1.3.4. Двухслойные обмотки

Обмотка укладывается в пазах в два слоя. В верхнем слое одного паза укладывается одна сторона катушки, а другая сторона – в нижем слое другого паза, сдвинутого на шаг. Двухслойная обмотка позволяет получить любое желаемое укорочение шага, и следовательно, обеспечить нужную форму кривой ЭДС. Укорочение шага позволяет резко понизить расход меди на лобовые соединения.

Двухслойные обмотки выполняются как петлевыми, так и волновыми. Петлевые выполняют из многовитковых катушек (секций). Эти катушки изготовляются вне машины, хорошо изолируются и в готовом виде укладываются в открытые пазы. Если пазы полузакрытые, то обмотка выполняется из мягких секций, которые изготовляются вне машины из круглого провода, а затем по одному проводку упаковываются (всыпаются в паз). Такие обмотки называются всыпными. Двухслойные обмотки могут иметь целое число пазов на полюс и фазу или дробное число.

Двухслойные обмотки отличаются от обмотки якоря машины постоянного тока. Рассмотрим образование двухслойной шестизонной трёхфазной обмотки из обмотки якоря машины постоянного тока при 2р=2. Обмотку якоря такой машины можно разделить на 6 частей – катушечных групп (рис. 1.20).

В рассматриваемом случае каждая из фаз образуется последовательным соединением катушечных групп сдвинутых в общем случае на 180⁰ эл. градусов, причём ЭДС этих групп складываются. Катушечные группы в пределах каждой фазы можно также соединить параллельно, тогда каждая фазная обмотка будет состоять из двух параллельных ветвей.

В общем случае, когда машина имеет 2р полюсов, каждая из фаз будет состоять из 2р катушечных групп, которые можно соединить последовательно, последовательно-параллельно и параллельно. Максимальное число параллельных ветвей фазы .

Рассмотрим принцип образования трёхфазной, двухслойной петлевой обмотки с полным шагом при следующих данных:

; ; ;; ;.

Как следует из схемы (рис. 1.21), фаза U состоит из четырёх последовательно соединённых катушечных групп. Фазы V и W выполняются аналогично со сдвигом на 120⁰ эл. град, то есть на , что соответствует 4 пазам. Катушечная группа в пределах фазной обмотки могут соединяться последовательно (см. рис. 1.21), а также последовательно-параллельно и параллельно.

В общем случае число последовательно соединённых катушечных групп в фазной обмотке равно , гдеа – число параллельных ветвей. Максимальное число параллельных ветвей будет в том случае, когда все катушечные группы соединены параллельно ().

Пример двухслойной петлевой обмотки с укороченным шагом (рис. 1.22). Рассмотрим принцип образования такой обмотки:

; ;; ;;.

Порядок соединения катушечных сторон влияет на величину ЭДС обмотки, следовательно, в данном случае двухслойную обмотку с укороченным шагом можно представить как совокупность двух однослойных обмоток расположенных в верхнем и нижнем слоях и сдвинутых друг от друга на угол укорочения шага. Однослойные обмотки при этом имеют полный шаг. Заметим, что в данном случае лишь в части пазов лежат катушечные стороны, принадлежащие одной фазе. В других пазах расположены катушечные стороны разных фаз.

Рассматриваемая петлевая обмотка имеет межгрупповые и межкатушечные соединения, что увеличивает расход меди. Кроме того, наличие витковой изоляции, в случае многовитковой секции, ухудшает использование паза. Поэтому в ряде случаев предпочтение отдается стержневой обмотке волнового типа. В этом случае в пазу укладывается лишь два массивных стержня: один в верхнем, другой в нижнем слое паза. Эти обмотки применяются в мощных машинах (ГГ и ТГ), имеющих мощный поток и большее число катушек. Катушки выполняются с числом витков . Эти обмотки применяются также для роторов асинхронных машин с контактными кольцами.

Рассмотрим принцип образования стержневой обмотки волнового типа при следующих данных (рис. 1.23): ; ; ; ;.

В данном случае при выполнении схемы обмотки делаются волны. После первого обхода волна сдвигается влево на 1 паз и, следовательно, обмотка с укороченным переходом. У нас сделано 2 цикла обходов, один влево, другой вправо. Каждый цикл состоит из двух обходов и содержит 2рq последовательно соединённых катушечных групп. В рассмотренном случае обмотку можно выполнить с числом параллельных ветвей а=2 по числу циклов обхода.