Если половину катушечных групп каждой фазной обмотки соединить последовательно в

одну ветвь, а затем две ветви соединить параллельно, то получим последовательно –

параллельное (смешанное) соеди­нение катушечных групп с двумя параллельными ветвями в

фазной обмотке (а₁ = 2). Чтобы ЭДС параллельных ветвей были одинаковы, в каждую

параллельную ветвь включают катушечные группы через одну. Таким образом, в одной параллельной ветви оказываются все четные кату­шечные группы, а в другой — все нечетные (рис. 8.3, в).

Рис. 8.4. Развернутая схема трехфазной двухслойной обмотки

статора с укороченным шагом: Z₁ = 24; 2p = 4; y₁ = 5

Пример 8.1. Выполнить развернутую схему трехфазной двухслойной об­мотки с относительным укорочением шага р = 0,83 при следующих данных: 2р = 4, Z₁ = 24, соединение катушечных групп последовательное.

Решение. Число пазов на полюс и фазу по (7.10)

q₁ = Z₁/ (2pm) = 24/ (4 3) = 2

Пазовый угол по (7.13)

γ = З60р/ Z₁ = 360 • 2/24 = 30 эл. град.

Сдвиг между осями фаз (в пазах)

λ = 120/ γ =120/ 30 = 4.

Шаг обмотки по пазам

y₁ = βZ₁/ 2p = 0,83• 24/ 4 = 5

На рис. 8.4 изображена развернутая схема этой обмотки.

Трехфазная двухслойная обмотка с дробным числом пазов на полюс и фазу

В мощных многополюсных синхронных генераторах (гидро­генераторах) (см. гл. 19) практически невозможно выполнить об­мотку статора с числом пазов на полюс и фазу q₁> 1, равным це­лому числу, так как для этого потребовалось бы иметь на статоре слишком большое число пазов Z₁ = 2pm₁q₁. В этом случае обмотку статора выполняют с дробным q₁. Такие обмотки имеют неко­торое преимущество перед обмотками с целым q₁, так как позво­ляют при небольших значениях q₁ получить ЭДС практически си­нусоидальной формы.

Обмотки статоров с дробным q₁ в двигателях переменного то­ка применяют главным образом при серийном производстве, когда для изготовления пластин сердечника статора двигателей с раз­личным числом полюсов используют один штамп. При этом одно из значений 2р дает q₁ ≠ ц. ч. (целое число).

Дробное значение q₁ может быть представлено в виде

q₁ =a + b/c = (ac + b)/c. (8.1)

При этом очевидно, что числа Ь, с и ас + b не имеют общего делителя.

С учетом (8.1) число пазов статора

Z₁ = 2pm₁q₁ = 2рm₁ (ас + b)/с. (8.2)

Если с не кратно m₁, то обмотка с дробным q₁ эквивалентна обмотке с целым q_1экв = ас + b. Так как q_1экв больше действитель­ного (дробного) q₁ в с раз [см. (8.1)], то и эквивалентное число пазов Z_1экв больше действительного Z₁ в с раз. Так, двухполюсная трехфазная обмотка статора с Z₁ = 9 имеет число пазов на полюс и фазу

q₁ = Z₁/ (2pm₁) = 9/ (2 • 3) = 1 ,

или, согласно (8.3),

q₁ = (ac + b)/ c = (2 + 1)/ 2 = 1 ,

где a = 1,с = 2, b = 1.

Для этой обмотки эквивалентные параметры будут

q_1экв = q₁c = 1 • 2 = 3; Z_1экв = Z₁c = 9 • 2 = 18

Изобразив зубцы эквивалентного статора с Z_1экв = 18 (рис. 8.5, а) и разбив их полюсные деления на фазные зоны, пронумеруем пазы реального статора (Z₁ = 9). Эти пазы расположатся между эквивалентными пазами. Из разметки пазов видно, что каждая фазная обмотка состоит

из двух катушечных групп, при этом одна группа состоит из двух катушек, а другая — из одной. Изобразив кату­шечные группы фазы А (рис. 8.5, б), соединяем их последователь­но (встречно) и обозначаем выводы этой фазной обмотки С1 и С4. Аналогично выполняем схемы фазных обмоток фаз В и С.

Рис. 8.5. Трехфазная обмотка статора с дробным q₁

В рассмотренном примере в обмотке с q₁ =1 каждая катушечная группа состоит из двух не равных по числу катушек частей: в одной части катушечной группы — одна катушка, а в другой — две катушки. Таким образом, в каждой катушечной группе имеет место чередование катушек, обозначаемое 1 — 2. Если дроб­ей часть q₁ отличается от 1/2, то чередование катушек в каждой катушечной группе будет другим [10].

Чередование катушек в катушечной группе подчиняется следующему правилу: количество цифр чередования равно знаменателю неправильной дроби с [см. (8.1)], а сумма этих цифр равна числителю неправильной дроби ас + b.

Однослойные обмотки статора

Трехфазная обмотка. В однослойных обмотках каждая сто­рона катушки полностью заполняет паз сердечника статора (см. рис. 8.1, б). При этом число катушечных групп в каждой фазе рав­но числу пар полюсов, так что общее число катушечных групп в однослойной обмотке равно рm₁.

Однослойные обмотки статоров разделяют на концентриче­ские и шаблонные. В концентрической обмотке катушки каждой катушечной группы имеют разную ширину и располагаются концентрически. Шаги обмотки у катушек, входящих в катушечную группу, неодинаковы, но их среднее значение y_1cp = Z₁/ (2р).

Так, для трехфазной однослойной концентрической обмотки с Z₁ = 24; 2р = 4 имеем у_1ср=24/4 = 6 пазов; q₁ =Z_l/ (2pm₁) = 24/ (4 • 3) = 2. Следовательно, катушечная группа каждой фазной обмотки состоит из двух расположенных концентрически катушек. Шаги этих катушек: у₁₁ = 7 и у₁₂ = 5. Развернутая схема этой обмотки (2р = 4; Z₁ = 24; q₁ = 2; у_1ср = 6) представлена на рис. 8.6, а.

Рис. 8.6. Трехфазная однослойная обмотка статора

с распо­ложением лобовых частей в двух плоскостях:

а — развернутая схема; б — расположение лобовых частей

Рассмотренную однослойную обмотку называют двухплоскостной, так как лобовые части катушек этой обмотки имеют paзный вылет и располагаются в двух плоскостях (рис. 8.6, б). Такая конструкция обмотки позволяет избежать пересечения лобовых частей катушек, принадлежащих разным фазам. При нечетном числе пар полюсов число групп лобовых частей будет также не­четным. В этом случае одну катушечную группу приходится де­лать переходного размера с двоякоизогнутой лобовой частью.

Применение различных по размеру катушек, образующих ка­тушечные группы, ведет к тому, что катушечные группы концен­трических обмоток имеют раз­ные электрические сопротивления. Это следует учитывать при определении размеров катушек катушечных групп, образующих фазную обмотку. Необходимо, чтобы все фазные обмотки име­ли одинаковое сопротивление, для чего они должны содержать одинаковое число различных по размерам

катушечных групп. Основное достоинство однослойных концентрических об­моток — возможность примене­ния станочной укладки. Этим объясняется широкое примене­ние этого типа обмотки статора в асинхронных двигателях мощностью до 18 кВт, произ­водство которых обычно имеет массовый характер.

Недостаток концентрических обмоток — наличие катушек различных размеров, что несколько усложняет ручное изготовление обмотки. Этот недостаток отсутствует в шаблонных однослойных обмотках, так как их катушки имеют одинаковые меры и могут изготовляться на общем шаблоне. Кроме того, все катушки таких обмоток имеют одинаковые сопротивления, а лобовые части получаются короче, чем в концентрических обмотках, что уменьшает расход меди.

В качестве примера рассмотрим шаблонную обмотку (рис. 8.7, а) двухполюсной машины

с тремя катушками в катушечной группе. Трапецеидальная форма секций облегчает расположение лобовых частей обмотки (рис. 8.7,6).

Основным недостатком всех типов однослойных обмоток является невозможность применения в них катушек с укороченным шагом, что необходимо для улучшения рабочих свойств машин переменного тока (см. § 7.2).

Однофазная обмотка. Эту обмотку статора выполняют аналогично одной фазе трехфазной

обмотки, с той лишь разницей,что катушки этой обмотки занимают 2/3 пазов сердечника статора. Такая конструкция обмотки делает ее наиболее экономичной, так как заполнение

Рис 8.7. Трехфазная однослойная шаблонная обмотка статора

оставшихся 1/3 пазов статора увеличило бы расход меди на изготовление обмотки в 1,5 раза, т. е. на 50 %, а ЭДС об­мотки возросла бы лишь на 15%.

Для однофазной обмотки (m₁ = 1), занимающей 2/3 пазов на статоре, форму­ла коэффициента распределения (см. § 7.3) имеет вид

k_pv = (8.3)

Рис. 8.8. Однофазная однослойная обмотка

ста­тора: 2p =2; Z₁ = 12; q₁ = 4

Для третьей гармоники ЭДС (υ = 3) числитель выражения (8.3) sin60° υ = sin 180° = 0. Из этого следует, что в однофазной обмотке, занимающей 2/3 пазов на статоре, отсутствует третья гармоника ЭДС. На рис. 8.8 показана схема однофазной однослойной обмот­ки. Однофазные обмотки могут быть и двухслойными.

Изоляция обмотки статора

Электрическая изоляция обмотки — наиболее ответственный элемент электрической машины, в значительной степени опреде­ляющий ее габариты, вес, стоимость и надежность.

Пазовые стороны обмотки статора рас­положены в пазах (рис. 8.9), которые мо­гут быть полузакры­тыми (а), полуоткры­тыми (б) и открытыми (в). Перед укладкой проводников 4 обмот­ки поверхность паза прикрывают пазовой (корпусной) изоляцией 2 в виде пазовой коро­бочки. Этот вид изо­ляции должен иметь не только достаточную необходимую

Рис. 8.9. Пазы статора

электрическую, но и механическую прочность, так как на него действуют значительные механические силы, возникающие в процессе paботы машины, а особенно в процессе укладки (уплотнения) проводников обмотки в пазах. В нижней части паза располагают прокладку 1.

Электрическая изоляция проводников друг от друга обеспечи­вается витковой изоляцией, в качестве которой в машинах напря­жением до 660 В используют изоляцию обмоточных проводов, а при напряжении 6000 В и выше эта изоляция требует усиления на каждом проводнике специальной витковой изоляцией. В двух­слойных обмотках между слоями укладывают прокладку 3. Паз закрывают клином 6, под который обычно также кладут изоляци­онную прокладку 5.

Способ изоляции паза и применяемые изоляционные материа­лы зависят от типа обмотки, ее рабочего напряжения и температу­ры перегрева. При выборе электроизоляционных материалов для изоляции паза необходимо, чтобы все материалы имели одинако­вую нагревостойкость.

Изоляционные материалы, применяемые в обмотках электри­ческих машин и трансформаторов, разделяют на пять классов нагревостойкости, отличающихся друг от друга предельно допустимой температурой нагрева:

Класс изоляции определяет также значение расчетной рабочей температуры при расчете активного сопротивления обмотки.

В последние годы для обмоток статоров при напряжении до 660 В преимущественно применяют провода с эмалевой изоляцией марок ПЭТВ и ПЭТ-155 круглого и прямоугольного сечений. Основным изоляционным материалом для обмоток статоров служат: в низковольтных машинах (до 660 В) — пленкосинтокартон, электронит, лакотканеслюдопласт, а в высоковольтных машинах (6000 В и выше) — стеклослюдопластовая лента, стеклотекстолит и т. п.

С целью улучшения использования габарита машины желательно, чтобы изоляция обмотки в пазах занимала меньше места.

Для оценки использования площади паза пользуются коэффициентом заполнения паза изолированными проводниками

k_n = N_п1 d_из² / S_п', (8.4)

где N_п1 — число проводников в пазе; d_из — диаметр изолированного проводника, мм; S'_n — площадь паза, занимаемая обмоткой (без учета клина), мм².

При использовании обмоточных проводов круглого сечения (пазы полузакрытые) для ручной укладки обмотки k_n = 0,70 ÷ 0,75,для машинной укладки на статорообмоточных станках k_п = 0,70 ÷ 0,72.В высоковольтных машинах пазы статора делают открытыми, так как только в этом случае можно обеспечить надежную пазовую изоляцию.

Контрольные вопросы

1.Начертите развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора с последовательным соединением катушечных групп для одного из приведен­ных ниже вариантов:

2.Как изменится ЭДС обмотки с 2р = 6, если последовательное соединение ее катушечных групп изменить на параллельное? Начертите схемы этих соеди­нений.

3.Почему лобовые части однослойных концентрических обмоток располагают в нескольких плоскостях?

4.Каковы достоинства и недостатки двухслойных и однослойных обмоток ста­торов?

5.Почему однофазную обмотку статора укладывают в ²/₃ пазов?

6.Как разделяются электроизоляционные материалы по нагревостойкости?

Глава 9

• Магнитодвижущая сила обмоток статора

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: