Содержание
Предыдущий § Следующий

4.5. Схемы трехфазных распределенных обмоток

4.5.1. Однослойные обмотки

Фаза однослойной обмотки образуется из нескольких (по числу пар полюсов) катушечных групп, состоящих либо из концен-

трических, охватывающих одна другую и разных по размерам катушек, либо из катушек, имеющих одинаковые размеры. Обмотку первого вида называют концентрической однослойной, второго - равнокатушечной однослойной.

Более широко распространены концентрические однослойные обмотки (рис. 4.7), которые выполняются в асинхронных машинах мощностью до 15—16 кВт. Для уменьшения длины вылета лобовых частей обмотки с четным q часто выполняют вразвалку, когда лобовые части половины катушек одной катушечной группы отгибают в одну сторону, а другой половины — в противоположную (рис. 4.8). Широкое распространение концентрических однослойных обмоток объясняется возможностью механизировать

процесс их укладки в пазы как на станках для непосредственной намотки, так и на станках, работающих по принципу втягивания предварительно намотанных заготовок одной или нескольких катушечных групп.

Помимо однослойных концентрических обмоток находят применение также шаблонные однослойные обмотки, состоящие из одинаковых по размерам катушечных групп (рис. 4.9, а). При q = 2 у шаблонной обмотки, выполненной вразвалку, одинаковы размеры и форма всех катушек (рис. 4.9,6). Такую обмотку называют цепной или равнокатушечной.

Однослойные обмотки могут быть соединены в несколько параллельных ветвей, возможное число которых определяется из условия а = р/к, где к — целое число. Макси-

Рис. 4.7. Схема однослойной концентрической обмотки, z = 24, 2р = 4, q = 2

Рис. 4.8. Схема однослойной концентрической обмотки, выполненной вразвалку, г = 48, 2р = 4, q = A

Рис. 4.9. Схемы однослойных обмоток, z = 24, 2р = 4, q = 2: а — шаблонной; б — цепной

Рис. 4.10. Схема двухслойной обмотки, z = = 24, 2^ = 4, 9 = 2

мально возможное число параллельных ветвей одной фазы а_тзх=р.

4.5.2. Двухслойные петлевые обмотки

Двухслойные петлевые обмотки (рис. 4.10) применяют практически во всех маши-

нах средней и большинстве машин большой мощности. Основными достоинствами двухслойных петлевых обмоток являются возможность выполнения катушек с укорочением шага (при этом к_у < 1) и равномерность распределения их лобовых частей. К недостаткам относятся наличие изоляционной прокладки между слоями обмотки в пазу и не-

Таблица t.8. Варианты соединения о5мотки с различным

числом полюсов в несколько параллельных ветвей.

обходимость подъема шага при укладке, что не дает возможности механизировать процесс укладки двухслойных обмоток в пазы машины.

Число возможных параллельных ветвей двухслойных обмоток определяется из усло-

вия а = 2р/к, где к — целое число. Наибольшее возможное число параллельных ветвей ^атах = 2р. Различные способы соединения обмоток в несколько параллельных ветвей показаны на упрощенных схемах (табл. 4.8), в которых каждая катушечная группа изоб-

ражена одним символом — прямоугольником, над диагональю которого цифрой указан порядковый номер группы от начала обмотки, а под диагональю — число катушек в данной катушечной группе. Такое изображение схемы возможно, так как все катушки в группах соединяются между собой только последовательно. Стрелки над каждым прямоугольником, обозначающим катушечные группы, условно показывают полярность данной группы. Для обмоток с 2р = 6 и 8 в таблице приведены не все возможные варианты соединений. Они, так же как и соединения для обмоток с любыми другими числами 2р и q, могут быть получены при соблюдении следующих условий: число катушечных групп в каждой параллельной ветви обмотки должно быть одинаковым, а полярности групп должны последовательно чередоваться.

Петлевые обмотки статоров крупных машин, например турбогенераторов, образуются не из цельных катушек, а из отдельных стержней. Однако все соединения схем таких обмоток не отличаются от рассмотренных схем двухслойных петлевых катушечных обмоток.

4.5.3. Обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу

Обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу (рис. 4.11) характеризуются дробностью числа q = b + c/d = N/d. Обмотки состоят из катушечных групп с различным числом катушек: малые группы содержат b катушек, большие — Ъ + 1 катушку каждая. Большие и малые катушечные груп-

пы располагаются в пазах магнитопровода в определенной периодической последовательности, причем каждая фаза обмотки содержит целое число периодов чередования. Общее число катушечных групп в периоде d, из них с больших и d—c малых. Общее число катушек в периоде N.

В технической документации последовательность расположения больших и малых катушечных групп обмотки обозначается рядом цифр, каждая из которых указывает число катушек в данной катушечной группе. Для схемы, изображенной на рис. 4.11, такой последовательностью будет |3222|3222|... Методы определения последовательности чередования катушечных групп, при которой достигается максимально возможная симметрия МДС фаз обмотки, приводятся в [9, 10, 18].

Параллельные ветви в обмотках с дробным q могут быть образованы при условии, что каждая из них будет содержать целое число периодов чередования. Допустимые числа параллельных ветвей определяются из условия а = 2p/(dk), где к — целое число. Наибольшее возможное число параллельных ветвей обмотки а_тах = 2p/d.

Двухслойные обмотки с дробным q используются в крупных многополюсных машинах и в ряде машин средней мощности при выполнении нескольких типоразмеров машин на одном и том же штампе статора, а также в фазных роторах асинхронных двигателей при целом числе пазов на полюс и фазу статора и при q₂ = q_t ± 0,5.

Однослойные обмотки могут быть также выполнены с дробным числом q, однако такие схемы обмоток встречаются редко.

Рис. 4.11. Схема двухслойной обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу, z = 54, 2р = 8, q = 14_t

4.5.4. Стержневые волновые обмотки машин переменного тока

В современных машинах переменного тока волновыми выполняют только двухслойные стержневые обмотки статоров машин большой мощности, например крупных вертикальных гидрогенераторов, и стержневые обмотки фазных роторов асинхронных двигателей мощностью более 50 — 60 кВт. Эти виды обмоток различаются как по конструкции, так и по схемам соединений.

В статорах мощных многополюсных гидрогенераторов для достижения нужного коэффициента к_р применяют стержневую волновую обмотку с дробным q со знаменателем дробности d = 5; 7 и более. Обмотка

обычно соединяется в несколько параллельных ветвей и имеет сложное чередование катушечных групп в периоде.

Стержневые волновые обмотки фазных роторов (рис. 4.12) асинхронных двигателей выполняются с диаметральным шагом и в большинстве машин — с укороченными переходными шагами (см., например, шаги 10—16; 19 — 24 и т. д. на схеме рис. 4.12). Находят применение также и другие разновидности стержневых волновых обмоток роторов, например обмотки с удлиненными переходными шагами, обмотки с переходными стержнями, выполняющими роль перемычек в схеме, обмотки с дробными числами пазов на полюс и фазу (рис. 4.13, 4.14). Для облегчения составления и проверки схем

Рис. 4.12. Схема стержневой волновой обмотки фазного ротора асинхронной машины

с укороченными переходными шагами, z = 24, 2р = 4, q = 2:

/, //, /// — начала перемычек; IV, V, VI — концы перемычек

Рис. 4.13. Схема соединения одной фазы стержневой волновой обмотки ротора асинхронной машины с переходными стержнями, г = 36, 2р = 4, q = 3

Рис. 4.14. Схема соединения одной фазы стержневой волновой обмотки ротора асинхронной машины при дробном числе пазов на полюс и фазу, z = 30, 2р = 4, q = 2'/₂:

у — шаг обмотки со стороны выводов; у' — шаг обмотки со стороны, противоположной выводам

Рис. 4.15. Схема одно-двухслойной трехфазной обмотки, z = 48, 2р = 4, q = 4

стержневых волновых обмоток фазных роторов разработаны таблицы с указанием номеров пазов, в которых располагаются начальные и конечные стержни фаз и стержни, соединенные перемычками.

4.5.5. Обмотки для механизированной укладки

Современные обмоточные станки позволяют укладывать только обмотки статоров, не требующие поднятия шага на заключительной стадии укладки. Такими обмотками являются однослойные концентрические (см. п. 4.5.1), одно-двухслойные (рис. 4.15) и двухслойные концентрические (рис. 4.16).

Катушечная группа одно-двухслойной обмотки содержит катушки с различным числом витков: одинарным — малые катушки и двойным — большие катушки. Общее число катушек в каждой катушечной группе составляет q — N5^, где N^_K - число больших катушек в группе. В трехфазных машинах нашли применение одно-двухслойные обмотки только с одной большой катушкой

в группе. В двухфазных машинах используются одно-двухслойные обмотки с большим числом q (см. § 4.6).

Двухслойная концентрическая обмотка (рис. 4.16) строится на базе обычной двухслойной путем изменения последовательности соединений в лобовых частях. Она может быть выполнена вразвалку по типу однослойных концентрических обмоток.

4.5.6. Обмотки многоскоростных асинхронных двигателей

Наиболее экономичным ступенчатым способом изменения частоты вращения асинхронных двигателей является переключение двигателя на работу с другим числом полюсов. Возможность изменения числа полюсов двигателя может быть достигнута установкой в пазы статора двух независимых обмоток с разным числом полюсов (двухоб-моточные многоскоростные двигатели), например 4А132М6/4УЗ, 4АМ6/4УЗ, либо переключением схемы соединения катушечных групп одной обмотки (однообмоточные

Рис. 4.16. Схема двухслойной концентрической обмотки, z = 24, 2р — 4, q = 2

Рис. 4 17. Схема двухслойной двухскоростной обмотки статора, z = 36, 2р = 4/2, соединение

Д/УУ

двухскоростные двигатели, рис. 4.17). Последний метод широко применяется, в частности, для изменения числа полюсов двигателей в отношении 1:2 (двигатели 4A100S8/4Y3, 4А180М12/6УЗ, 4А200Ь4/2УЗ и др.).

В последние годы разработаны схемы обмоток, дающие возможность путем переключения катушечных групп изменять числа полюсов и в отношении, отличном от 1:2, с сохранением достаточно высокого обмоточного коэффициента для обеих частот вра-

Рис. 4.18. Принципиальная схема соединений

двухскоростного асинхронного двигателя по

методу ПАМ:

1 — 9 — катушечные группы обмотки; НС1 — НСЗ — выводы обмотки для включения на низшую частоту вращения; ВС1 - ВСЗ - выводы обмотки для включения на высшую частоту вращения

щения и числа выводных концов обмотки (не более шести). Особенность этих схем заключается в специфической компоновке катушечных групп из разновитковых катушек, при которой изменение точек подсоединения обмотки к питающей сети приводит не только к изменению полярности отдельных катушечных групп, но и к переключению групп между фазами или даже к отключению отдельных катушек. При переключениях изменяется и амплитуда МДС обмотки при разных числах полюсов, поэтому такой метод построения схем называют полюсно-ам-плитудной модуляцией (ПАМ). Принцип переключений, характерный для этого метода, иллюстрируется принципиальной схемой (рис. 4.18). Такие полюснопереключаемые обмотки находят применение, например, в двухскоростных асинхронных двигателях серии 4А h = 180 4-250 мм при соотношении чисел полюсов 8 :6.

Полюснопереключаемые обмотки асинхронных двигателей серии 4А с h = = 160 -г- 200 мм при соотношении чисел полюсов 6: 4 построены по схеме Харитонова. Двигатели имеют две обмотки: основную двухслойную и дополнительную однослойную (рис. 4.19). Основная обмотка — полюс-нопереключаемая. При соединении на 2р = 4 включается только основная обмотка, соединенная треугольником при а = 1. При работе двигателя на 2р = 6 основная обмотка соединяется в звезду с двумя параллельными вет-

вями и последовательно с ней включается дополнительная обмотка (рис. 4.19, в).

Для трехскоростных и четырехскорост-ных асинхронных двигателей используют оба принципа изменения числа полюсов: устанавливают две независимые обмотки, каждая из которых (в четырехскоростных) или одна из них (в трехскоростных двигателях) выполняется полюснопереключаемой. В обмотках в большинстве случаев используют более простые схемы переключения числа полюсов в отношении 1:2. Так, двигатели 4А112М6/4/2УЗ имеют две независимые обмотки статора, одна из которых рассчитана на шесть полюсов, а вторая полюсно-переключаемая — на два и четыре полюса. В двигателях 4А180М12/8/6/4УЗ обе обмотки выполнены полюснопереключаемыми, одна—на 12 и 6 полюсов, а вторая — на 8 и 4 полюса.

В четырехскоростных двигателях серии 4А с высотами оси вращения 100 мм при соотношении чисел полюсов 8:6:4:2 обмотка на соотношение числа полюсов 8:6 построена по методу ПАМ. Схемы каждой из обмоток таких машин не имеют принципиальных отличий от рассмотренных выше.

Содержание
Предыдущий § Следующий