3.3.Обмотки статоров асинхронных двигателей

По виду секций обмотки подразделяются на всыпные, с мягкими секциями, и обмотки с жесткими секциями или полусекциями.

Всыпные обмотки обладают следующими преимуществами по сравнению с обмотками с жесткими секциями:

возможность механизации всего процесса изготовления;

меньшая длина и вылет лобовых частей и, как следствие, меньшие потери и более высокий КПД;

более благоприятная геометрия зубцовой зоны;

меньшее открытие паза, обеспечивающее лучший гармонический состав поля в воздушном зазоре;

большая производственная технологичность.

Достоинствами обмоток с жесткими секциями является больший коэффициент заполнения паза и большая надежность, так как в пазы укладываются готовые изолированные и проверенные секции.

Обмотки статоров машин переменного тока могут выполняться однослойными (в пазу находится одна секционная сторона) и двухслойными (в пазу находятся две секционные стороны)

Основные типы однослойных обмоток: концентрические (двух- и трехплоскостные) и шаблонные (простые шаблонные, шаблонные «вразвалку», цепные)

Однослойные обмотки допускают механизированную укладку, но могут быть выполнены только с диаметральным шагом.

Двухслойные обмотки имеют следующие преимущества:

возможность выполнения укорочения шага;

больший коэффициент заполнения;

возможность образования вдвое большего числа параллельных ветвей;

одинаковые размеры всех секций ( в равносекционных обмотках).

Эти обмотки могут быть петлевыми и волновыми. Они отличаются только общей длиной провода, требуемого для изготовления секции и соединений между ними. При большом числе проводников в секции роль соединений невелика и длина обмоток практически одинакова. При малом числе проводников в секции выгодно применение волновых обмоток, т.к. они не требуют междукатушечных соединений. В отличие от однослойных, двухслойные обмотки не допускают механизированную укладку.

Сравнительно недавно появились обмотки, сочетающие положительные качества одно- и двухслойных обмоток, т.е. они допускают механизированную укладку и возможность выполнения укорочения шага. Это одно – двухслойные и двухслойные концентрические обмотки.

Однослойные обмотки применяются в АД мощностью до 100 кВт и напряжением до 660 В.

Важнейшим параметром обмотки является число параллельных ветвей . Для однослойных обмоток оно выбирается из условия:

целое число

Для двухслойных обмоток должно выполняться условие:

целое число

3.4.Выбор числа пазов статора и ротора

Числа пазов статора и ротора оказывают существенное влияние на характеристики АД. От них зависят паразитные моменты от высших гармоник, снижающие перегрузочную способность АД и вызывающие провалы в механической характеристике, магнитные вибрации и шумы, возникающие в результате взаимодействия высших гармоник магнитного поля различных порядков, а также добавочные потери, обусловленные сосредоточением обмотки в пазах. Кроме того, от чисел пазов статора и ротора зависят параметры обмоток, и, следовательно, эксплуатационные характеристики АД.

Для индуктивного сопротивления короткого замыкания АД можно получить такую приближенную зависимость от числа пазов статора:

где и - постоянные для данного АД.

Следовательно, при увеличении числа пазов статора индуктивное сопротивление короткого замыкания уменьшается за счет уменьшения его составляющей, обусловленной дифференциальным рассеиванием.

С уменьшением индуктивного сопротивления короткого замыкания увеличиваются пусковой и максимальный моменты, КПД, коэффициент мощности, но также увеличивается и пусковой ток двигателя (все это можно пояснить по круговой диаграмме АД).

Кроме этого, с увеличением числа пазов статора:

увеличивается порядок зубцовых гармоник магнитного поля в воздушном зазоре ( - целые положительные числа), что приводит к уменьшению их амплитуд и улучшению гармонического состава поля;

увеличивается поверхность охлаждения обмотки статора;

увеличивается расход пазовой изоляции, следовательно, уменьшается заполнение паза медью;

увеличивается трудоемкость изготовления штампов и укладки обмотки.

На практике число пазов статора выбирается минимально возможным, но обеспечивающим требуемый уровень всех характеристик.

В большинстве случаев число пазов статора выбирается таким, чтобы оно обеспечивало целое число пазов на полюс и фазу:

Обычно число пазов на полюс и фазу находится в пределах 2…6. При 2 для больших двигателей число пазов на полюс и фазу может доходить до 9. У многополюсных АД число пазов на полюс и фазу может быть дробным со знаменателем дробности 2.

Иногда дробное число пазов на полюс и фазу делается в целях унификации листов статора шести – и восьмиполюсных АД. Например, выпускаются двигатели с , , и двигатели с , , , имеющие абсолютно одинаковые листы статора.

Обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу применяются для снижения влияния зубцовых гармоник магнитного поля.

Число пазов ротора влияет на индуктивное сопротивление короткого замыкания АД так же, как и числа пазов статора. Однако при выборе числа пазов ротора руководствуются другими соображениями:

для уменьшения добавочных потерь необходимо выполнение соотношения:

практически руководствуются таким соотношением:

для уменьшения асинхронных паразитных моментов необходимо, чтобы:

желательно, чтобы ;

для устранения синхронных паразитных моментов при пуске необходимо выполнение соотношений:

где , -целые числа;

для устранения синхронных паразитных моментов в двигательном (+) и генераторном (-) режимах необходимо выполнение соотношений:

вибрационные моменты не возникают при выполнении соотношений:

Исходя из этих соотношений, по имеющимся значениям и выбирают число пазов ротора.