Обмотки статора машины переменного тока
Виды обмоток. По конструкции катушек обмотки подразделяют на всыпные с мягкими катушками и обмотки с жесткими катушками или полукатушками. Мягкие катушки изготовляют из круглого изолированного провода. Для придания требуемой формы их предварительно наматывают на шаблоны, а затем укладывают в изолированные трапецеидальные пазы (см. рис. 3.4, в, г и 3.5, в); междуфазовые изоляционные прокладки устанавливают в процессе укладки обмотки. Затем катушки укрепляют в пазах с помощью клиньев или крышек, придают им окончательную форму (формируют лобовые части), осуществляют бандажирование обмотки и ее пропитку. Весь процесс изготовления всыпных обмоток можно полностью механизировать.
Жесткие катушки (полукатушки) изготовляют из прямоугольного изолированного провода. Окончательную форму им придают до укладки в пазы; одновременно на них накладывают корпусную и междуфазовую изоляцию. Затем катушки укладывают в предварительно изолированные открытые или полуоткрытые пазы (см. рис. 3.4, а, б и 3.5, а, б), укрепляют и подвергают пропитке.
Всыпные обмотки имеют ряд преимуществ по сравнению с обмотками с жесткими катушками:
а) возможность полной механизации всего процесса изготовления обмотки;
б) упрощение технологий изготовления машины: намотку катушечных групп, а в ряде случаев и фаз обмотки выполняют без разрыва провода, что уменьшает число паек; укладку обмотки в пазы сердечника производят вне корпуса машины, что облегчает и удешевляет процесс обмотки и пропитки;
в) уменьшение длины вылета лобовых частей, что приводит к сокращению длины активной части машины и потерь энергии в обмотке;
г) применение в машине пазов трапецеидальной формы с уменьшенной шириной его шлица, что обеспечивает улучшение использования зубцовой зоны, уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора, пульсации магнитного потока в нем и, как следствие, снижение величины намагничивающего тока и добавочных потерь.
Достоинством обмоток с жесткими катушками являются:
а) улучшение заполнения паза из-за применения проводов прямоугольного сечения;
б) повышение надежности обмотки из-за снижения вероятности появления производственных дефектов, так как в пазы укладывают готовые изолированные и проверенные катушки, которые подвергаются меньшим деформациям.
Поэтому всыпные обмотки получили широкое применение для асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В и мощностью до 100 кВт. В двигателях мощностью свыше 100 кВт применение всыпных обмоток из круглого провода встречает значительные технологические трудности. Обмотки таких двигателей изготовляют в основном из жестких катушек, выполненных из прямоугольного провода.
По расположению катушек в пазах и размещению их лобовых частей различают однослойные, двухслойные (в том числе концентрические), одно-двухслойные обмотки.
Однослойные обмотки (рис. 3.18,а) наиболее пригодны для механизированной укладки, так как в этом случае обмотка должна быть концентрической и укладываться в пазы статора обеими сторонами катушки одновременно. Однако применение их приводит к увеличенному расходу обмоточного провода из-за значительной длины лобовых частей. Кроме того, в таких обмотках не представляется возможным выполнить укорочение шага, что приводит к ухудшению формы магнитного поля в воздушном зазоре, увеличению добавочных потерь, возникновению провалов в механической характеристике и повышению шума. Однако из-за своей простоты и дешевизны такие обмотки широко применяют в асинхронных двигателях небольшой мощности до 10 — 15 кВт.
Двухслойные обмотки (рис. 3.18,6) позволяют выполнить укорочение шага обмотки на любое количество зубцовых делений, благодаря чему улучшается форма магнитного поля, создаваемого обмоткой, и подавляются высшие гармонические в кривой ЭДС. Кроме того, при двухслойных обмотках получается более простая форма лобовых соединений, что упрощает изготовление обмоток. Такие обмотки применяют для двигателей мощностью свыше 100 кВт с жесткими катушками, которые укладывают вручную.
 |
| Рис. 3.18. Расположение катушек в пазах при однослойной (а) и двухслойной (б) обмотках |
Одно-двухслойные концентрические обмотки сочетают в себе преимущества однослойных — возможность механизированной укладки и двухслойных — применение укорочения шага. Однако они более трудоемки, чем однослойные, и поэтому их нецелесообразно применять для машин малой мощности. Такие обмотки используют в машинах мощностью 15—100 кВт при q > 2.
Для асинхронных двигателей с q > 6 применение концентрических одно-двухслойных обмоток нецелесообразно из-за значительной длины вылета лобовых частей, размещение которых приводит к увеличению общих размеров машины. В таких двигателях применяют двухслойную концентрическую обмотку, предназначенную для механизированной укладки. Эту обмотку можно выполнить «в развалку» — с разделением каждой катушечной группы на две концентрические подгруппы, что существенно уменьшает длину вылета лобовых частей.
Однослойные обмотки. При выполнении однослойной обмотки необходимо предусматривать возможность установки ротора внутрь статора. Поэтому лобовые части, посредством которых соединяют между собой активные проводники, лежащие в пазах, должны быть отогнуты к сердечнику статора. В зависимости от способа выполнения лобовых соединений однослойные обмотки могут иметь различные конструкции. Обычно используют шаблонные и концентрические обмотки.
Рассмотрим принцип построения трехфазной однослойной обмотки на примере четырехполюсной машины (2р = 4) с минимальным числом пазов на полюс и фазу q = 2 (сосредоточенные обмотки с q = 1 не применяют). В этом случае проводники, принадлежащие одной фазе, размещают под парой полюсов в четырех пазах (рис. 3.19). Одна фаза занимает в машине восемь пазов: 2pq = 4•2 = 8;
 | Рис. 3.19. Схема расположения катушек на статоре трехфазной машины с однослойной обмоткой |
 |
| Рис. 3.20. Схема шаблонной обмотки (а) при 2р = 4; q= 2 и z = 24 и расположение ее лобовых частей (б):1 — сердечник статора; 2 — нажимная шайба; 3 — катушки |
число пазов в машине z = 2рqm = 24. На рис. 3.19 указано также мгновенное направление ЭДС, индуцированных в проводниках различных фаз длямомента времени, соответствующего максимальному значению тока в фазе АХ.
На рис. 3.20 приведена схема соединения указанных проводников при выполнении шаблонной обмотки, изготовляемой из заранее намотанных катушек одинаковой формы (см. рис. 3.7, а). Обычно это трапецеидальные катушки, которые в процессе намотки закладывают в пазы и соединяют между собой соответствующим образом. Для наглядности изображения поверхность статора или ротора вместе с пазами и обмоткой развертывают в плоскость и все соединения проводников изображают в виде прямых линий. Проводники, лежащие в одном пазу (т. е. каждую сторону катушки), изображают в виде линии.
При выполнении обмотки проводники, лежащие в различных пазах, соединяют между собой в витки и катушки так, чтобы индуцированные в них ЭДС складывались. Так, например, в обмотке, приведенной на рис. 3.20, а, фаза АХ состоит из четырех катушек, образованных проводниками, которые размещены в пазах 1—7, 2 — 8, 13 — 19 и 14 — 20; соответственно фаза BY — из четырех катушек, образованных проводниками, которые лежат в пазах 5—11, 6—12, 17—23 и 18—24,
 |
| Рис. 3.21. Схема концентрической обмотки (в) при 2р = 4, q = 2, z = 24 и расположение ее лобовых частей (б): 1 — сердечник статора; 2 — нажимная шайба; 3, 4 — катушки |
а фаза CZ — из четырех катушек, образованных проводниками, которые лежат в пазах 9—15, 10 — 16, 21—3 и 22 — 4.
В обмотке, показанной на рис. 3.20, а, каждая катушечная группа состоит из двух катушек. Лобовые части катушек шаблонной обмотки при выходе из пазов отгибают, как показано на рис. 3.20,6.
На рис. 3.21, а показана схема концентрической обмотки для той же машины (2р = 4; q= 2; z = 24). Здесь катушки имеют разные размеры. Однако в последовательную цепь включены те же проводники 1—24, и в электрическом отношении свойства обеих обмоток одинаковы.
Несмотря на то что при концентрической обмотке одни катушки короче, а другие длиннее, шаг обмотки остался неизменным, т. е. и в этом случае он равен полюсному делению (как и при шаблонной обмотке). В концентрической обмотке катушки, принадлежащие одной катушечной группе, располагают одну внутри другой (рис. 3.21,6). Однако катушки различных катушечных групп пересекаются, поэтому их лобовые части необходимо располагать в двух или трех плоскостях (ярусах).
Двухслойные обмотки. Выпускаемые промышленностью машины общего применения с двухслойными обмотками имеют обычно шаг у = (0,8 ÷ 0,856) τ, т. е. подавляются пятая — седьмая и кратные им гармонические. На рис. 3.22, а показано расположение проводников в пазах статора четырехполюсной машины с двухслойной обмоткой при тех же параметрах обмотки (2р = 4; q= 2; z = 24), что и в машине с однослойной обмоткой (см. рис. 3.19). Шаг обмотки по пазам принят равным у = 0,8τ.
В каждом пазу проводники располагают в два слоя, причем проводники верхнего и нижнего слоев, принадлежащие одной фазе, сдвинуты относительно друг друга на один паз. Проводники соединяют между собой в катушки так, чтобы индуцированные в них ЭДС складывались. В соответствии с направлением ЭДС, показанным на рис. 3.22, а, фаза АХ в этом случае имеет восемь катушек, образованных проводниками, которые находятся в пазах 1-6, 2 — 7, 7- 12, 8-13, 13-18, 14-19, 19-24, 20-1. Одна сторона этих катушек состоит из проводников, расположенных в верхнем слое пазов 1, 2, 7 и 8 и т. д., а вторая — из проводников, расположенных в нижнем слое пазов 6, 7, 12, 13 и т. д.
В схеме двухслойной обмотки (рис. 3.22,6) все проводники, лежащие в каждом слое паза (каждая сторона катушки), изображены в виде линии. Проводники верхних слоев показаны сплошными линиями; нижних слоев — штриховыми линиями. Направление ЭДС в проводниках показано стрелками в соответствии с направлением, указанным на рис. 3.22, а. Лобовые части обмоток располагают, как показано на рис. 3.22, в. Общее число катушек при двухслойной обмотке вдвое больше, чем при однослойной, что несколько усложняет конструкцию и стоимость обмотки. Однако такая обмотка дает некоторую экономию обмоточного провода. Кроме того, все катушки совершенно одинаковы (см. рис. 3.7,6), что позволяет механизировать их изготовление.
В схемах, приведенных на рис. 3.20, а; 3.21, а; 3.22,6, все катушки одной фазы соединены последовательно. Такое соединение характерно для машин сравнительно небольшой мощности. В машинах большой мощности для уменьшения сечения отдельных проводников катушки соединяют так, чтобы образовались параллельные ветви, содержащие равное количество катушек. В этом отношении двухслойные обмотки имеют преимущество перед однослойными, так как из-за большого числа катушек облегчается распределение их по параллельным ветвям.
Обычно двухслойные обмотки выполняют с q, равным целому числу. Однако в некоторых случаях применяют обмотки с дробным q. Например, при серийном производстве двигателей переменного тока целесообразно в ряде случаев
| Рис. 3.22. Схема расположения катушек двухслойной обмотки на статоре трехфазной машины (а) и их соединение между собой (б); устройство лобовых частей (в): 1 — сердечник статора; 2 — нажимная шайба; 3 — катушки |  |
 |
 |
| Рис. 3.23. Схема двухслойной концентрической обмотки при z = 24, 2р = 4, q = 2 |
для машины с различными числами полюсов 2р использовать одни и те же листы статора с определенным числом пазов z. При этом одно из значений 2р дает q = z/(2pm), не равное целому числу. Двухполюсные обмотки с дробным q применяют также в тихоходных (многополюсных) машинах большой мощности, например в гидрогенераторах, у которых практически невозможно выполнить обмотку статора с q > 1; в этом случае пришлось бы иметь на статоре слишком большое число зубцов z. Используя в машинах дробное значение q, можно получить такие же результаты для подавления высших гармонических МДС, как и при увеличении числа пазов на полюс и фазу.
В обмотках с дробным q катушечные группы не могут состоять из дробного числа катушек, поэтому в таких обмотках используют два типа катушечных групп: большие и малые, которые чередуются между собой с определенной периодичностью; при этом в больших катушечных группах число катушек на одну больше, чем в малых. Например, в каждой фазе одна из групп состоит из двух катушек, а другая — из одной; в результате среднее число катушек в катушечных группах q = (2 + 1)/2 = 1,5.
При механизированной укладке применяют концентрическую двухслойную обмотку. Катушечные группы этой обмотки выполнены из концентрических катушек с различными шагами (рис. 3.23). Шаг наибольшей катушки равен числу пазов, заключенных между первой и последней сторонами катушек одной катушечной группы, как у обычной двухслойной обмотки. Определенная последовательность укладки катушечных групп при выполнении такой обмотки позволяет уложить в статор все катушки без подъема ранее уложенных катушек из пазов. В концентрической двухслойной обмотке различные катушечные группы имеют неодинаковое индуктивное сопротивление, что ограничивает возможность соединения их в несколько параллельных ветвей.
Одно-двухслойные обмотки. В обычной двухслойной обмотке в некоторых пазах располагают стороны катушек, принадлежащих к одной и той же фазе (например, пазы 3, 5, 7 и другие на рис. 3.22, б), а в других — стороны катушек разных фаз. В однодвухслойной обмотке в пазах, в которых размещены стороны катушек одной и той же фазы, помещают однослойную катушку (большую с двойным числом витков), а в остальных пазах — в два слоя стороны катушек разных фаз (рис. 3.24). Такая обмотка состоит из концентрических катушек; число катушечных групп равно числу полюсов. Катушечная группа состоит из одной большой и q — 2 малых ка-
 | Рис. 3.24. Схема расположения катушек одной фазы на статоре трехфазной машины с одно-двухслойной обмоткой (2р = 4, q = 3, z = 36) |
тушек (всего q — 1 катушка). Шаг большой катушки уб = τ — 1; шаги малых катушек ум1 = yб — 2; ум2 = yб — 4; ум3 = yб — 6. Указанная обмотка выполнима только при q > 2. При q = 2 она превращается в концентрическую однослойную обмотку. Расчетное укорочение шага в обмотке с одной большой катушкой в каждой катушечной группе β = π (q — 2)/3q. Одно-двухслойную обмотку можно выполнить и с двумя большими катушками в катушечной группе. В этом случае общее число катушек в группе равно q — 2 и расчетное укорочение шага β = π (q — 1)/3q. Такая обмотка выполнима при q > 4.
Точные обмотки. Внекоторых видах микромашин (например, в поворотных трансформаторах) для большего приближения МДС к синусоидальной форме требуется применять более сложные — точные — обмотки (синусные, трапецеидальные и др.). При синусной обмотке в пазах, расположенных в пределах одного полюсного деления т, укладывают неодинаковое число витков данной фазы. При этом они должны быть распределены по отдельным пазам так, чтобы линейная нагрузка А (число ампер на 1 см окружности статора или ротора), а следовательно, и МДС распределялись вдоль окружности статора или ротора по синусоидальному закону.
Однако из-за ограниченного числа пазов распределение витков по пазам не может быть идеально синусоидальным,
 |
| Рис. 3.25. Диаграммы распределения линейной нагрузки (а) и МДС (б) для точной обмотки |
а носит ступенчатый характер. Поэтому в машинах с синусными обмотками делают скос пазов на одно зубцовое деление. Это практически уничтожает зубцовые гармонические в кривых магнитного поля и ЭДС.
Поскольку выполнение синусных обмоток более трудоемко, чем равнокатушечных, часто и в микромашинах применяют равнокатушечные двухслойные обмотки с трапецеидальным распределением линейной нагрузки вдоль окружности статора. Наилучшие результаты (для равнокатушечных обмоток) дает распределение линейной нагрузки Ах в виде трапеции с верхним основанием, равным 1/3 полюсного деления (рис. 3.25, а). В этом случае полностью уничтожается третья гармоническая и значительно ослабляются пятая, седьмая и др. Так, например, при указанном на рис. 3.25, а распределении линейной нагрузки Ах кривая распределения МДС Fx (рис. 3.25,6) состоит из отрезков прямых ab, de, ef, hk и парабол bc, cd, fg, gh и весьма близка к синусоиде.
На рис. 3.26, а для примера приведена схема такой обмотки при 2р = 2 и z = 12. Обмотка выполнена двухслойной: витки фаз АХ и BY закладывают в одни и те же пазы, но числа витков одной фазы в каждом пазу различны (рис. 3.26,6). Оси обмоток различных фаз сдвинуты в пространстве на половину полюсного деления. Лобовые части обеих
 |
| Рис. 3.26. Схема двухфазной точной обмотки (а) и распределение ее проводников по пазам (б): 1 — проводники фазы АХ; 2 — проводники фазы BY |
фаз при выходе из пазов изгибают в двух плоскостях, как показано на рис. 3.20.
Для машин большой мощности применение точных обмоток обычно нецелесообразно, так как они дают существенное уменьшение первой гармонической МДС.
Источник
НАУКА И МЫ
Медицинские, исторические, технические, социальные и другие научно-исследовательские работы
Обмотки машин переменного тока
Обмотки машин переменного тока
Обмотка машины является очень существенной частью, так как в ней создаётся э. д. с. и происходит процесс преобразования энергии. В зависимости от назначения, мощности и условий работы машины обмотки имеют различное конструктивное устройство. В машинах переменного тока используются следующие основные типы обмоток: 1) катушечные, 2) стержневые, 3) специальные. Катушечные обмотки изготовляют из изолированного медного или алюминиевого провода круглого поперечного сечения, стержневые и специальные – из шин прямоугольного поперечного сечения. Специальные обмотки применяют для короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей, для пусковых и успокоительных обмоток синхронных машин, для одноякорных преобразователей и т. д.
Конструктивно обмотки могут быть выполнены в зависимости от расположения их в пазах однослойными и двухслойными, в зависимости от их изготовления – ручными и шаблонными, в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q – с целым и с дробным числом. В машинах переменного тока преимущественно применяют двухслойные обмотки. В машинах малой мощности используют однослойную обмотку , изготовление которой встречает затруднения. При однослойном расположении активных проводников в пазах лобовые соединения, находящиеся на торцовых сторонах статора или ротора, окажутся лежащими в одной плоскости, что делает невозможным выполнение шаблонной обмотки.
Катушки одной фазы однослойной обмотки состоят из активных проводников, отстоящих один от другого на расстоянии шага обмотки, примерно равного полюсному делению, т.е. расстоянию между центрами разноимённых полюсов. Также, в однослойной обмотке лобовые соединения могут находиться в различных плоскостях, если изменён порядок соединения активных проводников.
Однако при такой обмотке катушки имеют различную величину, а, следовательно, требуется несколько шаблонов для изготовления такой обмотки.
В двухслойных обмотках активный проводник, расположенный в верхнем слое паза, соединяется с проводником, расположенным в нижнем слое паза, который отстоит от начального на расстоянии y. При такой обмотке лобовые соединения не пересекаются и находятся в различных плоскостях, что даёт возможность выполнить шаблонную обмотку при одинаковых размерах и форме катушек. Обмотки могут быть однофазными и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трёхфазные обмотки . Мощность трёхфазной машины в 1, 5 раза больше мощности однофазной при одинаковых габаритах и потери энергии.
Эта обмотка состоит из трёх одинаковых катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на 120 градусов. При вращении магнита с полюсами N и S в этих катушках будут индуктированы э. д. с., равные по величине и сдвинутые по фазе на 1/3 периода. Обмотки, в которых фаза состоит из одной катушки, не находят применения. На практике получили распространение распределённые обмотки, в которых витки, принадлежащие одной фазе, равномерно распространены между несколькими парами пазов. При такой обмотке форма кривой магнитной индукции в пространстве ближе к синусоиде. Однако в распространённых обмотках происходит некоторое уменьшение э. д. с. Это объясняется тем, что оси катушек, последовательно включенных в одну фазу, не совпадают, а следовательно, не совпадают по фазе э. д. с., индуктированные в этих катушках. Э. д. с. фазы катушек, которая окажется меньше арифметической суммы этих э. д. с.
Для улучшения формы кривой э. д. с. обмотки машин переменного тока выполняет с шагом, меньшим полюсного деления ( с укороченным шагом). Однако укорочение шага обмотки также приводит к некоторому уменьшению э. д. с., так как в том случае катушки обмотки пронизываются не всем потоком полюса, а только частью его. Таким образом, действующее значение э. д. с. фазы машины переменного тока
Е=4,44К0wfФm,
Где К0 – обмоточный коэффициент (меньше единицы), учитывающий уменьшение э. д. с. машины за счёт распределения обмотки и укорочения шага её,
w — число витков одной фазы обмотки, равное произведению числа витков одной катушки на число последовательно соединённых катушек.
Устройство асинхронного двигателя
Схема устройства асинхронного двигателя:
1 – статор, 2 – ротор , 3 — обмотка статора, 4 – обмотка ротора
Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 0,35 или 0,5 мм. Пластины штампуют со впадинами (пазами), изолируют лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещёнными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станину устанавливают на фундаменте.
В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соответствующим образом соединяют между собой, образуя трёхфазную систему. На щитке машины имеется шесть зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каждой фазы. Для подключения обмоток статора к трёхфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником, что даёт возможность включать двигатель в сеть с двумя различными линейными напряжениями. Например, двигатель может работать от сети с напряжением 220 и 127 в или 380 и 220 в. На щитке машины указаны оба напряжения сети, на которые рассчитан двигатель, т. е. 220/127 в или 380/220 в.
Для более низких напряжений, указанных на щитке, обмотки статора соединяются в треугольник, для более высоких – в звезду. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5 мм, изолированных лаком или тонкой бумагой для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины, образуя цилиндр с продольными пазами. В пазах укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым роторами. Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, т. е. проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя трёхфазную систему. Обмотки трёх фаз соединены звездой. Начала этих обмоток подключены к трём контактным медным кольцам, укреплённым на валу ротора. Кольца изолированы друг от друга и от вала и вращаются вместе с ротором. При вращении колец поверхности их скользят по угольным или медным щёткам, неподвижно укреплённым над кольцами. Обмотка ротора может быть замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко при помощи указанных выше щёток. Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса.
Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронного двигателя
В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединённые на торцовых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под давлением . Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивлений в неё невозможно.
Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надёжнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором, как мы увидим ниже, обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами. В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и в специальных случаях используют фазную обмотку ротора.
В нашей стране производят асинхронные двигатели мощностью до десятков тысяч киловатт. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя. Наряду с важными положительными качествами – простотой конструкции и обслуживания, малой стоимостью – асинхронный двигатель имеет и некоторые недостатки, из которых наиболее существенным является относительно низкий коэффициент мощности . У асинхронного двигателя этот коэффициент при полной нагрузке может достигать значений 0,85 – 0,9; при недогрузках двигателя его коэффициент резко уменьшается и при холостом ходе составляет 0,2 – 0,3.
Низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя объясняется большим потреблением реактивной мощности, которая необходима для возбуждения магнитного поля. Магнитный поток в асинхронном двигателе встречает на своём пути воздушный зазор между статором и ротором, который в большой степени увеличивает магнитное сопротивление, а следовательно, и потребляемую двигателем реактивную мощность. В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей воздушный зазор стремятся делать возможно меньшим, доводя его у малых двигателей (порядка 2 – 5 квт) до 0,3 мм. В двигателях большой мощности воздушный зазор приходится увеличивать по конструктивным соображениям, но всё же он не превышает 2 – 2,5 мм.
Источник
Какому основному требованию должна соответствовать трехфазная обмотка машины переменного тока
КЛАССИФИКАЦИЯ ОБМОТОК
Обмотки состоят из секций. Секция может быть одновитковой (состоят из одного витка) и м н о г о в и т к о в о й (иметь несколько витков) (рис. 3). Части секции, укладываемые в пазы, называются пазовыми или активными, а располагаемые вне паза — лобовыми. Ширина секции определяется шагом обмотки y.
Для того чтобы ЭДС проводников двух активных сторон секции суммировались, эти активные стороны должны располагаться под полюсами разной полярности.
Поэтому шаг у должен быть примерно равен полюсному делению. Шаг у задается в зубцовых (пазовых) делениях. 3 у б ц о в о е (пазовое) деление tZ(п) представляет собой расстояние между серединами соседних зубцов (пазов):
где D — диаметр статора; Z — число зубцов (пазов).
На полюсном делении в общем случае укладывается τ/tZ(п)=Z/(2p) зубцовых (пазовых) делений. Если шаг равен полюсному делению y=τп=Z/(2p), то обмотка называется обмоткой с диаметральным шагом, а если y При одновитковых катушках волновая двухслойная обмотка имеет в каждо
м пазу только два проводника или стержня большого сечения. Катушки таких обмоток часто выполняют из двух одинаковых частей — стержней (рис. 7). Каждый стержень имеет пазовую часть и две половинки лобовых. После укладки в пазы их соединяют между собой в лобовых частях хомутиком так, чтобы образовался виток обмотки. Обмотки, выполненные таким образом, называются стержневыми.
В обмотках статора, в которых протекают токи частотой 50 Гц и выше, для уменьшения потерь на вихревые токи стержни выполняют из многих изолированных прямоугольных проводников, которые на протяжении пазовой части переплетаются так, чтобы каждый из них попеременно занимал все возможные положения по высоте стержня. Такое переплетение называется транспозицией (рис. 8). В обмотках ротора, в которых протекают токи небольшой частоты, стержни не подразделяют на элементарные проводники. Иногда (редко) из стержней выполняют и петлевые обмотки.
Источник
ОБМОТКИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.1. Предварительные замечания
Машины переменного тока подразделяются на два основных вида: асинхронные и синхронные. Асинхронные и синхронные машины имеют неподвижную часть, называемую статором, вращающую часть, называемую ротором. Ротор располагается внутри статора.
Статоры асинхронных и синхронных машин в большинстве случаев имеют одинаковую конструкцию.
Сердечник статора (рис. 1.1) машин переменного тока представляет собой полый цилиндр. Для снижения потерь на вихревые токи он собирается из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для изоляции листов друг от друга они покрываются или лаком или оксидной пленкой. На внутренней поверхности статора имеются пазы, в которых размещается обмотка 2. Сердечник 1 с обмоткой 2 закреплен в корпусе 3.
Вопросы устройства обмоток статора, наведения ЭДС в них и образования магнитных полей при прохождении по обмоткам тока являются общими как для асинхронных, так и для синхронных машин. Поэтому они рассматриваются в этом разделе.
Рис. 1.1. Статор машин переменного тока:
1 – сердечник; 2 – обмотка; 3 — корпус.
1.2. Способы выполнения обмоток статора
Пазы для проводников обмоток статора имеют трапецеидальную или грушевидную форму у машин мощностью до 100 кВт (рис. 1.2, а) и прямоугольную форму у машин большей мощности (рис. 1.2, б).
Рис. 1.2. Пазы статоров: а — полузакрытые; б – открытые; в –полуоткрытые; 1 – проводники обмотки; 2 — изоляция от стенок паза; 3 – пазовый клин
В машинах мощностью до 100 кВт применяют всыпные обмотки из круглого изолированного провода (рис. 1.2, а). Проводники поочерёдно опускают (всыпают) в паз. После укладки обмотки в пазы сердечника статора ее пропитывают в специальных лаках.
В машинах мощностью более 400 кВт и напряжением выше 660 В обмотку выполняют из жёстких секций (катушек), которые укладывают в прямоугольные пазы (рис. 1.2, б). Секции наматывают на шаблонах из прямоугольного провода, затем изолируют и в готовом виде укладывают в пазы.
В машинах мощностью от 100 до 400 кВт и напряжением до 660 В секции по ширине паза подразделяют на две равные части, закладываемые в паз последовательно (рис. 1.2, в). Обмотку также наматывают на шаблоне из прямоугольного изолированного обмоточного провода.
1.3.Классификация обмоток
Обмотки состоят из секций (катушек). Секция может быть одновитковой (состоять из одного витка) и многовитковой (иметь несколько витков) (рис. 1.3). Части секции, укладываемые в пазы, называются пазовыми или активными, а располагаемые вне паза – лобовыми.
Ширина секции определяется шагом обмотки у.
Чтобы ЭДС проводников двух активных сторон секции суммировались, активные стороны должны располагаться под полюсами разной полярности. Шаг у должен быть примерно равен полюсному делению y ≈ τп.
Рис. 1.3. Одновитковая и трёхвитковая секции обмотки статора
Шаг y и полюсное деление τп задаются в зубцовых делениях.
Зубцовое (пазовое) деление — это длина дуги по внутренней окружности статора между серединами соседних зубцов или пазов:
где D – диаметр внутренней окружности статора;
Z – общее число зубцов на статоре.
Шаг у равен числу зубцовых делений, расположенных между началом и концом секции.
Полюсное деление τп равно числу зубцовых делений, расположенных между серединами соседних полюсов.
Если шаг равен полюсному делению: у = τп = Z/(2р), то обмотка называется обмоткой с диаметральным шагом, а если у
Обмотки с укороченным шагом позволяют получить форму кривых индуцируемой ЭДС и поля, близкие к синусоидальным. Обычно у ≈ 0,8τп.
Обмотки делятся на однослойные и двухслойные. Если в пазу размещается только одна секционная сторона (рис. 1.4), то обмотка будет однослойной, а если две (рис. 1.5), – двухслойной.
Рис. 1.4. Расположение в пазах секции однослойной обмотки
Рис. 1.5. Расположение в пазах секции двухслойной обмотки
Наибольшее применение находят двухслойные обмотки. Преимущество двухслойных обмоток — у них можно выполнить укороченный шаг.
Однослойные обмотки имеют диаметральный шаг. Эти обмотки применяют в машинах мощностью до 16 кВт.
Обмотки машин переменного тока состоят из нескольких независимых частей. Каждая часть называется обмоткой фазы. Различают однофазные, двухфазные и трёхфазные обмотки.
Обмотка каждой фазы выполняется распределенной. На каждом полюсном делении она размещается в нескольких рядом лежащих пазах.
Распределение обмотки по пазам способствует получению близких к синусоиде кривых ЭДС и МДС обмотки.
Число пазов на полюс и фазу обмотки
q=Z/(2pm),
где p и m – число пар полюсов и число фаз.
Чаще всего q выбирается равным целому числу (q = 2÷6). В крупных многополюсных машинах q бывает дробным.
Соседние q катушек (секций) одной фазы соединяются между собой последовательно, образуя катушечную группу (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Катушечная группа
Катушечные группы каждой фазы могут соединяться последовательно или образовывать несколько параллельных ветвей обмотки.
По конфигурации катушек и последовательности соединения их друг с другом обмотки подразделяются на петлевые и волновые (рис. 1.7). Наибольшее распространение в машинах переменного тока получили петлевые обмотки.
Рис. 1.7. Секции петлевой (а) и волновой (б) обмоток
Источник
