Сложная волновая обмотка
образуется в том случае, если после первого обхода обмотки сторона секции укладывается не в соседний с исходным элементарный паз, а в паз, отстоящий от него по ту или иную сторону на m пазов. Тогда справедливо равенство
Zэ ± m = ру,
откуда результирующий шаг обмотки
Количество параллельных ветвей данной обмотки в m раз больше по сравнению с простой
2а = 2m.
Поскольку простая волновая обмотка образует только две параллельные ветви, машина с такой обмоткой может иметь одну пару щеток. Однако в практике к этому прибегают в том случае, когда мало места для их размещения. Чаще всего количество щеточных комплектов (бракетов) принимается равным числу полюсов машины независимо от типа обмотки якоря.
В целях исключения возникновения токов, замыкающихся внутри обмотки якоря, так называемых уравнительных токов, ЭДС, наведенные в параллельных ветвях обмотки, должны быть одинаковыми (т. е. сумма ЭДС в любом замкнутом контуре обмотки должна быть равна нулю). Для этого должны быть выполнены следующие условия, которые принято называть условиями симметрии:
в каждой параллельной ветви обмотки должно быть одинаковое число секций, равное целому числу (ц. ч.):
S/a = ц.ч.
Поскольку К =S =Zэ, то
S/a =K/a=Zэ/а = ц.ч.;
каждая пара параллельных ветвей должна занимать одинаковое положение в магнитном поле, что может быть соблюдено в случае
2р/а = ц.ч.
Опыт эксплуатации машин с петлевыми обмотками показывает, что уравнительные токи в них возникают даже при выполнении условий симметрии. Причиной тому является неизбежная, как правило, магнитная асимметрия машин (неодинаковые зазоры под различными полюсами, неточность сборки, износ подшипников, неоднородность материалов и др.), поскольку каждая параллельная ветвь обмотки размещается только под одной парой полюсов. При волновой обмотке каждая ветвь обмотки охватывает все полюса машины, и такое явление не наблюдается.
Уравнительные токи проходят из одной ветви в другую через щетки, в результате чего плотность тока под щетками оказывается выше нормы и щетки сильно искрят. Это может привести к оплавлению (выгоранию) коллекторных пластин и выходу машин из строя.
Для того чтобы уравнительные токи не замыкались через щетки, петлевые обмотки снабжают специальными уравнительными соединениями УР (см. рис. 1.4.) между коллекторными пластинами.
В сложных волновых обмотках возможно неравномерное распределение токов по ветвям, а также неравномерное изменение напряжения между коллекторными пластинами вследствие изменения состояния щеточного контакта. Чтобы избежать этого, простые обмотки, составляющие сложную волновую обмотку, соединяют между собой электрически уравнительными соединениями второго рода (в отличие от соединений первого рода для петлевых обмоток).
Комбинированные обмотки
При изготовлении машин большой мощности, рассчитанных на большие токи, применяют комбинированные обмотки. Комбинированная обмотка представляет собой сочетание простой или сложной петлевой обмотки и сложной волновой обмотки с равным количеством секций и параллельных ветвей в каждой обмотке. Секции обеих обмоток располагаются в одних и тех же пазах и присоединяются к общим коллекторным пластинам. Следовательно, такая обмотка является четырехслойной.
Рис 1.6. Шаблонные секции обмотки якорей:
а–петлевая обмотка; б–волновая обмотка; в–комбинированная обмотка.
Основное достоинство комбинированной обмотки состоит в том, что она не требует уравнительных соединений. В ней волновая обмотка выполняет функции уравнительных соединений первого рода для петлевой обмотки, а петлевая обмотка выполняет функции уравнительных соединений второго рода для волновой обмотки.
Петлевые обмотки целесообразно применять в машинах, рассчитанных на значительные токи нагрузки, так как они дают возможность получать большое количество параллельных цепей в обмотке; волновые — в машинах, рассчитанных на большие напряжения, так как они при меньшем количестве параллельных цепей соединяют большее количество секций обмотки последовательно.
Опыт конструирования машин показывает, что ток в параллельной цепи обмотки якоря должен составлять 250—300 А. Среднее напряжение между коллекторными пластинами не должно превышать 20 В. Ширина коллекторных пластин должна быть не менее 3—4 мм.
Обмотки якорей, как правило, изготовляют отдельными секциями на шаблонах, затем подвергают пропитке и сушке, в результате чего они приобретают определенную жесткость (рис. 1.6). Далее их укладывают в соответствующие пазы сердечника якоря, располагая левую секционную сторону в верхней (или нижней) части одного паза, а правую в нижней (или верхней) части другого паза (рис. 1.7, а). Только в этом случае можно обеспечить одинаковые размеры всех секций и нормально уложить их без нарушения формы, так как расстояние между осями пазов по окружностям различных радиусов является переменным.
Рис. 1.7. Укладка секций обмотки якоря: а–двухслойное расположение секций; б–реальный паз, состоящий из двух элементарных.
1–паз; 2–зуб; 3–лобовые части секций; 4, 6, –стороны двух различных секций, расположенные в верхней части паза; 5–клин для крепления обмотки в пазу; 7–пазовая изоляция; 8, 11, – то же, что и 4, 6, в нижней части паза; 9– первый элементарный паз; 10–второй элементарный паз.
Часто в один паз укладывают не две, а большее количество секционных сторон. Считается, что подобный паз состоит из нескольких элементарных пазов (рис. 1.7, б).
При укладке секций по пазам сердечника якоря между секционными сторонами различных секций, а также между секционными сторонами и железом якоря прокладывается изоляция. Такая изоляция обмотки якоря называется пазовой.
Надежность и экономичность машин постоянного тока во многом зависят от качества изоляции обмоток, ее электрической и механической прочности, нагрево- и влагостойкости. В связи с этим для изготовления изоляции обмотки якоря судовых машин чаще всего применяется изоляция трех следующих классов: В — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна с органическими связующими и пропиточными материалами; F — то же с синтетическими связующими и пропиточными материалами; Н — то же с кремнийорганическими связующими и пропиточными материалами.