Элементы обмоток переменного тока

Из чего состоит фаза: проводник витоккатушкакатушечная группафаза. Два проводника составляют виток. Несколько витков составляют катушку, несколько катушеккатушечную группу, несколько катушечных групп составляют фазу.

При однослойной обмотке – число катушечных групп в фазе = Р

При двухслойной обмотке – число катушечных групп в фазе = 2Р

Такое же соотношение максимально возможных параллельных ветвей.

С конструктивной стороны обмотки делятся на:

1. однослойные

2. двухслойные

1) Однослойные обмотки

Однослойные обмотки выполняются сравнительно редко, обычно у двигателей малой мощности. Для технологического исполнения их требуется больше меди. Однослойные обмотки характерны тем, что в пазу располагается только одна активная сторона.

Типы обмоток, рис. 86:

1. Концентрическая 2. Шаблонная 3. Катушечные обмотки

Рис.86

Концентрические обмотки выполняются чаще из жестких секций, лобовые части отгибаются в 2-3 плоскости.

Шаблонные обмотки – их секции наматываются на шаблоне из круглого провода. По расположению лобовых частей они подразделяются на цепные и вразвалку.

Катушечные обмотки широко используются на ремонтных заводах.

Пример выполнения однослойной обмотки, рис. 87

Дано:

Чередование фазных зон

Рис. 87

(1 7)

2) Двухслойные обмотки

Особенностью двухслойной обмотки является то, что в пазу укладывается обмотка в два слоя., рис. 88.

Недостатки: неудобство ремонта.

Преимущества: 1) меньше расход меди; 2) В обмотке с укороченным шагом, можно избавиться от высших гармоник ЭДС.

(1 6)

 = 30q₁= 2

Рис. 88

Расположение фазных зон по пазам. Z₁= 24

№

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

16

17

18

19

20

21

22

23

24

В.С.

A

A

Z

Z

B

B

X

X

C

C

Y

Y

A

A

Z

B

B

X

X

C

C

Y

Y

Н.С.

A

Z

Z

B

B

X

X

C

C

Y

Y

A

A

Z

B

B

X

X

C

C

Y

Y

A

В двухслойной обмотке число катушечных групп в фазе равно числу полюсов (2P= 4). У катушечных групп чередование катушечных групп по фазам А,С,В, таких чередований будет равно числу полюсов (2P= 4) АСВ, АСВ, АСВ, АСВ. (для нашего примера)

Каждая фаза состоит из четырех катушечных групп их соединение в фазу: Н – К – К – Н – Н – К – К – Н (Х), рис. 89.

В данной обмотке чередование катушечных групп с 2 катушками, т.е.

2 – 2 – 2 – 2 – при q– целом.

Имеются обмотки с дробным q, например, в многоскоростных обмотках, когда в одних пазах укладываются две обмотки на разное число полюсов.

Рис. 89

Дробное

Пример.

q₂число 5 означает, что в чередовании участвует пять катушечных групп – d; числитель с = 2, говорит о том, что катушечные группы имеют катушек на одну больше; b – остальные катушки группы имеют по две катушки, т.е. чередование катушечных групп будет следующее:

2 – 3 – 2 – 3 – 2 – q– дробное.

Роторные обмотки

Роторные обмотки выполняются так же как и на статоре (3 фазы сдвинуты на 120). В малых машинах делается обмотка петлевая катушечная.

В машинах же средней и большой мощности обмотки в роторе делаются волновые или даже волновые стержневые. Волновые обмотки имеют преимущество при большом числе полюсов, т.к. при этом не нужно расходовать медь для межкатушечных соединений. Выводы волновой обмотки ротора должны быть симметричными, иначе будет биение ротора. Для выводов концов обмотки и переходов используются специальные таблицы в зависимости от Z₂ и 2Р. У асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой – обмотка имеет вид беличьей клетки. Для машинной укладки обмоток используется обмотка – одно-двухслойная.

3-2-2. Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки машин переменного тока

ЭДС фазы проследим по следующей структуре: проводник – виток - катушка - катушечная группа – фаза.

Определим ЭДС проводника и витка с полным шагом y = .

При этом, так как проводники находятся в одинаковых магнитных условиях, то ЭДС витка будет равна арифметической сумме ( рис. 90).

ЭДС проводника

. ,

Рис. 90

,

Действующее значение ЭДС проводника

2. ЭДС витка с полным шагом

3. ЭДС витка с укороченным шагом

Если виток имеет шаг y <, то проводники витка расположены в разных магнитных условиях. Поэтому для определения ЭДС витка необходимо геометрически сложить ЭДС этих проводников, ис. 91

,  - 180, откуда , тогда

y - ,

, где Ку- коэффициент укорочения

Рис. 91

4. Определение ЭДС катушки

Витки катушки лежат в одних пазах, поэтому ЭДС катушки равна ЭДС одного витка на число витков в катушке.

5. Определение ЭДС катушечной группы, рис. 92.

Если бы обмотка была сосредоточенной, т.е. катушки были расположены в одних пазах, то ЭДС катушечной группы определялась бы как произведение ЭДС катушки на число катушек в катушечной группе, т.е.E_kq (рис. 93) q = 3.

Рис. 92

В распределенных обмотках катушки расположены в разных пазах, то для определения ЭДС катушечной группы необходимо геометрически сложить ЭДС каждой катушки, т.е. E_г < E_kq

. (Зная К_р, определим E_г). , где Кр- коэффициент распределения

 - электрический угол сдвига ЭДС соседних пазов.

Рис. 93

В электрической машине необходимо различать пространственный и электрический угол.

Одной электрической окружности соответствует - 360 эл. т.е. (2, Р). Например, если машина имеет число полюсов 2Р = 4, Р = 2, то в одной пространственной окружности две электрических. В общем случае, если машина имеет Р пар полюсов, то в одной пространственной окружности Р электрических и электрический угол  = _прР.

Пример. 2Р = 4, Р = 2 получим в одной пространственной окружности две электрических.

Рис. 94

Определение коэффициента распределения - К_р, рис. 94.

- ЭДС катушечной группы

ЭДС катушки , запишем отношение

, тогда коэффициент распределения

; - ЭДС катушечной группы.

6. Определение ЭДС фазы.

Фаза состоит из нескольких катушечных групп, все катушечные группы расположены в одинаковых магнитных условиях, поэтому ЭДС фазы будет равна ЭДС катушечной группы умноженной на число их в фазе.

Если обмотка однослойная, то число катушечных групп в фазе равно числу пар полюсов – Р,

Если обмотка двухслойная, то число катушечных групп в фазе равно числу полюсов – 2Р

, перепишем иначе

, К₀ = К_у  К_р

где W – число витков в фазе;

К₀ - обмоточный коэффициент;

Ф – магнитный поток в веберах;

ФКу – максимально сцепленный поток с катушкой.

Это выражение ЭДС фазы для первой гармоники.

ЭДС от высших гармоник потока

В общем случае кривая магнитного потока на полюс несинусоидальная. Если ее разложить, то кроме первой гармоники будут гармоники высшего порядка, рис. 95.

ЭДС от потока  гармоники запишется

полюсное деление , а число полюсов.

1. (для генератора)

2. 

3. . ,

Рис. 95

Если укорочение , то исчезнет пятая гармоника ЭДС

, ,

уменьшатся и 3 и 7 гармоники.

Пояснение, почему исчезает пятая гармоника ЭДС. Укорочение на 1/5 приводит к тому, что по контуру Е₅ направлены встречно и их сумма равна 0, рис. 96.

Укорочение шага приводит к исчезновению пятой гармоники, третья гармоника уменьшается на

половину, отсюда видно, что

Рис. 96

укорочение шага приводит к тому, что кривая ЭДС приближается к синусоиде и

он также меньше, чем для основной гармоники ЭДС.

Теперь можно подсчитать фазную ЭДС любой гармоники. Если обмотки соединены звездой, то в кривой линейных ЭДС – ЭДС кратным 3-м не будет. Если обмотки соединены в треугольник, то в линейных ЭДС их также не будет, т.к. они замкнутся по контуру.