Содержание
Предыдущий § Следующий

3-1. ЧИСЛО ПАР ПОЛЮСОВ. ШАГ ВИТКА

Для двигателей переменного тока (асинхронных и синхронных) число пар полюсов определяет скорость вращения, т. е. число оборотов в минуту. Оно определяется из следующей зависимости:

У асинхронных двигателей приведенное выше выражение определяет «синхронную» скорость вращения, которую двигатель развивает без нагрузки.

При нагрузке скорость вращения незначительно замедляется, появляется так называемое «скольжение».

Скольжение представляет собой разность между синхронным и действительным числом оборотов ротора в минуту, разделенную на синхронное число оборотов в минуту:

Величина скольжения при номинальной нагрузке для обычных асинхронных двигателей колеблется в пределах 2—3%, для асинхронных двигателей с повышенным скольжением она может достигать 10% и более при номинальной нагрузке.

Для того, чтобы синхронный генератор мог работать, число пар полюсов индуктора и рабочей обмотки¹ должно быть одинаковым; то же относится к асинхронному двигателю с фазным ротором, у которого обмотки статора и ротора должны иметь одинаковое число пар полюсов.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя может работать при различном числе полюсов статорной обмотки.

Для того чтобы в обмотке образовалось требуемое число пар полюсов р, необходимо соединить проводники в витки-катушки (секции) и катушки между собой так, чтобы были выдержаны определенные расстояния — «шаги» между сторонами (проводниками) витка-катушки и между самими катушками или их группами.

Шаг витка должен быть равен полюсному делению (диаметральный шаг) или несколько меньше его (укороченный шаг).

Полюсное деление х выражается числом пазов (или зубцов), приходящихся на полюс:

Шаг витка У также выражается числом пазов, лежащих между проводниками, образующими стороны витка.

Шаг витка должен быть близок к полюсному делению.

Если, например, нужно обмотать статор (ротор), имеющий 48 пазов, так, чтобы получить четырехполюс-ную обмотку, то полюсное деление будет равно:

т = -|-= 12 пазам.

Шаг катушек, следовательно, может быть взят равным 12 пазам или несколько меньше, например 10 пазам.

¹ Рабочей (якорной) обмоткой генератора может быть как статорная, так и роторная. В последнем случае вырабатываемый ток подается через контактные кольца и щегки.

В первом случае стороны катушки расположатся в пазах 1 и 1 + 12=13, во втором случае — в пазах 1 и 1 + 10=11.

В первом случае будем иметь обмотку с диаметральным шагом катушек, во втором случае — обмотку с укороченным шагом, равным 10/12, или 83% диаметрального.

Укорочение составит, следовательно, 17% диаметрального шага.

Укорочение шага приводит к некоторому уменьшению э. д. с. (электродвижущей силы) витка, так как уменьшается его площадь, а следовательно, и охватываемый им магнитный поток, однако оно является весьма полезным, так как уменьшает длину лобовых соединений и в результате расход меди и потери в обмотке и, кроме того, улучшает форму кривой э. д. с.

Наиболее благоприятной формой кривой э. д. с. (т. е. кривой, которая изображает зависимость величины э. д. с. от времени) является синусоида. В этом случае электрические машины имеют минимальные потери и наилучшие характеристики. Форма кривой э. д. с. зависит от формы кривой магнитного потока, который эту э. д. с. индуцирует. Придать точно синусоидальную форму кривой магнитного потока весьма затруднительно, поэтому желательно, чтобы обмотка даже при несинусоидальном магнитном потоке давала бы синусоидальную э. д. с.

Несинусоидальный магнитный поток можно представить себе состоящим из основного изменяющегося точно по синусоиде (он называется потоком первой гармоники) и имеющего заданное для машины число пар полюсоь и наложенных на него также синусоидальных потоков (т. н. высших гармонических) с числом пар полюсов в 2, 3, 4, 5, . . ., п раз больше основного. Соответственно полюсное деление потоков высших гармонических в 2, 3, 4, 5, . . ., п раз меньше основного. В машинах, у которых северные и южные полюсы одинаковы, имеют место только иечетные 3, 5, 7, 9 и т. д. гармонические. Если укорочение шага составляет, напри-мер, 75=20% полюсного деления, то для 5-й гармонической это означает укорочение на 100%, т. е. целиком на однб полюсное деление 5-й гармонической. При этом виток будет охватывать две положительные и две отри-

цательные полуволны 5-й гармоники и, следовательно, общий поток 5-й гармонической, охватываемой витком, и э. д. с. 5-й гармоники будут равны нулю.

Аналогичное положение создается для 3-й гармоники, если укоротить шаг на '/з полюсного деления. Поэтому при относительно небольшом уменьшении основной э. д. с. можно в сильной степени уменьшить э. д. с. от высших гармоник и получить, следовательно, близкую к синусоидальной э. д. с. витка.

При слишком большом укорочении шага начинает превалировать уже уменьшение основной э. д. с, что недопустимо. Поэтому укорочение шага обычно не превышает Уз полюсного деления, т. е. шаг не берется менее 0,66 полюсного деления.

Исключения составляют специальные обмотки, например обмотки для переключения на два числа полюсов.

В связи с тем что обмотки размещаются в пазах и проводимость воздушного зазора между зубцами и между пазами статора и ротора для магнитного потока получается различной (в особенности при открытых пазах), в кривой магнитного потока появляются так называемые зубцовые гармоники, отражающие пульсацию потока из-за изменения проводимости воздушного зазора. Очевидно, что исключить эти гармонические за счет укорочения шага нельзя, так как двойное полюсное деление зубцовой гармоники равно зубцовому делению и укорочение шага, равное полюсному делению этой гармоники означает необходимость положить виток, не в паз, а на зубец.

Радикальным способом борьбы с зубцовыми гармониками является скос пазов. Зубцовые гармоники могут быть уменьшены также за счет применения обмоток с дробным числом пазов на полюс и на фазу.

При выполнении обмоток стремятся обычно распределить витки на возможно большее число пазов, которые при этом получаются меньше.

Такое распределение обмотки позволяет получить меньший поток рассеяния, т. е. вредный для работы машины магнитный поток, который не проходит из ста-гора в ротор, а замыкается вокруг паза. Кроме того, сами зубцы и пазы становятся мельче, что уменьшает

зубцовые гармоники (пульсации). Улучшается и отдача тепла от обмотки к активной стали. С другой стороны, поскольку каждую катушку в пазу приходится изолировать, большое число пазов влечет за собой потерю места в пазах на изоляцию и соответственное уменьшение мощности, особенно в машинах с высоким напряжением. Эти соображения определяют выбор числа пазов. Свойства обмотки и ее схема в значительной степени зависят от числа пазов на полюс и фазу — q.

Содержание
Предыдущий § Следующий