Многоскоростные обмотки

Многоскоростные обмотки применяются в статорах трехфазных асинхронных электродвигателей, рассчитанных на несколько ступеней скорости (частоты вращения вала). Известно, что частота вращения n_с магнитного поля, созданного трехфазной обмоткой при литании ее трехфазным током, выражается формулой: n_с = 60/р, где f — частота тока, питающего обмотку; р — число пар полюсов обмотки.

Из формулы видно, что при постоянной частоте f питающей сети добиться изменения частоты вращения магнитного поля мож­но, изменяя число полюсов обмотки. Если такая обмотка помеще­на на статоре асинхронного электродвигателя, у которого, как известно, ротор вращается почти с той же частотой, что и созда­ваемое статором магнитное поле (скольжение составляет обычно 2—6%), то при изменении числа полюсов обмотки статора соот­ветственно изменится и скорость ротора. Вот почему обмотки с переключением на разное число полюсов получили наименование многоскоростных.

Существует несколько видов многоскоростных обмоток и раз­личные способы их переключений, дающие возможность изменять в разных соотношениях число полюсов создаваемого обмоткой магнитного поля. Однако наибольшее распространение среди мно­госкоростных обмоток получили такие, где число полюсов при пе­реключении изменяется в два раза.

На рисунке №1 представлены схемы, поясняющие принцип такого переключения. Здесь для одной фазы обмотки показано ее преоб­разование из четырехполюсной в двухполюсную. Как видно из рисунка, при последовательном согласном включении катушек ими создается четырехполюсное магнитное поле (рис. 1, а), а при последовательном встречном (рис. 1,б) и параллельном (рис. 1, в) включении — двухполюсное.

Именно такой метод — когда фазы обмоток разделяются на­двое и в их частях при переключении изменяется направление то­ка— чаще всего используется в многоскоростных обмотках. [лит.1]

Рис. 1 Принципиальные схемы включения обмотки на разное число полюсов

Рассматривая рисунка №1, нетрудно также заметить, что когда обмотка включена на большее число .полюсов, шаг ее близок к полюсному делению τ, когда же обмотка переключается на мень­шее число полюсов, то ее шаг получается сильно укороченным — близким к половине полюсного деления, т. е. к τ/2.

Необходимо указать еще одну особенность двухскоростных. обмоток: чтобы неизменным оставалось направление вращения двигателя, работающего как на меньшей, так и на большей скоро­сти, при переключении обмотки следует изменить порядок чередо­вания фаз, т. е. поменять местами («перекрестить») два из трех подключаемых к обмотке проводов (фаз) сети. Дело в том, что если при большом числе полюсов расстояние между началами фаз обмотки составляло 120 эл. град., то при переключении на вдвое меньшее число полюсов это же расстояние становится равным. 60 эл. град. Чтобы и при меньшем числе полюсов между соот­ветствующими выводами фаз было 120 эл. град., начало второй фазы следует перенести на расстояние вдвое большее, чем рань­ше, т. е. перенести туда, где раньше было начало третьей фазы. Рассуждая таким образом, нетрудно убедиться, что начало третьей фазы после переключения обмотки приходится на фазную зону, ранее принадлежавшую второй фазе.

Следует отметить, что многоскоростные обмотки используют, как правило, в статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, так как здесь нет необходимости в переключении роторной обмотки, что чрезмерно бы усложнило машину. [ лит.1]

Рис. 2. Развернутая схема двухслойной двухскоростной обмотки (Z=36, 2р==8/4,α =1. Соединение фаз ∆/YY):

а—-общая развернутая схема, б — включение обмотки на 2р=8 (показана одна фаза), в включение обмотки на 2р=4 (показана одна фаза)

На рисунке №2 показана схема двухслойной петлевой двухскоростной обмотки, переключающейся с восьми на четыре полюса (2р = ⁸/₄). При этом схема соединения фаз обмотки меняется с треугольника на двойную звезду (∆/YY). Обмотка размещена в 36 пазах (2 = 36), шаг обмотки у = 5 (1—6). На рисунке №3 показана при включении обмот­ки на восемь полюсов шаг ее является диаметральным, так как τ₈ = Z/(2р) =36/8 (т.е. у> τ₈). Когда же обмотка включается на четыре полюса, полюсное деление становится равным девяти (τ₄ = 36/4 = 9), и в этом случае шаг обмотки лишь немногим боль­ше половины полюсного деления, т. е. сильно укорочен.

Рис. 3. Схема обмотки с переключением на четыре и восемь полюсов (изображена одна фаза).

а —восемь полюсов — соединение полюсных групп последовательно; б —четыре полюса —соединение полюсных групп в две параллельные ветви.

На рисунке №2, а дана общая развернутая схема обмотки, а на рисунке №2,б, в показаны схемы соединений и направления токов в фазе при включении обмотки соответственно на восемь и четыре полюса.

Для того чтобы иметь возможность менять направление тока в одной половине катушек обмотки каждой фазы, полюсные группы соединяются через одну, образуя тем самым две равномерно распределенные по окружности статора половины обмотки. Обмотка каждой фазы имеет при этом три вывода: начало, середину и конец.

Изменять число полюсов двигателя можно не только при ук­ладке на статоре одной многоскоростной обмотки, но также и при размещении в пазах статора двух разных обмоток. Комбинация этих способов дает возможность получить двигатели с достаточно большим числом ступеней регулирования скорости. Обычно двухскоростные двигатели с изменением числа полюсов вдвое (2р= ⁴/2, ⁸/₄, ¹²/₆) имеют на статоре одну двухслойную переклю­чающуюся обмотку. Если же число полюсов двухскоростного дви­гателя меняется не в два раза (например, при 2р = ⁶/₄), то двига­тель, как правило, имеет две отдельные обмотки, расположенные в одних и тех же пазах. В этом случае обмотки обычно выполня­ются однослойными, с концентрическими катушками и последова­тельным соединением катушечных групп (а=1), а фазы соединя­ют в звезду, чтобы избежать замкнутых контуров при вклю­чении в сеть второй обмотки.

Двигатели на три и четыре скорости (частоты вращения) обычно также имеют две отдельные обмотки. При трех скоростях (частотах) вращения одна из обмоток переключается с отношени­ем чисел полюсов 1:2, а промежуточное число полюсов получают за счет второй обмотки. У четырехскоростных двигателей каждая из двух обмоток переключается на два разных числа полюсов, на­пример одна обмотка — с 12 на 6 полюсов (2р = ¹²/₆), а вторая — с 8 на 4 (2р = ⁸/₄). В таблице №1 представлены схемы многоскоростных обмоток электрических машин. [ лит.1]

Таблице №5 Схемы многоскоростных обмоток электрических машин.

Электродвигатель	Число полюсов	Схема обмотки	Число выводов*
Двухскоростной	4/2; 8/4; 12/6	Д/УУ; одна обмотка с переключе­нием	6
	6/4	У и У; две обмотки без переключе­ния	6
Трехскоростной	6/4/2; 8/6/4	Д/УУ и У; две обмотки: одна с переключением (2:1), вторая без переключения (независимая)	9
Четырех- скоростной	12/8/6/4	Д/УУ и Д/УУ; две обмотки с переключением (независимые)	I 12

*Выводы обозначаются C1, С2, СЗ, но с дополнительными цифрами (число полюсов) перед буквами.