Обмотки якорей и эдс машины постоянного тока

Обмотки якорей машины постоянного тока изготовляют из изолированных медных проводов, а в машинах больших мощностей - из шин прямоугольного поперечного сечения; обмотки выполняются замкнутыми.

При изготовлении обмотки из шин прямоугольного поперечного сечения (стержней) каждая секция может состоять из двух активных проводов (одновитковая секция). Из изолированного медного провода секции обмоток изготовляют в виде катушек с определенным числом витков (многовитковые секции).

В машинах постоянного тока наиболее широкое применение находят двухслойные обмотки, у которых в пазах якоря активные части секций размещаются в два слоя.
Каждая секция обмотки состоит из двух активных сторон, отстоящих друг от друга на расстоянии, близком к полюсному делению , т. е. расстоянию между осями соседних разноизменных полюсов.
При таком расстоянии между активными проводниками (шаге обмотки) эдс, индуктированные в этих проводниках, будут направлены в одну сторону и эдс секции будет иметь наибольшее значение, так как эдс ее активных сторон складываются (изо).

Одна активная часть секции находится в верхнем слое паза, другая - в нижнем.
При изображении развернутых схем обмоток активные стороны, лежащие в верхнем слое паза, изображаются сплошной линией, а стороны нижнего слоя - прерывистой. Концы секции соединяются как с другими секциями обмотки, так и с коллекторными пластинами.

Секции, образующие обмотки, соединяются между собой так, чтобы индуктированные в них эдс были направлены согласно, т. е. в одну сторону. Для этого начальные (конечные) проводники последовательно соединенных секций должны находиться в любой момент под полюсами одинаковой полярности.

В зависимости от порядка соединения секций друг с другом обмотки могут быть параллельными (петлевыми) и последовательными (волновыми).

Секция простой параллельной обмотки: а — одновитковой, б — мпоговитковой

На изо показана (толстой синей линией) одновитковая (а) и многовитковая (б) секции параллельной обмотки, состоящие из активной части верхнего слоя паза 1 и нижнего слоя паза 1 + y1.
В этих обмотках последовательно соединяются между собой секции начальные (конечные), активные стороны которых находятся под одним полюсом в расположенных рядом пазах.

Таким образом, концы секции параллельной обмотки присоединяются к двум соседним коллекторным пластинам (1' и 2'), причем в многовитковых секциях к пластине 1' подключается начало первого витка, а к пластине 2' - конец последнего витка, соединяемый с началом следующей секции.

Любая коллекторная пластина (например, 1') соединяется с двумя активными проводами, в каждом из которых проходит ток одной параллельной ветви обмоткиiя так что между .двумя щетками различной полярности обмотка образует две параллельные ветви.

При параллельных обмотках число щеток должно быть,всегда равно числу полюсов 2p и, следовательно, число параллельных ветвей 2а в этих обмотках равно числу полюсов,
т. е. 2а = 2р (а = р).
При большом числе полюсов параллельная обмотка образует много параллельных ветвей, что дает возможность понизить ток в одной ветви и уменьшает поперечное сечение провода обмотки.
В последовательных обмотках начальные (конечные) активные провода секций находятся под различными полюсами одинаковой полярности (следующее изо).

Активные стороны первой секции находятся под полюсами N1 и S1.
Активные стороны второй секции, последовательно соединенной с первой, находятся под полюсами N2 и S2, третьей секции — под полюсами N3 и S3 и т. д.

После включения всех секций по окружности якоря соединяется верхний проводник
пары n - 1, лежащей рядом (обычно слева) с проводником пары n, от которого начали обход обмотки.
Последовательно с верхним проводником пары n - 1 включаем проводники, лежащие под полюсами S1, N2, S2 и т. д., по окружности якоря, и заканчиваем проводником, лежащим рядом с проводником n - 1.
Затем вновь соединяем пары проводников, находящиеся под различными полюсами по окружности якоря и т. д., пока все проводники не окажутся включенными в замкнутую цепь.

Развернутая схема двух секций простой последовательной обмотки:
а - одновитковой, б - многовитковой

Вне зависимости от числа полюсов простая последовательная обмотка образует две параллельные ветви, т. е. 2а = 2. Поэтому при любом числе полюсов машина может иметь только две щетки, если обмотка якоря последовательная, причем эти щетки должны помещаться на расстоянии 1/2р части окружности коллектора.
Например, при р = 2 расстояние между щетками должно быть равно четверти окружности коллектора. Это дает возможность делать доступной для осмотра не всю окружность коллектора, а только ее часть.
Наличие только двух параллельных ветвей свидетельствует о том, что в каждой ветви последовательно соединяется большое число активных проводов и эдс машины может иметь большое значение.
Поэтому последовательные обмотки находят применение для машин высокого напряжения.

В проводнике, перемещающемся в магнитном поле в направлении, перпендикулярном направлению магнитных линий этого поля создаётся эдс, равная е = Blv,
где В - среднее значение магнитной индукции,Т;
l - длина проводника, м;
v - скорость перемещения проводника, м/с.

На якоре машины укладывается большое число активных ликов, которое обозначим буквой N. В каждой параллельной ветви обмотки будет последовательно включено N/2a активных проводника.
Таким образом, эдс машины E = N/2ae = N/2aBlv.
Скорость перемещения проводников в магнитном поле v = 2р(n/60),
где 2р - число полюсов машины; - полюсное деление; т.е., расстояние между осями разноименных полюсов; n - частота вращения якоря машины в минуту.

Имея в виду, что произведение среднего значения магнитной индукции В на осевую длину полюса l и на полюсное деление представляет собой магнитный поток одного полюса
Ф = Вlт, получим для эдс машины следующее выражение:
E = ((pN)/(60a))nФ.

Для каждой машины величины р, N и а постоянны, так что отношение (pN)/(60a) представляет собой величину, постоянную для данной машины.
Следовательно, эдс машины постоянного тока определяется следующим выражением:
Е = СnФ, т.е. эдс машины постоянного тока равна произведению постоянной конструктивной величины С на частоту вращения якоря в минуту n и магнитный поток полюсов Ф.
Это выражение показывает, что для изменения эдс (или напряжения) машины необходимо изменить либо частоту вращения якоря, либо магнитный поток полюсов.

Так как изменение частоты вращения двигателя, приводящего в движение генератор, связано со значительными сложностями, то на практике регулировку эдс и напряжения производят изменением магнитного потока, который зависит от тока в обмотке возбуждения. В цепь обмотки возбуждения включают реостат для изменения тока возбуждения.