Преобразование энергии в электрических машинах. Схема обобщенной двухполюсной машины, страница 6

обмотка ротора 3, коллек -Рис. 5.7                                                                        тор 4 и щетки 5. Обмотка                                            ротора намотана на кольцевой сердечник и соединена с коллектором.  Основной элемент подобных обмоток - секция,  состоящая из одного или нескольких витков.  Начало и конец каждой  секции подсоединяются к следующим друг за другом коллекторным пластинам. После выполнения всей обмотки начало каждой последующей секции оказывается присоединенным к концу предыдущей, а обмотка будет представлять замкнутую на себя  систему  проводников. На  рис. 5.7-б показана звезда и многоугольник э.д.с. секций обмотки.

Характерная особенность секций обмотки кольцевого ротора  является то,  что она имеет только одну активную сторону, расположенную на наружной поверхности якоря,  тогда как  другая  сторона  секции, расположенная во внутренней полости якоря, является пассивной, поскольку в этой полости нет магнитного потока, создаваемого обмотками статора.

Щетки, касающиеся коллектора на равном расстоянии друг от друга, делят  обмотку  ротора  на несколько параллельных ветвей (число пар параллельных ветвей обозначается буквой "а").  Ток от щетки по  одной параллельной ветви течет от начала секции к её концу, а по другой - от конца к началу.

Число параллельных  ветвей  простой петлевой обмотки равно числу щеток и не может быть меньше 2,  а число  пар  параллельных  ветвей простой петлевой обмотки равно числу пар полюсов: .

На рис. 5.8 показаны два варианта расположения щеток, соответствующих  и . Ток одной параллельной ветви определяется соотношением   ,  где -  ток внешней цепи.

Для обмотки,  содержащей  S  секций,  каждая из которых имеет   витков, линейная плотность тока на поверхности ротора A [А/м] , образующего токовый слой, рассчитывается по формуле

где -  диаметр ротора.

При вращении ротора со скоростью  секции обмотки переходят  из одной  параллельной  ветви  в другую,  при этом ток секции изменяет   знак на противоположный.  За один оборот ротора ток секции изменяет знак   раз, т.е. изменяется с частотой

Таким образом,  обмотка ротора при  работе  электромеханического преобразователя  в  качестве  двигателя  потребляет из внешней цепи постоянный ток,  но с помощью коллекторно-щеточного аппарата преобразует  его в переменный.  При                  

Рис.5.8                                     работе преобразователя генераром в обмотке индуктируется переменная э.д.с., вызывающая переменный ток, который выпрямляется коллекторно-щеточным аппаратом, обеспечивающим протекание во внешней цепи постоянного тока.

Токи параллельных  ветвей обмотки ротора создают магнитные поля, образующие - полюсную систему с чередующимися полюсами. Благодаря своеобразной конструкции обмотки и коллектору,  пространственное положение полюсной системы ротора и направление его потока при вращении не изменяются по отношению к статору.

Если поле ротора по отношению к статору неподвижно,  а сам ротор вращается,  то  это  означает,  что поле ротора относительно ротора также вращается. Скорость вращения поля больше скорости вращения ротора   в  раз:

.

а направление вращения  обратно направлению вращения ротора.

На практике вместо кольцевого ротора применяют ротор барабанного типа и соответствующую ему обмотку. Это позволяет избавиться от основного  недостатка  кольцевых обмоток,  заключающегося в том,  что только наружные проводники участвуют в электромеханическом преобразовании энергии.  В обмотках барабанного типа все проводники располагаются на внешней поверхности ротора.  Для этого расстояние между сторонами  секции  (шаг  по  ротору) делают равным расстоянию между осями соседних полюсов (полюсному делению).  При  этом  направление тока в ранее бывших внутренними проводниках секции совпадает с направлением тока в проводниках другой параллельной ветви обмотки. Такой  тип обмотки позволяет в два раза увеличить число активных проводников и значительно повысить коэффициент использования меди  обмотки.