Обмотки машин пререм енного тока

Цель работы: изучение обмоток машин переменного тока

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно изучить основное содержание работы.

2. Подготовить краткое описание назначения, способа выполнения классификации обмоток машин переменного тока.

3.Ответитьна контрольные вопросы.

Основное содержание работы:

1. Предварительные замечания

Машины переменного тока подразделяются на два ос­новных вида: асинхронные и синхронные. Кон­структивно как те, так и другие машины имеют неподвиж­ную часть, называемую статором, вращающуюся часть, называемую ротором. Обычно ротор располагается внутри статора.

Асинхронные и синхронные машины различаются по принципу действия, по устройству их роторов, но статоры этих машин в подавляющем большинстве случаев имеют одинаковую конструкцию.

Сердечник статора 1 (рисунок 31.1) машин переменного то­ка представляет собой полый цилиндр, который для сни­жения потерь на вихревые токи 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 цилиндричес­кой поверхности статора имеются пазы, в которых разме­щается обмотка 2. Сердечник 1 с обмоткой 2 закреплен в корпусе 3.

Вопросы устройства обмоток статора, наведения ЭДС и них в образования магнитных полей при прохождении по обмоткам тока являются общими как для асинхронных, так и для синхронных машин, поэтому их целесообразно рассмотреть в этой части.

2. Способы выполнения обмоток

Пазы, в которых располагаются проводники обмоток статора, имеют трапецеидальную или грушевид­ную форму у машин мощностью до 100 кВт и прямо­угольную форму у машин большей мощности (рисунок 31.2, а). Трапецеидальные и грушевидные пазы со

а)

б)

Рисунок 31.2 – Пазы статоров (а) и последовательность укладки полусекций в паз (б)

стороны, обращенной к зазору, полузакрыты, что позволя­ет снизить МДС возбуждения. Кроме того, при таких пазах увеличивается ширина зубца в самом уз­ком его сечении, вследствие чего снижаются максимальные значения индукции и напряженности магнитного поля. Это уменьшает магнитное напряжение зубца, что также способе шуст снижению МДС возбуждения.

В машинах мощностью до 100 кВт применяют всыпные обмотки из круглого изолированного провода. Для изоляции обмотки от корпуса в пазы закладывают выгну­тые по форме паза короба, состоящие из одного или не­скольких слоев изоляционного материала. Проводники поочередно опускают (всыпают) в паз через шлиц, обра­зованный между соседними зубцами. После укладки об­мотки в пазы сердечника статора ее пропитывают в специ­альных лаках. В процессе пропитки воздушные включения в обмотке и изоляции заполняют лаком, а обмотка приобретает монолитность, улучшаются ее теплопроводность, вла­гостойкость, электрическая и механическая прочность.

В машинах мощностью более 100 кВт и напряжением выше 660 В для повышения электрической и механической прочности изоляции обмот­ку выполняют из жестких секций (катушек), которые укладывают в прямоуголь­ные пазы. Секции наматы­вают на шаблонах из прямоугольного обмоточного провода, им придают окон­чательную форму со всеми характерными изгибами, за­тем изолируют, пропитыва­ют, сушат и в готовом виде укладывают в пазы.

В машинах мощностью более 100 кВт и напряжением менее 660 В секции по ширине паза подразделяют на две равные части. Последовательность их укладки в паз пока­зана на рисунке 31.2,б. Обмотку также наматывают на шаб­лоне из прямоугольного изолированного обмоточного про­вода, но пазовую изоляцию ее выполняют такой, как у всыпной обмотки.

Для уменьшения ширины шлицы паза секции делят на две половины. Пазы на рисунке 31.2,б называются полуот­крытыми.

3. Классификация обмоток

Обмотки состоят из секций. Секция может быть одно витковой (состоять из одного витка) и многовитковой (иметь несколько витков) (рисунок 31.3). Части сек­ции, укладываемые в пазы, называются

Рисунк 31.3 – Одновитковая и трехвитковая секции обмотки статора

пазовыми или активными, а располагаемые вне паза — лобов ыми. Ширима секции определяется шагом обмотки .

Для того чтобы ЭДС проводников двух активных сто­рон секции суммировались, эти активные стороны должны располагаться под полюсами разной полярности. Поэтому шаг должен быть примерно равен полюсному делению. Шаг и полюсное деление задаются в зубцовых деле­ниях. Зубцовое (пазовое) деление - это длина дуги по внутренней окружности статора между серединами сосед­них зубцов или пазов. Шаг равен числу этих делений, расположенных между началом и концом секции. Если , то это означает, что начало секции лежит, например, в пазу 1, а ее конец - в пазу 6 (1+5). Шаг всегда ра­вен целому числу.

Полюсное деление равно числу зубцовых (пазовых) делений, расположенных между серединами соседних полюсов. Полюсное деление может иметь как целое, так и дробное значение.

Если шаг равен полюсному делению: (где — общее число зубцов на статоре), то обмотка на­зывается обмоткой с диаметральным шагом, а если - то с укороченным шагом. Наибольшее рас­пространение имеют обмотки с укороченным шагом, так как в такой обмотке за счет выбора соответствующего ша­га можно получить форму кривых индуцируемой ЭДС и поля, близкие к синусоидальным (см. гл. 13). Обычно .

По расположению секционных сторон в пазу обмотки делятся на однослойные и двухслойные. Если в пазу размещается только одна секционная сторона (рисунок 31.4), то обмотка будет однослойной,

Рисунок 31.4 – Расположение в пазах секции однослойной обмотки

а если две (рисунок 31.5), —двухслойной.

Рисунок 31.5 - Расположение в пазах секции двухслойной обмотки

Наибольшее применение находят двухслойные обмот­ки. Преимущество двухслойных обмоток состоит в том, что у них можно выполнить укороченный шаг и за счет этого улучшить форму кривых ЭДС и МДС. Кроме того, при укороченном шаге уменьшается расход обмоточного провода.

Однослойные обмотки имеют диаметральный шаг, что является их основным недостатком. Эти обмотки приме­няют в машинах мощностью до 16 кВт потому, что у та­ких машин пазы имеют небольшую площадь и изоляци­онная прокладка между слоями, необходимая при двух­слойной обмотке (рисунок 31.2, а), занимает относительно большое место. При однослойной обмотке необходимость в такой прокладке отпадает, вследствие чего повышается заполнение паза обмоточным проводом. Другим преиму­ществом однослойной обмотки является более легкая ме­ханизация укладки ее в пазы.

Обмотки машин переменного тока состоят из несколь­ких самостоятельных частей, каждая из которых пред­ставляет разомкнутую систему последовательно соединен­ных проводников. Каждая часть называется обмоткой фа­зы. Различают однофазные, двухфазные и трехфазные обмотки. Наибольшее распространение получили трехфаз­ные обмотки. Обмотка каждой фазы выполняется распре­деленной, то есть она на каждом полюсном делении размеща­ется в нескольких рядом лежащих пазах. Число пазов на полюс и фазу обмотки

где и число пар полюсов и число фаз.

Чаще всего выбирается равным целому числу (). В крупных многополюсных машинах бывает дробным.

Соседние катушек (секций) одной фазы соединяют­ся между собой последовательно, образуя катушечную группу. Катушечные группы каждой фазы могут соеди­няться последовательно или путем сочетания последова­тельного соединения с параллельным образовывать не­сколько параллельных ветвей обмотки.

Распределение обмотки по пазам способствует получе­нию близких к синусоиде кривых ЭДС и МДС обмотки (см. гл. 1.4).

По конфигурации катушек и последовательности сое­динении их друг с другом обмотки подразделяются на петлевые и волновые, на рисунке 31.6 показаны катушки петлевой и волновой обмоток.

а)

б)

Рисунок 31.6 – Секции петлевой (а) и волновой (б) обмоток

Наибольшее распро­странение в машинах переменного тока получили петлевые обмотки. Волновые обмотки применяются в очень круп­ных машинах (гидрогенераторах) при числе витков в ка­тушке , где они дают существенные выгоды по срав­нению с петлевыми за счет уменьшения длины соединений между катушечными группами. Волновые обмотки нахо­дят также применение для роторов асинхронных двигате­лей.

При одновитковых катушках волновая двухслойная об­мотка имеет в каждом пазу только два проводника или стержня большого сечения. Катушки таких обмоток часто выполняют из двух одинаковых частей — стержней 1, 2 (рисунок 31.7). Каждый стержень имеет пазовую часть и

Рисунок – 31.7 Стержневая обмотка

две половины лобовых. После укладки в пазы они соединяют­ся между собой в лобовых частях хомутиком 3, образуя виток обмотки. Обмотки, выполненные таким образом, на­зываются стержневыми.

Если стержни выполнить из массивного проводника, то вследствие проявления поверхностного эффекта ток по его сечению будет распределяться неравномерно, что приве­дет к увеличению электрических потерь н обмотке. В це­лях снижения потерь для обмотки статора, где протекают токи с частотой 50 Гц или выше, стержни выполняются из нескольких изолированных прямоугольных проводников небольшого сечения, которые на протяжении пазовой час­ти переплетаются между собой так, чтобы каждый из них попеременно занимал все возможные положения по высо­те стержня. Такое переплетение (рисунок 31.8)

Рисунок 31.8 - Транспонированная секция.

называется транспозицией

При транспозиции индуктивные и ак­тивные сопротивления всех проводников будут одинаковы­ми и ток нагрузки между ними распределится равномер­но, вследствие чего потери в обмотке уменьшатся.

Для обмотки ротора, где протекают токи небольшой частоты, стержни часто выполняются из одного проводни­ка. Иногда из стержней выполняются и петлевые обмотки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какую форму могут иметь пазы статора в машине переменного тока?

2. Назовите классификацию обмоток.