Трехфазные обмотки электрических машин переменного тока

теги:


Наибольшее применение в машинах переменного тока получили двухслойные обмотки, которые дают возможность выбора более благоприятного шага, позволяют уменьшить расход обмоточного провода и изоляции. Для улучшения формы кривой ЭДС и МДС в машинах переменного тока двухслойные обмотки выполняют с укороченным шагом, y < τ. При y0,8 τ достигается экономия меди, а уменьшение основной гармоники ЭДС или МДС по сравнению с обмоткой с диаметральным шагом, составляет несколько процентов.

На рис. 3 показаны сечения статора СМ с расположением в пазах двухслойных обмоток с диаметральным      (рис. 3 (б)) и с укороченным (рис. 3 (в)) шагами. Развернутые схемы обмоток, соответствующих рис. 3 с катушками петлевого типа, приведены на рис.1.

Для упрощения на (рис.1 б и в)  показаны катушки только одной фазы А. Обозначения выводов фазы сделаны в соответствии с требованиями ГОСТ 183-74.

По распределению фазных зон обмотки с укороченным шагом видно, что фазные зоны нижнего слоя смещаются относительно фазных зон верхнего слоя на величину (в пазах) τ–y1. Число катушек двухслойной обмотки всегда равно числу пазов, nк = z1.

В рассмотренных схемах петлевых обмоток число параллельных ветвей a=p. При p=1, a=1, при 2р=4 петлевые обмотки дают возможность получить две параллельные ветви, при 2р=6 — три и т.д.

В многополюсных машинах переменного тока петлевые обмотки имеют большое число соединений между катушечными группами, что увеличивает расход меди и усложняет технологию их изготовления. Если число параллельных ветвей можно выбрать равным одной или двум, целесообразно в многополюсных машинах применять волновую обмотку, в которой лобовые части обеспечивают межкатушечные соединения.





Распределенные обмотки машин переменного тока делятся на простые и сложные, однослойные и двухслойные, причем в двухс­лойных обмотках, как и в машинах постоянного тока, одна сторона катушки лежит в верхней части пазов, другая – в нижней (рис. 3,б и в).

К основным параметрам обмоток машин переменного тока относятся:

m – число фаз ( m =3 — трехфазная обмотка) ;

z1 – число пазов статора ;

– число полюсов (р – число пар полюсов) ;

y1 – шаг обмотки, обозначающий расстояние между началом и концом катушки ;

τ – полюсное деление, обозначающее расстояние между центрами полюсов противоположной полярности;

q – число пазов на полюс и фазу (q = 1 –­ обмотка сосредоточенная, q > 1 – обмотка распределенная);

Wк – число последовательно соединенных витков в катушке;

nк – общее число катушек в обмотке ;

nкг – общее число катушечных групп ;

W1 – число последовательно соединенных витков в фазе ;

kp – коэффициент распределения ;

ky – коэффициент укорочения;

kоб = kp ky – обмоточный коэффициент.

Шаг обмотки у и полюсное деление τ могут измеряться или в линейных размерах, или в числах пазов.

Для обмоток с диаметральным шагом величина шага и полюсного деления рассчитывается в числах пазов по соотношению:

Для обмоток с диаметральным шагом величина шага и полюс-ного деления рассчитывается в числах пазов по соотношению

Под одним полюсом всегда располагаются проводники всех трех фаз обмотки, поэтому каждая фазная зона занимает по одной трети полюсного деления, что составляет 60 электрических градусов. Порядок чередования фаз под каждым полюсом должен быть одинаковым. На каждую фазную зону одного полюса приходится определенное число пазов q, которое определяют по формуле:

На каждую фазную зону одного полюса приходится определенное число пазов q, которое определяют по формуле

Для обмоток с укороченным шагом вводится параметр  β = y/τ,  характеризующий относительный шаг обмотки (укорочение).

Угол между соседними пазами, позволяющий учитывать фазовый сдвиг ЭДС в соседних катушках, определяют по соотношению:

Угол между соседними пазами, позволяющий учитывать фазо-вый сдвиг ЭДС в соседних катушках, определяют по соотношению




По принципу образования трехфазные обмотки статоров синхронных и асинхронных машин практически одинаковы. В сущности они не отличаются и от обмоток якоря машин постоянного тока (МПТ), только наличие механического выпрямителя ( коллектора ) вносит особенности в изготовление обмоток якоря МПТ.

Для примера на рис. 1 (а) условно показана кольцевая об­мотка якоря для 2р = 2, которая представляет собой намотанную на тороид (1)

замкнутую обмотку (2).   Если поставить между полюсами щетки (3) так, чтобы они скользили по неизолированным верхним частям обмотки, то со щеток можно снять ток.

Принцип образования обмоток: а – якорных машин постоянного тока; б – трехфазных машин переменного тока

Рис. 1 - Принцип образования обмоток: а – якорных машин постоянного тока; б – трехфазных машин переменного тока

Чтобы в такой же схеме получить трехфазное переменное напряжение, необходимо от обмотки вывести на кольца напряжения от трех точек, отстоящих друг от друга на электрический угол, равный 120° (рис. 1, б).

Кольцевые обмотки применялись в электротехнике на заре развития электрических машин, однако они отличались малой эффективностью, т.к. ЭДС в них наводится только в тех частях витков, которые лежат на поверхности тороида и пересекаются магнитными силовыми линиями внешнего поля.


В применяемых в настоящее время барабанных обмотках стороны катушек размещены в пазах, расположенных на поверхности якоря (статора) под полюсами разной полярности. Катушки состоят из одинакового числа последовательно соединенных витков, а по способу соединения между собой они могут быть петлевыми или волновыми, катушечными или стержневыми (рис.2, а и б).

Конструкции обмоток машин переменного тока: а) катушечная секция; б) стержневая; в) катушечная группа  

Рис. 2 – Конструкции обмоток машин переменного тока:  а) катушечная секция; б) стержневая; в) катушечная группа

По величине шага они могут быть с полным или укороченным шагом.

Несколько последовательно соединенных катушек одной фазы образуют катушечную группу рис.2 (в). Катушечные группы, в свою очередь, могут соединяться последовательно или параллельно.

На рис.3 (а) показано расположение простейшей трехфазной обмотки в пазах статора синхронного генератора.

Расположение трехфазной обмотки в пазах статора синхронного генератора

Рис. 3 - Расположение трехфазной обмотки в пазах статора синхронного генератора

Направление ЭДС, индуктируемой в каждой стороне одного витка, определяется по правилу правой руки. При расположении активных частей витка под полюсами разной полярности эти ЭДС складываются, что увеличивает эффективность использования барабанных обмоток по сравнению с кольцевыми.

Естественно, что общая ЭДС фазы определяется как числом витков в отдельной катушке, так и числом последовательно соединенных катушек с учетом их распределения по пазам и симметричности расположения по отношению к полюсам разной полярности. Распределение катушек по пазам, укорочение или удлинение шага катушки по отношению к полюсному делению приводит к уменьшению ЭДС, что учитывается соответствующими коэффициентами.

При выполнении трехфазных обмоток наряду с обеспечением достаточной механической и электрической прочности, нагревостойкости и надежности соблюдают следующие основные условия:

— все фазы должны находиться в одинаковых условиях по отношению к магнитному полю ;

— во всех  фазах должны наводиться одинаковые ЭДС;

— электродвижущие силы трех фаз должны быть сдвинуты на электрический угол 120°.




radionet