Обмотки якорей машин постоянного тока

Вращающаяся часть машины (якорь) (рис. 135, а) состоит из сердечника 1, обмотки 2 и коллектора 3. Сердечник якоря пред­ставляет собой цилиндр, собранный из листов электротехнической стали. Листы изолируются друг от друга лаком или бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Стальные листы штампуют на станках по шаблону; они имеют пазы, в которых укладываются проводники обмотки якоря. В теле якоря делают воздушные кана­лы для охлаждения обмотки и сердечника якоря.

Обмотку якоря выполняют из медного изолированного провода или из медных стержней прямоугольного поперечного сечения. Она состоит из секций, изготовленных на специальных шаблонах и ук­ладываемых в пазах сердечника якоря. Одновитковая секция со­стоит из двух активных проводов, соединенных между собой.

Секции могут иметь не один, а много витков. Такие секции называются многовитковыми. Обмотка тщательно изолируется от сердечника и закрепляется в пазах деревянными клиньями. Лобо­вые соединения укрепляются стальными бандажами. Все секции обмотки, помещенные на якоре, соединяются между собой после­довательно, образуя замкнутую цепь. Провода, соединяющие две секции, следующие одна за другой по схеме обмотки, присоединя­ются к коллекторным пластинам.

Коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из отдель­ных пластин. Коллекторные пластины изготовляют из твердотянутой меди и изолируют между собой и от корпуса прокладками из миканита. Для крепления на втулке коллекторным пластинам при­дают форму «ласточкина хвоста», который зажимается между выступом на втулке и шайбой, имеющими форму, соответствующую форме пластины. Шайба крепится к втулке болтами.

Коллектор является наиболее сложной в конструктивном отно­шении и наиболее ответственной в работе частью машины. Поверх­ность коллектора должна быть строго цилиндрической во избежа­ние биения и искрения щеток.

Для соединения обмотки якоря с внешней цепью на коллекторе помещают неподвижные щетки, которые могут быть графитными, угольно-графитными или бронзо-графитными. В машинах высокого напряжения применяют графитные щетки, имеющие большое пере­ходное сопротивление между щеткой и коллектором, в машинах низкого напряжения — бронзо-графитные щетки. Щетки помещают в особых щеткодержателях (рис. 135, б). Щетка 4, помещенная в обойме щеткодержателя, прижимается пружиной 5 к коллектору. На каждом щеткодержателе может находиться несколько щеток, включенных параллельно.

Щеткодержатели укрепляются на щеточных болтах-пальцах, которые, в свою очередь, закреплены на траверсе. Для укрепления на щеточном пальце щеткодержатель имеет отверстие.

Щеточные пальцы изолируются от траверсы изоляционными шайбами и втулками. Число щеткодержателей обычно равно числу полюсов.

Траверса устанавливается на подшипниковом щите в машинах малой и средней мощности или прикрепляется к станине в машинах больших мощностей. Траверсу можно поворачивать и этим изме­нять положение щеток относительно полюсов.

Обычно траверса устанавливается в таком положении, при ко­тором расположение щеток в пространстве совпадает с располо­жением средних точек главных полюсов.

§ 106. ОБМОТКИ ЯКОРЕЙ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Обмотки якорей машин 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  их делают стержневыми  и  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 исключительное применение находят шаблонные 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, т. е. расстоянию между средними точками соседних разно­именных полюсов. При таком расстоянии между активными про­водниками (шаге обмотки) э. д. с, индуктированные в этих про­водниках, будут направлены в одну сторону, и э. д. с. секции будет иметь наибольшее значение, так как э. д. с. ее активных сторон складываются (рис. 136). 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 э. д. с. 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).

На рис. 137 показана (толстой линией) одновитковая и много-витковая секция параллельной обмотки, состоящая из активной части верхнего слоя паза 1 и нижнего слоя паза 1+у1. В этих обмотках последовательно соединяются между собой секции на­чальные (конечные), активные стороны которых находятся под одним полюсом в расположенных рядом пазах. Таким образом, концы секций 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 протекает ток одной параллельной ветви обмотки iя, так что между двумя щетками различной полярности обмотка образует две параллель­ные ветви.

При параллельных обмотках число щеток должно быть всегда равно числу полюсов 2р 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 (рис. 138).

При обходе схемы обмотки с верхнего проводника n мы получим первую секцию, активные стороны которой находятся под по­люсами N1 и S1 (секция на схеме изображена толстой линией). Активные стороны второй секции, последовательно соединенной с первой, находятся под полюсами, N2 — S2, третьей секции —под полюсами N3 и S3 и т. д. После полного обхода окружности якоря Придем в верхний проводник пары n — 1, лежащей рядом (лучше 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., пока вновь <не обойдем окружность якоря и не придем к проводнику, лежащему рядом с проводником n—1. После этого совершается новый обход проводников по схеме обмотки и т. д., пока все проводники не окажутся включенными в замкнутую цепь.

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   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 э. д. с. машины может иметь большое значение. Поэтому последовательные обмотки находят применение для машин высокого напряжения.

§ 107. Э. Д. С. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Как известно, в проводнике, перемещающемся в магнитном поле в направлении, перпендикулярном направлению магнитных линий этого поля, создается э. д. с, равная