2.4. Эквипотенциальные соединения обмоток якоря

В обмотках якоря для улучшения работы машин большой мощности используются различного рода соединения между различными секциями.

Эквипотенциальные соединения первого рода.

Такие соединения используются в простых петлевых обмотках для выравнивания потенциалов ветвей, которые находятся под одноименными полюсами. Практика показывает, что ЭДС параллельных ветвей не равны между собой. Это вызвано неравенством воздушных зазоров под полюсами, несимметричным расположением щеток на коллекторе, эксцентриситетом поверхности якоря относительно оси вращения, неточностью изготовления литого корпуса и т. д. Неравенство ЭДС ветвей вызывает протекание уравнительных токов обмотки якоря. Уравнительные токи или неравенство токов параллельных ветвей увеличивают нагрузку на ветви обмоток и на щетки. Это приводит к нагреванию обмоток якоря, повышению температуры машины и снижению КПД.

Для частичного исключения этого явления необходимо исключить протекание уравнительных токов через щеточно-коллекторное устройство. Для этого находят точки, потенциалы которых теоретически должны быть равными в любой момент времени и соединяют их проводниками по возможности с наименьшими сопротивлениями. Такие точки имеются в обмотках с числом пар полюсов больше одной.

Эквипотенциальные соединения второго рода.

Простая волновая обмотка имеет две параллельные ветви. Секции этой обмотки в процессе коммутации переходят из одной ветви обмотки в другую, поэтому в такой обмотке невозможно найти точки равного потенциала в любой момент времени. Однако количество пар параллельных ветвей сложноволновой обмотки больше одной, поэтому две составляющие простые волновые обмотки имеют равнопотенциальные точки, которые могут быть соединены. Секции этих обмоток расположены под всеми полюсами машины, поэтому и ЭДС параллельных ветвей примерно равны между собой, но сопротивления ветвей не всегда одинаковы. Неравенство сопротивлений ветвей обмоток приводит к неравномерному распределению токов между параллельными ветвями.

Таким образом, отличие между эквипотенциальными соединениями первого и второго рода заключается в том, что первые компенсируют асимметрию магнитной системы машины, а вторые корректируют асимметрию распределения напряжения на коллекторе.

Эквипотенциальные соединения в сложнопетлевых обмотках.

В машинах со сложнопетлевыми обмотками используют обмотки с эквипотенциальными соединениями первого и второго рода. Соединения первого рода необходимы в простых петлевых обмотках. Соединения второго рода необходимы для выравнивания напряжений на коллекторе и для правильного распределения токов между различными простыми обмотками.

Рассмотрим, например, сложнопетлевую обмотку, представленную на рис. 2.17.

Рис. 2.17

Одна простая обмотка соединена с нечетными коллекторными пластинами и составлена нечетными секциями, вторая же обмотка составлена четными секциями и подсоединена к четным коллекторным пластинам.

Эквипотенциальные соединения первого рода необходимо расположить со стороны коллектора или с противоположной стороны между секциями, отстоящими друг от друга на расстояние . Таким образом, необходимо соединить секции 111; 313 и т. д. первой обмотки и 212; 414 и т. д. второй обмотки. Соединения представлены со стороны коллектора.

Рис. 2.18

Эквипотенциальные соединения второго рода более сложны. На рис. 2.18 представлены 1-я и 2-я секции обмотки. Концы 1-й секции соединены не на соседние пластины, а через пластину. Между соседними коллекторными пластинами 1 и 2 имеется напряжение, соответствующее половине напряжения секции. Для обеспечения нормального распределения напряжения между соседними пластинами необходимо соединить середину первой секции, которая находится с фронтальной стороны, противоположной коллектору, с промежуточной пластиной второго коллектора.

На рис. 2.17 середина 5-й секции соединена с шестой коллекторной пластиной. Учитывая то, что промежуточная пластина соединена с другой обмоткой, эквипотенциальные соединения второго рода соединяют две простые петлевые обмотки.

Специальная смешанная обмотка якоря (лягушечья обмотка).

В машинах большой мощности иногда используют смешанную обмотку, называемую «лягушечьей», которая представляет собой совокупность простой петлевой и сложноволновой обмоток, позволяющих избежать применения эквипотенциальных соединений. Две обмотки соединены на тот же коллектор, а так как простая петлевая обмотка имеет пар полюсов, сложноволновая обмотка должна иметь такое же количество параллельных ветвей. Кроме этого, две обмотки составлены из одинакового количества секций и каждая из них обеспечивает пропуск половины общего тока. Секции с двух сторон объединены в один пучок, помещенный в пазы якоря в четыре слоя. На рис. 2.19 представлено распределение секций петлевой и волновой обмоток.

Рис. 2.19

Согласно схеме укладки обмотки секция петлевой обмотки и секция волновой обмотки образуют цепь , замкнутую щетками и перемычками, которые их объединяют. ЭДС в этой цепи равняется нулю, так как в активных сторонах cd и ef, которые находятся в одном и том же пазу, наводятся равные ЭДС, но противоположного направления. То же самое имеет место в сторонах ab и gh, если они находятся в пазах, отстоящих друг от друга на два полюсных деления.

В этих обмотках секции волновой обмотки играют роль эквипотенциальных соединений первого рода по отношению к петлевой обмотке, и секции петлевой обмотки играют роль эквипотенциальных соединений по отношению к волновой обмотке.