напряжения, действующего между соседними коллекторными пластинами, вдвое по сравнению с простыми обмотками является важным преимуществом параллельно-последовательной обмотки.

Простая волновая обмотка

В простой волновой обмотке концы каждой секции присоединены к пластинам коллектора, находящимся на расстоянии, называемом шагом обмотки по коллектору,

где К — число коллекторных пластин в коллекторе.

На рис. 13.5 показана схема простой волновой обмотки якоря. Секции обмотки образуют две параллельные ветви (2а = 2). Число параллельных ветвей в обмотке и число секций в каждой ветви определяют ток Iа и ЭДС Еаобмотки якоря:

где S — количество секций в обмотке якоря; ес — ЭДС одной секции; Iс — допустимое значение тока в секции.

Сложная волновая обмотка

Применяется в машинах постоянного тока, рассчитанных на большие токи. Сложная волновая обмотка состоит из двух простых волновых обмоток, соединяемых щетками параллельно (рис. 13.6). Такая обмотка содержит четыре параллельные ветви, следовательно, ток в ней может быть увеличен в два раза, а ЭДС при этом остается прежней.

Простая петлевая обмотка

В машинах постоянного тока низкого напряжения (значительного тока) необходима обмотка якоря с большим числом параллельных ветвей. Таким свойством обладают петлевые обмотки. В простой петлевой обмотке якоря (рис. 13.7) каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам, а число параллельных ветвей равно числу полюсов, т.е. 2а = 2р.

Перемотка якоря

Процесс замены обмотки коллекторного двигателя несколько похож за исключением небольших нюансов, связанных с особенностью исполнения. Например, на перемотку отправляют якорь, а не корпус, при условии, что проблема возникла не с катушками возбуждения. Помимо этого имеются следующие отличия:

• Для намотки применяется специальный станок, более сложной конфигурации.
• Обязательно необходима проточка, балансировка якоря (в финальной части процесса), а также его чистка и шлифовка.
• При помощи специального фрезерного станка производится нарезка коллектора.

Для перечисленных процессов требует спецоборудование, без него перемотка электродвигателей — пустая трата времени.

Сложная петлевая обмотка

При необходимости получить еще большее число параллельных ветвей применяют сложную петлевую обмотку якоря (рис. 13.8). Такая обмотка содержит две простые петлевые обмотки (m = 2), поэтому у нее число параллельных ветвей удвоено, т.е. 2а = 2 * 2р = 4р. Такие обмотки необходимы в машинах значительной мощности при низком напряжении сети: 12; 24; 48 В.

Для того чтобы распределение токов в параллельных ветвях обмотки якоря было одинаковым, необходимо, чтобы электрическое сопротивление этих ветвей не отличалось друг от друга и чтобы ЭДС, наводимые в секциях, составляющих каждую параллельную ветвь, были одинаковыми. При несоблюдении этих условий между параллельными ветвями появляются уравнительные токи, нарушающие работу щеточно-коллекторного контакта.

Исключение составляет простая волновая обмотка , секции которой равномерно распределены под всеми полюсами машины, поэтому магнитная не симметрия машины не вызывает появления в этой обмотке уравнительных токов. Что же касается простой петлевой и всех видов сложных обмоток якоря, то в них всегда имеются причины к появлению уравнительных токов. Это приводит к необходимости применения в указанных обмотках так называемых уравнительных соединений, по которым замыкаются уравнительные токи, разгружая щеточно-коллекторный контакт от перегрузки. Уравнительные соединения усложняют изготовление обмотки якоря и ведут к дополнительному расходу обмоточной меди.

Простая петлевая обмотка машин постоянного тока

Простая петлевая обмотка называется такая обмотка, в которой начало и конец секции присоединяются к рядом лежащим коллекторным пластинам. Начало второй секции присоединяется к коллекторной плас­тине вместе с концом первой секции и т.д. (рисунок 1.15). За один обход поверхности якоря укладываются все секции обмотки и она замыкается. Соединенные секции

образуют петли, поэтому обмотка называется петлевой. Для такой обмотки y_к=1.

При выполнении петлевой обмотки возможны два случая:

1. Конец секции присоединяется к коллекторной пластине, находящейся справа от исходной. Такую обмотку называют правоходовой. Для нее y_к= +1.

2. Конец секции присоединяется к коллекторной пластине, находя­щейся слева от исходной. Такую обмотку называют левоходовой. Для нее y_к= –1. В общем случае простой петлевой обмотки y_к= ± 1.

Из рисунка 1.15 видно, что между шагами обмотки существует следующая связь

Если полюсное деление якоря измерять в элементарных пазах, то первый частичный шаг находится по формуле

где z_э – число элементарных пазов;

р – число пар полюсов машины;

E – наименьшая дробь, при которой у₁, становится целым числом.

Эта формула справедлива для любого типа обмотки. При E=0, т.е. y₁=? получается обмотка с полным (диаметральным) шагом рисунок 1.17; если y₁ ? – обмотка с удлиненным шагом. Укорочение и удлинение шага обмотки ведет к уменьшению ЭДС наводимой в секции. Однако при укорочении шага одновременно уменьшается длина лобовых частей, при удлиненным же шаге она возрастает. Обмотки с удлиненным шагом, как пра­вило, не применяются.

На рисунке 1.16 представлена развернутая схе­ма простой петлевой обмотки с диаметральным шагом. Обмотка право–ходовая. Данные обмотки 2р = 2 .

Порядок построения : 1–й верхний проводник соединяется с 7 нижним (т.к. y₁=6), 7 нижний – со 2–м верхним (т.к. y₂=5). Середина последнего соединения подводится к коллекторной пластине 2 (номер коллекторной пластины и номер присоединяемой к ней верхней стороны секции должны соответствовать). Далее 2–ой верхний проводник со­единяется с 8–ым нижним и через коллекторную пластину 3 с 3–м верх­ним и т.д. В итоге обмотка должна замкнуться. На развернутой схе­ме размечаем полюсы. В проводниках под полюсами указываем направ­ление индуктируемых в них ЭДС. Направления ЭДС определяют, зада­ваясь направлением вращения якоря считая, что полюсы находятся над обмоткой. Важным моментом здесь является расстановка щеток. Щетки на коллекторе располагаются на равном расстоянии по осям полюсов, как и в реальной машине. При этом щетки через коллектор­ные пластины соединяются с секциями обмотки, активные стороны ко­торых находятся в межполюсных промежутках на линии «геометрической нейтрали». При сдвиге щеток с нейтрали ухудшаются характеристики машины, под щетками возникает сильное искрение, приводящее к раз­рушению щеток и оплавлению коллектора. Число щеток всегда равно числу полюсов. Ширина щетки для простых обмоток должна быть не менее ширины коллекторной пластины, b_щ ? b_щ. В много­полюсных машинах щетки одинаковой полярности соединяются между собой сборными шинами или проводниками. Полярность щеток опреде­ляется по направлению ЭДС в активных сторонах секции. Если ЭДС стороны секции примыкающей к щетке, направлена к ней, то щетка имеет положительную полярность (+), если от нее – отрицательную (–). При рассмотрении простой петлевой обмотки видно, что она состоит из двух частей, с последовательным соединением секций, расположенных между щетками разной полярности, называемых парал­лельными ветвями обмотки. В одну ветвь входят секции, начальные стороны которых находятся под северным полюсом, а другую под южным (рисунок 1.17).

Следовательно, в простой петлевой обмотке столько парал­лельных ветвей, сколько полюсов,

2а = 2р,

где а – число пар параллельных ветвей, ЭДС секций в параллельной ветви складываются.

Между щетками в разные моменты времени находятся различные секции, т.к. обмотка с коллектором при вращении непрерывно пере­мещается относительно щеток. Секции переходят из одной параллель­ной ветви в другую, поэтому общее число секций в параллельных вет­вях и положение их в магнитном поле практически не меняется. Сум­ма ЭДС секций в параллельной ветви не меняется по величине и, сле­довательно, на щетках ЭДС неизменна.

Для большей наг­лядности обмотку якоря представляют в виде электрической схемы (рисунок 1.18), которая выполняется на основании развернутой схемы. Для изображения электрической схемы берут щетки и имеющие с ними

контакт коллекторные пластины. Затем начинают обход секций обмо­ток, начиная с первой, и изображают их в виде отдельных витков, над которыми показывают направления индуктируемых ЭДС. Из электрической схемы видно, что обмотка (в нашем случае) состоит из 2–х параллельных ветвей (2а=2р=2) по

5 секций в каждой; ЭДС секций в пределах каждой параллельной ветви складывается; ЭДС на зажимах машины равна ЭДС одной параллельной ветви (Е = Е_а); ток нагрузки (I_а) равен сумме токов параллельных ветвей ( i_a)

Секции 1 и 7 в рассматриваемый момент замкнуты через щетку нако­ротко и в создании ЭДС параллельных ветвей не участвуют. Это так называемые коммутируемые секции.

Общие сведения об электрических машинах — Петлевые обмотки барабанных якорей

Простой петлевая обмотка называется в том случае, если ее результирующий шаг у=± 1. Это означает, что начальные стороны двух соседних по ходу обмотки секций отстоят на один элементарный паз, а концы каждой секции присоединяются к соседним коллекторным пластинам, поскольку ук=у=1.
Расчет шагов петлевых обмоток ведут в такой последовательности. Сначала рассчитывают первый частичный шаг. Поскольку им определяется ширина секции, то, сообразуясь с законом наибольшей э.д.с., следует брать
(329)
Появление величины е объясняется следующим образом. Zэл, деленное без остатка на 2р, строго соответствует полюсному делению, выраженному числом элементарных пазов, то есть в этом случае полностью выполняется условие получения наибольшей э.д.с. Но у1 по смыслу должно быть числом целым, и ±е является той дробной величиной, которая при конкретных значениях Z3a и 2р делает у\ целым; при ефО г/igs т. Предпочтительно брать е со знаком минус, так как в этом случае у 1<т и несколько сокращается длина лобовых соединений.
После расчета у1 с учетом выражения (325) определяется второй частичный шаг простой петлевой обмотки

и, наконец, согласно равенству (328), ук =у.
Рассмотрим конкретный пример обмотки, в процессе выполнения которого уясним образование схемы обмотки и выявим некоторые ее свойства, в том числе основное — присущее ей число параллельных ветвей 2а.
При выполнении обмотки предварительно составляют таблицу, в которой записывают, в каком порядке следует соединять секционные стороны, образуя сами секции и соединения между ними. Секционным сторонам присваивают номера тех элементарных пазов, в которых они лежат. Таблицу составляют по известным значениям шагов, исходя из условно начального элементарного паза и прибавляя к номеру этого паза значение первого частичного шага, затем выполняя второй частичный шаг, снова первый и т. д., имея при этом в виду, что стороны каждой секции располагаются в разных слоях — верхнем и нижнем.
Наглядное представление о последовательном соединении секций и присоединении их к коллектору дает схема-развертка, приведенная на рисунке 270, в нашем случае выполненная в соответствии с таблицей 10. Секционные стороны, лежащие в верхнем слое паза, принято изображать сплошными линиями, в нижнем — пунктирными, вынося последние несколько вправо от первых. Нанесенные на схеме-развертке полюса разделяют рисунок на части, соответствующие полюсным делениям.
На рисунке 270 номера элементарных пазов проставлены слева от секционных сторон, лежащих в этих пазах. Номер секции определяется номером элементарного паза, в котором лежит верхняя сторона секции. Коллекторным пластинам присвоен номер той секции, с началом которой соединена эта пластина.
Проследим порядок выполнения обмотки, изображенной на рисунке 270. Начальная сторона первой секции, лежащая в верхнем слое элементарного паза 1, присоединена к коллекторной пластине 1. Смещаясь на первый частичный шаг (у1 = 4), вторая сторона первой секции уложена в нижнем слое элементарного паза 5, конец секции в соответствии с коллекторным шагом (ук=1) присоединен к коллекторной пластине 2, откуда берет начало следующая (вторая) секция. Ее стороны лежат в верхнем слое элементарного паза 2 (поскольку у2== 3) и в нижнем слое элементарного паза 6, конец секции присоединен к коллекторной пластине 3, откуда берет начало следующая секция, и т. д.

Рис. 270. Развернутая схема простой петлевой обмотки.

Следя при выполнении схемы за направлением э. д. с., возникающих в секциях, можно установить узловые точки, в которых э. д. с. расходятся или сходятся. Это будут точки токораздела, определяющие соответственно начало или конец параллельной ветви, места, где должны быть установлены щеточные болты (щетки). Через каждый щеточный болт простой петлевой обмотки протекают токи двух параллельных ветвей. Верхние стороны секций каждой параллельной ветви находятся под одним полюсом, а нижние — под другим. Таким образом, обмотка на рисунке 270 имеет четыре параллельных ветви, а в общем случае простая петлевая обмотка содержит параллельных ветвей
2 а = 2р. (330)
Из рисунка 270 видно, что некоторые секции оказались замкнутыми накоротко щетками (секции со сторонами 17в — 3н и 8в—12н, показаны утолщенными линиями). Этого избежать не удается, но такие секции своими сторонами должны лежать в нейтральных зонах. Тогда наводимые в них э. д. с. практически равны нулю.
В общем виде число параллельных ветвей, которое получается при выполнении простой петлевой обмотки, может быть определено из следующих рассуждений.
Начало каждой новой секции смещено в магнитном поле на один элементарный паз по отношению к предшествующей секции. Между тем начало новой параллельной ветви будет после того, как в процессе постепенного смещения в магнитном поле начал следующих друг за другом по ходу обмотки секций произойдет общее смещение на полюсное деление, которое в числе элементарных пазов выражается отношением.
Следовательно, число секций, которое войдет в одну параллельную ветвь, будет следующим:

Тогда число параллельных ветвей
(331)
где Zэл=S — общему числу секций машины.
Простая петлевая обмотка выполнима при любом числе секций
S(К). Желательно, чтобы — было целым нечетным числом.
Тогда одна половина перекрытых щетками секций имеет относительно их одно положение, а вторая — другое, сдвинутое по отношению к первым на половину коллекторного деления (рис. 270). Это сокращает время, в течение которого одновременно проходят коммутацию секции, стороны которых лежат в одном элементарном пазу. Следовательно, уменьшается э. д. с. взаимоиндукции в коммутируемых секциях, что благоприятно сказывается на процессе коммутации.

Сложная петлевая обмотка.

Рис. 271. Элементы сложной (т=2) петлевой обмотки.

Сложной петлевая обмотка называется в том случае, если ее результирующий шаг у—±т, где т — целое число, равное двум или больше. Первый частичный шаг по-прежнему определяется по выражению (329). Второй частичный шаг

Шаг по коллектору

Сложную петлевую обмотку следует рассматривать как состоящую из т простых, уложенных на одном якоре. Секционные стороны и коллекторные пластины одной простой обмотки (условно первой) раздвигают, чтобы разместить между ними секционные стороны и коллекторные пластины других т—1 обмоток (рис. 271). Каждую простую обмотку выполняют так, как это было изложено выше. Ширину щетки берут не менее ширины т коллекторных пластин, так как образующиеся простые петлевые обмотки включаются параллельно друг другу именно щеткой.
Поскольку каждая простая петлевая обмотка имеет 2а=2р, то число параллельных ветвей сложной петлевой обмотки
2а = 2 рт. (332)
По условиям коммутации силу тока в одной параллельной ветви ограничивают. Отсюда возникает необходимость в машинах со сложными петлевыми обмотками. Когда число полюсов, определяемое мощностью машины, скоростью вращения, меньше требуемого числа параллельных ветвей, то последнее число можно увеличить при переходе на сложную петлевую обмотку. Сложные петлевые обмотки применяются в машинах низкого напряжения (для гальванопластики, электросварки и т. п.); т обычно бывает не больше двух.

Если Zэл и у имеют общий наибольший делитель s, то обмотка s-кратно замкнутая. Если Zэл и у — числа взаимно простые, то т обмоток непрерывно переходят одна в другую и обмотка будет однократно замкнутой.

§ 25.1. Петлевые обмотки якоря

Основные понятия. Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уло­женных на сердечнике якоря и присоединенных к коллектору.

Элементом обмотки якоря является секция (ка­тушка), присоединенная к двум коллекторным пла­стинам. Расстояние между пазовыми частями секции должно быть равно или мало отличаться от полюс­ного деления[см. (7.1)] (рис. 25.1):

.(25.1)

Здесь — диаметр сердечника якоря, мм.

Рис. 25.1. Расположение пазовых сторон секции на сердечнике якоря

Обмотки якоря обычно выполняют двухслой­ными. Они характеризуются следующими парамет­рами: числом секций S; числом пазов (реальных) Z; числом секций, приходящихся на один паз, ; числом витков секции ; числом пазовых сторон вобмотке N; числом пазовых сторон в одном пазу . Верхняя пазовая сторона одной секции и нижняя пазовая сторона другой секции, лежащие в одном пазу, образуют элементарный паз. Число элементарных пазов в реальном пазе опре­деляется числом секций, приходящихся на один паз: (рис. 25.2).

Рис. 25.2. Элементарные пазы

Схемы обмоток якоря делают развернутыми, при этом все секции показывают одновитковыми. В этом случае каждой секции, содержащей две пазовые стороны, соответствует один элементарный паз. Концы секций присоединяют к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоеди­няют начало одной секции и конец другой, т. е. на каждую секцию приходится одна коллекторная пла­стина. Таким образом, для обмотки якоря справед­ливо , где — число элементарных пазов; К — число коллекторных пластин в коллекторе. Число секций, приходящихся на один реальный паз, определяется отношением.

Простая петлевая обмотка якоря. В простойпетлевой об­мотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. При укладке секций на сердечнике яко­ря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей, постепенно перемещаясь при этом по поверхности якоря (и коллектора) так, что за один обход якоря укладывают все секции обмотки. В результате конец последней секции оказывает­ся присоединенным к началу первой секции, т. е. обмотка якоря замыкается.

На рис. 25.3, а, б изобра­жены части развернутой схемы простой петлевой обмотки, на которых показаны шаги об­мотки — расстояния между пазовыми сторонами секций по якорю: первый частичный шаг по якорю , второй частич­ный шаг по якорю и резуль­тирующий шаг по якорю.

Если укладка секций об­мотки ведется слева направо по якорю, то обмотка называ­ется правоходовой (рис. 25.3, а), а если укладка секций ведется справа налево, то обмотка называется левоходовой (рис. 25.3,). Для правоходовой обмотки результирующий шаг

. (25.2)

Рис. 25.3. Простая петлевая обмотка:

а — правоходовая; б — левоходовая; в — развернутая схема

Расстояние между двумя коллекторными пластинами, к которым присоединены начало и конец одной секции, называют шагом обмотки по коллектору у_к. Шаги обмотки по якорю выражают в элементарных пазах, а шаг по коллектору — в коллекторных делениях (пластинах).

Начало и конец каждой секции в простой петлевой обмотке присоединены к рядом лежащим коллекторным пластинам, следо­вательно,, где знак плюс соответствует правоходовой обмотке, а знак минус — левоходовой.

Для определения всех шагов простой петлевой обмотки достаточно рассчитать первый частичный шаг по якорю:

, (25.3)

где — некоторая величина, меньшая единицы, вычитая или сум­мируя которую получают значение шага , равное целому числу.

Второй частичный шаг обмотки по якорю

(25-4)

Параллельные ветви обмотки якоря. Если проследить за прохождением тока в секциях обмотки якоря (см. рис. 25.3, в), то можно заметить, что обмотка состоит из четырех участков, соеди­ненных параллельно друг другу и называемых параллельными ветвями. Каждая параллельная ветвь содержит несколько после­довательно соединенных секций с одинаковым направлением токав них. Распределение секций в параллельных ветвях показано на электрической схеме обмотки (рис. 25.5). Эту схему получают из развернутой схемы обмотки (см. рис. 25.3,) следующим образом. На листе бумаги изображают щетки и имеющие с ними контакт коллекторные пластины, как это показано на рис. 25.5. Затем со­вершают обход секций обмотки начиная с секции 1, которая ока­зывается замкнутой накоротко щеткой . Далее идут секции 2 и 3, которые образуют параллельную ветвь. Таким же образом обходят все остальные секции. В результате получаем схему с четырьмя параллельными ветвями, по две секции в каждой ветви.

Рис. 25.5. Электрическая схема обмотки рис. 25.3,в.

Из полученной схемы следует, что ЭДС обмотки якоря определяется значением ЭДС одной параллельной ветви, тогда как значение тока обмотки определяется суммой токов всех ветвей обмотки:

,(25.5)

где 2 — число параллельных ветвей обмотки якоря; — ток одной параллельной ветви.

В простой петлевой обмотке число параллельных ветвей равно числу главных полюсов машины: 2 = 2.

Нетрудно заметить, что число параллельных ветвей в обмотке якоря определяет значение основных параметров машины — тока и напряжения.

Сложная петле­вая обмотка. При не­обходимости полу­чить петлевую обмот­ку с большим числом параллельных ветвей, как это требуется, на­пример, низковольт­ных машинах посто­янного тока, приме­няют сложную петле­вую обмотку. Такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединен­ных к одному коллектору. Число параллельных ветвей в сложной петлевой обмотке 2=2, где т — число простых петлевых обмо­ток, из которых составлена сложная обмотка (обычно т = 2). Ширина щеток при сложной петлевой обмотке принимается такой, чтобы ка­ждая щетка одновременно перекрывала т коллекторных пластин, т. е. столько пластин, сколько простых обмоток в сложной. При этом про­стые обмотки оказываются присоединенными параллельно друг дру­гу. На рис. 25.6 показана развернутая схема сложной петлевой обмот­ки, состоящей из двух простых(т = 2): 2 = 4;= 16.Результирующий шаг обмотки по якорю и шаг по коллектору слож­ной петлевой обмотки принимают равным у = у_к = т. Первый частич­ный шаг по якорю определяют по (25.3).