Устройство обмотки
Основным элементом обмотки является секция — наименьшая часть обмотки, присоединенная к двум коллекторным пластинам. В зависимости от размеров якоря и напряжения машины секция состоит из одного или нескольких соединенных последовательно витков. В каждом витке можно выделить две активные стороны 1, 2, расположенные в пазах 5 сердечника якоря, и лобовые части 3, 4 по торцам этого сердечника. Начало первого витка секции и конец последнего витка соединены с коллекторными пластинами.
Рис. 3-2. Катушка ступенчатой обмотки
Наименьшее количество секций обмотки якоря зависит от приемлемой величины пульсаций выпрямленного напряжения и допускаемого напряжения между соседними коллекторными пластинами. Для машин общего применения при напряжении 110—220 в количество секций на пару полюсов может быть от 24 до 70. Количество пазов в сердечнике якоря обычно меньше количества секций, поэтому несколько секций (от двух до пяти) объединяют в катушку с общей изоляцией от сердечника якоря. Для удобства размещения лобовых частей обмотку якоря выполняют двухслойной, т. е. одну сторону катушки (правую) 1 укладывают на дно паза, а вторую (левую) 2 располагают над нижней стороной другой катушки, с переходом из нижнего слоя в верхний по середине лобовой части 3 (рис. 3-1).
Рис. 3-1 Расположение сторон секции в пазу
Обычно все секции обмотки выполняют одинаковой ширины, и катушка, собранная из таких секций, занимает нижнюю половину одного паза и верхнюю половину другого. В крупных машинах для улучшения коммутации иногда применяют более сложную — ступенчатую обмотку, у которой катушка собрана из секций различной ширины. Одна сторона 1 такой катушки также занимает половину паза, а вторая расщепленная сторона 2 — части двух расположенных рядом пазов (рис. 3-2).
В двухполюсных машинах малой мощности обмотку якоря выполняют путем укладки провода в пазы сердечника якоря без предварительного изготовления секций. В такой обмотке не соблюдается чередование сторон секций в верхнем и нижнем слоях, обе стороны первой уложенной секции и несколько следующих секций размещены в нижнем слое, а стороны последних секций занимают верхние части пазов.
При диаметре якоря больше 75 мм секции обмотки наматывают на шаблоны и укладывают в частично открытые пазы по одному проводнику. Окончательную форму катушкам придают после укладки всех секций обмотки.
При частично открытых и открытых пазах в них укладываются
полностью законченные катушки (рис. 3-3).
Одновитковые секции крупных машин с большим сечением проводника выполняют из двух стержней (рис. 3-4). Стержни собирают в полукатушки и после укладки их в пазы соединяют в лобовой части хомутиками и пайкой. Применение полукатушек значительно облегчает изготовление ступенчатых и комбинированных обмою к крупных машин.
Рис. 3-3. Катушка из двух двухвитковых секций
Рис. 3-4. Полукатушка с двумя стержнями
Для симметричного распределения массы обмотки относительно оси якоря лобовые части укладывают на специальные конструктивные элементы — обмоткодержатели и закрепляют проволочными бандажами. Крепление катушек в пазу выполняют клиньями из изоляционных материалов или реже проволочными бандажами.
Для изготовления обмоток применяется медный обмоточный провод. При поперечном сечении до 10 мм2 обычно используется круглый провод с изоляцией классов А, Е, В, а при большем сечении — прямоугольный провод с изоляцией класса А или В. Все соединения обмотки должны быть пропаяны припоем ПОС-40.
Схемы обмоток
Расположение секционных сторон и порядок соединения секций между собой и с коллекторными пластинами устанавливаются шагами обмотки и показываются на схеме. Так как порядок этих соединений не зависит от количества витков в секции, то на схеме секции изображаются одновитковыми. Существуют два вида схем обмотки. В круговой схеме обмотка показывается на условном поперечном разрезе якоря. Активные стороны витков (секций) изображаются кружками в пазах якоря, лобовые соединения со стороны, противоположной коллектору, выносятся за окружность якоря, коллектор и его соединения с обмоткой размещаются внутри окружности якоря (см. рис. 3-8 и 3-14). В настоящее время описанный вид схемы используется только в учебной литературе. Более распространенной является развертка цилиндрической поверхности якоря на плоскость чертежа (см. рис. 3-9). Верхние активные стороны секций изображаются сплошными вертикальными линиями, нижние — штриховыми. Лобовые части со стороны, противоположной коллектору, располагаются в верхней части схемы, а соединения секций с коллекторными пластинами и развертка коллектора — в нижней части. Для того чтобы показать распределение секций по катушкам (и по пазам якоря) в некоторых случаях уменьшают на схеме промежутки между активными сторонами секций каждой катушки. С целью упрощения схемы можно изображать одной линией активные стороны одного слоя секций объединенных в катушку или даже обоих слоев, лобовые соединения и в этом случае показывают для каждой секции.
Рис. 3-5. Секции различной ширины: а — с полным шагом; б — с укороченным шагом; в — с удлиненным шагом
При вращении якоря в магнитном поле в активных сторонах витка наводится э. д. с. Для сложения этих э. д. с. при обходе витка (с принятым лобовым соединением по торцу сердечника якоря) активные стороны должны быть расположены под полюсами разной полярности на расстоянии приблизительно равном полюсному делению т. На рис. 3-5 изображена в развернутом виде часть окружности» якоря с тремя секциями различной ширины уг. Над якорем показаны два соседних полюса N и S. В секции с у1 = т (рис. 3-5, а) э. д. с. активных сторон складываются при любом положении якоря относительно полюсов. Для секций с <т (и > т) существуют положения (рис. 3-5, б), когда э. д. с. активных сторон при обходе витка вычитаются. Поэтому среднее значение э. д. с. секции с уг = т за время перемещения ее активной стороны от одной геометрической нейтрали к соседней, при прочих равных условиях, будет больше, чем секций с уг <т (и уг > т). При малой разнице между ух и т уменьшение среднего значения э. д. с. незначительно. Таким образом, расположение активных сторон, образующих виток (и секцию), определяется величиной ух, которая соответствует ширине секции и называется первым шагом обмотки.
Шаги обмотки принято выражать количеством промежутков между активными сторонами секций одного слоя независимо от величины этого промежутка. На схеме стороны секций обозначают последовательным рядом цифр, причем одна и та же цифра относится к стороне верхнего слоя и к расположенной под ней стороне нижнего слоя. Количество промежутков между активными сторонами секций одного слоя по окружности якоря равно количеству S секций. Таким образом, на полюсное деление приходится S/2p этих промежутков. Между сторонами секции должно быть целое число промежутков и ширина секции может быть как меньше, так и больше т (рис. 3-5) на величину поэтому первый шаг определяется формулой
(3-1)
При е=0 (рис. 3-5, а) получается обмотка с полным шагом при ух < т — обмотка с укороченным шагом (рис. 3-5, б) и при уг >т — с удлиненным шагом (рис. 3-5, в). Обмотка с укороченным шагом имеет меньшую длину лобовых частей, применение ее более желательно, чем обмотки с удлиненным шагом и даже обмотки с полным шагом.
Соединение конца одной секции с начало следующей за ней по схеме секции определяется вторым шагом yv Так как при обходе по виткам двух соединенных последовательно секций э. д. с. должна также складываться, то величину шага у2 необходимо принимать близкой к величине шага ух.
Расположение верхних (или нижних) сторон секций, следующих друг за другом по схеме * обмотки, определяется результирующим шагом у. По величине шага у относительно полюсного деления т обмотки делятся на два типа. В первом типе эти секционные стороны располагаются на расстоянии у значительно меньшем т и обход секций по схеме имеет форму петель, такие обмотки называются петлевыми. Во втором типе секционные стороны располагаются на расстоянии у приблизительно равном 2т и обход секций по схеме имеет форму волн, такие обмотки называются волновыми.
Порядок соединения секций с коллекторными пластинами определяется шагом г/к по коллектору, который выражается количеством коллекторных делений (или изоляционных прокладок) между коллекторными пластинами, соединенными с началом и с концом секции. В настоящее время применяются замкнутые обмотки, и к каждой коллекторной пластине присоединяется конец одной и начало следующей за ней по схеме секции, таким образом количество коллекторных пластин К = S и количество промежутков между секционными сторонами одного слоя равно количеству коллекторных делений по всему коллектору. Каждая последующая секция схемы обмотки смещена относительно предыдущей на результирующий шаг у, столько же коллекторных делений должно быть между коллекторными пластинами, с которыми соединяется начало и конец секции,
Ун= У• (3-2)
Укладка катушек в пазы сердечника якоря производится в соответствии с шагом уп обмотки по пазам, который выражается количеством зубцов между сторонами катушки. Если из S секций собрано Z2 катушек, то средний шаг по пазам
(3-3)
У равносекционной обмотки уп выражается целым числом. У ступенчатой обмотки (рис. 3-2) средний шаг уп выражается неправильной дробью, однако для каждой из расщепленных частей катушки шаг обмотки по пазам равен целому числу и различается на единицу.
Для практических целей нет необходимости приводить полную схему обмотки, можно ограничиться небольшой частью ее, соответствующей одной катушке. В расчетных записках часто шаги обмотки для секций указывают не в промежутках между сторонами секций, а номерами соответствующих сторон секций и номерами коллекторных пластин, к которым присоединены начало и конец секции. Шаг для катушек указывает номерами пазов, в которые укладываются стороны катушки.
