Обмотки статора и ротора электрических машин переменного тока

В статье рассказано про устройство обмоток статора и ротора электрических машин переменного тока.

Пространственное расположение обмоток статора:

Статор с двенадцатью пазами, в каждый из которых уложено по одному проводнику, схематично показан на рис. 1, а. Соединения между проводниками, уложенными в пазах, указаны только для одной из трех фаз; начала фаз А, В, С обмотки обозначены С1, С2, С3; концы — С4, С5, С6. Части обмотки, уложенные в пазах (активная часть обмотки), условно показаны в виде стержней, а соединения между проводниками, находящимися в пазах (лобовые соединения),— сплошной линией.

Сердечник статора имеет вид полого цилиндра, представляющего собой пакет или ряд пакетов (разделенных вентиляционными каналами) из листов электротехнической стали. Для машин малой и средней мощности каждый лист штампуется в виде кольца с пазами вдоль внутренней окружности. На рис. 1,б дан лист статора с пазами одной из применяемых форм.

Рис. 1. Расположение обмотки в пазах статора и распределение токов в проводниках

Пусть мгновенное значение тока iA первой фазы в некоторый момент времени максимально и ток направлен от начала С1 фазы к ее концу С4. Будем считать такой ток положительным.

Определяя мгновенные токи в фазах как проекции вращающихся векторов на неподвижную ось ON (рис. 1, в), получим, что токи фаз В и С в данный момент времени отрицательны, т. е. направлены от концов фаз к началам.

Проследим по рис. 1, г образование вращающегося магнитного поля. В рассматриваемый момент времени ток фазы А направлен от ее начала к концу, т. е. если в проводниках 1 и 7 он идет от нас за плоскость чертежа, то в проводниках 4 и 10 он идет из-за плоскости чертежа к нам (см. рис. 1, а и г).

В фазе В ток в этот момент времени идет от конца фазы к ее началу. Соединив проводники второй фазы по образцу первой, можно получить, что ток фазы В проходит по проводникам 12, 9, 6, 3; при этом по проводникам 12 и 6 ток идет от нас за плоскость чертежа, а по проводникам 9 и 3 — к нам. Картину распределения токов в фазе С получим по образцу фазы В.

Направления токов даны на рис. 1,г; штриховыми линиями показаны магнитные линии поля, создаваемого токами статора; направления линий определены по правилу правого винта. Из рисунка видно, что проводники образуют четыре группы с одинаковыми направлениями тока и число полюсов 2р магнитной системы получается равным четырем. Участки статора, где магнитные линии выходят из него, представляют собой северные полюсы, а участки, где магнитные линии входят в статор, — южные полюсы. Дуга окружности статора, занятая одним полюсом, называется полюсным делением.

Магнитное поле в различных точках окружности статора различно. Картина распределения магнитного поля вдоль окружности статора повторяется периодически через каждое двойное полюсное деление. Угол дуги 2 принимается за 360 электрических градусов. Так как вдоль окружности статора размещается р двойных полюсных делений, то 360 геометрических градусов равны 360р электрическим градусам, а один геометрический градус равен р электрическим градусам.

На рис. 1, г показаны магнитные линии для некоторого фиксированного момента времени. Если же рассмотреть картину магнитного поля для ряда последовательных моментов времени, можно убедиться в том, что поле вращается с постоянной скоростью.

Найдем скорость вращения поля. По истечении времени, равного половине периода переменного тока, направления всех токов изменяются на обратные, поэтому магнитные полюсы меняются местами, т. е. за половину периода магнитное поле поворачивается на часть оборота. Скорость вращения магнитного поля статора, т. е. синхронная скорость, равна (в оборотах в минуту)

Число р пар полюсов может быть только целым, поэтому при частоте, например, 50 Гц синхронная скорость может равняться 3000; 1500; 1000 об/мин и т. д.

Рис. 2. Развернутая схема трехфазной однослойной обмотки

Обмотки машин переменного тока можно разделить на три группы:

К специальным обмоткам относятся:

а) короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки;

б) обмотка асинхронного двигателя с переключением на разные числа полюсов;

в) обмотка асинхронного двигателя с противосоединеннями и т. д.

Кроме вышеуказанного деления, обмотки отличаются по ряду других признаков, а именно:

1) по характеру исполнения — ручные, шаблонные и полушаблонные;

2) по расположению в пазу — однослойные и двухслойные;

Витком называется контур, образованный двумя последовательно соединенными проводниками. Секция, или катушка, представляет собой ряд последовательно соединенных витков, лежащих в двух пазах и имеющих общую изоляцию от корпуса.

Шаг секции называют диаметральным, если он равен полюсному делению и сокращенным, если он меньше полюсного деления, так как шаг секции больше полюсного деления не делают.

Характерной величиной, определяющей выполнение обмотки, является число пазов на полюс и фазу, т. е. число пазов, занимаемых обмоткой каждой фазы в пределах одного полюсного деления:

где z— число пазов статора.

Обмотка, приведенная на рис. 1, а, имеет следующие данные:

Даже для этой простейшей обмотки пространственный чертеж проводников и их соединений получается сложным, поэтому он обычно заменяется развернутой схемой, где проводники обмотки изображаются расположенными не на цилиндрической поверхности, а на плоскости (цилиндрическая поверхность с пазами и обмоткой «развертывается» в плоскость). На рис. 2, а дана развернутая схема рассмотренной обмотки статора.

На предыдущем рисунке было для простоты показано, что часть фазы А обмотки, уложенная в пазах 1 и 4, состоит всего из двух проводников, т. е. из одного витка. В действительности же каждая такая часть обмотки, приходящаяся на один полюс, состоит из w витков, т. е. в каждой паре пазов помещается по w проводников, объединенных в одну катушку. Поэтому при обходе по развернутой схеме, например, фазы А от паза 1 нужно w раз обойти пазы 1 и 4, прежде чем перейти к пазу 7. Расстояние между сторонами витка одной катушки, или шаг обмотки, у показан на рис. 1, г; он обычно выражается в числах пазов.

Рис. 3. Щиток асинхронной машины

Начало и конец каждой из трех фаз обмотки выводятся на щиток машины, где имеется шесть зажимов (рис. 3). К верхним зажимам C1, С2, СЗ (начала фаз) подводятся три линейных провода от трехфазной сети. Нижние зажимы С4, С5, С6 (концы фаз) либо соединяются в одну точку двумя горизонтальными перемычками, либо каждый из этих зажимов соединяется вертикальной перемычкой с лежащим над ним верхним зажимом.

В первом случае три фазы статора образуют соединение звездой, во втором — треугольником. Если, например, одна фаза статора рассчитана на напряжение 220 В, то линейное напряжение сети, в которую включается двигатель, должно быть 220 В в случае включения статора треугольником; при включении его звездой линейное напряжение сети должно быть

При соединении статора звездой нейтральный провод не подводится, так как двигатель является для сети симметричной нагрузкой.

Ротор асинхронной машины набирается из штампованных листов изолированной электротехнической стали на валу или на специальной несущей конструкции. Радиальный зазор между статором и ротором делается возможно меньшим для обеспечения малого магнитного сопротивления на пути магнитного потока, пронизывающего обе части машины.

Наименьший зазор, допустимый по технологическим требованиям, составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от мощности и габаритов машины. Проводники обмотки ротора располагают в пазах вдоль образующих ротора непосредственно у его поверхности с тем, чтобы обеспечить наибольшую связь обмотки ротора с вращающимся полем.

Асинхронные машины выпускаются как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором.

Рис. 4. Фазный ротор

Фазный ротор имеет, как правило, трехфазную обмотку, выполняемую, подобно статорной, с тем же числом полюсов. Обмотка соединяется звездой или треугольником; три конца обмотки выводятся на три изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с валом машины. Через щетки, укрепленные на неподвижной части машины и скользящие по контактным кольцам, в ротор включается трехфазный пусковой или регулировочный реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводится активное сопротивление. Внешний вид фазного ротора представлен на рис. 4, на левом конце вала видны три контактных кольца. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется плавное регулирование скорости приводимого в движение механизма, а также при частых пусках двигателя под нагрузкой.

Конструкция короткозамкнутого ротора значительно проще, чем фазного. Для одной из конструкций на рис. 5, а показана форма листов, из которых набирается сердечник ротора. При этом отверстия вблизи наружной окружности каждого листа составляют в сердечнике продольные пазы. В эти пазы заливается алюминий, после его затвердения в роторе образуются продольные токопроводящие стержни. По обоим торцам ротора заодно отливаются алюминиевые кольца, замыкающие накоротко алюминиевые стержни. Полученная при этом токопроводящая система обычно называется беличьей клеткой.

Рис. 5. Короткозамкнутый ротор

Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой представлен на рис. 5,б. На торцах ротора видны вентиляционные лопатки, отливаемые заодно с короткозамыкающими кольцами. В данном случае пазы скошены на одно пазовое деление вдоль ротора. Беличья клетка проста, не имеет скользящих контактов, поэтому трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее дешевы, просты и надежны; они наиболее распространены.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Секции обмоток якоря

Выше было указано, что как петлевая, так и волновая обмотки состоят из витков. Отличие одной обмотки от другой заключается в том, что витки со стороны коллектора соединяются между собой по-разному. В той и другой обмотках к каждой коллекторной пластине присоединяются два проводника, из которых один является концом предыдущего витка, а другой — началом следующего.

Число витков обмотки, как мы увидим ниже, определяется напряжением машины. Если число витков обмотки якоря принять равным числу коллекторных пластин, то при некотором напряжении число последних может получиться настолько большим, что коллектор трудно будет выполнить. Коллекторные пластины в

этом случае будут очень тонкими и в них трудно будет впаять проводники обмотки якоря или медные пластинки (петушки), к которым припаиваются проводники; это обстоятельство заставило бы сильно увеличить диаметр коллектора. Для получения приемлемых размеров коллектора можно искусственно уменьшить число коллекторных пластин, соединив последовательно несколько рядом лежащих витков, т. е. конец первого витка, не присоединяя его к коллектору, соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. Начало первого витка и конец последнего присоединяют к коллектору.

На рис. 1-15 показана часть волновой обмотки, у которой между двумя коллекторными пластинами находятся три последовательно соединенных витка.

Часть обмотки, заключенную между двумя коллекторными

пластинами, встречаемыми при обходе обмотки по схеме, называют секцией. В частном случае, когда каждый виток присоединяется к коллекторным пластинам, мы получим обмотку, в которой секции состоят из одного витка, т. е. витки обмотки якоря в этом случае являются секциями.

Очевидно, что схема обмотки, т. е. порядок соединения секций, останется неизменной, будет ли секция состоять из одного витка или из нескольких. В том и другом случае секции необходимо соединять между собой таким образом, чтобы э. д. с в них складывались. В дальнейшем для большей ясности схем обмоток мы будем считать, что секция состоит из одного витка. Каждую сторону секции называют секционной стороной; если секция состоит из нескольких витков, то секционная сторона содержит столько проводников, сколько витков в секции.

Связь между числом секций и числом коллекторных пластин обмотки якоря

— число витков в секции и К— число коллекторных пластин.

Общее число витков обмотки якоря равно числу проводников ЛГ, деленному на два, ибо каждый виток состоит из двух проводников.

Число секций обмотки якоря 5 равно общему числу витков обмотки якоря, деленному на число витков в секции, т. е.

Для выполнения секций обмотки якоря необходимо знать их ширину, т. е. расстояние между проводниками обмотки якоря, соединяемыми со стороны, противоположной коллектору.

(рис. 1-13 и 1-14). Это расстояние для любой обмотки (петлевой или волновой) должно равняться или незначительно отличаться от расстояния между серединами соседних полюсов (полюсного шага). Только в этом случае э. д. с. соединяемых проводников будут складываться.

Первый шаг представляет собой ширину витка обмотки. Выполняя обмотку, мы конец данной секции соединяем с началом следующей. Это соединение в петлевой и волновой обмотках выполняется по-разному.

(рис. 1-13 и 1-14). Второй шаг определяет расстояние между проводниками (секционными сторонами), соединенными со стороны коллектора.

шагов обмотки не дает еще

полного представления о ней. Действительно, зная эти шаги, еще трудно сказать, какая будет обмотка — петлевая или волновая. Все зависит от того, в какую сторону мы будем смещаться, соединяя конец данной секции с началом следующей. Если мы сместимся назад, к началу исходной секции, то получим петлевую обмотку, если вперед, то получим волновую обмотку.

Эту неопределенность можно устранить, если задать расстояние между началами секций, встречаемыми при обходе обмотки по схеме.

Далее, для выполнения обмотки необходимо знать расстояние между коллекторными пластинами, к которым присоединены начало и конец витка.

Как было указано ранее, в настоящее время обмотки якорей машин постоянного тока выполняются в виде двухслойных обмоток. Если число секций обмотки небольшое, то число пазов берут равным числу секций. В этих случаях в каждом пазу лежат по две секционные стороны: одна — вверху паза, а другая — внизу (конечно, эти секционные стороны принадлежат разным секциям).

В тех случаях, когда число секций получается большим, число пазов уменьшают, укладывая вверху и внизу паза по нескольку секционных сторон рядом — обычно не больше пяти. Этим самым мы

заменяем одним реальным пазом несколько пазов, в которых было бы только по две секционные стороны или по два проводника.

На рис. 1-16, а изображены пазы с одной секционной стороной по ширине паза, а на рис. 1-16, б — с тремя сторонами. Паз, в котором по ширине лежит одна секционная сторона, называется простейшим или элементарным. Паз, показанный на рис. 1-16, б, представляет собой три элементарных паза, совмещенных в одном реальном пазу. Таким образом, элементарным пазом мы будем называть две секционные стороны, расположенные друг под другом. В тех случаях, когда секция имеет несколько витков, секционная сторона будет состоять из нескольких проводников. На рис. 1-17 показан реальный паз, состоящий из трех элементарных пазов, причем секции имеют по два витка.

Назовем расстояние между соседними элементарными пазами промежутком или интервалом; при этом не будем считаться с тем, что этот промежуток при переходе от одного реального паза к соседнему больше.

, то нужно от какого-либо проводника (или, иначе, секционной стороны) принятого за начало секции (например, проводник, лежащий вверху паза), отсчитать шесть промежутков и со стороны, противоположной коллектору, соединить его с проводником, лежащим внизу седьмого элементарного паза. Так как на каждый элементарный паз приходится по две секционные стороны, то число элементарных пазов по всей окружности равно числу секций или, согласно ранее полученному выводу, числу коллекторных пластин.

На рис. 1-16 и 1-17 показана нумерация элементарных пазов.

Следует отметить, что направление отсчета пазов, секций и коллекторных пластин принято вести по часовой стрелке, глядя со стороны коллектора.

а число пазов якоря через Z тогда число коллекторных пластин, а следовательно, и число элементарных пазов, будет

число секционных сторон, лежащих по ширине

паза в каждом слое обмотки якоря, т. е. число элементарных пазов или число коллекторных пластин, приходящихся на один реальный паз.

Указанные на рис. 1-16 и 1-17, расположения проводников в пазах являются наиболее распространенными. Однако для многих якорей применяют и другие расположения проводников в пазах. Так, для якорей низковольтных генераторов с небольшим числом проводников применяют однослойные обмотки — в каждом пазу лежит один проводник. В этом случае два рядом лежащих паза следует рассматривать как один элементарный и нумерацию проводников выполнять по рис. 1-18. В двигателях для трамваев, троллейбусов и вагонов (тяговых двигателях) якоря имеют большое число проводников. Для уменьшения ширины пазов в таких якорях применяют так называемую

вертикальную укладку секций в пазах, при которой уменьшается толщина изоляции по ширине паза. На рис. 1-19 показано расположение и нумерация секционных сторон при такой укладке. Для осуществления присоединения к коллектору проводники перегибаются или расплющиваются.

Источник

Устройство обмотки якоря

Боковые части секции (рис 8-8) лежат в пазах. При вращении в них наводится э. д. с, почему они и называются активными сторонами секции. Остальные части секций лежат на торцах якоря, вне пазов. Они называются лобовыми частями и в них э. д. с. не наводится.

Активные стороны лежат в пазах в два слоя: нечетные сверху, а четные снизу, у дна паза. Цифры на рис. 8-8 обозначают номер паза, а буквы, стоящие рядом, — слой: верхний (в) и нижний (н). Упрощенная схема обмотки якоря, составленная из секций, показана на рис. 8-9. Число витков в секции принято равным единице.

Рис. 8-8. Секция обмотки якоря.

Активные стороны, лежащие в пазах, идущие от зрителя за плоскость рисунка, изображены кружками, а лобовые части — сплошными линиями на лицевой стороне торца якоря и пунктиром на торце за плоскостью рисунка. Таким образом, из коллекторной пластины № 1 провод идет в верхний слой паза 7, затем по невидимому торцу (пунктир) в нижний слой паза 4 и из него в коллекторную пластину № 2. Из коллекторной пластины № 2 провод идет в верхний слой паза 2 и т. д. После полного обхода якоря обмотка замыкается на себя у коллекторной пластины № 1.

Если обмотка якоря вращается по направлению, указанному на рис: 8-9, то в активных частях ее проводов появятся э. д. с, направление которых определено правилом правой руки. В каждой секции наводится э. д. с. е = Е_м sin ωt (рис. 5-2) и естественно, что сумма их всех в замкнутой на себя обмотке равна нулю. Однако при обходе всей обмотки можно заметить, что в одной части проводов э. д. с, имеют одно направление, в другой части — противоположное. Это указывает на наличие двух параллельных ветвей обмотки.

Источник

Якорные обмотки машин постоянного тока

а) Общие определения

Кольцевой якорь со спиральной обмоткой в настоящее время не применяется, так как более выгодным и надежным является барабанный якорь с обмоткой, все проводники которой укладываются на его внешней поверхности.

При барабанном якоре обмотка состоит из витков, имеющих ширину, равную (или почти равную) полюсному делению. Здесь виток охватывает весь поток Ф, вступающий в якорь, и ЭДС в нем получается в 2 раза больше, чем в витке спиральной обмотки, где максимальный поток, охватываемый витком, равен половине потока, вступающего в якорь. Поэтому для получения одной и той же ЭДС при барабанной обмотке требуется витков в 2 раза меньше, чем при кольцевой. К тому же изготовление кольцевой обмотки гораздо сложнее и условия ее охлаждения хуже, чем барабанной обмотки.

Проводники барабанной обмотки укладываются в пазы. Они называются активными проводниками. Два активных проводника, соединенных друг с другом, образуют виток. Витки соединяются между собой и с коллекторными пластинами и образуют замкнутый контур.

Часть обмотки, находящаяся при ее обходе между следующими друг за другом коллекторными пластинами, называется секцией. Секция может состоять из одного или нескольких витков (рис. 4.9). Ширину секции следует выбирать или равной полюсному делению (расстояние по окружности якоря между осями соседних полюсов), или близкой к нему. Секционные стороны в пазах обычно размещают в два слоя. На рисунке 4.10 показаны пазы якоря с размещенными в них секционными сторонами. Здесь прямоугольниками изображены секционные стороны, которые могут состоять из одного или нескольких активных проводников.

Рис. 4.9. Одновитковая секция (а), заложенная в пазы,

и трехвитковая секция (б)

Для того чтобы правильно соединить секции обмотки между собой и с коллекторными пластинами, нужно найти шаги обмотки. Их целесообразно измерять числом элементарных пазов, причем под последними понимаются условные пазы с двумя секционными сторонами, расположенными одна над другой. На рисунке 4.10,а показаны реальные пазы, которые в то же время являются и элементарными. На рисунке 4.10,6 и в показаны пазы, из которых каждый состоит соответственно из двух и трех элементарных пазов. Нумерация элементарных пазов производится так, как показано на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Пазы якоря

Рис. 4.11. Секции якорных обмоток

Различают следующие шаги обмоток (рис. 4.11):

Если у измеряется числом делений элементарных пазов, то у и у_к выражаются одним и тем же числом, т. е:

Минимальное число параллельных ветвей 2а замкнутой обмотки равно двум, т. е:

Для обеспечения симметрии обмотки общее число секций выбирается таким образом, чтобы на каждую пару параллельных ветвей приходилось целое число секций. В этом случае имеем:

целому числу. (4.4)

б) Петлевая обмотка

При петлевой обмотке первый шаг делается по окружности якоря в одну сторону, второй шаг — в противоположную (рис. 4.11,а), поэтому шаги петлевой обмотки связаны соотношением

Обычно у₁>y₂ и y>0. Такая обмотка называется неперекрещенной или правой. Здесь при обходе секций мы будем все время смещаться вправо. При у₁

Число параллельных ветвей петлевой обмотки определяется числом полюсов 2р и значением результирующего шага у. В общем случае число параллельных ветвей петлевой обмотки равно:

На рисунке 4.11,а показаны две секции петлевой обмотки с шагом у=у_к=1. Такая обмотка называется простои петлевой. Она имеет число параллельных ветвей, равное числу полюсов: 2а=2р. Простые петлевые обмотки применяются для машин средней и большой мощности.

Если у>1, то получается сложная петлевая обмотка. Петлевую обмотку называют также параллельной, и соответственно различают простую и сложную параллельные обмотки.

На рисунке 4.12 приведена схема — развертка простой петлевой обмотки при Z_э = S = K = 24, 2p = 2a = 4.

Рис. 4.12. Схема-развертка простой петлевой обмотки:
Z_э = S = K = 24; 2p = 2a = 4; y = y_к = 1; y₁ = 6; y₂ = 5

Шаги обмотки взяты равными:

y = y_к = 1; ;

Если схему начертить на полосе бумаги и обернуть ею цилиндр подходящих размеров, то мы получим наглядное представление о соединении секций между собой и с коллекторными пластинами.

Для той же самой обмотки на рисунке 4.12,а представлена так называемая радиальная схема.

На рисунке 4.12 показаны полюсы и ЭДС, наведенные в секционных сторонах. Мы приняли, что полюсы расположены над обмоткой и что якорь относительно полюсов и щеток движется вправо.

Рис. 4.13. Параллельные ветви простой петлевой обмотки (см. рис. 4.12)

При перемещении якоря некоторые секции замыкаются щетками. Они в это время не участвуют в создании ЭДС параллельной ветви. Для рассматриваемого случая мы будем иметь то 6, то 5 секций в каждой параллельной ветви. В соответствии с этим напряжение на щетках будет несколько изменяться по величине, оставаясь постоянным по направлению. В практических случаях, когда взято на параллельную ветвь обмотки 15—20 и больше секций, коллекторные пульсации напряжения на щетках получаются меньше 1%.

Щетки на рисунках 4.12 и 4.12,а соприкасаются с коллекторными пластинами, соединенными с секционными сторонами, находящимися приблизительно посередине между главными полюсами, т. е. вблизи геометрической нейтрали. В этом случае считают, что щетки находятся приблизительно на геометрической нейтрали, имея в виду положение щеток не относительно полюсов, а относительно секционных сторон, с которыми они соединены. Щетки устанавливаются на геометрической нейтрали не только для того, чтобы иметь наибольшую ЭДС в параллельной ветви, но и для того, чтобы в секциях, замыкаемых щетками почти накоротко, не могли образоваться большие токи.

Из сложных петлевых обмоток применяются иногда обмотки при у=2 для машин на большие токи, для которых увеличение числа параллельных ветвей за счет увеличения числа полюсов невозможно или невыгодно.

Сложную петлевую обмотку можно представить себе, как две простые петлевые обмотки, уложенные на один и тот же якорь и смещенные одна относительно другой (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Секции сложной петлевой обмотки (у = у_к = 2)

При исследовании якорных обмоток машин постоянного тока, так же как якорных обмоток машин переменного тока, применяются векторные диаграммы ЭДС обмоток. Такие диаграммы можно построить, приняв, что кривая распределения индукции вдоль окружности якоря (кривая поля машины) синусоидальна. Тогда мы можем ЭДС, наведенные в секционных сторонах, изобразить временными векторами. Следовательно, ЭДС одной какой-либо секции также изобразится вектором, равным разности векторов ЭДС, наведенных в сторонах этой секции.

Электродвижущие силы секций, следующих одна за другой, сдвинуты по фазе в соответствии с их сдвигом в магнитном поле. Этот сдвиг легко найти, так как сдвигу в магнитном поле на полюсное деление т соответствует сдвиг по фазе на 180°.

Для петлевой обмотки сдвиг между следующими одна за другой секциями равен у делений элементарных пазов, чему соответствует:

. (4.7)

Для обмотки, схема которой показана на рис. 4-12, имеем (y = 1, t = Z_э/2р = 24/4 = 6, следовательно, .

Складывая при обходе обмотки векторы ЭДС отдельных секций, мы получим многоугольники ЭДС, каждый из которых соответствует одной паре параллельных ветвей обмотки. Они называются многоугольниками ЭДС секций обмотки (или потенциальными многоугольниками обмотки).

Для обмотки рисунка 4.12 мы получим два равных друг другу многоугольника ЭДС обмотки (а = 2) с числом сторон , показанных на рисунке 4.15. Здесь цифрами обозначены номера секций, соответствующие номерам коллекторных пластин.

Рис. 4.15. Многоугольник ЭДС обмотки (см. рис. 4.12)

При помощи рисунка 4.15 можно найти пульсацию ЭДС на щетках. Она равна:

где ;

для данного случая DE% » 1,2%

Очевидно, что при K/a, равном нечетному числу, которое обычно и выбирается, пульсация ЭДС на щетках будет относительно меньше.

При увеличении числа секций в параллельной ветви многоугольник приближается к окружности.

Из схем обмоток и соответствующих многоугольников ЭДС следует, что если мы при обходе некоторого числа секций обмотки смещаемся в магнитном поле на t, то получаем при этом одну параллельную ветвь. Таким образом, число параллельных ветвей равно общему сдвигу в магнитном поле при обходе всех секций обмотки, поделенному на t. Для петлевой обмотки общий сдвиг в магнитном поле равен yS, а число параллельных ветвей

.

в) Волновая обмотка

При волновой обмотке второй шаг y₂ делается в ту же сторону, что и первый шаг y₁ (рис. 4.11,б), поэтому шаги обмотки связаны соотношением

Результирующий шаг у должен быть больше или меньше, чем двойное полюсное деление 2t, чтобы при обходе секций все они были включены в обмотку. Поэтому, делая один обход по окружности якоря, мы попадаем в элементарный паз, сдвинутый вправо или влево от начала обхода на х делений элементарных пазов (рис. 4.11,б). Так как мы должны при этом сделать столько результирующих шагов у, сколько имеется пар полюсов, то yp±x = Z_э = S. Отсюда получаем:

(4.9)

Число параллельных ветвей волновой обмотки зависит только от х, оно равно 2а = 2х. В этом можно убедиться, рассматривая схемы обмоток.

Формула для результирующего шага пишется следующим образом

. (4.10)

При а=1 получается простая волновая обмотка или простая последовательная обмотка. При а>1 получается сложная волновая или сложная последовательная обмотка.

На рисунке 4.16 приведена схема-развертка простой волновой обмотки:

2p = 4; Z_э = S = K = 19; 2a = 2;

Рис. 4.16. Схема-развертка простой волновой обмотки
Z_э = S = K = 19; 2р = 4; у = y_к = 9; y₁ = 5; y₂ = 4; а = 1

Радиальная схема той же обмотки приведена на рисунке 4.16а.

На рисунке 4.17 представлены параллельные ветви обмотки, соответствующие положению якоря и коллектора относительно полюсов и щеток, показанному на рисунке 4.16. Получаются две параллельные ветви. Для любой волновой обмотки можно взять только две щетки (заштрихованные на рисунках 4.16 и 4.17). Однако в обычных случаях берут число щеток равным числу полюсов, так как в этом случае поверхность коллектора лучше используется и его размеры можно сократить. Выключаемые при этом секции (замкнутые щетками) практически не изменяют (при большом числе секций в параллельной ветви) ее ЭДС.

Рис. 4.17. Параллельные ветви простой волновой обмотки (см. рис. 4.16) при двух щетках и при четырех щетках

Сложную волновую обмотку можно представить себе как n простых волновых обмоток, уложенных на якоре, имеющем число пазов и число коллекторных пластин в n раз больше, чем это нужно для одной простой волновой обмотки. Сложные волновые обмотки на практике встречаются сравнительно редко.

Простая волновая обмотка находит себе самое широкое применение для нормальных машин небольшой и средней мощности при 2р=4 и 6. Ее преимущество перед простой петлевой обмоткой заключается в том, что она при любом числе полюсов имеет только две параллельные ветви и, следовательно, при 2р>2 требует меньше проводников. При этом сечение проводников должно быть взято больше, чем при петлевой обмотке, но при меньшем числе проводников изготовление обмотки облегчается. Другим важным преимуществом простой волновой обмотки является то, что она не требует уравнительных соединений, тогда как петлевая обмотка при 2р>2 должна быть снабжена уравнительными соединениями.

Источник