мотках,возбуждения 3 создается либо э. д. с, возбуждаемой в обмотках якоря, либо от постороннего источника. В двигательном режиме обмотки возбуждения и якоря подключаются к сети постоянного тока; якорь вращается, с его вала передается на нагрузку механическая мощность. Магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, проходит по полюсам машины, через якорь и замыкается в ее ярме.

При вращении якоря против часовой стрелки в активных проводниках, уложенных в его пазы и перемещающихся вместе с якорем в магнитном поле, наведется э. д. с. Эта э. д. с. в проводниках /, 2 и 5, находящихся под верхним полюсным наконечником (2 на рис.3.1, а) будет направлена из плоскости рисунка, а в проводниках 4, 5 н 6, занимающих положение в данный момент около н-ижнего полюсного наконечника, -за плоскость рисунка. В проводниках 3 и 7, располо-

Рис. 3.1

женных на геометрической нейтрали, э. д. с. не наводится, так как они перемещаются вдоль магнитного поля.

Для того чтобы подвести возбуждаемые в активных проводниках э. д. с. к нагрузке (машина работает генератором), необходимо соблюсти следующие условия:

1. Вращение якоря, приводящее к смене места, занимаемого каждым из проводников, должно оставить неизменной конфигурацию их соединения. Поэтому обмотка должна обладать центральной симметрией, т. е. быть замкнутой (неразрывной).

2. Соединение проводников в замкнутую обмотку должно приводить к суммированию э. д. е., наводимых в каждом из них, исключить возможность появления короткозамкнутых витков.

Исходя из этих условий обмотка якоря должна в любой момент времени образовывать две параллельные цепочки генераторов, эквивалентных каждому из ее активных проводников (рис. 3.2). При вращении ротора активные проводники переходят от нижнего полюсного наконечника к- верхнему, в соответствии с этим эквивалентные им генераторы меняют свою полярность. Поэтому точки а и б, к которым подсоединяются щетки, должны находиться на геометрической нейтрали. Коллекторные пластины, касающиеся щеток, должны быть

соединены с активными проводниками, находящимися на горизонтальной оси между полюсами. Схема соединения рис. 3.2 неудобна, так как для ее осуществления провод, соединяющий с коллектором тыльный конец активного проводника, требуется пропустить через специальный канал внутри якоря.

Распространение получили барабанные обмотки якоря, обладающие малой длиной пассивных соединительных проводников и большой прочностью. При барабанной обмотке соединительные проводники укладывают только по внешним торцевым поверхностям якоря. Последовательно соединяются два активных провода, находящихся под разноименными полюсами. Чтобы обмотка получилась непрерывной и состоящей из одинаковых секций, в каждый паз необходимо укладывать по крайней мере два активных провода.

Рассмотрим схему барабанной обмотки для приведенной на рис. 3.1 двухполюсной машины с восемью пазами на якоре и двумя активными проводниками (наружным и внутренним) в каждом пазу.

Наружный активный проводник (ВАП) расположен в первом пазу (рис. 3.3, а). Его обращенный вперед (к коллектору) конец соединяется с аналогичным концом внутреннего активного проводника (НАП), расположенного в шестом пазу у противоположного полюса. Этот же соединительный провод (лобовое соединение - ЛС]) используют и

НАП ВАП

е-€ье-

Рнс. 3.2

5 -nf

для вывода на коллектор. Его припаивают к пластине коллектора /. Продолжающий обмотку якоря провод, проходящий по тыльной торцовой поверхности ротора, соединяет активные проводники, расположенные по диаметру. Тыльный провод, называемый также лобовым соединением (ЛСз), связывает конец нижнего активного провода, находящегося в шестом- пазу, с концом верхнего активного

провода второго паза. Это соединение показано на рис. 3.3, а условно внешней дугой.

Далее- соединяем со второй пластиной коллектора наружный активный проводник второго паза и внутренний активный проводник седьмого паза. Следующий тыльный провод соединяет внутренний активный проводник седьмого паза с наружным активным проводником третьего паза и т. д. Завершающий весь обход тыльный соединительный провод протянут от внутреннего активного проводника пятого паза к наружному первого паза. Такая обмотка называется петлевой (параллельной). В многополюсных машинах применяют и волновые обмотки, в которых порядок укладки активных проводников несколько иной.

Активные проводники построенной обмотки со своими лобовыми соединениями образуют одновитковые секции. Одна из секций, уложенная в пазы четвертый и восьмой, выделена на рис. 3.3, б. Каждая из секций - отдельная деталь обмотки.

fjff S/f 48 58 2Н fjA-

гСХХЮЮ-СККЪ

7Н JZB дН 5Н 8В 4Н 78

Рис. 3.4

Одновитковые секции встречаются редко, только в низковольтных машинах. Чаще применяют многовитковые (рис. 3.3, б). Укладкой намотанных по шаблону секций в пазы и подпайкой их к коллектору .завершают сборку якоря.

Если положение якоря относительно полюсов возбуждения, изображенное на рис. 3.3 и 3.1, одинаково, то щетки (показанные штриховыми линиями) должны быть подсоединены так, чтобы замыкать пластины коллектора 5 и 2; а также 6 и 7, которые подсоединены к секциям, уложенным в пазы ротора 5 и 7. В этих секциях при положении якоря, как указано на рис. 3.*1, не наводится э. д. с. Обмотка, схема построения которой vжe приводилась, образует две .параллельные ветви (рис. 3.4). В каждой ветви восемь активных проводников и, следовательно, восемь эквивалентных генераторов. Но э. д. с. ggg, ез , и б; активных проводников, находящихся в третьем и седьмом пазу, равны нулю.

Э. д. с, развиваемую в якоре, и момент на валу, необходимый для его вращения, определяют следующим образом. Вдоль окружности якоря индукция потока возбуждения распределяется неравномерно (рис. 3.5, а). Связано это с формой полюсных наконечников и наличием пазов в сердечнике якоря. Однако можно приближенно считать распределение индукции равномерным с некоторым значением Вер (рис. 3.5, б) и направление индукции в зазоре между полюсным наконечником и якорем радиальным, т. е. нормальным к активным проводникам каждой секции.

Найдем сначала магнитный поток, пронизывающий одну из секций обмотки якоря, как функцию угла поворота ротора со/. Секция, выделенная на рис. 3.3, в, вращаясь вместе с якорем против часовой стрелки,- перемещается из-под верхнего полюса к нижнему. Начальное положение ее активных сторон показано на рис. 3.5, б точками. Эта секция смещена относительно начала отсчета на угол а = а и, как и все остальные, охватывает половину окружности ротора, ее шаг по этой окружности в углах равен я. При выбранном равномерном распределении индукции магнитный поток полюсов возбуждения

Ф = В,ряЛ 2, (3.1)

где D - диаметр якоря; / - длина активных проводников.

Вращению ротора соответствует передвижение активных сторон катушки на рис. 3.5, б вдоль оси а вправо. Магнитный поток, пронизывающий витки рассматриваемой секции, будет определяться площадью, заштрихованЕОЙ на рис. 3.5, б. Он меняется от Ф^, (при со/ =

-ао) до -Ф (при со/ = я - ао). При' изменении со/ от я-- до 2я - tto магнитный поток нарастает от -Фт до Фщ (рис. 3.5, в). Изменение магнитного потока происходит по линейному закону. Наводимая э. д. с. в секции в течение каждой половины периода постоянна и меняет свой знак через это время.

Амплитуда э. д. с. равна

= 4Ф, т/60,

(3.2)

Рис. З.б

где Т = 60/п - период вращения якоря; п - число оборотов, совершаемое якорем ь минуту (частота вращения).

В каждой из параллельных ветвей обмотки якоря одна из секций дает нулевое напряжение, так как ее активные стороны т^аходятся под одним полюсом. Поэтому э. д. с, получающаяся на щетках машины,

Е = Е, {N12 = (4Ф, т/60) (Л^/2 - 1), (3.3)

где N - число пазов на роторе, равное как числу секций, так и числу пластин коллектора; N/2 - число секций, входящих в одну параллельную ветвь.

Если в машине не одна пара полюсов возбуждения, а р пар, то наведенная в каждой из секций обмотки якоря э. д. с. будет в р раз

больше, так как многополюсная машина аналогична двухполюсной с большей скоростью вращения якоря. В многополюсных машинах ставится не одна пара щеток, а несколько. Поэтому обмотка их якоря разбивается не на две, а на 2а параллельных ветвей. Для многополюс-иой машины формула для э. д. с. в роторе запишется следующим образом:

Е = (4Ф,пШр/г/60) {Nl2a - 1). (3.4)

Сила, действующая на проводник стоком /, находящийся в магнитном поле, по определению магнитной индукции будет

F = I[BJ]. (3.5)

В воздушном зазоре машины индукция направлена по радиусу и, следовательно, нормальна к активным сторонам секции обмотки якоря. Ток якоря /д распределяется поровну между двумя параллельными ветвями и сила, действующая на одну сторону секции намотки,

Fy = B lwlj2. (3.6)

Эта сила действует по касательной к окружности ротора и каждая из секций создает момент

M,= B lDwIJ2=Фmhw/n. (3.7)

Момент, создаваемый всеми секциями обмотки якоря, определяется, так же как и э. д. с, числом тех секций, активные стороны которых находятся под разными полюсами, т. е. 2 {N/2 - 1). Поэтому

М = М,2 [N12 - 1) = 2Ф^,10 (1/я) (yV/2 - 1). (3.8)

Если в машине р пар полюсов и число параллельных ветвей в обмотке якоря 2а, то

М^2рФт1,хй){\1п){Ы12а-\). (3.9)

Данный механический момент определяет лишь силы электромеха- нического взаимодействия магнитного поля статора и токов ротора.

Если машина работает генератором, то двигатель, вращающий ротор, должен развивать момеггт, больший, чем определенный по (3.9), так как он преодолевает и моменты сил трения, возникающие в опорах л\ из-за трения о воздух, и моменты, создаваемые силами взаимодействия вихревых токов в сердечнике якоря с магнитным полем возбуждения. Если машина работает двигателем, то из-за потерь (механических и электрических) в нагрузку передается момент, меньший определяемого (3.9).

В приведенном рассмотрении не учитывается вторичное магнитное поле, возбуждаемое в машине токами, протекающими по обмотке якоря (реакция якоря). Это вторичное поле отрицательно сказывается на показателях машины. Уменьшается э. д. с, наводимая в обмотках якоря, возникает искрение под щетками.

Вторичное магнитное поле направлено вдоль геометрической нейтрали и замыкается через ярмо и полюсные наконечники (рис. 3.6, а).

44

Результирующее поле машины (рис. 3.6, б) из-за реакции якоря оказывается искаженным. В генераторе поле скашивается по направлению вращения якоря, а в двигателе - навстречу ему. Щетки сдвигаются с нейтрали и в некоторых активных проводниках обмотки

\\\\\\\\\\

с (ИИ ичи II Ill®

Рис. 3.6

якоря развиваются э. д. с, встречные остальным. Из-за этого уменьшается э. д. с, наводимая в обмотке якоря. Под щетками, которые закорачивают пластины коллектора, подсоединенные к секции обмотки с ненулевой э. д. с, возникает искрение.

Уменьшается э. д. с. обмотки якоря и потому, что вторичный магнитный поток приводит к насыщению стали основного полюса в той

i< 0 . и If

ч> КМ

Рис. 3.7

1 erY ОВ,0 и

его части, где происходит объединение двух потоков. Поэтому из-за реакции якоря уменьшается основной магнитный поток.

Для уменьшения вторичного магнитного потока в машине предусматриваются дополнительные полюса возбуждения. Создаваемый ими магнитный поток направлен встречно вторичному потоку и компенсирует его. - .