Глава 3 Конструкция и схемы обмоток электрических машин (967518), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Рис. 3.15. К понятию скоса пазов

Скос пазов оценивают в линейных b_ск или в относительных β_ск , размерах, показывающих, на сколько миллиметров или на какую часть зубцового деления по дуге окружности зазора изменено на­правление оси паза по сравнению с ее положением при нескошенных пазах (рис. 3.15).

Центральный угол, который определяется дугой, равной b_ск называется углом скоса и оценивается в электрических радианах:

γ_скv = b_ск v π / τ = v β_ск 2p/ Z, (3.16)

где b_ск измеряется в миллиметрах, а β_ск = b_ск/ t z — в относительных единицах по сравнению с зубцовым делением.

Скос пазов уменьшает ЭДС, наводимую в витках обмотки. Это влияние учитывается коэффициентом скоса:

k_скv= (3.17)

Обычно скос пазов выполняют в пределах одного пазового деления ротора. В этом случае k_cк для основной гармоники близок к единице, но он уменьшается при увеличении порядка гармонических. Поэтому машины небольшой мощности с малым числом q, в кото­рых влияние высших гармоник особенно заметно, в большинстве случаев выполняют со скошенными пазами.

Следует отметить, что скос пазов приводит к снижению уровня шума при работе машины, поэтому двигатели в малошумном испол­нении, как правило, выполняют со скошенными пазами [6].

3.7. СХЕМЫ ОДНОСЛОЙНЫХ ОБМОТОК

Для того чтобы лучше понять принцип соединений в однослой­ных обмотках, сделаем некоторые построения для одной из простей­ших трехфазных обмоток с числом пазов Z = 24, числом полюсов 2р = 4, числом параллельных ветвей а = 1.

На рис. 3.16 показаны 24 линии пазов, разделенные на 4 группы, соответствующие полюсным делениям (τ = Z/2p = 24/4 = 6 пазовых делений). На каждом полюсном делении отметим пазы, в которых должны лежать стороны катушек, принадлежащие разным фазам. На этом и всех последующих рисунках, изображающих схемы обмо­ток машин переменного тока, стороны катушек, принадлежащих разным фазам, изображены различными линиями: первой фазы — толстой, второй фазы — двойной, третьей фазы — тонкой. Так как обмотка симметрична, то на каждом полюсном делении размещают одинаковое число сторон катушек разных фаз, равное числу пазов на полюс и фазу:

q = Z/ (2pm) = 24/(4 • 3) = 2. (3.18)

Мгновенные направления токов, показанные стрелками на рис.3.16 в пределах одного полюсного деления (пазы 1—6), будут одина­ковыми. В пазах соседних полюсных делений направление токов ме­няется на противоположное.

Рисунок 3.16 является как бы схемой активной (пазовой) части рассматриваемой обмотки. Лобовые соединения катушек должны быть выполнены так, чтобы направление токов в пазовых частях со­ответствовало показанному на рисунке. Их можно выполнить в не­скольких вариантах, получив при этом тот или иной тип однослойной обмотки.

Рассмотрим схемы наиболее распространенных однослойных обмоток: обмоток с концентрическими катушками (концентриче­ские обмотки) и равнокатушечных.

Однослойные концентрические обмотки. Схема одной из концен­трических обмоток изображена на рис. 3.17, на котором сохранены принятые на рис. 3.16 нумерация пазов и условные обозначения катушек разных фаз различными линиями.

Однослойные концентрические обмотки характерны тем, что катушки, образующие каждую катушечную группу, охватывают одна другую. Катушки имеют различные шаги по пазам, поэтому иx размеры различны. Наружные катушки в группе имеют большую ширину и длину, чем внутренние. Чтобы уменьшить их размеры, у половины катушек каждой катушечной группы изменяют Направление отгиба лобовых частей, что приводит к уменьшению шага и некоторому уменьшению ширины и длины наружных ка­тушек в группе. При этом катушечные группы получаются как бы «разваленные»: у половины катушек в

Рис. 3.16. К построению схем Рис. 3.17. Схема однослойной

однослойных обмоток концентрической обмотки,

Z = 24, 2р = 4, q = 2, a = 2

в группе лобовые части отогнуты в одном направлении, а у второй половины — в другую. Такая обмотка получила название обмотки вразвалку (рис. 3.18).

В концентрической обмотке, выполненной вразвалку, в 2 раза уменьшается число катушек в каждой группе, но вдвое увеличивает­ся число катушечных групп. Лобовые части катушек такой обмотки расположены по торцам статора более равномерно и компактно.

Рис. 3.18. Схема однослойной концентрической обмотки вразвалку,

Z = 48, 2p = 4, q = 4, a = 1

Рис. 3.19. Схема однослойной концентрической обмотки вразвалку,

Z = 36, 2p = 4, q = 4, a = 1

Обмотку вразвалку применяют в большинстве машин с четным числом на полюс и фазу. При четном q обмотку также можно выполнить вразвалку,, но для этого приходится каждую катушечную группу подразделять на две полугруппы с разным числом катушек, лобовые части которых отогнуты в противоположные стороны. На­пример, при q = 3 лобовые части двух катушек в группе должны быть отогнуты в одном направлении и одной — в противополож­ном (рис. 3.19). Равномерность расположения лобовых частей неско­лько нарушается. Кроме того, возрастает сложность намотки и укладки обмотки. Поэтому концентрическую обмотку вразвалку при нечетном q применяют редко.

Иногда обмотку с нечетным числом q выполняют вразвалку с так называемой «расчесанной» катушкой: витки наибольшей катуш­ки в группе разделяют в лобовых частях пополам и отгибают в раз­ные стороны. Длина вылета лобовых частей и шаг катушек умень­шаются, но технология укладки таких обмоток усложняется и встречаются они редко.

В современном электромашиностроении однослойные концентрические обмотки применяют только в машинах малой мощности. Их лобовые части после укладки в пазы собирают в сплошной жгут и бандажируют, однако названия обмоток — двухплоскостная и трехплоскостная — в технической литературе сохранились, так же как и способ изображения на схемах лобовых частей катушек сосед­них групп с разной длиной прямолинейных частей, т. е. в разных плоскостях (см. рис. 3.18).

Равнокатушечные обмотки. Необходимое направление токов в пазах машины (см. рис. 3.16) может быть получено и при других ва­риантах соединения пазовых частей катушек лобовыми, например, в обмотке из катушек одинаковых размеров и конфигурации (рис. 3.20). Такие обмотки называют равнокатушечными. Из сравнения схем, изображенных на рис. 3.17 и 3.20, видно, что обмотки отличаются друг от друга только формой лобовых частей катушек. Нормирование катушечных групп и последовательность их соедине­ния остаются такими же, как и в обмотке с концентрическими ка­тушкам, как и в концентрической обмотке. Равнокатушечные обмотки в технической литературе часто называют шаблонными, а выполнен­ные вразвалку — цепными.

На рис. 3.17—3.21 показаны однослойные обмотки четырехполюсные машин с полюсным делением τ = Z/ (2p) = 24/ 4 = 6 зубцовых делений. Катушки концентрической обмотки выполнены с шагами, равными 5 (меньшая) и 7 (большая) зубцовым делениям; равнокатушечная обмотка вразвалку (см. рис. 3.21) выполнена с шагом по пазам, равным у = 5. Таким образом, в них нет катушек с диаметраль­ным шагом, т. е. с шагом, равным полюсному делению у = τ = 6. В то же время, построив векторную диаграмму (звезду пазовых ЭДС), можно убедиться, что обмоточные коэффициенты обмоток численно равны коэффициенту распределения, определенному по (3.13). Это является особенностью всех

Рис. 3.20. Схема однослойной равнокатушечной Рис. 3.21. Схема однослойной

обмотки, Z = 24, 2p = 4, q = 2, a = 1 ранокатушечной обмотки вразвалку,

Z = 24, 2p = 4, q = 2, a = 1

однослойных обмоток со сплошной фазной зоной. Поэтому при расчете обмоточного коэф­фициента таких обмоток принимают k_у = 1 независимо от шагов ка­тушек (см. § 3.6).

Таким образом, в однослойных обмотках на амплитуду высших гармоник влияет только равномерность распределения катушек по пазам (число q), а не шаг самих катушек, что снижает возможность подавления высших гармоник в поле машины. Из-за этого, а в пер­вую очередь, из-за невозможности существенно уменьшить ампли­туды 5-й и 7-й гармоник, однослойные обмотки применяют только в машинах малой мощности.

С несплошной фазной зоной могут быть выполнены, например, цепные обмотки. Для этого в каждой фазной зоне располагают сто­роны катушек не одной, а двух фаз. Коэффициент укорочения таких однослойных обмоток отличен от единицы, однако их выполнение встречает определенные технологические трудности, а при нечетном числе q приводит к несимметрии МДС магнитного поля машины. Поэтому их применение ограничено. В связи с распространением станков для механизированной укладки обмотки, область примене­ния однослойных концентрических обмоток несколько расшири­лась. Большинство современных обмоточных станков, работающих по принципу втягивания катушек, рассчитано на укладку однослой­ных концентрических обмоток.

3.8. СХЕМЫ ДВУХСЛОЙНЫХ ОБМОТОК

Двухслойные обмотки применяют, практически, во всех маши­нах переменного тока, начиная с машин мощностью 15...16 кВт и кончая крупными турбо- и гидрогенераторами. Основным достоин­ством двухслойных обмоток является возможность использования укорочения шага для подавления высших гармоник в кривой ЭДС. Кроме того, двухслойные обмотки имеют ряд существенных преи­муществ по сравнению с однослойными, например по количеству возможных вариантов выполнения параллельных ветвей, дробного числа пазов на полюс и фазу, равномерности расположения лобовых частей катушек и др.

Составим схему обмотки статора трехфазной машины с Z = 24, 2р = 4, a = 1. На рис. 3.22. а изображены 24 пары линий (сплошные и пунктирные) лежащих в пазах, и разделенные на четыре полюсных деления. На полюсном делении на каждую фазу приходится по два паза, так как q = 2. Стрелками на сплошных линиях, соответствующих верхним сторонам катушек, показано мгновенное направление токов в катушках, одинаковое во всех фазах в пределах одного полюсного де­ления и изменяющееся на обратное при переходе к следующему, т. е.

проделаны те же построения, что и в примере на рис. 3.16. Стрелки на пунктирных линиях, соответствующих сторонам катушек, лежащих в нижнем слое паза, не показаны. Направления токов в них зависят от шага обмотки.

Для наиболее простого случая при диаметральном шаге у = τ лобовые части соединяют стороны катушек, лежащие на расстоянии полюсного деления друг от друга. Это соединение показано на рис. 3.22, б для катушек, верхние стороны которых расположены в сосед­них пазах на полюсном делении и занимают одну фазную зону. В рассматриваемом примере таких катушек две, так как q = 2. Сое­диненные последовательно, они образуют одну катушечную группу фазы обмотки.

Всего катушечных групп в одной фазе двухслойной обмотки столько же, сколько полюсов. На рис. 3.22. в все катушки одной фазы соединены в катушечные группы, а группы — между собой. Для того чтобы направления мгновенных значений токов, отме­ченные стрелками, сохранились, катушечные группы соединяют между собой встречно, т. е. конец первой группы с концом вто­рой, начало второй с началом третьей и т. д. При этом направле­ние обтекания током катушечных групп (показано стрелками над катушечными группами) при переходе от одного полюсного деле­ния к другому меняется на обратное. Обмотки остальных фаз строят аналогично.

Рис. 3.22. К построению схем двухслойных обмоток:

а – Распределение пазов по полюсным делениям; б – образование катушечной группы;

в – соединение катушечных групп одной фазы обмотки

Особенность такой схемы — число катушечных групп в фазе равно числу полюсов при встречном включении следующих друг за другом в фазе катушечных групп — является закономерностью для всех двухслойных обмоток с 60-градусной фазной зоной.

На рис. 3.23 приведена полная схема обмотки с диаметральным шагом, Z = 24, 2р = 4, а = 1. Начала фаз VI и W1 взяты последовате­льно через 2q пазовых делений по отношению к началу первой фазы — U1, т. е. через число пазов, соответствующих электрическо­му углу 120°.

Любое укорочение шага или изменение числа q не меняет прин­ципа построения схемы. При укороченном шаге меняется только ширина катушек (рис. 3.24). Все соединения, как междукатушечные, так и межгрупповые, остаются такими же. Сравнивая между собой схемы обмоток с диаметральным и укороченным шагами, следует отметить, что в первом случае в каждом из пазов размещены сторо­ны катушек, принадлежащих одной и той же фазе. При укорочении шага в части пазов размещают стороны катушек, принадлежащих разным фазам, например в пазах 2, 4, 6, 8 и др. (см. рис 3.24). Относительное количество таких пазов по сравнению с пазами, занятыми сторонами катушек только одной фазы, зависит от принятого укорочения шага. С уменьшением оно возрастает. Это является особен­ностью обмоток с укороченным шагом.

Рис. 3.23. Схема двухслойной обмотки с диаметральным шагом,

Z = 24, 2p = 4, у = τ = 6, a = 1

Характеристики

Список файлов книги