§ 125. Обмотка якоря машины постоянного тока

Проводники якоря, соединенные по определенной схеме, составляют обмотку якоря. Современные машины постоянного тока имеют якоря барабанного типа с расположенными по окружности пазами, куда укладывается обмотка. Пазы могут быть открытой, полузакрытой формы, причем почти исключительно применяются первые две формы пазов. Пазы этой формы позволяют обмотку якоря изготовлять отдельно на металлических или деревянных шаблонах, после чего изолированные хлопчатобумажной лентой или лакотканью и определенным образом изогнутые части обмотки укладываются в пазы. Для повышения электрической прочности изоляцию обмотки пропитывают изоляционным лаком. Такой способ ее изготовления сокращает время сборки машины и удешевляет стоимость обмотки. Перед укладкой обмотки в пазы якоря вставляется пазовая изоляция в виде П-образных коробочек из литероида (тонкая листовая фибра) или прессшпана (электротехнический картон). После укладки обмотки в пазы забивают деревянные или фибровые клинья. Затем на лобовые части якорной обмотки накладывают бандажи из стальной луженой проволоки с последующим их пропаиванием.

Поместим на якоре восемь проводников и пронумеруем их по порядку (рис. 296, а). Пользуясь правилом "правой руки" и учитывая направление вращения якоря, соединяем проводники между собой так, чтобы э.д.с. в них складывались. Величина э.д.с. при последовательном соединении проводников будет наибольшей в том случае, если проводник, лежащий под серединой одного полюса, соединить с проводником, лежащим под серединой другого полюса, например проводник 8 соединить с проводником 4, проводник 5 - с проводником 1 и т. д. Два проводника, соединенные последовательно, образуют один виток или в данном случае одну катушку. Следовательно, восемь проводников на якоре составят четыре катушки. Соответственно коллектор должен иметь четыре пластины.

Рис. 296. Обмотка барабанного якоря двухполюсного генератора

Проводник 1 соединен с задней стороны якоря с проводником 6. Это соединение, как не видное со стороны коллектора, показано пунктирной линией. Проводник 6 с передней стороны соединяется с проводником 3 (показано сплошной линией). Далее проводники соединяются: 3 с 8, 8 с 5, 5 с 2, 2 с 7, 7 с 4, 4 с 1. Соединения проводников якоря можно изобразить так: 1 - - - 6 --- 3 - - - 8 --- 5 - - - 2 --- 7 - - - 4 --- 1^*.

^* (Здесь сплошные линии (-) показывают соединение с переднего торца якоря, а пунктирные линии (- - - -) - соединение с заднего торца.)

В результате все проводники оказались соединенными и обмотка замкнутой. Передние торцовые соединения проводников припаяны к соответствующим коллекторным пластинам. Находя направление тока в торцовых соединениях, видим, что от проводников 3 и 6 токи притекают к коллекторной пластине 2. От пластины 4 коллектора ток разветвляется к проводникам якоря 2 и 7. К коллекторным пластинам 2 и 4 прижаты щетки, соединяющие их с внешней сетью и дающие возможность току от коллекторной пластины 2 уходить в сеть. Пройдя по сопротивлениям внешней сети, ток возвращается к щетке, прижатой к коллекторной пластине 4. Далее ток растекается по проводникам обмотки якоря. Щетка, касающаяся коллекторной пластины 2, будет являться положительной, а щетка, касающаяся пластины 4 - отрицательной.

На рис. 296, б показан путь тока по двум параллельным ветвям, образованным проводниками обмотки для положения якоря, показанного на рис. 296, а. э.д.с. каждой ветви равны между собой и направлены в одну сторону. При вращении якоря различные проводники входят в ту или иную параллельную ветвь.

Э.д.с. каждой из параллельных ветвей определяется суммой э.д.с. отдельных проводников. Хотя э.д.с. отдельных проводников изменяются во время вращения якоря, но их сумма практически остается постоянной, пульсация оказывается весьма незначительной.

На рис. 297 показано сложение мгновенных значений э.д.с. четырех проводников. Кривая суммарной э.д.с. имеет значительно меньшую пульсацию, чем кривые э.д.с. отдельных проводников. Машины постоянного тока относительно больших размеров имеют не одну, а несколько пар полюсов, размещенных равномерно на станине. Полярность полюсов чередуется.

Рис. 297. Построение суммарной э.д.с. четырех катушек

Рассмотрим обмотку якоря четырехполюсного генератора постоянного тока. Поместим на якоре 16 проводников (рис. 298, а), что составит восемь витков или катушек. Коллектор будет состоять из восьми коллекторных пластин. Пользуясь правилом "правой руки", учитывая направление вращения якоря, определим направление индуктированной э.д.с. в проводниках. Применяя условную запись соединений проводников, получим: 1 - - - 6 --- 3 - - - 8 --- 5 - - - 10 --- 7 - - - 12 --- 9 - - - 14 --- 11 - - - 16 --- 13 - - - 2 --- 15 - - - 4 --- 1.

Рис. 298. Обмотка якоря четырехполюсного генератора: а - схема расположения обмотки, б - распределение тока в проводниках обмотки, в - развернутая схема

Все проводники оказались соединенными и обмотка замкнутой. Проставляя направление тока в передних торцовых соединениях, видим, что токи от проводников 5 и 8, встречаясь, направляются к коллекторной пластине 3. К коллекторной пластине 7 притекают токи от проводников 13 и 16. От пластины 1 коллектора ток растекается по проводникам 1 и 4. Также от пластины 5 коллектора ток растекается по проводникам 9 и 12. Щетки, касающиеся пластин 3 и 7 коллектора, будут являться положительными, а щетки, касающиеся пластин 1 и 5, - отрицательными. Соединяя щетки попарно, выводим на щиток генератора зажимы "плюс" и "минус".

На рис. 298, б показан путь тока в проводниках для положения якоря, представленного на рис. 298, а. Обмотка генератора имеет в этом случае четыре параллельные ветви. Ток во внешней сети будет в четыре раза больше тока, протекающего по проводникам обмотки якоря четырехполюсного генератора. Многополюсные генераторы позволяют увеличить мощность, отдаваемую машиной в сеть. Шестиполюсный генератор имел бы шесть параллельных ветвей и шесть щеток (три положительные и три отрицательные).

Часто обмотку показывают в развернутом виде. Развернутая схема обмотки якоря, показанной на рис. 298, а, представлена на рис. 298, в.