Трехфазные однослойные обмотки

По конструкции однослойные трехфазные обмотки подразделяются на следующие типы: концентрические двухплоскостные или трехплоскостные; шаблонные; простые или шаблонные в развалку; цепные; эвольвентные и другие. Наиболее широко применяются на практике концентрические и шаблонные обмотки.

Рассмотрим несколько примеров однослойных обмоток различных типов.

 

2.6.1. Пример трехфазной концентрической однослойной
двухплоскостной обмотки

 

Исходные данные

 

– число пазов – ;

– число фаз – ;

– число полюсов – .

 

Расчет обмотки:

– число пазов на полюс и фазу ;

– полюсное деление ;

– шаг обмотки , однослойные обмотки не допускают укороченного шага (кроме цепных);

– угол сдвига эдс соседних пазов статора

;

– угол фазной зоны обмотки

Таким образом, обмотка с углом фазной зоны , и нормальное чередование фазных зон А-Z-B-X-C-Y на пару полюсов.

Особенностью однослойных обмоток является то, что катушечных групп в них в два раза меньше, чем в двухслойных. Это касается всех однослойных обмоток.

Кроме того, в концентрических обмотках вводится понятие среднего шага обмотки. Так, расчетный шаг обмотки называют средним шагом; если он определяется выражением ; если , то и т. д. На рис. 2.34 поясняется методика определения среднего шага и конструкции катушечных обмоток. Число катушек в катушечной группе равно числу пазов на полюс и фазу .

 

 

Рис. 2.34. Катушечные группы концентрических обмоток:
а – двухплоскостной обмотки; б – трехплоскостной обмотки

 

Расчет обмотки позволяет построить звезду пазовых эдс и распределить пазы по фазным зонам. Эта звезда представлена на рис. 2. 35.

Особенностью однослойных обмоток является, то что одна катушечная группа в них одновременно выполняет сразу две фазные зоны. Одна сторона катушечной группы выполняет фазные зоны (А или В, или С в зависимости от фазы), а другие фазные зоны X или Y, или Z, как показано на рис. 2.35. В двухслойных же обмотках существуют целые катушечные группы соответствующих фазных зон.

Рис. 2. 35. Звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам

 

В настоящем примере шаги и составляющие средний шаг обмотки будут: , .

В соответствии со звездой пазовых эдс и распределения пазов по фазным зонам и шагам и строится развернутая схема трехфазной двухплоскостной обмотки.

Схема представлена на рис. 2.36.

 

Рис. 2.36. схема трехфазной двухплоскостной концентрической
обмотки: , , , , , , ,

В концентрических двухплоскостных обмотках (рис. 2.36). указывается два типа катушек по размерам: малые (короткие) и большие (длинные). Это делается для того, чтобы упростить пересечение и укладку лобовых частей катушек.

Для пояснения этого на рис. 2.37 показаны варианты выполнения лобовых частей катушек обмотки.

 

Рис. 2.37. Расположение лобовых частей катушек двухплоскостной концентрической обмотки (): 1 – сердечник якоря;
2 – нажимная плита сердечника; 3 – короткие; 4 – длинные катушечные группы

 

2.6.2. Пример трёхфазной четырехполюсной трехплоскостной
однослойной концентрической обмотки

 

Исходные данные и расчет обмотки такой же, что и для предыдущего примера двухплоскостной обмотки (подразд. 2.6.1).

Звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам показаны на рис. 2.35.

Особенностью трехплоскостных концентрических обмоток является выполнение катушечных групп трех различных размеров: малые (короткие), средние и большие (длинные).

Схема трехфазной трехплоскостной концентрической обмотки показана на рис. 2.38. Причем схема выполнена для разъемного статора, которая применяется для линейных или дуговых асинхронных двигателей, а также крупных синхронных и асинхронных машин, которые имеют статор, составленный из нескольких частей.

На рис. 2.39. показано расположение лобовых частей трехплоскостной обмотки.

 

Рис. 2.38. схема трехфазной трехплоскостной концентрической обмотки для разъемного статора с , , , , , , , , а = 60° эл

 

 

Рис. 2.39. Расположение лобовых частей трехплоскостной концентрической обмотки

2.6.3. Пример трехфазной двухполюсной трехплоскостной
однослойной концентрической обмотки

 

Исходные данные

 

– число пазов статора – ;

– число фаз – ;

– число полюсов – .

 

Расчет обмотки:

– число пазов на полюс и фазу ;

– полюсное деление ;

– шаг обмотки ;

– угол сдвига эдс соседних пазов статора

;

– угол фазной зоны обмотки

Таким образом, обмотка с углом фазной зоны и чередованием фазных зон А-Z-B-X-C-Y на пару полюсов.

Звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам представлено на рис. 2.40.

Рис. 2.40. Звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам

Согласно звезде пазовых эдс строится развернутая схема обмотки, которая показана на рис. 2.41.

 

 

Рис. 2. 41. Схема трехфазной трехплоскостной концентрической обмотки , , , , ,

 

На схеме видно, что катушечная группа из четырех катушек, которые в свою очередь разделены на две отдельные катушечные группы.

 

2.6.4. Пример трехфазной четырехплоскостной простой шаблонной
однослойной обмотки

 

Исходные данные

 

– число пазов статора – ;

– число фаз – ;

– число полюсов – .

Расчет обмотки и звезда пазовых эдс соответствует данным, представленным в подразд. 2.6.1.

Особенностью шаблонной обмотки является то, что катушки и катушечные группы обмоток во всех фазах совершенно одинаковые. Это позволяет их выполнить на шаблонах.

Схема простой шаблонной обмотки, соответствующая исходным данным
и расчету, показана на рис. 2.42.

 

 

 

Рис. 2. 42. Схема трехфазной простой шаблонной обмотки:
, , , , , ,

 

2.6.5. Пример трехфазной двухполюсной однослойной шаблонной
обмотки «в развалку»

 

Исходные данные

 

– число пазов статора – ;

– число фаз – ;

– число полюсов – .

Расчет обмотки и звезда пазовых эдс с распределением пазов по фазным зонам, представленным в подразд. 2.6.3.

Схема шаблонной обмотки «в развалку» показана на рис. 2.43.

Пример катушки шаблонных обмоток показан на рис. 2.44.

 

 

Рис. 2. 43. Схема трехфазной шаблонной обмотки «в развалку»:

, , , , , ,

 

 

Рис. 2.44. Катушка шаблонной обмотки

 

Шаблонные обмотки широко применяются в машинах переменного тока малой мощности (до 7–10 кВт), в которых используется круглый обмоточный провод.

2.6.6. Пример трехфазной однослойной двухполюсной цепной обмотки

 

Исходные данные:

 

– число пазов – ;

– число фаз – ;

– число полюсов – .

 

Расчет обмотки:

– число пазов на полюс и фазу ;

– полюсное деление ;

– шаг обмотки . Цепная обмотка, единственная из однослойных, которая допускает укорочения шага. Принимаем , тогда ;

– угол сдвига эдс соседних пазов статора

;

– угол фазной зоны обмотки

Таким образом, обмотка с углом фазной зоны и чередованием фазных зон А-Z-B-X-C-Y на пару полюсов.

На основании расчетных данных строится звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам (рис. 2.45).

 

Рис. 2.45. Звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам: , , , , ,

 

На основании расчетов и звезды пазовых эдс строится развернутая схема обмотки, которая представлена на рис. 2.46.

 

 

Рис. 2.46. Схема трехфазной однослойной двухполюсной цепной обмотки: , , , ,

 

2.6.7. Пример двухфазной петлевой двухслойный четырехполюсной обмотки с целым числом пазов на полюс и фазу с укороченным шагом

 

Исходные данные:

 

– число пазов – ;

– число фаз – ;

– число полюсов – .

 

Расчет обмотки:

– число пазов на полюс и фазу ;

– полюсное деление ;

– шаг обмотки . Принимаем укороченный шаг , относительный шаг обмотки .

– угол сдвига эдс соседних пазов статора

;

– угол фазной зоны обмотки

В двухфазной обмотке фазы сдвинуты в пространстве на

По расчетным данным () строится звезда пазовых эдс и распределяятся пазы по фазным зонам (рис. 2.47).

 

Рис. 2.47. Звезда пазовых эдс и распределение пазов по фазным зонам: , , , ,

 

На основании расчетов и звезды пазовых эдс строится развернутая схема обмотки, которая представлена на рис. 2.48.

Рис. 2.48. Схема двухфазной петлевой двухслойной обмотки
с укороченным шагом: , , , , ,

Контрольные вопросы

 

1. Типы обмоток электрических машин переменного тока. Классификация обмоток.

2. Поясните устройство трехфазных двухслойных петлевых обмоток.

3. Устройство двухслойных волновых обмоток.

4. Методика расчета обмоток статора машин переменного тока.

5. Звезда пазовых эдс. Методика ее построения. Распределение пазов по фазным зонам.

6. Правила соединения катушечных групп в фазе различных фазных зон в двухслойных обмотках.

7. Правила выполнения развернутых схем трехфазных петлевых обмоток с целым числом пазов на полюс и фазу.

8. Двухслойные обмотки с дробным числом на полюс и фазу. Особенности их конструкции и расчета.

9. Методика расчета двухслойных обмоток с дробным числом пазов на полюс и фазу.

10. Правила построения таблицы размещения верхних сторон катушечных групп в пазах статора обмоток с дробным числом пазов на полюс и фазу.

11. Методика построения развернутых схем обмоток с дробным числом пазов на полюс и фазу по таблице распределения верхних сторон катушечных групп в пазах статора.

12. Типы однослойных обмоток статора машин переменного тока.

13. Устройство, расчет и методика построения трехфазной однослойной концентрической двухплоскостной обмотки.

14. Устройство, расчет и методика построения трехфазной однослойной концентрической трехплоскостной обмотки.

15. Устройство, методика расчета и построения развернутой схемы трехфазной шаблонной обмотки.

16. Цепная трехфазная однослойная обмотка.

17. Двухфазная двухслойная петлевая обмотка. Методика расчета, звезда пазовых эдс, развернутая схема.

18. Шаг обмотки переменного тока.

19. Угол фазной зоны обмотки переменного тока.

 

Рекомендуемая литература: [1, 2, 3, 5–8, 13, 16, 17].

 

 

3. ОБМОТКИ СТАТОРА МНОГОСКОРОСТНЫХ АСИНХРОННЫХ
КОРОТКОЗАМКНУТЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

3.1. Общие сведения о регулировании частоты вращения
асинхронных двигателей изменением числа пар полюсов

 

Этот способ регулирования применяется обычно для двигателей асинхронных с короткозамкнутым ротором, так как при этом необходимо изменять только обмотки статора.

Изменять число пар полюсов можно двумя способами:

– применением на статоре нескольких обмоток, которые уложены в общие пазы и имеют различные числа пар полюсов ;

– применением на статоре обмотки специального типа, которая позволяет получить различное число за счет изменения схемы соединений обмотки. Предложено большое количество различных схем обмоток с переключением , но практическое применение получили только некоторые из них.

Двигатели с изменением числа пар полюсов называются многоскоростными. Обычно они выпускаются на 2, 3 и 4 частоты вращения.

Многоскоростные двигатели применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках в грузовых и пассажирских лифтах, для приводов вентиляторов, кондиционеров, насосов и в других электроприводах переменного тока.

Рассмотрим несколько примеров многоскоростных обмоток статора с переключением числа пар полюсов. Эти двигатели относятся к серии Т.