§ 6.6. Обмотки статора синхронных машин

В обмотке статора наводится э. д. с. заданной величины и синусоидальной формы. Получение синусоидальной э. д. с. является важнейшей задачей при конструировании синхронного генератора. Синусоидальность э. д. с. должна сохраняться не только при холостом ходе, но и при работе машины под нагрузкой.

Ширина витка обмотки должна быть примерно равной полюс-ному делению . Однако с целью улучшения формы кривой э. д. с. в проводнике виток делают с укороченным шагом, при котором.

Два активных проводника, соединенных последовательно, образуют виток. Различают витки с полным шагом, у которых шаг у равен полюсному делению , и с укороченным шагом, когда.

Группа витков, соединенных между собой последовательно и уложенных в два паза с расстоянием между пазами, равным полюсному делению , называется катушкой. Катушки соединены между собой по определенной схеме. Катушки одной фазы образуют фазную обмотку.

В зависимости от числа пазов q на полюс различают обмотки, сосредоточенные (q=1) и распределенные (q=2; q=3; ...). Наиболее распространены обмотки распределенные, потому что они позволяют влиять на форму кривой э. д. с., приближая ее к синусоидальной. Различают также обмотки однослойные, у которых катушка занимает весь паз, и двухслойные, у которых в одном пазу располагаются две катушки.

На рис. 6.9 показан пример выполнения однослойной распределенной обмотки. В данном случае обмотка состоит из двух катушек, расположенных под двумя парами полюсов. Катушки соединены между собой последовательно, однако они могут быть соединены и параллельно. При последовательном соединении катушек конец первой катушки соединяется с началом второй. Э. д. с., наводимые в катушках, будут при этом складываться. Начало первой катушки и конец второй катушкиявляются началом и концом фазной обмотки.

При параллельном соединении катушек их начала соединяются в общую точку образуя начало фазной обмотки, а концы — в общую точку, образуя конец фазной обмотки.

Для приведенной обмотки характерно, что ширина отдельных, последовательно соединенных, катушек 4—5, 3—6, 2—7 и 1—8 различна, и можно говорить лишь о среднем шаге, равном полюсному делению . Величина результирующей э. д. с. такой обмотки будет равна геометрической сумме э. д. с., наводимых в отдельных проводниках.

Недостатком рассмотренной обмотки является большой расход меди в лобовых частях обмотки. Этот недостаток в известной степени устраняется при выполнении обмотки согласно схеме, изображенной на рис. 6.10. Катушки 4—5 и 3—6 укладываются так же, как и в предыдущем случае. Затем, вместо того чтобы следующие две катушки укладывать в пазы 7—2 и 8—1, их укладывают в пазы 7—10 и 8—9. От этого направление наводимых в проводниках э. д. с. не меняется, а длина лобовой части уменьшается. Укладка в пазы остальных катушек аналогична укладке первых четырех катушек.

Трехфазная обмотка представляет собой сочетание трех однофазных обмоток, смещенных относительно друг друга на одну треть двойного полюсного деления () или на 120 электрических градусов.

Пример. На рис. 6.11, а показана распределенная трехфазная однослойная обмотка с полным шагом. Обмотка имеет следующие данные: 2p=4, m=3, q=2. Соединение фазных обмоток — звездой.

На основании этих данных определяем

.

На одну пару полюсов приходится двенадцать пазов. Угол сдвига фаз между э. д. с. в проводниках соседних пазов

(электрических градусов).

Для указанной обмотки надо вычертить векторную звезду пазовых э. д. с. (рис. 6.11, б). Примем условно, что в рассматриваемый момент проводник 1, уложенный в паз 1, находится на нейтрали. Вектор э. д. с. , наводимой в данном проводнике, будет направлен вдоль начальной оси. При вращении полюсов против часовой стрелки вектор э. д. с. в проводнике2, находящемся в пазу 2, будет сдвинут относительно вектора э. д. с. на угол сдвига пазов, т. е. на 30° (по часовой стрелке). Откладывая в том же

порядке векторы э. д. с. , ,,…,,,наводимых в соответствующих проводниках, получим, что вектор э. д. с. , совпадая по величине и направлению с вектором , сложится с ним. Соответственно совпадут с направлением и величиной векторов ,, и т. д. векторы , , и т. д.

Под первой парой полюсов начальные стороны катушек фазы — укладываются в пазы 1 и 2, имея в виду, что q=2. Тогда вторые стороны катушек должны лечь в пазы 7 и8 (). Соответственно под второй парой полюсов катушки первой фазы должны быть уложены в пазы 13—14 и 19—20.

Начало и конец первой фазы обозначены буквами и . Вторая фаза должна быть сдвинута относительно первой на 120° (электрических), т. е. паза.

Катушки второй фазы — должны быть уложены в пазы 5—6, 11—12, 17—18 и 23—24. Третья фаза — сдвинута относительно второй фазы — также на 120° (электрических). Ее катушки укладываются в пазы 9—10, 15—16, 21—22 и 3—4. Так как обмотка имеет схему соединения в звезду, то концы фаз , , соединяются между собой в общей точке.

Чаще всего обмотки синхронных генераторов выполняются двухслойными с укороченным шагом. Эта обмотка выполняется так же, как и у машин постоянного тока: одна сторона катушки этой обмотки лежит в верхней половине паза, другая — в нижней.

Пример. На рис. 6.12 дана схема двухслойной обмотки с укороченным шагом, имеющей следующие данные: 2p=2, m=3, Z=18, . Число пазов на полюс и фазу, исходя из заданных величин, будет:

и.

Векторная звезда для этого случая дана на рис. 6.13. Здесь каждый вектор представляет собой э. д. с. катушки, т. е. суммарную э. д. с., наводимую в обеих ее сторонах. Особенностью схемы, данной на рис. 6.13, является то, что в ней каждая фаза, состоящая из шести катушек, подразделена на две группы по три катушки в каждой. При таком соединении более полно используется э. д. с., которая наводится в данной обмотке.

Из векторной звезды видно, что в группах, составленных из катушек 1—2—3 и 10—11—12, наводятся одинаковые по величине, но разные по направлению э. д. с. Чтобы получить согласное действие этих э. д. с., надо соединить конец группы с концом группы. Шаг обмотки пазам. Поэтому сторону катушки1, лежащую в верхнем слое паза 1, надосоединить со стороной (1+7=8), лежащей в нижней половине паза 8. Таким образом, первая группа катушек фазы —укладывается в пазы1—8, 2—9 и 3—10. Вторая группа катушек фазы —будет уложена в пазы10—17, 11—18 и 12-1.

Аналогично выполняются вторая и третья фазы.

Порядок укладки катушек фазных обмоток в пазы:

;

;

;

;

;

.

В соответствии с ГОСТ 183-55 обозначение выводов обмоток статора электрических машин трехфазного переменного тока должно производиться согласно табл. 6.1.

Таблица 6.1

Наименование и схема соединения обмоток	Число выводов	Название выводов	Обозначение выводов
			начало	конец
Открытая схема (начала и концы обмоток выведены наружу, на щи-ток машины) ….. Соединение звездой Соединение треугольником ………	6 3 или 4 3	Первая фаза Вторая » Третья » Первая » Вторая » Третья » Нулевая точка Первый зажим Второй » Третий »	С1 С2 С3	С4 С5 С6 С1 С2 С3 0 С1 С2 С3

Выводы обмотки возбуждения обозначают И1 и И2