рис.1.
Упрощенная схема обмотки якоря показана на рис.1.
Между двумя полюсами вращается якорь с шестью пазами, в которых помещены изолированные провода обмотки якоря в два слоя. Для упрощения пазы якоря не показаны. Из рис. 1 видно, что от коллекторной пластины 1 провод по переднему торцу якоря идет в верхний слой первого паза от зрителя за плоскость чертежа. Далее, по заднему торцу якоря, что показано пунктиром, он попадает в нижний слой четвертого паза и, выходя оттуда по переднему торцу якоря, присоединяется к коллекторной пластине 2. От второй коллекторной пластины провод попадает в верхний слой второго паза и т. д.
Проследив до конца ход провода обмотки, можно заметить, что она замкнута на себя и состоит из одинаковых частей — секций, присоединенных к двум соседним коллекторным пластинам. В проводах секций, лежащих в пазах, при вращений якоря наводится э. д. с., поэтому они называются активными сторонами секции. В частях провода, расположенного на торцах якоря и называемых лобовыми, э. д. с. не наводятся.
рис.2.
Вид отдельной секции показан на рис. 2; активные стороны верхнего слоя сплошной линией, а нижнего пунктирной. Секция может иметь один или несколько витков. Чтобы придать секциям необходимую форму, они изготовляются на специальном шаблоне, изолируются и укладываются в пазы сердечника якоря.
Так как к каждой коллекторной пластине припаиваются два провода — конец предыдущей секции и начало следующей за ней, то число коллекторных пластин К должно быть равно числу секций обмотки якоря. Для обмотки, показанной на рис. 1, якорь имеет число пазов и такое же количество секций. Зная К, можно определить число активных проводов, составляющих обмотку якоря , где — число витков в секции.
Для рассмотрения обмоток удобна схема рис. 3. Это развертка цилиндрической поверхности якоря с его обмоткой,
рис.3.
изображенной на рис. 1. На рис. 1 и 3 показано направление э. д. с., наведенных в активных проводах, найденное по правилу правой руки.
Величина э. д. с., наведенных в каждой секции, e =Eм sin ω t, а сумма всех э. д. с. в замкнутой на себя обмотке равна нулю. Однако, обходя обмотку, например, от первой коллекторной пластины в направлении э. д. с., можно заметить, что у четвертой коллекторной пластины э. д. с. меняет знак. Это служит признаком узла двух параллельных ветвей, образуемых относительно внешней цепи. Двигаясь далее по обмотке встречно э. д. с., можно обнаружить второй узел у коллекторной пластины 1, где э. д. е. опять меняет направление.
Таким образом, обмотка состоит из двух параллельных ветвей (2а = 2) с двумя узлами. Узел у четвертой коллекторной пластины является точкой высшего потенциала (+), а у первой низшего потенциала (—). На эти коллекторные пластины и ставятся щетки. Величина напряжения между двумя щетками для момента времени, соответствующего положению якоря на рис. 1 и 3, равна:
При повороте якоря на 60° полярность щеток и величина сохраняются прежними, так как шестой паз займет место первого, а первый второго и т. д.
рис.4.
При повороте якоря на угол, меньший 60°, например на 30°, положение обмотки будет таким, как представлено на рис. 4, где для упрощения смещены влево щетки, а не обмотка. Две секции в этом положении оказываются замкнутыми накоротко, а в каждой из двух параллельных ветвей включены только по две секции.
Напряжение машины в этот момент равно u2 = e1+e4+e2+e5 = e4+e1+e5+e2. Таким образом, при вращении якоря напряжение на зажимах якоря постоянно по направлению, но изменяется по величине от u1 до u2. Чем больше секций включено в каждую параллельную ветвь, тем меньше пульсации напряжения, и в современных машинах, где число секций велико, они так малы, что напряжение U считается неизменным.
Плоскость, перпендикулярная к оси полюсов, проходящая через ось якоря, т. е. на равном расстоянии от полюсов, называется геометрической нейтралью (рис 5).
рис.5.
Замкнутые накоротко секции всегда движутся в зоне геометрической нейтрали, где индукция Вσ равна нулю или очень мала. Поэтому наведенная в секциях э. д. с. равна нулю или незначительна.
Изложенный принцип устройства обмотки якоря сохраняется и в современных машинах, хотя они могут иметь большое число полюсов, параллельных ветвей, секций и, значит, коллекторных пластин.
Источник — Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. (1972)