Фиг. 4.

колец коллектором (фиг. 4), к каждой пластинке к-рого присоединена секция замкнутой на себя обмотки. Эдс секций, находящихся в сфере влияния каждого из полюсов, суммируются. Щетки, снимающие ток с двух параллельных ветвей обмотки, ле :ат в нейтральной зоне. Секции в момент перехода из сферы влияния одного полюса в сферу другого замыкаются щетками накоротко. Машины постоянного тока, построенные по указанному принципу, в противоположность униполярным машинам, получили возможность развития вследствие того, что один из трех факторов В, I, v, влияющих на величину эдс, а именно I, может быть изменяем в достаточно широких пределах.

I. Современная коллекторная Д. постоянного тока состоит из следующих основных комплектных частей: 1) станины-индуктора с главными и дополнительными полюсами, концы обмоток которых выведены к зажимной доске сбоку станины; 2) двух подшипниковых щитов, переднего- со стороны коллектора и заднего-со стороны вентилятора. В более мощных машинах подшипниковые щиты заменяются подшипнике- yj- выми стойками, укреп- NnT ляемыми на общей со г станиной фундаментной плите; 3) якоря; 4) коллектора со влолсенной в его пазы обмоткой; 5) вентилятора, засасывающего воздух со стороны коллектора и выпускающего его через отверстия в заднем подшипниковом щите, для отвода тепла, образующегося в железе якоря и обмотках якоря и магнитов (для лучшего охлаждения якоря штампованное листовое железо его собирается - шихтуется - в несколько пакетов, так чтобы между ними оставались свободные вентиляционные каналы, засасывающие воздух через осевые каналы внутри якоря и коллектора); 6) щ е-точной рамы (звезда щеткодержателя) с укреплен, на ней изолированными от рамы стержнями, на которых сидят щеткодержатели со щетками. Стернши одного знака соединяются собирательными кольцами, от к-рых идут гибкие провода к зажимам (бор нам) машины.

Якорная обмотка. Различаются открытые и замкнутые на себя обмотки. Открытая обмотка распадается на отдельные элементы, соединяющиеся последовательно в группы при помощи щеток. Сек-

Фиг. 5.

Фиг. 6.

ции обмотки под северным и юягным полюсами магнитов (фиг. 5) одними концами соединены между собой, другими-с иолу кольцами коллектора. Эдс, наводимая в обеих секциях за время их прохождения под полюсами, сохраняет одинаковое направление. При встуилении секций в сферу влияния полюсов противоположной полярности каждое из полуколец коллектора вступает в контакт с другой щеткой, вследствие чего направление эдс во внешней цепи остается без изменения. Величина эдс меняется от нуля до максимума, т. е. является пульсирующей. Открытыми обмотками пользовались в своих машинах Сименс, Томсон-Гау стон, Бреш (Brush) и Вестингауз. В настоящее время они применяются довольно редко. Замкнутая обмотка (фиг. 6), наоборот, получила широкое распространение, особенно барабанная (намотанная на цилиндр). С целью уменьшения воздушного зазора между якорем и полюсными наконечниками применяются, по предложению Венштрема (1882 г.), якори с пазами. Группы обмоток, составленные из секций в замкнутой обмотке, остаются при всяком положении якоря параллельно соединенными меледу собой. В так называемой последовательной, или волновой, обмотке-две параллельные ветви, в параллельной же, или петлевой,-число параллельных ветвей равно числу полюсов. В калс-дой из этих систем обмоток число параллельных ветвей может быть в несколько раз увеличено (многократные обмотки).

Замкнутые якорные обмотки м. б. подразделены на следующие три основные группы: 1) спиральная обмотка, 2) петлевая, 3) волновая. Обычно элемент обмотки состоит из одной секции, но он может быть тахже образован из нескольких секций. В симметричной обмотке все элементы вполне одинаковы и равномерно распололсены по окрулености якоря. В якоре с многослойной обмоткой (более двух) расположение секций не вполне равномерно. Число секций всегда совпадает с числом коллекторных пластинке. Однако, м. б. случаи, когда число пластин увеличивается против числа секций в несколько раз. Результирующий шаг обмоток у состоит из отдельных частичных шагов Vi, 2/2) 3 и т. д. В спиральной обмотке эдс наводится только на одной стороне секции, в петлевой и волновой обмотках-на обеих. Обозначив через S общее число индуктируемых сторон и через и-число индуктируемых сторон одного элемента обмотки, получим S=K -и. В кольцевой обмотке м=1, в барабанной обычно и=2, однако, их м. б. и больше. Результирующий шаг для обыкновенной волновой обмотки (фиг. 7) будет 2/=2/1+2/2, для петлевой (фиг. 8) у=Ух - Уг, а при числе сторон и

2/= 2/1 + 2/2 ± 2/з± ±2/ . За единицу смещения т элемента обмотки

Фиг. 7.

в магнитном потоке примем коллекторный шаг Тогда в спиральной и петлевой обмотках будем иметь (фиг. 9):

и в волновой

f ±т,

где р-число пар полюсов. В первом случае т всегда целое число, а во втором-м. б. и дробным. Обозначив через а число пар параллельных ветвей, можно сделать вывод, что смещение m каждого элемента обмотки в магнитном потоке, помноженное на количество полюсов (2р), будет равняться числу

-У2-

а а

Фиг. 8.

параллельных ветвей (2а), т. е. т- 2р = 2а,

или т=. Обозначим через / то ближайшее

целое число полюсных делений, к-рое содержится в шаге у (фиг. 10), и назовем / шагом обмотки в магнитном поле. Для спиральной и петлевой обмоток / равно О, для волновой / равно целому четному числу. Количество

Фиг. 9.

коллекторных пластин, приходящихся один полюс, равняется ~. Коллекторный

Подставив

шаг Ук = ! ± чаем обобщенную формулу fK + 2a

т = ~, полу-

выведенную Арнольдом, к-рая может служить для построения обмотки любого типа.

Принимая во внимание, что К= и Ук-и = у,

ф-ла Арнольда для частичньгх шагов обмотки м. б. написана в виде:

У=У1±У,±Уэ±--±Уи= (2)

Если имеется многократная замкнутая обмотка, т. е. gr независимых друг от друга замыкающихся на себя обмоток, то формула (1) примет вид:

fKg±2ag

Ук- 9-

Из этой ф-лы молено сделать тот вывод, что 1) количество многократных обмоток соответствует общему наибольшему делителю и К, 2) обмотка-простая, т. е. замыкается

только один раз в том случае, если yv. К не имеют общего делителя. Применяя ф-лу

/ = о

М = 2 У = Ух-Уг = т

/ = 4 и = 4

/ = 4 U = 2 У = у1+Уг

Фиг. 10.

Арнольда к различным системам барабанных обмоток, получим: 1) для петлевой обмотки, где /==0, а=р, и=2 К= и 2/* = + 1: 2/= 2/1 - 2/2 = ± 2.

Т.к. частич. шаг (у л и Wo) приблизительно ра-

вен полюсному делению -, можно написать:

2р 2р

где Ь означает число, превращающее у и у в целые и нечетные числа. В многократной петлевой обмотке будем иметь:

Ш = ± . 2/ = 2/1 - 2/г = ± 2т ,

Уг--,У.--±2ш;

2) для волновой обмотки, где / = 2, а=1,

м = 2, К =

получим:

Ук - р---2 > У - У1 Уз--р

при чем 2/i и Уз-числа нечетные vs. К я у не имеют общего делителя. 3) Для последовательно-параллельной обмотки (Арнольда), состоящей из нескольких параллельно соединенных волновых обмоток, где /=2, а>1,

м = 2, ir = i, получаем:

К±а у,+ Уа

Ук-г-

2/ = 2/1 + 2/2 =

S + 2a

Эквипотенциальные (равнопотенциальные) соединения. При условии соблюдения всех правил, удовлетворяющих симметричности обмоток якоря, как

к 2и

то: -= целому числу, = целому числу,

= целому числу (Z-число пазов якоря),

возможно было бы ожидать при петлевой обмотке равенства потенциалов однозначных щеток. Однако, вследствие часто встречающейся на практике неоднородности материала, эксцентрического положения якоря, неодинакового сопротивления отдельных секций обмотки (там где приходится мотать вручную или применять пайку), симметрия нарушается, и поэтому в параллельных ветвях обмотки наводятся различные эдс, вызывающие появление выравнивающих токов. Щетки в таких случаях, в зависимости от

Фиг. 11.

силы выравнивающих токов, начинают искрить. Эквипотенциальные соединения имеют целью разгрузить щетки якоря от действия выравнивающих токов и направить эти токи по другому пути. Внутри обмотки якоря имеются точки одинакового нотенциала, которые, будучи между собой соединены проводами, пропускают через них выравнивающие токи и способствуют равномерному распределению тока между параллельными ветвями обмотки якоря. Благодаря большой самоиндукции обмотки якоря, переменные токи, текущие по эквипотенциальным соединениям, отстают по фазе, примерно, на 90° от вызывающих их эдс и стремятся, с одной стороны, усилить магнитный поток магнитов с ослабленным нолем, а с другой-уменьшить поток магнитов с усиленным полем. Если, например, в витке cdef (фиг. И) появится выравнивающий ток, образуемый секциями fc, то он потечет под другим одноименным полюсом в направлении de, т. е. обратно, вследствие чего и действие его будет направлено к ослаблению магнитного потока полюса над секциями/с и к усилению над секциями de. Потери от нагревания обмотки при эквипотенциальных соединениях не только не устраняются, но, наоборот, увеличиваются, в соответствии с силой выравнивающих токов. Вследствие этого при обмотке с эквипотенциальными соединениями необходимо обращать особенное внимание на изготовление вполне идентичных секций. В волновых обмотках несимметричность ноля не вызывает появления внутренних токов в якорной обмотке.Применение эквипотенциальных соединений при волновой обмотке также дает положительные результаты в двух отношениях: во-первых, они дают равномерное распределение токов между различными группами щеток и, во-вторых, представляют дополнительным токам коротких замыканий параллельный со щетками путь, вследствие чего щетки разгружаются. Обозначим через Ур потенциальный шаг, т. е. число пластин коллектора, лежащих между ближайшими пластинами с одинаков, потенциалом. Тогда

Ур- , т. к. точки одинакового потенциала лежат под одноименными полюсами. При тяжелых условиях коммутации выполняют по одному эквипотенциальному соединению

на один паз, и получается - соединений. В машинах с легкими условиями коммутации

число соединений делают равным или -.

Эдс обмотки якоря. Согласно закону индукции, мгновенное значение эдс е, наводимой секцией обмотки, соответствует изменению магнитного потока dФ в единицу времени dt и выражается ф-лой

= -41

В течение промежутка времени ti - ts сред-

нее значение наводимой эдс будет равняться

i-ia t,-fa d t,-f, J t,-t,

где и Ф.2-значения магнитного потока, протекающего через виток в момент времени 1 - <2. Если периодич. изменение магнитного

потока секции в течение полупериода у происходит в пределах от Фах ДО Фадш то среднее значение наводимой эдс Еср. равно:

771 О тах ~ т!п ер. -J- *

Так как обычно Ф, =-Ф,тп = Ф. то

Кр.-~-

Введя в ф-лу вместо Ф магнитный поток Ф , проходящий через каждый из числа w последовательно соединенных витков, и вместо

Y -число периодов /, получим:

£?ср. =4/ ;Ф . Число периодов / находится в зависимости от количества пар полюсов р и числа п оборотов якоря в минуту. Между ними существует соотношение:

60

Введя это соотношение в формулу, получим:

Число ВИТКОВ, последовательно соединенных по всей окружности якоря, м. б. выражено через число проводов z обмотки якоря и через число 2а параллельных ветвей в виде:

Следовательно, эдс обмотки якоря:

Е =z - п Ф ,

где Ф-величина потока, исходящего из одного полюса. Выражая магнитный поток Ф в максвеллах, получим эдс (bV):

Эдс, наводимая в обмотке якоря постоянного тока, колеблется в весьма небольших пределах и практически м. б. принята за постоянную величину, если обмотка якоря подразделена на большое количество секций, присоединенных к соответственно большому количеству пластин коллектора.

Момент вращения. Исходя из закона сохранения энергии, можно сделать вывод, что та часть механической мощности, которая в генераторе непосредственно превращается в электрическую энергию, может быть выражена в виде:

tit 2л . n Af

где п число оборотов в минуту и М-момент вращения, действующий на якорь генератора, или в виде:

NE I,

где Е-эдс, наводимая в обмотке якоря во время нагрузки, и I-сила тока. В двигателях получаем обратное явление. Из обоих ур-ий получим момент вращения

2лп 2ла

Если выразить Е в вольтах, I-в амперах и