Материал: Лекция 11 Назначение и конструкция АМ
делить на q катушек, которые также нужно еще разбить и на p частей,
чтобы создать магнитное поле с 2p полюсами, где p – число пар по-
люсов (рис. 1.7). Тогда числовитков обмоткифазы в каждом пазу
w wk qp .
Дадим основные определения.
Последовательно соединенные wk витков, уложенные в одну
пару пазов и имеющие кроме изоляции каждого проводника еще и общую изоляцию отстенокпаза, называютсякатушкойили секцией (рис. 1.8, а).
wk
y |
части |
|
|
Активные |
|
||
катушки |
q 3 |
||
l |
соединения |
||
|
|||
Лобовые |
|
||
а |
|
б |
|
Рис. 1.8. Катушка (а) и катушечная группа (б)
Катушки фазы, лежащие в соседних пазах и соединенные последовательно, называются катушечной группой (рис. 1.8).
Величина q, определяющая число катушек в катушечной груп-
пе, называется числом пазов на полюс и фазу,
q |
Z |
, |
(1.1) |
|
|||
|
pm |
|
|
где Z – общеечисло пазов статора илиротора; m– число фаз обмотки. Если внимательно проанализировать правую часть формулы (1.1), нетрудно убедиться, что она определяет число катушечных сторон фазы на одном полюсном делении , а каждая фаза имеет только
одну катушечную группу в пределах каждого полюсного деления:
D , 2p
где D – внутренний диаметр статора машины переменного тока, называемый также диаметром расточки статора.
Таким образом, полюсное деление – это часть окружности статора, приходящаяся на один полюс.
Полюсное деление обмотки (и машины) можно измерять и числом зубцовых делений. Тогда
Z
z p .
Зубцовым делением называется часть длины окружности, приходящаяся на одну пару паз-зубец:
tz |
|
D |
. |
(1.2) |
|
||||
|
|
Z |
|
|
На рис. 1.8, а для примера изображена катушка (секция) петлевой обмотки, которая имеет две активные части длиной l , лежащие в пазах, и две лобовые части (лобовые соединения) на торцевых частях статора. Активные части обмотки непосредственно участвуют в электромеханическом преобразовании энергии, в то время как лобовые служат только для замыкания цепи тока.
Один из основных конструктивных показателей обмотки – её шаг y , который также является шагом катушки и измеряется как в ли-
нейных мерах, так и числом зубцовых делений (в последнем случае шаг обозначается yz ) Обмотки, имеющие шаг y , называются об-
мотками с диаметральным шагом; при y – обмотка имеет укоро-
ченный шаг, а при y – удлиненный. Последние применяются редко
из-за увеличенной длины лобовых соединений.
Большинство обмоток электрических машин переменного тока имеет укороченный шаг, который способствует понижению негативного влияния высших пространственных гармоник на их работу. Как будет показано далее, укорочение шага возможно только в двухслойных обмотках, поэтому они доминируют в конструкциях асинхронных и синхронных машин.
Обмотки. Понятие об электрическом градусе. Первая (основ-
ная) гармоника магнитногополя в воздушном зазоредвухполюснойэлек-
трическоймашины имеет одинпространственныйпериод вдоль длины окружностирасточкистатора (рис. 1.9,а),а, например, вшестиполюсной
– трипериода (рис1.9, б). Вобщем случае обмотка создает p периодов
a
б
Рис. 1.9. Основные гармоники двухполюсного (a) и шестиполюсного (б) магнитных полей
p° электрических.
магнитногополя, соответствующих числуполюсов p .
Есливвестипонятиеэлектрическогоградуса, то одинпериод магнитногополя будет
равен 360 электрических, а вся окружность состоит p360° электри-
ческих. Однаков традиционных геометрических градусах полной окружностисоответствует угол 360° геометрических, следовательно, 360 геометрических градусов равно p360 электриче-
ских градусов, т.е. 1° геометрическийравен
Аналогично соотношение электрических и геометрических радиан (отметим, что в двухполюсной машине их значения совпадают.)
Далее мы будем часто пользоваться понятиями электрического градуса и электрического радиана.
Обмотки. Классификация обмоток машин переменного тока.
По разным признакам различают следующие виды обмоток:
1. Сосредоточенные и распределенные по пазам – в зависимости от значения q . В сосредоточенных обмотках q 1 или 0,5, а в распре-
деленных обмотках q 1. Чаще q – целое число, но бывают обмотки
ис дробным q .
2.Петлевые и волновые – в зависимости от схемы и формы ка-
тушек.
3.Катушечные – с жесткими или мягкими секциями. Обычно такие обмотки многовитковые, петлевые (см. рис. 1.8).
4. Стержневые – жесткие, из толстого провода или шин, выгибаемых на специальных шаблонах. Обычно такие обмотки одновитковые (wk 1). Виток в них выполняется из двух стержней, спаиваемых
влобовой части.
5.Однослойные и двухслойные – в зависимости от числа независимых слоев (секций) в пазу.
6.Однофазные, двухфазные и трехфазные– по числу фаз. В машинах средней и большой мощности все обмотки трехфазные; в машинах малой мощности – двухфазные. В некоторых специальных машинах используются обмотки с числом фаз больше трех.
7.Равносекционные и неравносекционные. Если все катушки в обмотке одинаковые и получены намоткой на один шаблон, обмотка является равносекционной; в противном случае обмотка неравносекционная.
8.Двухплоскостные, трехплоскостные и цепные – в зависимости от формы и расположения лобовых соединений.
Обмотки. Основные принципы построения обмоток. Много-
фазные обмотки электрических машин переменного тока должны быть симметричными. Для этого фазы должны иметь одинаковое число витков и быть сдвинуты в пространстве (на 120° электрических при числе фаз m и на 90° электриче-
ских при числе фаз m ). В симметричных обмотках фазы имеют одинаковые параметры, т.е. одинаковые активные и индуктивные сопротивления.
При построении обмоток необходимо выполнение следующих условий:
1. Все фазы должны находиться в одинаковых электромагнитных условиях;
2. В фазах должны наводиться ЭДС, одинаковые по значению, но сдвинутые во времени на 120° (в трехфазных обмотках).
Рис. 1.10. Схема расположения
В машинах переменного
катушечных групп трехфазной
однослойной обмотки
тока используются трехфазные двухслойные обмотки. Рассмотрим принципы построения обмоток на
примере более простой однослойной обмотки статора.
Однослойная обмотка. Пусть требуется построить обмотку статopa со следующими данными: m , Z , p .
Сначала найдем число пазов на полюс и фазу:
q |
Z |
|
|
. |
|
pm |
|
||||
|
|
|
Затем, начиная с паза 1, расположим по две катушечные группы у каждой фазы (рис. 1.10), при этом две катушки фазы соединяются последовательно (на рисунке это соединение не показано). Примем следующие обозначения: AA, BB , CC – катушечные стороны, соот-
ветствующие началам фаз; A A , B B , C C – катушечные стороны, соответствующие концам фаз. В соответствии с требованием симметрии обмотки между началами фаз A , B , C пространственный сдвиг составит 120°.
Изображенному на рис. 1.10 расположению катушек однослойной трехфазной обмотки соответствует схема-развертка, показанная на рис. 1.11, которую получим, мысленно разрезав магнитный сердечник по линии F F на рис. 1.10 между пазами 1 и 12 и развернув его в плоскость. Вид по нормали к этой плоскости и определяет полученную схему – развертку обмотки. В верхней части рис. 1.11 указан порядок распределения катушечных групп по пазам, что облегчает построение данной схемы.
Обратите внимание на чередование выводных концов фаз в нижней части схемы. Чтобы убедиться в том, что изображенная трехфазная обмотка действительно создает двухполюсное поле, покажем направления токов в катушках в какой-то момент времени. Например, в момент, когда ток в фазе A максимальный положительный, а в фазе B − отрицательный, равный половине амплитуды. Стрелки на рисунке указывают направления токов с учетом того, что положительный ток входит в начало фазы A , а отрицательные токи – в концы фаз Z и Y .
С помощью правила буравчика на рис. 2.6 можно указать зоны северного N и южного S полюсов, которые разделяются линиями нейтрали магнитного поля.
Указав направления токов для выбранного момента времени на рис. 1.10, легко убедиться, что результирующее магнитное поле обмотки имеет два полюса.
Необходимо отметить, что в какой-либо следующий момент времени магнитное поле на рис. 1.11 сместится вправо, а на рис. 1.10