Обмотки машин переменного тока

§ 90. ОБМОТКИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Обмотка машины является очень существенной частью, так как в ней создается 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 по-1еречного сечения, стержневые и специальные —из шин прямоугольного поперечного сечения. Специальные обмотки применяют для коротко замкнутых 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. На рис. 109, а

изображены две катушки одной фа­зы однослойной обмотки. Катушки состоят из активных проводников, отстоящих один от другого на рас­стоянии шага обмотки у, примерно равного полюсному делению, т. е. расстоянию между центрами разно­именных полюсов. Лобовые соеди­нения между проводами 1 и 1+у, 2 и 2+у и т. д. находятся в одной пло­скости, и, следовательно, при намот­ке эти лобовые соединения необхо­димо выгибать в различных направ­лениях.

В однослойной обмотке лобовые соединения могут находиться в раз­личных плоскостях, если изменен порядок соединения активных про­водников, как это показано на рис. 109, б. Однако при такой обмот­ке катушки имеют различную вели­чину, а, следовательно, требуется несколько шаблонов для изготовле­ния такой обмотки.

В   двухслойных   обмотках   (рис.109, в) активный проводник, расположенный в верхнем слое паза, соединяется с проводником, расположенным в нижнем слое паза, который отстоит от начального на расстоянии у. При такой обмот­ке лобовые соединения не пересекаются и находятся в различных плоскостях, что дает возможность выполнить шаблонную обмотку при одинаковых размерах и форме катушек.

Обмотки могут быть однофазными и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные обмотки. Мощность трех­фазной машины в 1,5 раза больше мощности однофазной при оди­наковых габаритах и потери энергии. На рис. 110 изображена про­стейшая трехфазная обмотка и ее развернутая схема. Эта обмотка состоит из трех одинаковых катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на 120°. 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 распределенные обмотки, в которых витки, принадлежащие одной фазе, равномерно расположены между несколькими парами пазов. При такой обмотке форма кривой магнитной индукции в пространстве ближе к синусоиде.

Однако в распределенных 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 равна геометрической сумме э. д. с. составляющих, эту фазу катушек, которая окажется меньше арифметической сума мы этих э. д. с.

Для улучшения формы кривой э.д.с. обмотки машин переменного тока выполняют 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

где Ко — обмоточный коэффициент (меньше единицы), учитываю­щий уменьшение э. д. с. машины за счет распределения обмотки и укорочения шага ее,

      w — число витков одной фазы обмотки, равное произведению числа витков одной катушки на число последовательно соединенных катушек.