4.6.6.Комбинированная обмотка

Ее можно рассматривать, как состоящую из простой петлевой и сложной волновой обмоток, уложенных в один якорь и соединенных параллельно щетками, наложенными на коллектор. Для возможности параллельного соединения ЭДС обмоток должны быть равны, т.е. обмотки должны иметь одинаковые числа проводников и параллельных ветвей:

Проводники обмотки укладываются в одни и те же пазы, при этом по высоте паза укладываются 4 проводника, к каждой коллекторной пластине присоединяются 4 проводника – по 2 с каждой стороны.

Для комбинированной обмотки должны выполняться следующие требования:

Контур, состоящий из секций петлевой и волновой обмоток должен соединять две коллекторные пластины, отстоящие друг от друга на расстоянии шага уравнительных соединений. При этом сумма ЭДС двух секций этого контура должна равняться нулю. При несоблюдении этих требований в контуре будет протекать уравнительный ток. Условия сводятся к следующим:

При выполнении этих условий обмотка не требует уравнительных соединений.

Преимущества комбинированных обмоток:

снижение расхода меди ввиду отсутствия уравнительных соединений (масса уравнительных соединений в крупных машинах постоянного тока составляет 8…15 % массы меди якорной обмотки);

по мнению ряда специалистов, лучшая коммутация;

уменьшение добавочных потерь в проводниках.

Недостатки комбинированных обмоток:

большая трудоемкость изготовления и ремонта;

больший расход изоляции;

худшее заполнение паза медью;

худшее охлаждение лобовых частей.

Использование комбинированных обмоток целесообразно в высокоскоростных машинах, где не всегда есть место для установки уравнительных соединений.

4.7.Выбор типа обмотки якоря

Выбор типа обмотки якоря производится после определения диаметра якоря и линейной нагрузки . С увеличением линейной нагрузки при неизменных главных размерах можно снизить индукцию в воздушном зазоре, т.е. магнитный поток на полюс. Это позволяет уменьшить сечения участков магнитной цепи, и, следовательно, расход электротехнической стали. С другой стороны, при этом:

увеличивается вес меди обмоток якоря и добавочных полюсов;

необходимо снижать плотность тока в обмотке якоря для сохранения величины удельной тепловой нагрузки;

увеличивается число витков обмотки якоря.

Таким образом, пределы варьирования величины линейной нагрузки невелики.

Для машин большой мощности или высокоскоростных машин применяются петлевые (простые и сложные) и комбинированные обмотки. Для остальных машин при выборе типа обмотки якоря руководствуются следующими требованиями:

для улучшения коммутации желательно, чтобы ток одной параллельной ветви не превосходил 200…300 А (особенно для волновых обмоток, в петлевых ток одной параллельной ветви может быть до 600 А);

витков в секции должно быть минимальным, во всех случаях стремятся получить ; петлевые обмотки с применяются только при ;

для обеспечения максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами меньше предельно допустимого, необходимо, чтобы число коллекторных пластин было не меньше, чем определенное выражением:

ширина коллекторного деления должна быть не меньше 4 мм (желательно 6…8 мм, при диаметре коллектора до 200 мм допускается 2,5 мм).

При выполнении всех этих требований необходимо выбрать обмотку с минимальной трудоемкостью изготовления (с минимальным числом проводников). Таким образом, если ток якоря меньше 500 А, необходимо проверить возможность выбора простой волновой обмотки. Далее рассчитываются число проводников обмотки , число коллекторных пластин , коллекторное деление , максимальное напряжение между соседними коллекторными пластинами :

При этом следует стремиться обеспечить число витков в секции, равное 1, и только при недопустимо малой величине коллекторного деления можно принять . Если по какой-либо причине применение простой волновой обмотки невозможно, проверяют возможность применения простой петлевой обмотки. Если при этом получается большое число коллекторных пластин, принимают сложную волновую обмотку. Сложная петлевая обмотка применяется тогда, когда при простой петлевой обмотке значение максимального напряжения между соседними коллекторными пластинами получается недопустимо большим.

После выбора типа обмотки (число пар параллельных ветвей ), числа витков в секции , расчета числа проводников обмотки определяется число проводников в пазу:

При этом по ширине паза укладывается проводников, по высоте - .

При выборе числа секций в пазу руководствуются следующим:

для того, чтобы условия коммутации секций, лежащих в одном пазу, отличались незначительно, необходимо, чтобы ;

должно обеспечивать симметрию обмотки;

для удовлетворения требованиям коммутации необходимо выполнение условия:

А

Эти условия позволяют предварительно определить число пазов :

При выборе числа пазов руководствуются следующим:

число пазов на полюс зависит от диаметра якоря и должно лежать в пределах 7(10)…22(25);

число пазов якоря должно удовлетворять условиям симметрии обмотки.

Рекомендации в отношении числа пазов на полюс обусловлены следующим:

с уменьшением возрастают зубцовые пульсации магнитного потока, при этом увеличиваются добавочные потери, магнитные вибрации и шумы;

увеличивается ширина коммутационной зоны и проникновение поля главных полюсов в нее, что ухудшает коммутацию или приводит к необходимости уменьшать коэффициент полюсного перекрытия, удлиняя при этом якорь;

уменьшается расход пазовой изоляции;

увеличивается ширина паза, что уменьшает его магнитную проводимость и реактивную ЭДС.