Общие сведения.
Рис. 272. К пояснению выполнения волновых обмоток.
Рисунок 272 поясняет принцип выполнения волновых обмоток.
Результирующий шаг у является суммой частичных шагов. Начала соседних по ходу обмотки секций размещаются под одноименными, но разными полюсами, находясь на расстоянии, близком к двойному полюсному делению. В таком случае при одном обходе окружности укладывается р секций. При этом пропускается ру элементарных пазов.
Волновая обмотка называется простой, если после обхода по окружности секционная сторона, с которой начинается следующий обход, оказывается в соседнем элементарном пазу (рис. 272). Тогда справедливо соотношение
РУ = 2ЭЛ ± 1.
Знак плюс будет в том случае, если элементарный паз, с которого начинается следующий обход, оказался после исходного элементарного паза. Такая обмотка называется правоходовой. Знак минус будет в случае, если элементарный паз, с которого начинается следующий обход, оказался до исходного элементарного паза (рис. 272). Такая обмотка называется левоходовой.
Волновая обмотка называется сложной, если, выполняя обход по окружности, секционную сторону, с которой начинается следующий обход, смещают от исходного элементарного паза на т элементарных пазов. Тогда действует соотношение
РУ = 2ЭЛ ± т.
Условия симметрии обмотки
Замкнутая обмотка якоря машины постоянного тока состоит из а пар параллельных ветвей. Э. д. с. отдельных параллельных ветвей при симметрии магнитного поля должны быть максимально одинаковы, иначе в электрическом отношении обмотка будет неуравновешенной, следствием чего явятся уравнительные токи, протекающие в отдельных параллельных ветвях, и условия работы машины ухудшатся.
Следовательно, обмотка якоря при ее выполнении должна удовлетворять определенным условиям симметрии. Рассматривая машину постоянного тока как бы состоящей из ряда элементарных машин, имеющих каждая две параллельных ветви, реальную машину можно заменить а элементарными, включенными параллельно. При этом ставится условие, чтобы эти а элементарных машин были максимально одинаковы, для чего в каждой из них должно быть:
одинаковое число секций, то есть
= целое число,
одинаковое число пазов, то есть
= целое число.
Кроме того, каждая пара параллельных ветвей, имитирующая элементарные машины с одинаковым числом секций, расположенных в одинаковом числе пазов, должна занимать одинаковое положение относительно системы полюсов, что требует выполнения условия
= целое число.
Это и будут основные условия симметрии обмотки. Дополнительное условие заключается в том, чтобы в каждом реальном пазу находилось одинаковое число секций:
= целое число.
Уравнительные соединения
В действительных условиях в многополюсной машине даже при симметрии обмотки могут возникнуть уравнительные токи. Это происходит потому, что в машинах в какой-то мере неизбежна магнитная асимметрия вследствие неравенства магнитного поля под отдельными полюсами при срабатывании подшипников, неоднородности магнитной цепи, неточности сборки машины и т. д.
Неравенство магнитных потоков сказывается на петлевых обмотках, у которых каждая параллельная ветвь расположена под своей парой полюсов. Вследствие этого э. д. с. отдельных параллельных ветвей оказываются неравными и внутри обмотки, а также в проводах, соединяющих одноименные щеточные болты, появляются уравнительные токи. При нагрузке уравнительные токи налагаются на ток якоря, что влечет за собой неравномерное распределение токов в параллельных ветвях и увеличивает электрические потери в обмотке. Уравнительные токи, проходящие по проводам, соединяющим одноименные щеточные болты, вызывают перегрузку одних и разгрузку других, что неблагоприятно отражается на коммутации и вызывает искрение машины.
На рисунке 275 представлена простая кольцевая параллельная обмотка (аналог простой петлевой обмотки барабанного якоря); э. д. с. в] полагаются большими, чем е2, потенциалы щеток A1 и А2 становятся неодинаковыми, а так как они соединены проводом, то в электрических цепях машины появляется уравнительный ток (на рис. 275 показан стрелками). Ток, проходящий через верхний положительный щеточный болт, возрастает.
Намагничивающая сила уравнительного тока в соответствии с правилом Ленца несколько уменьшает магнитную асимметрию, но полностью ее не устраняет
Рис. 275. Уравнительные токи в параллельных ветвях простой кольцевой параллельной обмотки при магнитной несимметрии.
Для того чтобы исключить прохождение уравнительного тока через щеточные болты (это особенно нежелательно, так как ухудшает работу щеток на коллекторе), точки обмотки, потенциалы которых должны быть одинаковыми, соединяют наглухо особыми проводниками с малым сопротивлением, называемыми уравнительными соединениями первого рода (или уравнителями). Уравнительные токи пойдут по ним, минуя щеточные контакты. Для присоединения уравнителей выбирают только практически доступные точки, расположенные или со стороны коллектора, или со стороны, противоположной коллектору, на лобовых частях обмотки.
Количество точек в обмотке, имеющих одинаковый потенциал данной величины, равно числу пар полюсов машины (р=а). Число уравнительных соединений чаще всего берут одно на паз. Большое число уравнительных соединений улучшает условия работы машины, но удорожает и технологически усложняет обмотку. Наибольшее возможное число уравнительных соединений
то есть когда каждая секция данной пары параллельных ветвей соединяется с находящейся (теоретически) в однородных магнитных условиях секцией иной пары параллельных ветвей.
Рис. 276. Схема уравнительных соединений второго рода.
Уравнительные соединения первого рода не могут быть выполнены в простой волновой обмотке, так как в ней нет точек равного потенциала. Но в волновых обмотках в них нет и надобности, так как каждая параллельная цепь распределяется под всеми полюсами, и потому магнитная асимметрия последних сказывается на всех параллельных ветвях практически одинаково.
В сложных волновых и петлевых обмотках простые обмотки, образующие сложную, включены параллельно через щеточный контакт на коллекторе. Однако обеспечить одинаковый и устойчивый контакт щетки на коллекторе с каждой простой обмоткой практически невозможно, так как сопротивление щеточного контакта зависит от многих факторов (состояние поверхностей коллектора и щеток, вибрация и т. п.). Этим объясняется неравномерность распределения тока между простыми обмотками, приводящая к различным падениям напряжения по участкам обмотки и влияющая на значение потенциала как проводников обмотки, так и соединенных с ними коллекторных пластин.
Напряжение между соседними коллекторными пластинами, принадлежащими разным простым обмоткам, может значительно колебаться, и распределение потенциала по коллектору будет неравномерным. Для поддержания равномерного распределения потенциала по коллектору простые обмотки в определенных точках электрически соединяют, помимо щеток, при помощи так называемых уравнительных соединений второго рода (рис. 276). Любая коллекторная пластина п одной из простых обмоток может быть соединена (при т = 2) с такой точкой г другой обмотки, в которой напряжение между коллекторными пластинами п—1 и п +1 делится пополам. Точка г может находиться или со стороны коллектора (при
= целое число) (рис. 276,а), или
с противоположной стороны (при 
целое число) (рис. 276,б). В последнем случае уравнительное соединение приходится проводить через внутреннюю полую часть якоря, что конструктивно и технологически значительно менее удобно. Вследствие полной идентичности обеих обмоток при отсутствии на коллекторе щеток по уравнительным соединениям не должно протекать никаких токов.
Равенство потенциалов пластин (рис. 276, а) или пластины и точки лобового соединения, расположенного на другой стороне (рис. 276, б), связанных уравнительным соединением, при нагрузке может оказаться нарушенным из-за неравномерного распределения токов между обмотками. Уравнительные соединения выравнивают потенциал по коллектору при помощи внутренних проходящих по ним токов.
В сложных петлевых обмотках нужны уравнительные соединения как второго, так и первого родов.
