Vinutí stejnosměrných strojů

Na vnějším obvodu rotoru stejnosměrného stroje je uloženo vinutí kotvy v drážkách, jejichž počet a rozměry jsou voleny tak, aby nedocházelo k přesycení rotorových zubů. Vinutí je obvykle válcové, někdy zvané bubnové, jeho obě strany cívek jsou aktivní a leží na válcové ploše u vzduchové mezery. Cívka je tvořena jedním nebo několika závity. Vinutí je většinou dvouvrstvé, u něhož přední strana cívky je uložena zpravidla v horní vrstvě, zadní strana v dolní vrstvě drážky. Jednovrstvé vinutí se používá zřídka, hlavně u strojů na nízké napětí. [1]

Obr. 1: Smyčkové vinutí a vlnové vinutí [4]

Podle tvaru cívek se vinutí dělí na smyčkové, nebo vlnové, jejichž několik cívek je naznačeno na obr. 2. Vzdálenost mezi přední a zadní aktivní stranou téže cívky měřenou na obvodu kotvy nazýváme zadní cívkový krok y₁. Indukované napětí v cívce vinutí generátoru či točivý moment motoru je největší, je-li cívkový krok roven pólové rozteči, tj. vzdálenosti os dvou sousedních hlavních pólů (y₁ = τ_p).

Obr. 2: Smyčkové vinutí a vlnové vinutí [5]

Pro zlepšení komutace se někdy cívkový krok nepatrně zkracuje, vinutí má pak krok zkrácený (y₁ < τ_p), výjimečně se krok prodlužuje (y₁ > τ_p). V praxi je zvykem udávat krok v počtu drážek nebo v počtu cívkových stran.

Kartáče se na komutátoru umísťují tak, aby indukované napětí bylo co možná největší a aby se komutující cívky nacházely co nejblíže magnetické neutrále. Potom napětí indukované v komutujících cívkách, které jsou kartáči spojené nakrátko, bude minimální. Při geometricky souměrných cívkách rotorového vinutí jsou kartáče nastavené do geometrické neutrální osy, tj. umístěny v osách hlavních pólů.

Obr. 3: Náhrada vinutí cívkou se stálou polohou v prostoru [5]

Proudy ve vodičích mezi dvěma sousedními kartáči protékají v jednom smyslu a v druhé polovině vodičů v opačném smyslu. Pro vinutí kotvy lze nakreslit náhradní vinutí - viz obr. 3a, které má stejné elektromagnetické vlastnosti jako původní vinutí. Vinutí kotvy s komutátorem se z hlediska elektromagnetického působení jeví jako pseudostacionární, tedy zdánlivě stojící. Smysl magnetického pole tohoto vinutí se určí podle pravidla pravé ruky. Osa magnetického pole vinutí podle obr. 3 prochází osami kartáčů. Jsou-li kartáče v geometrické neutrální ose, je magnetické pole kotvy kolmé k magnetickému poli hlavních pólů. [2]

Proud kotvy dvoupólového stroje prochází od kartáče jedné polarity ke kartáči opačné polarity dvěma paralelními větvemi vinutí. U strojů vícepólových je počet paralelních větví větší. Lze dokázat, že smyčkové vinutí má počet paralelních větví 2a stejný jako počet pólů 2p (2a = 2p), nazývá se paralelní vinutí. Krok na komutátoru smyčkového vinutí je

kde a je počet párů paralelních větví a p je počet pólových dvojic.

Znaménko plus platí pro nejčastěji používané vinutí nekřížené, znaménko minus pro vinutí křížené. Pro a > p se smyčkové vinutí rozpadá na více paralelních větví, než má stroj pólů, a nazývá se víceparalelní nebo též několikaparalelní. U smyčkového vinutí je počet kartáčů roven počtu pólů. Polarita kartáčů se po obvodu komutátoru střídá. Kartáče téže polarity jsou navzájem propojeny, takže vývody od kotvy jsou vždy dva.

Pro vlnová vinutí platí pro krok na komutátoru vztah

plynoucí z obecného vztahu

kde K je počet lamel komutátoru, a je počet párů paralelních větví, p je počet pólových dvojic, ε = 0 platí pro smyčková a ε = 1 pro vlnová vinutí. Jsou-li znaménka ve vztahu souhlasná, vinutí je křížené, jsou-li nesouhlasná, je vinutí nekřížené.

Podle počtu paralelních větví mohou být vinutí podle tabulky:

název	možnost provedení
		smyčková	vlnová
sériová	a = 1	–	+
sériově paralelní	1< a < p	–	+
paralelní	a = p	+	+
několikaparalelní	a = n ∙ p	+	+

Proud ve vodiči, který se rovná proudu v jedné paralelní větvi, je dán počtem paralelních větví vinutí

kde I je proud kotvy.

Sériová vinutí se požívají u strojů na vyšší napětí, např. u dráhových motorů. Pro dané napětí u nich vychází nejmenší počet vodičů ve vinutí kotvy, což je důležité při návrhu stroje. Nejčastěji používaná jsou paralelní vinutí, uplatňují se u většiny běžných strojů, několikaparalelní vinutí bývají navrhována obvykle pro stroje na nízká napětí a velké proudy. Sériově paralelní vinutí se používají obvykle u strojů velkých výkonů na vyšší napětí. [3]

 

Zdroje

[1] VRÁNA, Václav, Stanislav KOCMAN a Václav KOLÁŘ: Stejnosměrné stroje [online]. [cit. 2014-9-22]. Dostupný na www: http://fei1.vsb.cz/kat420/vyuka/hgf/elektrotechnika/sylab_stejnosmerne_stroje_bc.pdf

[2] Autor neznámý. Stejnosměrné stroje [online]. [cit. 2014-9-22]. Dostupný na www: http://www.janoud.cz/sub/jcuele/15_Elektricke_stroje_3.pdf

[3] Autor neznámý. Stejnosměrné stroje [online]. [cit. 2014-9-27]. Dostupný na www: http://oldmotor.feld.cvut.cz/www/materialy/A1B14SP1/EMM-p-2-14-44--SS.doc

Obrázky

[4] Autor neznámý. Kings Electric Motors [online]. [cit. 2015-6-17]. Dostupný na www: http://www.kingselectric.com/services_motors.htm

[5] Autor neznámý. Stejnosměrné stroje [online]. [cit. 2014-9-27]. Dostupný na www: http://oldmotor.feld.cvut.cz/www/materialy/A1B14SP1/EMM-p-2-14-44--SS.doc