книги из ГПНТБ / Маршак, Е. Л. Расчет асинхронных двигателей при ремонте

Для статоров, волновые — для фазовых роторов асин­ хронных двигателей.

Как петлевые, так п волновые обмотки могут быть

однослойными и двухслойными.

При однослойной обмотке каждая сторона катушки занимает весь паз, при двухслойной обмотке сторона ка­ тушки занимает по высоте только половину паза, т. с. в каждый паз закладывают две стороны катушки, обра­ зуя два слоя обмотки. Таким образом, при однослойной обмотке число катушек равно половине числа пазов, а при двухслойной — полному числу пазов.

Основной недостаток однослойных обмоток по срав­ нению с двухслойными — увеличенный (до 20%) рас­ ход меди и ограниченные возможности построения схемы обмотки с укороченным шагом и с дробным qi для наи­ более распространенного вида однослойных обмоток — концентрических. Эти недостатки однослойных обмоток весьма существенны и ограничивают их применение; од­ нако однослойные обмотки позволяют повысить коэф­ фициент заполнения паза за счет отсутствия значитель­ ного изоляционного слоя в середине паза.

Перед тем как перейти непосредственно к рассмот­ рению схем обмоток, следует установить некоторые буквенные обозначения и приемы изображения схем на чертежах.

Основной чертеж схемы в условном виде представ­ ляет собой развертку окружности статора или ротора на плоскости. Пазы и стороны уложенных в них кату­

тирной, причем сплошная линия обозначает сторону ка­ тушки, уложенную в верхнюю часть паза, а пунктирная линия — нижнюю сторону катушки, уложенную на дно паза. Нижний и верхний слой лобовых частей изобра­ жают соответственно пунктирными и сплошными ли­ ниями.

Стрелки иа элементах обмотки, проставленные на не­ которых схемах, показывают направление э.д.с. или то­ ков в соответствующих элементах обмотки в определен­

26

Для составления схем трехфазных обмоток стато ров электрических машин переменного тока, помимо указания вида обмотки, должны быть даны определяю­ щие ее параметры:

Z\ — число пазов; 2р — число полюсов; упj — шаг об­ мотки по пазам; а\ — число параллельных ветвей в фазе; У — (звезда) или Л —(треугольник)— способ соеди­

нения фаз.

ОДНОСЛОЙНЫЕ ОБМОТКИ СТАТОРА

Однослойные обмотки подразделяют на концентри­ ческие и шаблонные.

На рисунке 3 представлена трехфазная схема одно­ слойной концентрической обмотки статора для четырех­ полюсного электродвигателя, число пазов которого Zj = 36 и фазы обмотки соединены в звезду.

При составлении схемы руководствуются следующи­ ми соображениями:

полюсное деление по пазам

r 1==ZI/(2p) =36/4 = 9;

число пазов на полюс и фазу

. <7i= Z i/(т2р) =36/(3-4) =3.

В соответствии с этим первую катушечную группу, состоящую из трех катушек, закладывают левыми сто­ ронами катушек в пазы 1, 2 и 3, а правыми сторона­ ми— в пазы 10, 11 и 12. Началом первой фазы Ci при­ нимается вывод из левой стороны катушки, заложенной в паз 1. Заключенные менаду сторонами первой кату­ шечной группы пазы 4—9, а также пазы 13—18 зай­ мут катушки двух других фаз. Таким образом, следую­ щая катушечная группа первой фазы займет левыми

27

Рис. 3. Схема двухплоскостной концентрической обмотки

(2р=4; Zi=3.6).

сторонами катушек пазы 19, 20 и 21, правыми сторона­ ми— пазы 28, 29 и 30.

Для правильного образования полюсов в однослой­ ных обмотках (кроме обмоток, выполненных в «развал­ ку», о чем будет сказано ниже), т. е. в обмотках, где число катушечных групп в фазе равно числу пар полю­ сов, группы должны соединяться разноименными кон­ цами (конец первой катушечной группы с началом вто­ рой, конец второй катушечной группы с началом треть­ ей ИТ. д.).

Исходя из этого, соединяют концы, выходящие из пазов 10 и 19. При этом соединении двух катушечных групп оставшийся свободным вывод из правой стороны катушки, заложенной в паз 28, является выводным кон­ цом первой фады С4.

Начало второй фазы сдвигают от начала первой фа­ зы обычно на 120 эл. град., т. е. на 2/з полюсного деления. Здесь же следует отметить, что этот сдвиг может быть

и только в целях концентрации всех выводов на одном участке обмотки они сдвигаются на минимально воз­ можное расстояние — на 120 эл. град.

28

1 + 6 = 7 пазу.

Следовательно, первая катушечная группа второй фа­ зы займет левыми сторонами катушек пазы 7, 8 и 9, а правыми сторонами — пазы 16, 17 и 18. Пазы 19—24 займут катушки других фаз, а вторая катушечная груп­ па второй фазы займет левыми сторонами катушек па­ зы 25, 26 и 27 и правыми сторонами — пазы 34, 35 и 36.

Катушечные группы второй фазы соединяют между собой концами катушек, выходящих из пазов 16 и 25. Оставшийся свободный вывод из правой стороны ка­ тушки, заложенной в паз 34, является выводным концом второй фазы С5.

Начало третьей фазы Сз, сдвинутое от начала второй фазы на 2/з полюсного деления, располагают в пазу 13.

В первой катушечной группе третьей фазы левые стороны катушек займут пазы 13, 14 и 15, а правые сто­

5 и 6. Соединяют между собой катушечные группы кон­ цами, выходящими из пазов 22 и 31. Свободный вывод, выходящий из правой стороны катушки, заложенный в

Сд И Св-

Чтобы проверить правильность образования полю­ сов, надо указать стрелками направление токов на входных концах фаз Сь С2 и Сз.

Как следует из векторной диаграммы фазовых то­ ков трехфазной системы, в любой момент времени на­ правление тока в начале одной из фаз обмотки всегда противоположно направлению токов в началах двух других фаз. Сообразуясь с этим, проставляют на линии пазов стрелки, показывающие направление тока в сто­ ронах катушек, что и определит правильность образо­ вания полюсов в обмотке — их число и чередование, а также правильность соединения фаз между собой.

В однослойной концентрической обмотке шаги кату­ шек в катушечной группе разные: в наружной (самой большой) катушке шаг составляет 4qi—1, а во внутрен­ ней (самой малой) шаг равен 2q\ + \.

29

к

Рис. 4. Расположение лобовых частей двухплоскостной концентрической обмотки.

Средний же шаг всех катушек, входящих в катушеч­ ную группу, который является расчетным при определе­ нии э.д.с. обмотки, равен:

[(4<7i —1) + (2<7i + 1)]/2 =3 q{= Zl!(2p),

т. е. является диаметральным.

По способу расположения лобовых частей обмотку, изображенную на рисунке 3, называют двухплоскостной (двухъярусной), так как в ней лобовые части располо­ жены в двух плоскостях, взаиморасположение лобовых частей которых указано на рисунке 4.

В однослойной обмотке число катушечных групп в фазе равно числу пар полюсов р\ следовательно, число катушечных групп всей обмотки будет 3р, т. е. Зр,/2 ма­ лых (первой плоскости) катушечных групп и Зр/2 боль­ ших (второй плоскости) катушечных групп. Число Зр,/2 может быть целым тогда, когда р четное, т. е. ког­ да число полюсов обмотки 2р — 4, 8, 12, 16 и т. д. Это

_ значит, что только при числе полюсов из указанного ря­ да вся двухплоскостная обмотка может быть распреде­ лена на три фазы с равным числом больших и малых катушечных групп в каждой фазе, как это было в об­ мотке, показанной на рисунке 3, или в обмотке, приве­ денной для восьмиполюсного двигателя (рис. 5).

Когда число пар полюсов нечетное (2р = 6, 10, 14, 18 и т. д.), двухплоскостная обмотка не может быть рас­ пределена по фазам с одинаковым числом больших и малых катушечных групп. Она должна иметь так на­ зываемую «переходную» катушечную группу, как бы наполовину находящуюся в первой плоскости, наполо­ вину — во второй. Схема такой обмотки для шестипо­ люсной машины приведена на рисунке 6.

Если еще раз обратиться к рисункам 3 и 5, легко установить, что обмотка на рисунке 3 имеет последова­ тельное соединение катушечных групп в фазе, а обмотка

30

активные сопротивления дл-я обеспечения равенства проходящих по ним токов). Следовательно, обмотка, изо­ браженная на рисунке 3, при соединении в две парал­ лельные ветви имела бы неодинаковые активные сопро­

разными активными сопротивлениями. Что касается схе­ мы, изображенной на рисунке 5, то здесь в каждую па­ раллельную ветвь входит по одной малой и одной боль­ шой катушечной группе, т. е. соблюден принцип одинаковости активных сопротивлений. Если же обмот­ ку соединить в четыре параллельные ветви, этот прин­ цип нарушится, обмотка получится с разными активны­ ми сопротивлениями в параллельных ветвях.

^ Необходимо заметить, что в асинхронных электро­ двигателях активное сопротивление фазы обмотки со­ ставляет обычно не более 10—12% полного сопротив­ ления, которое в основном зависит от индуктивного.

31

Рис. 6. Схема обмотки с переходной катушечной группой

(2р = 6; Z| = 36).

И если учесть, что за счет различной длины прямоли­ нейных вылетов большой и малой катушечных групп разница в их активных сопротивлениях будет также по­ рядка 10—12%, то разница в полных сопротивлениях параллельных ветвей (при условии равенства их индук­ тивных сопротивлений) и, значит, токов в них соста­ вит около 1%, что практически не может повлиять на работу электродвигателя. Это положение служит объяс­ нением применения для двухполюсных электродвигате­ лей трехплоскостных обмоток с катушечными группами

На рисунке 7 представлена схема обмотки статора четырехполюсного электродвигателя, точно такого же, для которого раньше была составлена схема по рисун­ ку 3. Эти схемы отличаются одна от другой тем, что обмотка на рисунке 7 состоит из одинаковых катушеч­ ных групп (отсюда ее название—«равнокатушечная»). При соединении этой обмотки в две параллельные ветви не будет разницы в активном сопротивлении параллель­ ных ветвей, и если в обыкновенной однослойной обмотке число видов катушек равно 2 q\, то в равнокатушечной обмотке оно равно q\.

32

Рис. 7. Схема двухплоскостной концентрической равнокатушечной обмотки (2р=4; Z,=36).

Рис. 8. Схема трехплоскостной концентрической обмотки «вразвалку» (2р=2; Z, = 36).

3 Е, Л, Маршак

На рисунке 8 представлена очень часто применяемая на практике для двухполюсных электродвигателей схе­ ма трехплоскостной обмотки статора (лобовые части об­ мотки располагаются в трех плоскостях). Здесь лобовые части первой фазы обмотки располагаются только в первой плоскости, второй фазы — только во второй и третьей фазы — только в третьей плоскости.

Таким образом, как уже говорилось, активные сопро­ тивления фаз в этой обмотке различны. Другой особен­ ностью этой схемы является то, что катушечная группа, состоящая из шести катушек (<7i= 6), разбита на две концентрические полугруппы по три катушки в каждой, т. е. катушечная группа как бы развалена надвое. От­ сюда такую обмотку часто называют намотанной «вразвалку».

Способ намотки «вразвалку» дает возможность уменьшить радиальные размеры корпуса электродвига­ теля за счет небольшого увеличения ее аксиальных раз­ меров, что в общем-то приводит к довольно ощутимому снижению общего веса электродвигателя.

Рассмотрев различные типы однослойных концент­ рических обмоток, можно сформулировать основные положения, которыми следует руководствоваться при со­ ставлении схемы обмотки.

1. Исходя из технологических условий заготовки и укладки катушек, а также условий эксплуатации элек­ тродвигателя, выбирают тип обмотки (двухили трех­ плоскостная, разноили равнокатушечная).

2.Определяют число катушек в катушечной группе, равное числу q\.

3.Определяют шаг катушек по пазам. Шаг большой (внешней) катушки в катушечной группе равен Aq\—\.

Например, в обмотке с gi = 4 шаг внешней катушки ра­ вен 15, или, как принято обозначать, шаг 1—-16. Шаг

1— 10.

4.Определяют, можно ли соединить проектируемую обмотку в требуемое число а\ параллельных ветвей. Для осуществления этого требования необходимо, чтобы частное p/ai было целым числом.

5.Расставляют направления токов под полюсами,

34