Основное содержание работы

1. Принцип образования трехфазной обмотки

Трехфазная обмотка статора состоит из трех идентич­ных частей—фаз. Индуцируемые в фазах ЭДС должны быть равны, но сдвинуты во времени на электрический угол, равный 120°. Для этого обмотки располагают в па­зах статора со сдвигом в пространстве на такой, же угол.

На поперечном разрезе двухполюсной машины (рис. 27.1) показаны

Рисунок 27.1 - К пояснению принципа образования трехфазной обмотки

обмотки трех фаз , начала которых имеют сдвиг на 120°.

Для момента времени, изображенного на рисунок 27.1, максимальная ЭДС индуци­руется и катушках фазы .Максимальная ЭДС тако­го же направлении в фазе наступит через промежу­ток времени, соответствую­щий повороту ротора на 120°.

При повороте ротора еще на 120° максимальная ЭДС будет в фазе. Следова­тельно, при таком размеще­нии обмоток на статоре по­лучится необходимый угол сдвига между ЭДС фаз.

Из рисунок 27.1 следует, что при трехфазной обмотке двух­полюсной машины и равномерном распределении пазов по окружности статора последняя разбивается на шесть рав­ных зон из пазов в следующей последовательности:

В машинах с указанная разбивка будет повториться па каждой паре полюсных делений.

Далее будут рассматриваться схемы трехфазных обмо­ток.

2. Однослойные обмотки

Существует целый ряд схем однослойных обмоток ма­шин переменного тока. Все они одинаковы в электричес­ком и магнитном отношении и различаются только по фор­ме лобовых частей катушек.

Для изображения схем обмоток машин широко приме­няются схемы-развертки, которые получаются, если статор разрезать по образующей и развернуть в плоскость. На этой плоскости вертикальными линиями изображаются пазы. Начертив развертку статора и наметив пазы с про­водниками, разбивают их по фазам и устанавливают гра­ницы полюсных делений. На каждом полюсном делении располагаются пазов. Затем условно задаются направ­лением ЭДС в проводниках. ЭДС проводников, располо­женных под соседними полюсами, должны иметь противо­положные направления. Проводники, принадлежащие к одной фазе, соединяют в катушки, затем катушки соеди­няют между собой таким образом, чтобы их ЭДС склады­вались, а лобовые части и межкатушечные соединения бы­ли возможно короче.

Рассмотрим схемы некоторых видов однослойных об­моток.

Концентрические обмотки. Эти обмотки подразделяют­ся на двухплоскостные и трехплоскостные. Построим двухплоскостную обмотку по следующим дан­ным: и .

Число пазов на полюс и фазу.

Разобьем пазы по зонам с последовательностью, указан­ной в (рисунке 27.2). Первые пазов (1 и 2) будут относиться к началу фазы ,

Рисунок 27.2 - Схема –развертка концентрической двухслойной обмотки

()

следующие пазов (3 и 4)к концу фазы , затем следующие пазов

а)

б)

Рисунок 27.3 – Расположение лобовых частей трехфазных двухплоскостной (а) и трехплоскостной (б) обмоток

(5 и 6) к началу фазы и т. д. Предположим, что в данный момент времени первые пазов (с 1 по 6) располагаются под полюсом одной полярности, следующие пазов (с 7по 12) — под полюсом другой полярности и т. д.

Зададимся направлением ЭДС в проводниках. Так как пазы с 1 по 6располагаются под полюсом одной полярно­сти, то во всех проводниках, уложенных в эти пазы, ЭДС будут иметь одинаковое направление (на рисунке 27.2— вверх). Пазы с 7 по 12располагаются под полюсом другой полярности, и ЭДС проводников в этих пазах будут на­правлены в противоположную сторону (вниз). На следу­ющем полюсном делении ЭДС в проводниках опять будет направлена вверх, а на последнем (четвертом)—вниз.

Катушки образуются путем соединения между собой проводников, расположенных в пазах и имеющих марки­ровку начала и конца данной фазы. В этом случае ЭДС проводников катушки будут суммироваться. Предположим, что намотка идет по часовой стрелке: проводники паза 1 соединяют с проводниками паза 8,проводники паза 2— с проводниками паза 7 и т. д.

Для наглядности на рисунке 27.2 катушки фаз A и С изображены линиями различной толщины, а фазы В— штриховой линией.

У дпухплоскостной обмотки катушки каждой катушеч­ной группы охпатыпают одна другую, то есть являются кон­центрическими. Кроме того, при четном половина кату­шечных групп имеет длинные лобовые части, которые располагаются в одной плоскости, а другая половина — ко­роткие лобовые части, располагающиеся в другой плоско­сти. Поэтому такие обмотки называются двухплоскостны­ми (рисунок 27.3, а).

При нечетном числе пар полюсов каждая фаза содер­жит нечетное число катушечных групп. В этом случае од­ну из катушечных групп делают изогнутой: ее лобовые части с каждой стороны сердечника постепенно переходят из одной плоскости в другую.

Катушки каждой фазы соединяются между собой так, чтобы их ЭДС суммировались.

Для того чтобы получить сдвиг между ЭДС фаз на 120°, нужно соответствующим образом выполнить отводы от обмоток. Обмотки каждой фазы начинаются с провод­ника, расположенного в одном из пазов с индексом нача­ла данной фазы ( или ). Вывод от этого провод­ника будет соответственно иметь одно из обозначений С1, С2 или СЗ. На рисунке обмотка фазы А начинается с про­водника первого паза, фазы В - с проводника пятого па­за, фазы С- с девятого паза. Обычно между отводами от начал соседних фаз располагается пазов. Заканчивает­ся обмотка фазы проводником последней катушки, распо­ложенным в пазу и имеющим один из индексов или Отводы от этих проводников фаз будут иметь обозна­чения С4, С5, С6.

Для выводов обмоток якоря разрабатываемых машин ГОСТ 26772-85 устанавливает новые обозначения, соответ­ствующие СТ СЭВ 3170-81. Выводы обозначаются бук­вами латинского алфавита, причем начала и концы каждой фазы — дополнительно цифрами, сто­ящими после букв: начало — цифрой 1, конец — цифрой 2, например и промежуточные вы­воды-буквами с последующими цифрами 3, 4 и т. д.

Построение схем разверток других типов обмоток про­водится аналогично.

На рисунке 27.4 показана схема трехплоскостной концент­рической

Рисунок 27.4 – Схема- развертка концентрической трехплоскостной обмотки ()

обмотки. Лобовые части располагаются в трех плоскостях, для каждой фазы предназначена своя плос­кость (смотреть рисунок 27.3,6).

Шаблонные обмотки. В этих обмотках катушки имеют одинаковые ширину и форму. На рисунке 27.5 показана одна из разновидностей шаблонных обмоток — цеп па я об­мотка.

Однослойные обмотки технологичны, их укладку в па­зы легче механизировать, чем укладку двухслойных. По­этому в последние годы область применения однослойных обмоток расширилась.

3. Двухслойные обмотки

Двухслойные обмотки находят более широкое приме­нение из-за возможности выбора у них оптимального ша­га. У этих обмоток стороны катушки располагаются вверху и внизу соответствующих пазов, отстоящих друг от друга на расстоянии шага . На схеме-развертке верхняя кату­шечная сторона изображается сплошной линией, а ниж­няя — штриховой.

Построим схему-развертку двухслойной обмотки для машины с . Полюсное деление, выражен­ное в зубцовых делениях для этой машины, . Шаг обмотки примем укороченным: . Распределим верхние стороны катушек в па­зах на фазные зоны по пазов в каждой зоне (первая строка таблицы на рисунке 27.6). Затем с шагом соединя­ем их с соответствующими нижними сторонами. Проделав такие соединения, получим разбивку нижних катушечных сторон пазов по зонам (вторая строка таблицы).

Как видно из рисунка 27.6, распределение нижних сторон катушек по фазным зонам будем иметь сдвиг по отноше­нию к разбивке верхних слоев. Нетрудно убедиться, что при диаметральном шаге () распределение по зонам верхних и нижних слоев будет совпадать. Следовательно, сдвиг относительного положения катушечных сторон верх­него и нижнего слоев одной фазы является характерным для обмоток с укороченным шагом. В этом случае в час­ти пазов будут располагаться катушечные стороны, при­надлежащие разным фазам. В общем случае сдвиг ниж­него слоя относительно верхнего составляет па­зов, где - укорочение обмотки.

В некоторых видах однослойных обмоток отдельные катушки имеют шаги или (смотреть рисунок 27.2—27.4). Однако проводники всех соседних пазов одной фазной зо­ны принадлежат только этой фазе, и поэтому в электри­ческом отношении (смотреть далее) все однослойные обмотки считаются диаметральными.

Катушечные группы между собой должны соединяться таким образом, чтобы их ЭДС складывались. В двухслойной обмотке количество катушечных групп в 2 раза боль­ше, чем у однослойной. Для топ же машины, что и в пре­дыдущем примере, на рисунок 27.7 показана схема

Рисунок 27.7 – Одна фаза двухслойной волновой обмотки

развертка одной фазы двухслойной волновой обмотки с диаметральным шагом (). Волновая обмотка получается по­следовательным соединением проводников одной фазы, лежащих под всеми полюсами. Обмотка начата с верхнего проводника (стержня) паза 2. Его соединяют с нижним проводником, расположенным в пазу с номером 2+6 = 8, затем переходят к верхнему проводнику 8+6 = 14 паза и т. д. После шагов завершится первый обход окружности статора. Для того чтобы после обхода статора об­мотка не замкнулась сама на себя, последний шаг выпол­няют укороченным или удлиненным по сравнению с остальными шагами. Обычно этот шаг выбирают укоро­ченным (), так как это дает некоторую экономию об­моточного провода. В нашем случае после первого обхода обмотка должна подойти к проводнику, расположенному вверху паза 1. От него начинается второй обход, который закончится выходом от нижнего проводника паза 19 (ко­нец ). В общем случае число обходов в одном направ­лении будет равно .

Второй цикл обходов совершается в противоположном направлении, начиная с нижнего проводника паза 1 (ко­нец ). Заканчивается второй цикл обходов выводом С4. Выводы и соединяются перемычкой. Аналогично проводится соединение двух других фаз. В двухслойной волновой обмотке шаг можно выбирать укороченным, но это не приводит к уменьшению провода на лобовые соединения, так как при этом соединения с од­ной стороны машины укорачиваются, но зато с другой удлиняются.