Глава 3 Конструкция и схемы обмоток электрических машин (967518), страница 12

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

Текст из файла (страница 12)

Рис. 3.23. Схема двухслойной обмотки с укороченным шагом,

Z = 24, 2p = 4, у = 5/6 τ = 5, a = 1

Рис. 3.25. Условная схема двухслойной обмотки ,

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

а – схема соединений трех фаз, б – схема соединений одной фазы

Анализ схем двухслойных обмоток удобнее проводить с помощью так называемых условных схем, которые используют в техниче­ской литературе наряду с развернутыми и торцевыми. В таких схемах, в отличие от развернутых, используют условные обозначения не отдельных катушек, а целиком катушечных групп обмотки. Это явля­ется логическим продолжением принятого в развернутой схеме упрощенного изображения катушки одним контуром независимо от дей­ствительного числа витков в ней, так как все катушки в катушечной группе соединяют между собой только последовательно.

Рис. 3.25, а является условной схемой обмоток, развернутые схемы которых изображены на рис. 3.23 и 3.24. В каждом прямоугольни­ке, обозначающем катушечную группу, выше диагонали проставлен порядковый номер катушечной группы (начиная с 1-й группы первой фазы) в последовательности расположения их по пазам статора. Ниже диагонали указано количество катушек в данной катушечной группе. Последняя запись введена, чтобы иметь возможность использовать условные схемы для обмоток с дробными числами пазов на полюс и фазу. На полях условной схемы конкретной обмотки должно быть указание о шаге обмотки,

так как и при диаметральном, и при укороченном шагах условная схема одна и та же.

Для облегчения анализа схемы от­метим стрелками над прямоугольника­ми, изображающими катушечные группы, направления обхода их витков током.

Из рис. 3.25, а видно, что соединения катушечных групп каждой фазы

Рис. 3.26. Условные схемы соединений фазы

обмотки с 2р=2 при различных числах параллельных ветвей:

а – при а = 1; б – при а = 2

обмотки полностью идентичны, поэтому то же количество информации может быть представлено более компактно, т. е. изображением схемы только одной фазы обмотки при соответствующих надписях на чертеже (рис. 3.25, б).

Такие схемы ясно показывают специ­фику межгрупповых соединений в обмот­ке,

практически формирующих нужную полюсность при заданном числе параллельных

ветвей, и позволяют рассматривать не отдельные схемы обмоток машин с раз­личными числами Z и q, а представлять их в виде типовых схем для любых Z при определенном числе полюсов.

Рис. 3.27 Условные схемы соединений фазы обмотки

с 2р = 4 в несколько параллельных ветвей:

а – при а = 2, б – при а = 4

Рассмотрим некоторые схемы двух­слойных обмоток с различным числом параллельных ветвей. На рис. 3.26, а приведена условная схема обмотки двухполюсной машины (од­ной ее фазы), определяющая ее соединение при а = 1. При изменении числа параллельных ветвей

ванных катушечными группами, не должна меняться, поэтому не должны менять своего направления и стрелка над прямоугольниками на схеме обмотки.

Рис. 3.28. Условные схемы соединений фазы обмотки

с 2р=6 с несколькими параллельными ветвями:

а – при а = 1, б – при а = 2, в – при а = 3

Обмотку двухполюсных машин можно выполнить и при а = 2. Условная схема такой обмотки (2р = 2, а = 2) показана на рис. 3.26. б. Как видно, межгрупповые соединения изменены таким образом, что катушечные группы обра­зуют две параллельные ветви, но полярность полюсов остается прежней.

На рис. 3.25, б показана схема обмотки при 2р = 4, а = 1, а на рис. 3.27, в приведена схема обмотки с тем же числом полюсов, но при а = 2. Полярность катушечных групп в обеих схемах одна и та же. На рис. 3.27,б дана схема той же обмотки, но при а = 4. Условия сохранения полярности катушечных групп со­блюдены и при четырех параллель­ных ветвях.

Аналогичные варианты схем обмоток при нескольких параллельных ветвях для обмотки шестиполюсной машины приведены на рис. 3.28. Для а = 2 и а = 3 возможны иные, чем приведенные на ри­сунке, варианты соединений, при которых полярность катушечных групп остается правильной.

Принцип построения схем обмоток с большими числами пар по­люсов и другими возможными числами параллельных ветвей остается таким же [6].

3.9. ОБМОТКА С ДРОБНЫМ ЧИСЛОМ ПАЗОВ НА ПОЛЮС И ФАЗУ

Анализ выражения (3.15), определяющего коэффициент распре­деления, показывает, что амплитуда высших гармонических в кри­вой ЭДС обмотки зависит от угла между векторами ЭДС отдельных катушек. В обмотке с целым q этот угол всегда равен пазовому углу az = 2p π / Z = π/ (mq), поэтому для уменьшения k_p высших гармоник необходимо увеличивать число q. Но с увеличением q растет число пазов и соответственно уменьшаются зубцовые деления, ширина зубцов и пазов. Это ограничивает наибольшие допустимые значе­ния q, так как в узких пазах ухудшается заполнение паза медью и ис­того, ширина зубцов не может быть взята меньше предельной, опре­деляемой их допустимой механической прочностью.

Как видно из табл. 3.16, заметное уменьшение k_p большинства высших гармоник происходит уже при q = 3, однако при этом, как показано в § 3.6, k_p для гармоник зубцовых порядков остается таким же, как и для основной гармоники. Чтобы повысить порядок зубцо­вых гармоник и тем самым уменьшить их амплитуду и влияние на характеристики машины, стремятся увеличить число пазов на по­люс и фазу до 4—5 и более. Это легко достижимо в машинах с 2р = 2 или 4. Для машин с 2р = 6 или 8 при сравнительно небольших диаметрах статора выполнение q = 4—5 затруднено, а в машинах с большим числом полюсов, особенно в тихоходных с 2р = 30—40 и более , вообще невозможно, так как даже при q = 4 в таких машинах необходимо выполнить более 300—400 пазов.

В этих случаях для улучшения кривой поля в воздушном зазоре применяют обмотку, в которой число катушек в катушечных груп­пах не одинаково, а периодически меняется. При этом относитель­ное положение векторов ЭДС катушек различных катушечных групп фазы изменяется по сравнению с обмоткой, в которой число катушек во всех группах постоянно, и угол между векторами ЭДС катушек после соединения схемы становится меньше a_z. Среднее число q при этом получается дробным, и обмотки называют «об­мотками с дробным q» . Для того чтобы оценить преимущества при­менения обмоток с дробным , проведем сравнение процессов формирования поля в машинах с целыми и дробными числами пазов на полюс и

фазу.

На рис. 3.29 приведены схема-развертка первой фазы четырехполюсной обмотки с q = 3 и векторная диаграмма ЭДС катушек этой фазы. На окружности цифрами без штрихов обозначены номера па­зов статора. Внутренний ряд цифр соответствует пазам, в которых лежат стороны катушек, образующие первую пару полюсов (двойное полюсное деление занимает электрический угол 360°), наружный ряд цифр — пазам второй пары полюсов.

Условимся, что вектор ЭДС первой от начала отсчета катушки направлен от центра диаграммы к отметке на окружности, соответ­ствующей первому пазу, и присвоим этой катушке номер 1. Тогда векторы ЭДС всех последующих катушек обмотки будут направле­ны на отметки, соответствующие следующим номерам пазов соглас­но принятому порядку отсчета — по часовой стрелке.

В рассматриваемой схеме a_z = 180°/ (mq) = 180°/ (3 3) = 20°. Со­гласно схеме обмотки три первые катушки (q = 3) образуют первую катушечную группу фазы U, и векторами их ЭДС будут векторы 1, 2 и 3. Далее по обходу окружности векторной диаграммы следуют векторы ЭДС катушек второй и третьей катушечных групп, принад­лежащих фазе W, — векторы 4, 5, 6, и фазе V — векторы 7, 8 и 9. Векторы 10, 11и 12 являются векторами ЭДС катушек четвертой ка­тушечной группы, принадлежащей фазе U, а следующие за ними (13—18) — векторами пятой и шестой катушечных групп (фазы W и V). На этом обход первых двух полюсных делений заканчивается. При обходе следующего двойного полюсного деления картина пол­ностью повторяется.

Рис. 3.29. Схема и векторная диаграмма ЭДС катушек фазы обмотки с целым числом пазов на полюс и фазу, Z = 36, 2p = 4, a = 1, q = 3

Первая и четвертая катушечные группы, принадлежащие фазе U, в схемах двухслойных обмоток с 60-градусной фазной зоной всегда включены встречно. Поэтому векторы катушек четвертой катушеч­ной группы (10, 11 и 12) на векторной диаграмме должны быть по­вернуты на 180°. Повернутое положение этих векторов показано на диаграмме пунктиром, а их номера обозначены прежними цифрами, но со штрихами (10', 11', 12'). Повернутые векторы полностью сов­падают со сходными векторами ЭДС катушек первой катушечной группы. При обходе следующего двойного полюсного деления та­кое положение сохраняется. В общем случае совпадение векторов ЭДС сходных катушек, включенных встречно, катушечных групп одной фазы сохраняется при любом целом числе q, так как сходные катушки двух соседних групп фазы всегда располагают по окружно­сти зазора на расстоянии 3q пазовых делений, образующих центра­льный угол а = 3q = 180°.

Таким образом, в обмотках с целым q угол между векторами ЭДС катушек фазы после соединения обмотки определяется количе­ством катушек в катушечной группе, которое для всей обмотки по­стоянно и равно q. Следовательно, коэффициент распределения та­ких обмоток зависит только от числа q.

Следует также отметить, что в обмотках с целым q угол между векторами ЭДС катушек может быть определен на векторной диа­грамме по положению векторов ЭДС первой катушечной группы, т. е. процесс формирования обмотки заканчивается после обхода одного полюсного деления по окружности зазора. При дальнейшем обходе векторы ЭДС всех остальных катушек фазы после соедине­ния схемы совпадают со сходными векторами ЭДС катушек первой катушечной группы.

Обмотки с дробным q состоят из катушечных групп с разным числом катушек, поэтому сходные катушки двух соседних групп фазы располагают по окружности зазора на расстоянии, отличном от 3q, т. е. не так, как в обмотках с целым q. Следовательно, центра­льный электрический угол между ними не будет равен 180°, и при встречном включении катушечных групп (при повороте векторов ЭДС катушек на 180° на векторной диаграмме) совпадения векторов ЭДС сходных катушек не произойдет.

Рассмотрим схему одной из простейших обмоток с дробным чис­лом пазов на полюс и фазу [Z = 30, 2р = 4, m = 3, q = Z/ (2pm) = 30/ (4 3) = ], развернутая схема одной фазы которой и векторная диаграмма ЭДС катушек этой фазы приведены на рис. 3.30.

Характеристики

Список файлов книги