Обмотки статора и ротора электрических машин переменного тока

В статье рассказано про устройство обмоток статора и ротора электрических машин переменного тока.

Пространственное расположение обмоток статора:

Статор с двенадцатью пазами, в каждый из которых уложено по одному проводнику, схематично показан на рис. 1, а. Соединения между проводниками, уложенными в пазах, указаны только для одной из трех фаз; начала фаз А, В, С обмотки обозначены С1, С2, С3; концы — С4, С5, С6. Части обмотки, уложенные в пазах (активная часть обмотки), условно показаны в виде стержней, а соединения между проводниками, находящимися в пазах (лобовые соединения),— сплошной линией.

Сердечник статора имеет вид полого цилиндра, представляющего собой пакет или ряд пакетов (разделенных вентиляционными каналами) из листов электротехнической стали. Для машин малой и средней мощности каждый лист штампуется в виде кольца с пазами вдоль внутренней окружности. На рис. 1,б дан лист статора с пазами одной из применяемых форм.

Рис. 1. Расположение обмотки в пазах статора и распределение токов в проводниках

Пусть мгновенное значение тока iA первой фазы в некоторый момент времени максимально и ток направлен от начала С1 фазы к ее концу С4. Будем считать такой ток положительным.

Определяя мгновенные токи в фазах как проекции вращающихся векторов на неподвижную ось ON (рис. 1, в), получим, что токи фаз В и С в данный момент времени отрицательны, т. е. направлены от концов фаз к началам.

Проследим по рис. 1, г образование вращающегося магнитного поля. В рассматриваемый момент времени ток фазы А направлен от ее начала к концу, т. е. если в проводниках 1 и 7 он идет от нас за плоскость чертежа, то в проводниках 4 и 10 он идет из-за плоскости чертежа к нам (см. рис. 1, а и г).

В фазе В ток в этот момент времени идет от конца фазы к ее началу. Соединив проводники второй фазы по образцу первой, можно получить, что ток фазы В проходит по проводникам 12, 9, 6, 3; при этом по проводникам 12 и 6 ток идет от нас за плоскость чертежа, а по проводникам 9 и 3 — к нам. Картину распределения токов в фазе С получим по образцу фазы В.

Направления токов даны на рис. 1,г; штриховыми линиями показаны магнитные линии поля, создаваемого токами статора; направления линий определены по правилу правого винта. Из рисунка видно, что проводники образуют четыре группы с одинаковыми направлениями тока и число полюсов 2р магнитной системы получается равным четырем. Участки статора, где магнитные линии выходят из него, представляют собой северные полюсы, а участки, где магнитные линии входят в статор, — южные полюсы. Дуга окружности статора, занятая одним полюсом, называется полюсным делением.

Магнитное поле в различных точках окружности статора различно. Картина распределения магнитного поля вдоль окружности статора повторяется периодически через каждое двойное полюсное деление. Угол дуги 2 принимается за 360 электрических градусов. Так как вдоль окружности статора размещается р двойных полюсных делений, то 360 геометрических градусов равны 360р электрическим градусам, а один геометрический градус равен р электрическим градусам.

На рис. 1, г показаны магнитные линии для некоторого фиксированного момента времени. Если же рассмотреть картину магнитного поля для ряда последовательных моментов времени, можно убедиться в том, что поле вращается с постоянной скоростью.

Найдем скорость вращения поля. По истечении времени, равного половине периода переменного тока, направления всех токов изменяются на обратные, поэтому магнитные полюсы меняются местами, т. е. за половину периода магнитное поле поворачивается на часть оборота. Скорость вращения магнитного поля статора, т. е. синхронная скорость, равна (в оборотах в минуту)

Число р пар полюсов может быть только целым, поэтому при частоте, например, 50 Гц синхронная скорость может равняться 3000; 1500; 1000 об/мин и т. д.

Рис. 2. Развернутая схема трехфазной однослойной обмотки

Обмотки машин переменного тока можно разделить на три группы:

К специальным обмоткам относятся:

а) короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки;

б) обмотка асинхронного двигателя с переключением на разные числа полюсов;

в) обмотка асинхронного двигателя с противосоединеннями и т. д.

Кроме вышеуказанного деления, обмотки отличаются по ряду других признаков, а именно:

1) по характеру исполнения — ручные, шаблонные и полушаблонные;

2) по расположению в пазу — однослойные и двухслойные;

Витком называется контур, образованный двумя последовательно соединенными проводниками. Секция, или катушка, представляет собой ряд последовательно соединенных витков, лежащих в двух пазах и имеющих общую изоляцию от корпуса.

Шаг секции называют диаметральным, если он равен полюсному делению и сокращенным, если он меньше полюсного деления, так как шаг секции больше полюсного деления не делают.

Характерной величиной, определяющей выполнение обмотки, является число пазов на полюс и фазу, т. е. число пазов, занимаемых обмоткой каждой фазы в пределах одного полюсного деления:

где z— число пазов статора.

Обмотка, приведенная на рис. 1, а, имеет следующие данные:

Даже для этой простейшей обмотки пространственный чертеж проводников и их соединений получается сложным, поэтому он обычно заменяется развернутой схемой, где проводники обмотки изображаются расположенными не на цилиндрической поверхности, а на плоскости (цилиндрическая поверхность с пазами и обмоткой «развертывается» в плоскость). На рис. 2, а дана развернутая схема рассмотренной обмотки статора.

На предыдущем рисунке было для простоты показано, что часть фазы А обмотки, уложенная в пазах 1 и 4, состоит всего из двух проводников, т. е. из одного витка. В действительности же каждая такая часть обмотки, приходящаяся на один полюс, состоит из w витков, т. е. в каждой паре пазов помещается по w проводников, объединенных в одну катушку. Поэтому при обходе по развернутой схеме, например, фазы А от паза 1 нужно w раз обойти пазы 1 и 4, прежде чем перейти к пазу 7. Расстояние между сторонами витка одной катушки, или шаг обмотки, у показан на рис. 1, г; он обычно выражается в числах пазов.

Рис. 3. Щиток асинхронной машины

Начало и конец каждой из трех фаз обмотки выводятся на щиток машины, где имеется шесть зажимов (рис. 3). К верхним зажимам C1, С2, СЗ (начала фаз) подводятся три линейных провода от трехфазной сети. Нижние зажимы С4, С5, С6 (концы фаз) либо соединяются в одну точку двумя горизонтальными перемычками, либо каждый из этих зажимов соединяется вертикальной перемычкой с лежащим над ним верхним зажимом.

В первом случае три фазы статора образуют соединение звездой, во втором — треугольником. Если, например, одна фаза статора рассчитана на напряжение 220 В, то линейное напряжение сети, в которую включается двигатель, должно быть 220 В в случае включения статора треугольником; при включении его звездой линейное напряжение сети должно быть

При соединении статора звездой нейтральный провод не подводится, так как двигатель является для сети симметричной нагрузкой.

Ротор асинхронной машины набирается из штампованных листов изолированной электротехнической стали на валу или на специальной несущей конструкции. Радиальный зазор между статором и ротором делается возможно меньшим для обеспечения малого магнитного сопротивления на пути магнитного потока, пронизывающего обе части машины.

Наименьший зазор, допустимый по технологическим требованиям, составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от мощности и габаритов машины. Проводники обмотки ротора располагают в пазах вдоль образующих ротора непосредственно у его поверхности с тем, чтобы обеспечить наибольшую связь обмотки ротора с вращающимся полем.

Асинхронные машины выпускаются как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором.

Рис. 4. Фазный ротор

Фазный ротор имеет, как правило, трехфазную обмотку, выполняемую, подобно статорной, с тем же числом полюсов. Обмотка соединяется звездой или треугольником; три конца обмотки выводятся на три изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с валом машины. Через щетки, укрепленные на неподвижной части машины и скользящие по контактным кольцам, в ротор включается трехфазный пусковой или регулировочный реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводится активное сопротивление. Внешний вид фазного ротора представлен на рис. 4, на левом конце вала видны три контактных кольца. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется плавное регулирование скорости приводимого в движение механизма, а также при частых пусках двигателя под нагрузкой.

Конструкция короткозамкнутого ротора значительно проще, чем фазного. Для одной из конструкций на рис. 5, а показана форма листов, из которых набирается сердечник ротора. При этом отверстия вблизи наружной окружности каждого листа составляют в сердечнике продольные пазы. В эти пазы заливается алюминий, после его затвердения в роторе образуются продольные токопроводящие стержни. По обоим торцам ротора заодно отливаются алюминиевые кольца, замыкающие накоротко алюминиевые стержни. Полученная при этом токопроводящая система обычно называется беличьей клеткой.

Рис. 5. Короткозамкнутый ротор

Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой представлен на рис. 5,б. На торцах ротора видны вентиляционные лопатки, отливаемые заодно с короткозамыкающими кольцами. В данном случае пазы скошены на одно пазовое деление вдоль ротора. Беличья клетка проста, не имеет скользящих контактов, поэтому трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее дешевы, просты и надежны; они наиболее распространены.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Шаг обмотки по пазам на что влияет

§ 4.2. ЯКОРНЫЕ ОБМОТКИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Общие сведения. Обмотки машин переменного тока выполняются однослойными и двухслойными. Однослойные обмотки ранее применялись весьма широко для машин всех мощностей, сейчас преимущественное распространение имеют только у двигателей мощностью до 5—7 квт.

Обмотки переменного тока состоят из соединенных между собой катушек, которые закладываются в пазах якоря, расположенных друг от друга на расстоянии шага у. Различают обмотки диаметральные (у которых шаг у равен полюсному делению τ)

и укороченные (у которых у

Важным преимуществом двухслойных обмоток является то, что их легко выполнять с укороченным шагом. Укорочение шага помимо уменьшения длины лобовых частей существенно влияет на улучшение формы кривой э. д. с. и м. д. с. обмотки.

Распределение обмотки но пазам якоря характеризует параметр q — число пазов на полюс и фазу:

q представляет собой число расположенных на полюсном делении пазов, в которых размещены витки одной фазы обмотки. В трехфазной обмотке на полюсном делении τ находятся 3q пазов. При q = 1 катушки фазы обмотки под каждым полюсом машины расположены только в одном пазу.. Такая обмотка называется сосредоточенной.

Обычно q > 1. В этом случае катушки одной фазы обмотки распределены между q пазами под каждым полюсом. Поэтому при q > 1 обмотка называется распределенной.

Два соседние паза, в которых заложены катушки распределенной обмотки, сдвинуты на угол α, измеряемый в электрических градусах:

Имеющую вывод сторону катушки, которую при обходе схемы обмотки по часовой стрелке встречаем раньше, условно называют началом обмотки, а другую сторону, имеющую вывод, — концом. Начала фаз трехфазной обмотки статора имеют обозначения С₁, С₂ и С₃, концы — С₄, С₅ и С₆. Начала фаз трехфазной обмотки ротора имеют обозначения P₁, Р₂ и Р₃, концы — Р₄, Р₅ и Р₆.

Электродвижущая сила проводников диаметральной обмотки. На рис. 4.2 показаны четыре проводника (1, 2, 3, 4), заложенные

в пазах статора. Пунктирными линиями изображен магнитный поток взаимоиндукции Ф, который проходит следующий замкнутый путь: воздушный зазор, зубцы и спинка ротора, второй воздушный зазор, зубцы и спинка статора.

При работе асинхронной машины магнитный поток Ф вращается в воздушном зазоре. Если, например, в начальный момент поток Ф имеет направление, показанное на рис. 4.2, а, то через некоторое время он переместится в направлении, указанном стрелкой, и займет новое положение (рис. 4.2, б). При вращении поток наводит э. д. с. в проводниках обмоток статора и ротора.

В двухполюсной машине за один полный оборот вращения потока индуктируется один период э. д. с, частота которой f =n/60 гц,

где п — скорость вращения потока относительно проводника, вычисляемая в оборотах в минуту. Если машина имеет р пар полюсов, то за один оборот под проводником пройдет р пространственных волн магнитного поля. Они наведут э. д. с, частота которой в р раз больше, т. е.

Выражение (4.1) определяет частоту э. д. с. многополюсной машины.

Согласно формуле (1.9) форма кривой изменения во времени э. д. с. проводника при равномерном вращении определяется распределением индукции В в воздушном зазоре. В современных машинах стремятся получить синусоидальное изменение э. д. с. во времени. Поэтому желательно, чтобы пространственное распределение индукции в воздушном зазоре было возможно ближе к синусоидальному. В действительности кривая распределения индукции потока имеет, помимо основной (рис. 4.3), еще и высшие гармоники. Из них наибольшую величину имеют третья 3, пятая 5 и седьмая 7. При равномерном вращении, вследствие пропорциональной зависимости между индукцией В и э. д. с. е, кривая изменения э. д. с. одного проводника обмотки во времени точно повторяет кривую распределения индукции и содержит основную и высшие гармоники.

Рис. 4.3. Распределение индукции В_δ вдоль воздушного зазора

Рис. 4.4. Пазовые э. д. с.: а — изменение во времени; б — вектерная диаграмма; в — определение э. д. с. обмотки

Многоугольник векторов э. д. с. абвгд (рис. 4.4, в) называется потенциальным. Если предположить, что во всех пазах двухполюсного якоря размещены проводники, то, продолжая суммирование пазовых э. д. с, получим замкнутый многоугольник э. д. с. (рис. 4.6, а). Многоугольник замыкается после обхода двух полюсов, что соответствует 360 эл. град. В случае, если якорь имеет р пар полюсов, то будет р замкнутых многоугольников э. д. с. При бесконечно большом количестве пазов многоугольник э. д. с. превращается в окружность э. д. с. (рис. 4.6, б).

Коэффициенты распределения и скоса пазов. Электродвижущая сила распределенной в нескольких пазах обмотки меньше, чем э. д. с. сосредоточенной обмотки с тем же числом витков. Отношение этих э. д. с. определяется коэффициентом распределения. Коэффициентом распределения называется отношение геометрической суммы амплитуд э. д. с. (или м. д. с.) обмотки, распределенной в q пазах к амплитуде сосредоточенной обмотки с тем оке числом витков.

Коэффициенты распределения и скоса пазов высших гармоник меньше, чем основной, поэтому распределение обмотки и скос пазов улучшают форму кривой э. д. с.

Коэффициент укорочения. Электродвижущая сила укороченного витка меньше, чем диаметрального. Отношение этих э. д. с. определяется коэффициентом укорочения. Коэффициентом укорочения называется отношение геометрической суммы амплитуд э.д.с. (или м. д. с.) укороченного и диаметрального витков.

При диаметральном шаге проводники витка расположены друг от друга на расстоянии τ (проводники А и 1, рис. 4.8). Электродвижущие силы E₁ проводника А и Е‘₁ проводника 1 со стороны лобо-

вых частей направлены встречно, однако при обходе витка они находятся в фазе и складываются. Поэтому основная гармоника э. д. с. E_τ1 диаметрального витка в два раза больше, чем одного проводника (рис. 4.9, а), т. е.

Рис. 4.9. Сложение э. д. с, индуктируемых в проводниках витка:а — э. д. с. основной гармоники диаметрального витка; б — э. д. с. основной гармоники укороченного витка; в — э. д. с. пятой гармоники диаметрального витка; г — э. д. с. пятой гармоники укороченного витка

Используя (4.3), получаем выражение коэффициента укорочения для υ-ой гармоники

Обмоточный коэффициент, э. д. с. обмотки. Электродвижущая сила распределенной обмотки меньше, чем э. д. с. сосредоточенной, пропорционально k_p. Если все витки распределенной обмотки укорочены, то э. д. с. обмотки уменьшается еще в k_y раз, при скоес пазов — также в k_c раз.

Произведение коэффициентов распределения, укорочения и скоса называется обмоточным коэффициентом.

Обмоточный коэффициент показывает во сколько раз амплитуда э. д. с. (или м. д. с.) обмотки, имеющей распределенные витки, укороченный шаг и скос пазов, меньше амплитуды сосредоточенной диаметральной обмотки с тем же числом витков при отсутствии скоса пазов.

Аналогично (4.9) обмоточный коэффициент для высшей υ-ой гармоники

С учетом (3.1) и (4.9) э. д. с. обмотки, индуктируемая основной гармоникой потока, равна

Помимо основной гармоники, в проводниках обмотки индуктируются высшие временные гармоники э. д. с, величина которых уменьшается соответственно порядку гармоники. Наибольшее влияние оказывают третья, пятая и седьмая гармоники. Э. д. с. высшей υ-ой гармоники

Действующее значение э. д. с. обмотки

Рассмотрим пример построения однофазной диаметральной однослойной обмотки, которая обычно занимает 2/3 полюсного деления. Дано: число фаз т = 1, число полюсов 2р = 2, число пазов Z = 12, число пазов на полюс и фазу q = 4.

Определяем сколько всего пазов приходится на один полюс:

Стороны первой катушки обмотки с диаметральным шагом заложены в пазу 1 ив пазу, имеющем номер 1 + у. Аналогично построены другие катушки (см. рис. 4.5, а). Недостатком представленной обмотки является большая длина лобовых частей.

Так как все катушки соединены последовательно, то вектор суммы э. д. с. всей обмотки не зависит от того, в каком порядке складываются отдельные векторы э. д. с. Поэтому порядок соединения витков и катушек безразличен. Следовательно, обмотку можно соединить по схеме, представленной на рис. 4.5, б. В этом случае длина ее лобовых частей значительно меньше.

Из показанного примера видно, что может быть несколько вариантов построения однослойной обмотки. Следует выбирать тот вариант, при котором лобовые части и междукатушечные соединения получаются наименьшими и обеспечивается удобная укладка обмотки при ее изготовлении. В рассматриваемом случае следует отдать предпочтение второму варианту выполнения обмотки.

Синусная обмотка. В системах автоматического регулирования требуется высокая точность выходных величин. Для этого необходимо, чтобы обмоточные коэффициенты высших гармоник были бы равны нулю или имели бы ничтожно малую величину. С этой целью применяется особое распределение обмотки, при котором число витков в пазах выбирается не одинаковым, а изменяется по закону, близкому к синусоидальному. Такие обмотки называются синусными.

Из-за ограниченного числа пазов распределение чисел витков по пазам не может быть идеально синусоидальным и даже не может быть плавным, а носит ступенчатый характер. Обычно распределение проводников по пазам имеет вид ступенчатого треугольника или ступенчатой трапеции. Наилучшие результаты дает распределение в виде ступенчатой трапеции с верхним основанием, рав-

ным 1/3 полюсного д еления τ. В этом случае полностью уничтожается третья и значительно ослабляются пятая, седьмая и другие высшие гармоники.

Обязательным условием выполнения синусной обмотки является требование, чтобы на расстоянии полюсного деления помещалось целое число пазов.

Для возможности выполнения распределения витков в виде трапеции с верхним основанием, равным 1/3τ, необходимо, чтобы число пазов на полюс было кратно трем. В этом случае в 1/3 пазов наматывается максимально возможное число проводников. На рис. 4.10 показан пример выполнения синусной обмотки. На графике распределения проводников по пазам (рис. 4.10, а) за единицу принято максимальное число витков, которые заложены в пазах 1, 6,7 и 12.

Рис. 4.10. Однофазная синусная обмотка: а — график распределения проводников по пазам; б — схема обмотки

мещается в нижнем слое. Витки второй фазы укладываются в верхнем слое. Это дает возможность при ремонте вынимать вторую фазу, не трогая витков первой фазы. Лобовые части второй фазы являются более длинными и загибаются в другой перпендикулярной к оси вала плоскости, чем лобовые части первой фазы (рис. 4.11, б и в).

Трехфазная однослойная обмотка. Для составления схемы обмотки следует построить звезду пазовых э. д. с. проводников, по

Рис. 4.12. Заполнение пазов проводниками двухфазной синусной обмотки: 1 — витки фазы А; 2 — витки фазы В

ней определить пазы, в которых располагаются проводники отдельных фаз и соединить проводники в витки, а также витки между собой таким образом, чтобы их э. д. с. складывались. Начала фаз трехфазной обмотки отстоят друг от друга на расстоянии, соот ветствующем 360/3 =120 эл. град.

Пример расчета обмотки. Дано: число фаз т = 3, число полюсов 2р = 4, число пазов на полюс и фазу q = 2. Определяем число всех пазов, в которых заложена обмотка z = 2pmq = 4·3·2 = 24.

По этим данным строим звезду пазовых э. д. с. (рис. 4.13, а). Если в пазу 1 уложено начало первой фазы C₁, то на 120 эл. град от него должен располагаться паз 5 — начало второй фазы С₂, а на 240 эл. град паз 9 — начало третьей фазы С₃. Разбиваем звезду э. д. с. на шесть зон. Зоны, находящиеся на диаметральном расстоянии, принадлежат к одной фазе. Например, к первой фазе принадлежат зоны C₁ и C₄, содержащие пазы 1, 2 и 7, 8, а также 13, 14 и 19, 20. В этих пазах укладывают четыре катушки, которые на рис. 4.13, б соединены последовательно.

Аналогично выполнены вторая фаза, имеющая зоны С₂ и С₅ и третья фаза, имеющая зоны С₃ и С₆.

На рис. 4.13, б видно, что в каждой фазе имеется две катушки с большим вылетом лобовых частей и две с малым. При выполнении обмотки лобовые части этих катушек изгибаются в разных плоскостях, чтобы они не перекрещивались.

Трехфазную обмотку можно соединить в звезду или в треугольник. В трехфазной обмотке во всех фазах э. д. с, индуктируемые третьей пространственной гармоникой, имеют одинаковую фазу (рис. 4.14). При соединении обмоток в звезду третьи и кратные им

Рис. 4.13. Трехфазная однослойная обмотка: а — звезда пазовых э. д. с; б — схема обмотки

гармоники в фазах обмотки имеют одинаковое направление и взаимно друг друга компенсируют. Вследствие этого в напряжении и токе сети они отсутствуют.

Если фазы обмотки соединены в треугольник, то в контуре обмотки действует сумма э. д. с. третьих и кратных им гармоник.

Рис. 4.14. Третья гармоника э. д. с. трехфазной обмотки

В результате по замкнутому контуру циркулируют токи этих гармоник, не выходя во внешнюю сеть.

Таким образом, при любом соединении трехфазной обмотки в линейном напряжении сети отсутствуют третьи и кратные им гармоники.

Принцип получения трехфазной двухслойной обмотки из обмоток постоянного тока. В настоящее время в машинах переменного тока широко используются двухслойные обмотки. Для того чтобы лучше понять схему построения двухслойной трехфазной обмотки, рассмотрим как она может быть получена из обмотки постоянного тока.

Если на каждом участке обмотки постоянного тока, которому соответствует одна пара полюсов, выбрать три равноотстоящие друг от друга точки С₁, С₂, С₃ и присоединить их к трем фазам сети

Рис. 4.15. Принцип получения трехфазной обмотки из обмоток постоянного тока: а — трехзонная обмотка, соединенная в треугольник; б — трехзонная обмотка, соединенная в звезду; в — шестизонная обмотка, соединенная в звезду

(рис. 4.15, а), то получим трехфазную обмотку переменного тока, в которой фазы соединены в треугольник.

Соединение трехфазной обмотки в звезду можно получить следующим образом. Обмотку постоянного тока на каждом участке, соответствующем одной паре полюсов, надо разрезать в трех местах по окружности на одинаковом расстоянии. Начала каждого участка С₁, С₂ и С₃ подключить к трем фазам сети, а концы С₄, С₅ и С₆ соединить в одну точку (рис. 4.15, б). Недостатком такой обмотки является малый коэффициент распределения (k_p1 = 0,833).

Для улучшения коэффициента распределения на участке, соответствующем одной паре полюсов, обмотка разрезается на шесть равных частей (зон). Начала зон С₁, С₂ и С₃, которые являются началами фаз, должны отстоять друг от друга на 120 эл. град. Начала фаз С₁, С₂ и С₃ (рис. 4.15, в) находятся в зонах а, в и с, концами которых соответственно являются точки а₂, в₂ и с₂. Против этих зон располагаются свободные зоны х, у и z, начала которых соответственно обозначены буквами С₁, С₆ и С₆, а концы — х₂, у₂ и z₂. Обмотки зоны а и х, входящие в фазу А, соединяются встречно, т. е. конец (а₂) с концом (х₂) таким образом, чтобы их э. д. с. складывались. Аналогично встречно (конец с концом) соединяются и зоны, входящие в другие фазы. Начала зон х, у и z (точки С₄, С₅ и С₆) соединяют вместе. Такая обмотка соединена в звезду, ее коэффициент распределения равен k_p1 = 0,966.

Построение схемы трехфазной двухслойной обмотки. Для уменьшения высших гармоник э. д. с. обмотку выполняют распределенной, часто делают скос пазов. В трехфазной обмотке третья гармоника в линейном напряжении исчезает. Пятую и седьмую гармоники уничтожают путем укорочения шага. С этой целью укорочение шага следует выбирать в интервале между 1/5 и 1/7 полюсного деления, при этом пятая и седьмая гармоники значительно уменьшаются.

Каждая катушка обмотки имеет две стороны, одна из которых укладывается в верхнем слое, а другая в нижнем. Для э. д. с, индуктируемых в верхнем слое, строится звезда пазовых э. д. с. Вектора э. д. с. проводников нижнего слоя на звезде не обозначаются, так как их расположение определяется шагом, одинаковым для всех витков. Звезда пазовых э. д. с, приходящихся на каждую пару полюсов, делится на шесть зон. В каждой зоне содержится q векторов пазовых э. д. с. Зоны, располагающиеся по диаметру, принадлежат к одной фазе. В фазу А входят зоны а и х, в фазу В — зоны в и y, в фазу С — зоны c иz (рис. 4.15, в). Фаза А строится следующим образом: конец зоны а соединяется с концом зоны х (точка а₂ с точкой x₂), начала зон выводятся (точки C₁ и С₄). Аналогично строятся другие фазы.

Пользуясь звездой пазовых э. д. с, удобно строить схему обмотки. Построение схемы обмотки удобно начать с распределения пазов по фазам. Верхние стороны катушечной группы каждой фазы занимают q пазов, которые соответствуют одной зоне обмотки. В пазах, имеющих номер от 1 до q, лежат верхние стороны секции фазы А; в пазах от q + 1 до 2q — верхние стороны секции фазы С; в пазах под номерами от 2q + 1 до 3q — верхние стороны фазы В и т. д.

Пример. Дано: т = 3, 2р = 2, Z = 12.

На рис. 4.16, а представлена звезда пазовых э. д. с, построенная для проводников, помещенных в верхнем слое. Соответственно числу пазов Z обмотка состоит из двенадцати катушек, по четыре на фазу. Каждая зона содержит числи катушек q = 2. Фаза А состоит из зон а и х, расположенных диаметрально (рис. 4.16, a). В них входят катушки 1 и 2, а также 7 и 8. Согласно схеме (рис. 4.15, в) составлена таблица обмотки (рис. 4.16, б). Первая катушка расположена в верхнем слое паза 1 и в нижнем слое паза 6 (у = 5).

На рис. 4.16, б составлена таблица обмотки, по которой выполнена схема (рис. 4.16, в). Обмотку можно соединить в звезду (в этом случае концы фаз, т. е. точки С₄, С₅ и С₆, должны быть соединены вместе) или в треугольник (в этом случае соединяют попарно вместе следующие точки обмотки: C₁ и С₆, С₂ и С₄, С₃ и С₅.) На рис. 4.17

Рис. 4.16. Трехфазная обмотка двухполюсной машины: а — звезда пазовых э. д. с; б — таблица для схемы обмотки; в — схема обмотки

Машина имеет две пары полюсов. Поэтому пазовые э. д. с. составляют две звезды. Эти звезды совмещены (рис. 4.17, а), в результате

Рис. 4.17. Трехфазная обмотка четырехполюсной машины (а=1): а — звезда пасовых э. д. с; б — таблица для схемы обмотки; в — схема одной фазы обмотки

чего каждый вектор определяет э. д. с. двух пазов, расположенных на расстоянии 2τ. Таким образом, э. д. с. пазов 1 и 13 представлены одним вектором. Согласно звезде пазовых э. д. с. построена таблица трех фаз обмотки (рис. 4.17, б) и схема для фазы А (рис. 4.17, в).

Параллельные ветви обмотки. В двухслойной обмотке фаза имеет под каждым полюсом катушку, расположенную в q пазах. Фаза всей двухслойной обмотки содержит 2р катушек. Если все катушки соединены последовательно, то обмотка имеет одну параллельную ветвь (а = 1, рис. 4.18, а). Если все катушки соединены параллельно, то обмотка имеет 2р параллельных ветвей (а = 2р, рис. 4.18, б). Катушки могут быть также разбиты на группы таким образом, что внутри каждой группы катушки соединяются последовательно, а группы между собой — параллельно. На рис. 4.18, в представлен один из таких вариантов соединения, при котором обмотка имеет число параллельных ветвей а = 2.

Таким образом, обмотка не может иметь произвольного числа параллельных ветвей. Возможное число параллельных ветвей двухслойной обмотки с целым q определяется из выражения

Согласно равенству (4.11, а) шестиполюсная (2р = 6) двухслойная обмотка может иметь число параллельных ветвей а = 6; 3; 2 и 1.

В однослойной обмотке на каждую пару полюсов приходится одна группа катушек фазы (рис. 4.13, б). Поэтому в однослойной

Рис. 4.18. Различные способы соединения катушек фазы q=2, 2p=4: а — последовательное; б — параллельное; в — смешанное

обмотке возможное число параллельных ветвей в два раза меньше, чем в двухслойной. Для однослойной обмотки оно определяется из выражения

Рис. 4.19. Обмотка короткозамкнутого ротора

Согласно (4.11, б) шестиполюсная однослойная обмотка может иметь число параллельных ветвей а = 3 и 1.

Обмотка короткозамкнутых роторов. Обмотка, состоящая из расположенных в пазах ротора стержней, которые при выходе из пакета ротора в торцевых частях замыкаются накоротко соединительными кольцами, называется беличьей клеткой (рис. 4.19). В современных машинах обычно короткозамкнутая обмотка выполняется путем заливки алюминия в пазы ротора. При этом одновременно со стержнями отливаются и короткозамыкающие торцевые кольца вместе с вентиляторными лопатками (см. 8 на рис. 1.4). В некоторых случаях беличья клетка выполняется из заложенных в пазах ротора медных или латунных стержней, которые после выхода из пакета ротора в торцевой части привариваются к ко-роткозамыкающему кольцу. В короткозамкнутых роторах обычно пазы располагают не параллельно оси вала, а со скосом на одно зубцовое деление. Скос пазов уменьшает паразитные моменты и шум при работе машины.

1. При каких условиях э. д. с. активного проводника обмотки асинхронного двигателя имеет синусоидальную форму? Каким образом можно при

несинусоидальном распределении индукции вдоль воздушного зазора получить синусоидальное изменение э. д. с. обмотки? Можно ли уничтожить высшие гармоники э. д. с. путем применения распределенной обмотки? Каким образом можно устранить υ-ую гармонику э. д. с? Какими преимуществами обладают двухслойные обмотки?

2. В чем заключается отличие синусной обмотки от обыкновенной? Как выбирается число витков в пазах синусной обмотки?

Источник