3.16. Простые волновые обмотки

Схема простой волновой обмотки якоря приведена на рис. 3.55. Обозначения шагов обмотки показаны на рис. 3.56. Шаг простой волновой обмотки по коллектору равен результирующему шагу:

у_к = у = (К ± 1)/ р.

В этой формуле знак «—» предпочтительный, так как при знаке «+» в обмотке появляются дополнительные перекрещивания вывод­ных концов секций. Для первого частичного шага у₁ = K/ 2p ± e со­храняется следующее условие: у₁/ u_п равно целому числу, иначе об­мотка будет ступенчатой. Второй частичный шаг у₂ = у – у₁

Секции волновой обмотки соединяют друг с другом последова­тельно с результирующим шагом, близким к двойному полюсному делению. Поэтому при установке щеток на коллектор обмотка сое­диняется в две параллельные ветви независимо от числа полюсов

Рис. 3.55. Схема простой волновой обмотки якоря, Z = 17, K = 51, 2p = 4

Рис. 3.56. Элементы схемы и обозначение шагов простой волновой обмотки:

а – с двухвитковыми секциями, б – с одновитковыми секциями

машины. В простых волновых обмотках всегда 2а = 1 (рис. 3.57). Особенностью обмоток является также возможность работы машины при неполном числе щеточных болтов.

Действительно, как видно из рисунка 3.57, уменьшение числа щеточных болтов не приводит

к изменению направления токов в параллельных ветвях обмотки. Это обстоятельство используют, например, в ряде тяго­вых двигателей постоянного тока, в которых размещение полного числа щеточных болтов, равного 2р, затруднено из-за недостатка места [8].

Рис. 3.57. Параллельные ветви в простой волновой обмотке: а) с 2р = 4, б) с 2р = 6

При 2а = 2 в обмотке отсутствуют эквипотенциальные точки и установка уравнительных соединений не требуется. Поэтому волно­вые обмотки более технологичны и дешевы по сравнению с петле­выми. Простые волновые обмотки применяют в большинстве ма­шин, номинальный ток которых не превышает 500...600 А, т. е. ток в каждой параллельной ветви волновой обмотки остается меньшим 250...300 А.

Простые волновые обмотки могут быть выполнены симметрич­ными только при условии, что у_к = (К ± 1)/ р равно целому числу. Это накладывает определенные ограничения на соотношение чисел К и р. В частности, машины общего назначения мощностью до 200...300 кВт выпускают в большинстве случаев в четырехполюсном исполнении, т. е. с р = 2. Следовательно, для обеспечения симметрии обмотки коллектор якоря должен содержать нечетное число плас­тин. Но так как К = Z u_п, то нечетными должны быть также число пазов якоря Z и число секций в катушке u_п. В ряде случаев эти усло­вия невыполнимы при заданных линейной нагрузке и уровнях маг­нитной индукции на участках магнитопровода. В таких якорях при (К ± 1)/ р, не равном целому числу, могут быть выполнены несим­метричные волновые обмотки: обмотка с мертвой секцией или ис­кусственно-замкнутая обмотка.

Обмотка с мертвой секцией применяется реже. Для ее выполне­ния коллектор машины берут с числом пластин, на одну меньшим, чем число секций в обмотке якоря, т. е. с нечетным числом пластин: К' = Z u_п - 1. Тогда у_к = (К' ± 1)/ р равно целому числу. По рассчитан­ному у_к находят частичные шаги у₁ и у₂ и строят волновую обмотку. Число секций в обмотке s = Z u_п, т. е. на одну больше, чем пластин коллектора. В пазы укладывают все секции, но одну из них не соеди­няют с коллектором. Образуется «мертвая секция». Выводные кон­цы этой секции подрезают и изолируют; лобовые части закрепляют бандажом вместе со всей обмоткой.

Рис. 3.58. Схема волновой обмотки с мертвой секцией, Z = 18, u_п = l, К = 17

На рис. 3.58 в качестве примера приведена схема простой волновой обмотки 2р = 4 с мертвой секцией, в которой для упрощения принято Z = 18, u_п = 1. Для построения схемы взято К' = 18 - 1 = 17; у_к = (17 - 1)/2 = 8; у₁ = 4. Мертвая секция, не соединенная с пласти­нами коллектора, выделена на схеме прерывистой жирной линией. Несимметрия схемы проявляется, например, в различных шагах у₂ : шаги по пазам 5 – 9, 6 – 10, 7–11 и т. д. не равны шагам 1 – 6, 2 – 7, 3 – 8 и т. д.

Обмотки с мертвой секцией встречаются в машинах, коллекторы которых имеют большое (К > 100) число коллекторных пластин, при этом возникающая несимметрия, практически незаметна.

Мертвую секцию можно было бы вообще не укладывать в пазы якоря, однако это нарушает последовательность укладки обмотки и требует заполнения оставшихся свободными частей пазов изоляционным материалом и дополнительных мер при балансировке якоря [6].