В большинстве обмоток первый частичный шаг секции у₁ выби­рают кратным числу секций в слое паза u_п. В этом случае шаги по пазам катушек и всех секций обмотки одинаковые (y_z = y₁ /u_п) и об­мотку называют равносекционной (рис. 3.52, а). Если же у₁ /u_п не равно целому числу, то у секций будут разные шаги по пазам якоря (рис. 3.52, б). Такую обмотку нельзя выполнить из целых катушек. Она называется ступенчатой, выполняет­ся только в стержневых обмотках и редко встречается в практике.

Для того чтобы легче понять особенности различных схем обмо­ток якоря, все последующие схемы в учебнике построены для обмоток с u_п = 1, при этом Z = Z_э = К. Следует отметить, что обмотку якоря с u_п = 1 выполняют крайне редко, так как в этом случае необоснованно увели­чивается число пазов и ухудшается их заполнение проводниками, пото­му что толщина корпусной изоля­ции катушки, состоящей из одной или из нескольких секций, остается одинаковой.

Рис. 3.51. Практическая схема пет­левой обмотки, у_z = 3, u_п = 3, у₁ = 9

Рис. 3.52. Равносекционная и ступенчатая обмотки:

а) у₁ = 10, u_п=2, у₁/ у_п — равно целому числу (обмотка равносекционная); б) y₁ = 11

u_п=2, у₁/ у_п — не равно целому числу (обмотка ступенчатая)

3.15. ПРОСТЫЕ ПЕТЛЕВЫЕ ОБМОТКИ

В простых петлевых обмотках якоря (см. рис. 3.50) результирую­щий шаг равен шагу по коллектору:

у = у_к = у₁ – у₂ = ± 1. (3.26)

Большее распространение получили обмотки с у = 1, так как при у = – 1 лобовые части секций несколько удлиняются и в них возникает дополнительное перекрещивание выводных концов (см. рис. 3.49, б). Первый частичный шаг петлевой обмотки выбирают близким к полюсному делению:

у₁ = Z_э / 2p ± e, (3.27)

где e — наименьшее число (или дробь), при котором у₁ выражен це­лым числом, кратным числу u_п. Значение е характеризует укорочение (удлинение) шага по сравнению с полюсным делением. Обмотки с укороченным шагом применяются чаще.

Рассмотрим более подробно особенности простых петлевых об­моток на примере схемы, приведенной на рис. 3.50.

На практической схеме этой обмотки (см. рис. 3.51) показано что y₁ = Z_э / 2p ±е = 42/ 4 - - 1,5 = 9; у₂ = y₁ – у = 9 — 1 = 8. Шаги по пазам всех секций одинаковы: y_z = у₁ / u_п = 9/3 =3

Обмотка равносекционная. Если же выполнить первый частичный шаг у₁ = 42/4 - 0,5 = 10 (у₂ = 10 - 1 = 9), то у₁/u_п = 10/ 3 становится не равным целому числу. Шаги секций по пазам будут разные (рис. 3.52) и обмотка получится ступенчатой.

При простой петлевой обмотке щетки на коллекторе должны быть расположены обязательно через каждое полюсное деление. Замыкая пластины коллектора, они образуют в обмотке 2р па­раллельных ветвей (рис. 3.53). Поэтому в простой петлевой об­мотке число параллельных ветвей всегда равно числу полюсов машины: 2а = 2р.

Рис. 3.53. Параллельные ветви про­стой петлевой обмотки

Параллельные ветви в петлевой обмотке содержат несколько после­довательно соединенных между со­бой секций, в каждой из которых во время работы машины наводится ЭДС. При сборке машины из-за до­пусков при штамповке и шихтовке сердечника неравномерности воз­душного зазора под разными полю­сами и ряда других причин всегда

---

существует некоторая асимметрия магнитной цепи. Поэтому ЭДС, наводимые в секциях в разных параллельных ветвях, немного отли­чаются друг от друга. Сопротивления параллельных ветвей практи­чески всегда различаются между собой из-за различного качества паек мест соединений секций и пластин коллектора. По этим причи­нам токи в параллельных ветвях петлевой обмотки якоря никогда не бывают абсолютно одинаковые, так как в ветвях обмотки цирку­лируют уравнительные токи. Они замыкаются через скользящие контакты между щетками и поверхностью коллектора и перегружа­ют их, при этом коммутация машин ухудшается, появляется искре­ние под щетками, пластины подгорают и коллектор быстрее выхо­дит из строя.

Чтобы разгрузить щеточные контакты от уравнительных токов, в якорях с петлевой обмоткой устанавливают уравнительные соединения первого рода. Уравнительные соединения — это изолирован­ные проводники, которые соединяют точки обмотки, имеющие тео­ретически одинаковые потенциалы. Уравнительные соединения не уменьшают уравнительные токи, а лишь направляют их по безвред­ному для работы машины пути, обеспечивая нормальную работу щеточного контакта без перегрузки, создаваемой уравнительными токами.

Рис. 3.54. Расположение уравнительных соединений первого рода: а, б — со стороны, противоположной коллектору; в — со стороны коллектора; 1 — сердечник якоря; 2 — лобовые части обмотки; 3 — уравнительные соединения; 4 — задний нажимной ко­нус коллектора; 5 — коллектор

В простой петлевой обмотке одинаковые потенциалы должны быть у всех секций, расположенных на расстоянии двойного по­люсного деления друг от друга. Поэтому шаг уравнительных сое­динений у_ур = К/р. Наиболее удобные места для подсоединения уравнителей к секциям — это коллекторные пластины или голов­ки лобовых частей секций со стороны, противоположной коллек­тору (рис. 3.54).

На схеме рис. 3.50 условно показаны только два уравнительных соединения, выполненных с шагом, равным у_ур = К/р = 42/2 = 21 эле­ментарных пазов.

Уравнительные соединения первого рода выполняют проводни­ками с площадью поперечного сечения, равной 20...30 % сечения эф­фективного проводника обмотки. В машинах общего назначения чаще всего устанавливают по два-три уравнительных соединения на каждую пару параллельных ветвей или по одному уравнительному соединению на паз якоря, т. е. в 3 — 4 раза меньше, чем секций в об­мотке.

При установке уравнительных соединений (рис. 3.54) усложня­ется технологический процесс изготовления якоря и увеличивает­ся расход меди, поэтому петлевые обмотки применяют лишь в машинах, в которых не могут быть выполнены простые волновые обмотки [6].

3.16. ПРОСТЫЕ ВОЛНОВЫЕ ОБМОТКИ

Схема простой волновой обмотки якоря приведена на рис. 3.55. Обозначения шагов обмотки показаны на рис. 3.56. Шаг простой волновой обмотки по коллектору равен результирующему шагу:

---

у_к = у = (К ± 1)/ р.

В этой формуле знак «—» предпочтительный, так как при знаке «+» в обмотке появляются дополнительные перекрещивания вывод­ных концов секций. Для первого частичного шага у₁ = K/ 2p ± e со­храняется следующее условие: у₁/ u_п равно целому числу, иначе об­мотка будет ступенчатой. Второй частичный шаг у₂ = у – у₁

Секции волновой обмотки соединяют друг с другом последова­тельно с результирующим шагом, близким к двойному полюсному делению. Поэтому при установке щеток на коллектор обмотка сое­диняется в две параллельные ветви независимо от числа полюсов

Рис. 3.55. Схема простой волновой обмотки якоря, Z = 17, K = 51, 2p = 4

Рис. 3.56. Элементы схемы и обозначение шагов простой волновой обмотки:

а – с двухвитковыми секциями, б – с одновитковыми секциями

машины. В простых волновых обмотках всегда 2а = 1 (рис. 3.57). Особенностью обмоток является также возможность работы машины при неполном числе щеточных болтов.

Действительно, как видно из рисунка 3.57, уменьшение числа щеточных болтов не приводит

к изменению направления токов в параллельных ветвях обмотки. Это обстоятельство используют, например, в ряде тяго­вых двигателей постоянного тока, в которых размещение полного числа щеточных болтов, равного 2р, затруднено из-за недостатка места [8].

Рис. 3.57. Параллельные ветви в простой волновой обмотке: а) с 2р = 4, б) с 2р = 6

При 2а = 2 в обмотке отсутствуют эквипотенциальные точки и установка уравнительных соединений не требуется. Поэтому волно­вые обмотки более технологичны и дешевы по сравнению с петле­выми. Простые волновые обмотки применяют в большинстве ма­шин, номинальный ток которых не превышает 500...600 А, т. е. ток в каждой параллельной ветви волновой обмотки остается меньшим 250...300 А.

Простые волновые обмотки могут быть выполнены симметрич­ными только при условии, что у_к = (К ± 1)/ р равно целому числу. Это накладывает определенные ограничения на соотношение чисел К и р. В частности, машины общего назначения мощностью до 200...300 кВт выпускают в большинстве случаев в четырехполюсном исполнении, т. е. с р = 2. Следовательно, для обеспечения симметрии обмотки коллектор якоря должен содержать нечетное число плас­тин. Но так как К = Z u_п, то нечетными должны быть также число пазов якоря Z и число секций в катушке u_п. В ряде случаев эти усло­вия невыполнимы при заданных линейной нагрузке и уровнях маг­нитной индукции на участках магнитопровода. В таких якорях при (К ± 1)/ р, не равном целому числу, могут быть выполнены несим­метричные волновые обмотки: обмотка с мертвой секцией или ис­кусственно-замкнутая обмотка.

Обмотка с мертвой секцией применяется реже. Для ее выполне­ния коллектор машины берут с числом пластин, на одну меньшим, чем число секций в обмотке якоря, т. е. с нечетным числом пластин: К' = Z u_п - 1. Тогда у_к = (К' ± 1)/ р равно целому числу. По рассчитан­ному у_к находят частичные шаги у₁ и у₂ и строят волновую обмотку. Число секций в обмотке s = Z u_п, т. е. на одну больше, чем пластин коллектора. В пазы укладывают все секции, но одну из них не соеди­няют с коллектором. Образуется «мертвая секция». Выводные кон­цы этой секции подрезают и изолируют; лобовые части закрепляют бандажом вместе со всей обмоткой.

---

Рис. 3.58. Схема волновой обмотки с мертвой секцией, Z = 18, u_п = l, К = 17

На рис. 3.58 в качестве примера приведена схема простой волновой обмотки 2р = 4 с мертвой секцией, в которой для упрощения принято Z = 18, u_п = 1. Для построения схемы взято К' = 18 - 1 = 17; у_к = (17 - 1)/2 = 8; у₁ = 4. Мертвая секция, не соединенная с пласти­нами коллектора, выделена на схеме прерывистой жирной линией. Несимметрия схемы проявляется, например, в различных шагах у₂ : шаги по пазам 5 – 9, 6 – 10, 7–11 и т. д. не равны шагам 1 – 6, 2 – 7, 3 – 8 и т. д.

Обмотки с мертвой секцией встречаются в машинах, коллекторы которых имеют большое (К > 100) число коллекторных пластин, при этом возникающая несимметрия, практически незаметна.

Мертвую секцию можно было бы вообще не укладывать в пазы якоря, однако это нарушает последовательность укладки обмотки и требует заполнения оставшихся свободными частей пазов изоляционным материалом и дополнительных мер при балансировке якоря [6].

3.17. СЛОЖНЫЕ ОБМОТКИ ЯКОРЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

В машинах с большими номинальными токами при петлевой об­мотке якоря токи в каждой из параллельных ветвей могут превосхо­дить допустимые, т. е. быть выше 250...300 А. Для увеличения числа параллельных ветвей обмотку якоря выполняют сложной петлевой. Па рис. 3.59 показан элемент схемы одного из типов сложной об­мотки — двухходовой петлевой. Она состоит как бы из двух само­стоятельных простых петлевых обмоток (на рис. 3.59 показаны ли­ниями разной толщины). Секции одной из них расположены в нечетных элементарных пазах якоря и соединены с нечетными плас­тинами коллектора. Секции другой расположены в четных элементарных пазах и соединены с четными пла­стинами коллектора. Шаг обмоток по коллектору у_к = 2. Ширина щеток должна быть такой, чтобы они одновременно за­мыкали секции обеих обмоток. В каждой из отдельных простых обмоток 2а = 2р. При установке щеток на коллектор обе обмотки соединяют параллельно и общее число параллельных ветвей обмотки уд­ваивается. В общем случае, если сложная обмотка состоит из т простых, шаг по коллектору каждой из них будет равен у_к = m, а общее число параллельных вет­вей после установки щеток 2а = 2рm, где m — число ходов, т. е. число простых об­моток, составляющих сложную.

Рис. 3.59. Элемент сложной двухходовой петлевой об­мотки

Если в сложной петлевой обмотке К/m — целое число, то состав­ляющие ее простые обмотки до установки щеток на коллектор элект­рически не соединены между собой. Каждая из них замыкается сама на себя после обхода по пазам якоря. Такие сложные обмотки назы­вают m-кратнозамкнутыми. При К/m, не равном целому числу, об­мотка замыкается только 1 раз после последовательных m обходов всех пазов якоря. Такие обмотки называют однократнозамкнутыми. В сложных петлевых обмотках точки с теоретически равным по­тенциалом располагаются не только в пределах каждого хода об­мотки (в пределах каждой из простых обмоток), но и на разных хо­дах. Так, например, на элементе схемы двухходовой петлевой обмотки (рис. 3.60, а) одинаковый потенциал должен быть у точки, обозначенной на схеме буквой а, принадлежащей одной из простых

---

Рис. 3.60. Уравнительные соединения второго рода в двухходовых петлевых

обмотках:

а — соединение точек теоретически равного потенциала на схеме обмотки;

б — расположение уравнительных соединений второго рода на якоре машины;

1— коллектор; 2 — уравнительные соединения 1-го рода; 3 — сердечник якоря;

4 — обмотка якоря; 5 — уравнительные соединения 2-го рода

Рис. 3.61. Уравнительные соединения в сложной двухходовой

петлевой обмотке ро­тора при К/р, равном нечетному числу

обмоток, и у вывода секции второй простой обмотки, расположен­ной в пазу 3, соединенном с пластиной 3. Это объясняется равенст­вом напряжений между пластинами: U_к23 = U_к34.

Соединения точек равного потенциала, расположенных на раз­ных ходах (разных простых обмотках, образующих сложную), называют уравнительными соединениями второго рода.

В двукратнозамкнутых двухходовых петлевых обмотках при К/р, равном целому числу, точки теоретически равного потенциала располагаются с разных сторон якоря. В таких машинах уравните­льные соединения второго рода необходимо пропускать под магнитопроводом якоря вдоль вала или через втулку (рис. 3.60, б).

При К/р, равном нечетному числу, в двухходовых двукратнозам­кнутых петлевых обмотках уравнительные соединения располага­ются только с одной стороны якоря (рис. 3.61). На приведенном ри­сунке две секции, соединенные уравнительными соединениями, выделены жирными линиями.

В машинах специальных исполнений находят применение также и сложные волновые обмотки с у_к = (К ± m)/ р. В них число паралле­льных ветвей увеличивается в m раз по сравнению с простыми об­мотками, т. е. 2а = 2m. В сложных волновых обмотках, как и в слож­ных петлевых, необходима установка уравнительных соединений второго рода.

В ряде машин средней мощности для снижения токов в паралле­льных ветвях и с целью

избежать необходимости установки уравни­тельных соединений применяют

комбинированную, так называе­мую лягушачью обмотку.

Катушка лягушачьей обмотки состоит из секций петлевой и вол­новой обмоток, соединенных с пластинами одного коллектора. Та­ким образом, в пазах якоря размещаются как бы две самостоятель­ные обмотки — волновая и петлевая, соединенные через коллектор параллельно. Числа параллельных ветвей в обеих обмотках должны быть одинаковыми, поэтому волновая обмотка выполняется слож­ной. Обычно за базу при построении лягушачьей обмотки принима­ют простую петлевую обмотку, а волновую обмотку выполняют сложной с числом ходов m_b = р. В этом случае число параллельных ветвей волновой обмотки становится равным числу параллельных ветвей простой петлевой, т. е. 2а_в = 2а_п = 2р. Общее число паралле­льных ветвей лягушачьей обмотки становится в 2 раза больше, чем в петлевой. Достоинством такой обмотки является отсутствие необ­ходимости установки уравнительных соединений. Это объясняется тем, что секции волновой обмотки выполняют роль уравнительных соединений первого рода для петлевой обмотки, а секции петлевой обмотки — роль уравнительных соединений второго рода для слож­ной волновой [6].

---

Смотрите также файлы

• ГЛАВА 4 Магнитная цепь.doc

• ГЛАВА 5 Параметры ЭМ.doc

• ГЛАВА 6 Потери и КПД.doc

• Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин.doc

• Глава 8 Элементы конструкции и механические расчеты.doc