книги / Проектирование электрических машин

Рассматриваемая

обмотка сос­

тоит из

равного

числа

больших и

двух соседних групп фазы распола­

малых катушечных групп, содержа­

гаются

по

окружности

зазора на

щих соответственно по три и по две

расстоянии, отличном от 3q, т. е. не

катушки каждая

(в среднем

по 2 7 г

так, как в обмотках с целым q. Сле­

катушки). Число катушек

в малых

довательно,

центральный

электри­

катушечных

группах

всегда

равно

ческий угол между

ними

не будет

Ь, а в больших Ь +1.

Чередование

равен 180° и при встречном включе­

больших

и

малых

катушечных

нии катушечных групп

(при поворо­

групп

вдоль

зазора

записывается

те векторов

ЭДС

катушек на

180°

рядом цифр, определяющих количе­

на векторной диаграмме)

совпаде­

ство

катушек

в

последовательно

ния векторов ЭДС сходных катушек

расположенных

катушечных

груп­

не произойдет.

пах. Для

рассматриваемого

приме­

Рассмотрим схему одной из про­

ра таким

рядом

будет

32 1 3 2 1 3 2 1 ...

стейших обмоток с дробным

чис­

Из этой записи следует,

что первой

лом пазов на полюс и фазу

(Z = 30,

от начала отсчета

будет

большая

2р=4,

т = 3, q = Z /2 p m = 30/4 • 3 =

катушечная

группа,

состоящая из

= 2 7 г),

развернутая

схема одной

трех катушек, затем

малая, состоя­

фазы которой и векторная диаграм­

щая из двух катушек, затем

опять

ма ЭДС катушек этой фазы приве­

большая и т. д. Чередование имеет

дены на рис. 3-31.

строго

определенную для

каждой

Для расчета и анализа схем об­

обмотки

периодичность.

В

данной

моток дробное число

q обычно вы­

обмотке в каждом периоде (перио­

ражается в виде неправильной дро­

ды разделены вертикальными лини­

би

ями) по две катушечные группы и

по 2 + 3 = 5

катушек. В общем слу­

‘7 =

i, + T

=

T

’

(3-П)

чае в дробных обмотках в каждом

периоде содержится

по d катушеч­

полагаются

со

сдвигом

между

со­

ных групп и по

N

катушек.

При

бой

на электрический

угол

a z/2 .

этом

условии

среднее

число

кату­

Если

в

обмотке

знаменатель

шек

в катушечной

группе

за

один

дробности числа q будет

больше 2

период

будет

равно

q,

так

как

(например, 4 или 5 и т. д.), то элек­

N /d = q.

трический угол

между

сходными

На рис. 3-31, так же как и в ра­

векторами

последовательных кату­

зобранном

ранее

примере

(см.

шечных групп

фаз после

соедине­

рис. 3-30), толстыми линиями пока­

ния

обмотки

будет

уменьшаться.

заны векторы ЭДС фазы А.

В пер­

В общем случае этот угол составля­

вой катушечной группе фазы содер­

ет

azfd=^lmqd=nlmN.

Поэтому

жатся три

катушки

(векторы

/, 2 ,

выражение

для коэффициента

рас­

3). Далее

по

обходу

окружности

пределения

обмоток с дробным

q

диаграммы

следуют

векторы ЭДС

записывается

следующим

образом:

катушек второй

катушечной

груп­

я

пы, принадлежащие фазе С, их два

sin—— v

(4 и 5). В третьей катушечной груп­

К = -------= 5 —

■

(3-12)

пе (фаза В) три катушки. Векторы

их ЭДС на диаграмме 6,

7 и 8.

Чет­

" “ " « S ' ’

вертая

катушечная

группа

принад­

лежит фазе А и содержит

две

ка­

Таким

образом,

применяя

об­

тушки, векторы их ЭДС 9 и 10.

Д а­

мотку с дробным

<7, можно

полу­

лее по обходу следуют большая ка­

чить такие же

результаты,

с точки

тушечная

группа

фазы

С с тремя

зрения подавления

высших гармо­

катушками

(векторы

11,

12, 13) и

нических, как и при увеличении

малая — фазы В

(векторы 14 и 15).

числа пазов в машине. Это достоин­

На этом обход двойного полюсного

ство обмоток с дробным

q привело

деления заканчивается.

к их широкому распространению в

При соединении схемы, как всег­

крупных

тихоходных

машинах

пе­

да в двухслойных

обмотках, следу­

ременного тока.

ющие друг за другом в фазе

кату­

Выбор

знаменателя

дробности

шечные группы включаются встреч­

числа <7, от которого в основном за­

но. Для

фазы А

это первая и чет­

висит угол

между

ЭДС

катушек

вертая

катушечные

группы. Повер­

фазы, определяется условиями сим­

нув на

диаграмме

векторы

ЭДС

метрии обмотки и необходимым чи­

четвертой

катушечной

группы на

слом параллельных

ветвей. Обмот­

180°

(новые

положения

векторов

ка будет симметричной, если общее

показаны

пунктиром,

а их номера

число катушечных групп фазы, рав­

обозначены 9' и 10'), убеждаемся,

ное 2 р, содержит целое число пери­

что в обмотке с дробным q их новое

одов чередования больших и малых

направление не совпадает с направ­

катушек. В каждом периоде содер­

лением векторов ЭДС катушек пер­

жится d

катушечных

групп, следо­

вой группы, как это было

в обмот­

вательно,

условием

симметрии

бу­

ках

с целым

q.

В данной

обмотке

дет

кратность

чисел

катушечных

при

<7=

2 V2

они

занимают

среднее

групп в фазе 2 р числу

катушечных

положение, деля угол между векто­

групп в периоде

d,

т. е. 2 pjd

равно

рами ЭДС

катушек

первой

кату­

целому числу.

шечной

группы

пополам.

Действи­

При этом число катушек в фазе

тельно,

между

катушками

1 и 9 за­

двухслойной

обмотки,

равное Z/m,

ключено восемь

зубцовых

делений,

будет кратно

числу

катушек в пе-

соответствующих

центральному уг­

,,

2р

2p-mq

Z

лу 8аг= 8 Х 2 4 =

192°,

и после

пово­

рноде N, так как—1- = —р— —= ------

равно целому

a

a-tnq

mN

рота вектора 9 на 180° между век­

числу.

торами

1 и 9 образуется

электри­

Параллельные

ветви

в

обмот­

ческий

угол

192— 180=12°,

равный

ках с дробным <7 могут быть обра­

а*/2. Таким образом, после соедине­

зованы только из катушечных групп,

ния схемы векторы

ЭДС

катушек

составляющих

целое

число перио­

одной фазы в обмотке с q = 2 llz рас­

дов

чередования,

так

как ЭДС

от­

6*

83

дельных

катушечных групп сдвину­

рами

заполняют

столько

клеток,

ты между

собой

по

фазе,

а ЭДС

сколько в периоде чередования со­

больших

н

малых

катушечных

держится

больших

катушечных

групп не равны по амплитуде. При

групп, т. е. с клеток. Продолжая за ­

этом

условии

допустимые

числа

полнение таблицы в указанном

по­

параллельных

ветвей

рядке,

вписывают

в

следующие

а =

2pldk,

(3-13)

клетки число катушек, содержащих­

ся в

малых

катушечных

группах,

где k — любое целое число.

столько раз, сколько их есть в пе­

М акси м ально

возм ож ное

число

риоде

чередования,

т. е. d—с.

Д а ­

п ар ал л ел ьны х

ветвей

лее опять

вписывают

числа

кату­

a =

2pld.

(3-14)

шек

больших

катушечных

групп,

d. столбцов

потом

малых

и т.д.

Вписывание

продолжают

в той

ж е

последова­

тельности,

пока все

клетки

табли­

, ±

[

цы не будут заполнены. Нужное че­

редование

катушечных

групп

в пе­

!Ж и:::ш

риоде читают по строкам заполнен­

ной таблицы.

Для

пояснения

этого

метода

приведем пример

определения

воз­

Рис. 3-32. К составлению таблиц чередова­

можных

чередований

больших

и

ния катушечных групп в обмотке с дроб­

малых групп для обмотки с q = 4 z/s.

ным числом q.

В этой

обмотке

6 = 4 ,

с = 3 ,

d = 5.

При

составлении

схем

обмоток,

Составим

таблицу,

имеющую

с = 3

строки и d = 5

столбцов. Каж ­

в которых числитель дробной части

дый

период

чередования

катушеч­

числа

q равен

с = 1 или

c = d —1 ,

ных групп обмотки будет содержать

последовательность

чередования

с = 3

большие

катушечные

группы,

больших и малых катушек безраз­

состоящие

из

6 + 1 = 4 + 1 = 5

кату­

лична.

Например,

для

обмоток с

шек,

и d—с = 5 —3 = 2

малые

кату­

q = 2 'Д может

быть

принято

чере­

шечные группы, состоящие из

6 = 4

дование

|2223|2223|,

или

|2232|

катушек каждая. Вписываем в клет­

|2232|, или любое другое, образо­

ки первого столбца, начиная

с

верх­

ванное перестановкой этих же цифр.

ней, три (по числу больших кату­

Эти чередования

отличаются

друг

шечных групп) цифры 5 — число ка­

от друга только выбором начальной

тушек в больших катушечных груп­

катушки первой

фазы и полностью

пах, заполняя весь первый столбец.

равноценны.

Далее,

начиная

с

верхней

клетки

В других случаях,

когда

1 < с <

второго

столбца,

вписываем

в две

< ( d — 1 ),

например

в обмотках

с

клетки (по числу малых катушеч­

q.=2ij7 или <7=43/э и т. п., наиболее

ных

групп)

цифры

4 — число

кату­

благоприятное, с точки зрения сим­

шек в малых

катушечных группах.

метрии обмотки,

чередование

кату­

Далее

продолжаем

запись,

запол­

шечных групп находят различными

няя клетки в указанной последова­

способами.

Наиболее

удобный

из

тельности.

них заключается

в следующем.

По значениям

q = b + c ld

состав­

5

4

5

4

5

ляют таблицу, имеющую с строк и

d столбцов

(рис.

3-32). В

клетки

таблицы вписывают

числа катушек

5

4

5

5

4

в катушечных

группах. Заполнение

таблицы начинают с верхней левой

5

5

4

5

4

клетки

в последовательности,

пока­

занной на рис. 3-32 стрелками. Сна­

чала в клетки вписывают числа ка­

По

строкам

таблицы

читаем

тушек,

содержащихся

в больших

катушечных

группах.

Этими

циф­

нужное чередование больших

и ма­

лых

катушечных

групп.

Все

три

равнын или кратный трем, так как

строки таблицы

показывают

одно

в этом случае

симметрия обмотки

и то

же

чередование, изменяется

трехфазных

машин

нарушается.

только начало отсчета первой кату­

При необходимости

применить об­

шечной

группы, — следовательно,

мотку со знаменателем дробности

для

построения

обмотки

можно

d, равным или кратным трем, сле­

взять любое из трех, например

пср-

дует провести

более

глубокий ана-

вую строку

1545451545451... или вто­

лиз

возможных вариантов,

исполь­

рую

строку

154554 [ 545541...

зуя

специальную

литературу

[15,

Условные схемы

для

обмоток с

23].

дробным q — такие

же,

как и для

Начала фаз в обмотках с дроб­

обмоток с целым q. Меняются толь­

ным q, так же как н в обмотках с

ко числа, обозначающие

количест­

целым q, должны быть выбраны че­

во катушек

в катушечных

группах,

рез

1 2 0 °£, т. е.

через

1 2 0 %/аг=

проставляемые

под

диагоналями в

= 2 qk пазовых делений, где k — це­

прямоугольниках. На рис. 3-33 при­

лое, не кратное трем число. Однако

ведена часть условной схемы обмот­

при дробном q произведение 2 qk не

ки с <7= 4 3/5- Цифры

под

диагона­

при

всяком

k будет

равно

целому

лями

прямоугольников,

обозначаю­

числу

пазовых делений

(за

исклю­

щих

катушечные группы,

повторя­

чением

обмотки,

в которой

d = 2 ).

ют найденное в описанном примере

Поэтому в обмотках

с дробным q

чередование больших и малых ка­

при определении

положения

начал

тушечных групп.

фаз множитель k необходимо брать

На рис. 3-34 приведена часть ус­

таким,

чтобы

произведение 2 qk бы­

ловной схемы одной

фазы

обмотки

ло

равно целому

числу.

При

этом

с q = 2 i/7. В

период

чередования

k не должно

быть кратным

трем.

входят с = 4

большие

катушечные

Наименьшее возможное

расстояние

группы по

6+ 1 = 2 + 1 = 3

катушки

в пазовых делениях между начала­

в каждой

и d—с = 7—4 = 3

малые

ми фаз будет:

катушечные

группы

по

6 = 2 ка­

при d четном

тушки в каждой. Нужная

последо­

2qk = - ^ ~ у

=

ЛГ;

(3-15)

вательность

расположения

кату­

шечных групп

в обмотке

132323231

| 32323231-

при d нечетном

В практике построения трехфаз­

ных обмоток с дробным q избегают

2qk = ^ а- d

= 2N.

(3-16)

применять

знаменатель

дробности,

Отличия в выборе расположения

ладки разработан

ряд

новых схем,

начал

фаз

в

обмотках с

целым и

при которых обмотки,

сохраняя их

дробным q в ряде методик по про­

симметричность,

можно укладывать

ектированию не отмечается, и нача­

без подъема шага, как й однослой­

ла фаз

ошибочно

определяют со

ные, и в то же время выполнять их

сдвигом на 2q пазовых деления для

с укорочением

шага,

как двухслой­

любых типов обмоток. В таких слу­

ные. К наиболее распространенным

чаях в кривой МДС обмоток с дроб­

видам таких обмоток относятся од-

ным q образуется некоторая несим-

но-двухслойные и двухслойные кон­

метрия.

центрические.

обмотка

Одно - двухслойная

3-9. СХЕМЫ ОБМОТОК ДЛЯ

(рис. 3-35)

представляет

собой

со­

четание

однослойной

и двухслой­

МЕХАНИЗИРОВАННОЙ УКЛАДКИ

ной. В обычной двухслойной обмот­

Современные

обмоточные

стан­

ке с укорочением

шага

при

р ^ 2/зв

ки работают либо по принципу по­

ряде пазов

располагаются

стороны

очередной укладки каждого провод­

катушек,

принадлежащие

одной и

ника в пазы

статора

по шагу об­

той же

фазе

(см.,

например,

рис.

мотки, либо протягивания в пазы с

3-24, б — пазы

У, 7,

13 и др .),

а в

торца статора

одновременно пучка

других

пазах

размещены

стороны

проводников,

принадлежащих

од­

катушек разных

фаз. В одно-двух-

ной или

нескольким

катушечным

слойных обмотках в пазах, в кото­

группам.

И тот и

другой

способ

рых расположены

стороны

катушек

применимы только для обмоток, не

одной

и той

лее

фазы,

помещают

требующих

при укладке

подъема

однослойную

катушку

(большую)

шага, т. е. временного

подъема из

с двойным

числом

витков,

а

в ос­

пазов

сторон

первых

уложенных

тальных

пазах — в два

слоя

сторо­

катушек. Кроме

того,

более

про­

ны катушек

разных

фаз. Обмотка

грессивный

способ

механизирован­

выполняется

концентрическими

ка­

ной укладки протягиванием кату­

тушками. Число

катушечных

групп

шечных групп с торца статора при­

равно

числу

полюсов.

Катушечная

меним только для обмоток из кон­

группа

обычно

состоит

из

одной

центрических катушек. Этим требо­

большой

и q — 2

малых

катушек

ваниям

полностью

удовлетворяют

(всего

q— 1

катушка). Шаг

боль­

однослойные

концентрические

об­

шой катушки равен I/O= T— 1 , шаги

мотки. Двухслойные

обмотки,

схе­

малых катушек ук\= у ъ —2\

уы2=

мы которых

рассмотрены

выше,

=Уб—4; Ут=Уб—6 ...

выполнима ,

требуют при укладке обязательного

Такая

обмотка

подъема

шага.

Поэтому в послед­

только

при

q>2.

При

q = 2

она

ние годы для механизированной ук­

превращается

в

концентрическую

сб сг

исз

36 и 3-24,6. Опеределенная после­

нием

лобовых

частей и

наличием

довательность

укладки

катушеч­

бандажей на

лобовых

частях. В

ных групп

концентрической

об­

схемах

отличие

состоит

в

выборе

мотки позволяет за несколько пере­

начал фаз обмотки. Если расстоя­

ходов

уложить

на

обмоточном

ние между началами фаз обмотки

станке

все катушки

без

подъема

статора

выбирается

минимально

сторон.

распределе­

возможным для

обеспечения боль­

Коэффициенты

шей

компактности

расположения

ния

н

укорочения

двухслойной

выводных концов, то в обмотке ро­

концентрической

обмотки

равны

тора

их

стремятся

расположить

соответственно

ftp

и

ky

базовой

равномерно по

окружности,

чтобы

двухслойной

обмотки. Например,

не

нарушать

симметрию

располо­

расчетное укорочение

концентри­

жения массы

ротора

относительно

ческой двухслойной

обмотки,

схе­

его

оси.

размеров

маши­

ма которой изображена на рис. 3-

С

увеличением

36, так же как и в

обмотке

на

ны

уменьшается

число

витков в

рис. 3-24, б,

равно

Р = 5/е, a q = 2 .

обмотке

статора.

Соответственно

Катушечные

группы

уложен­

должно уменьшиться и число вит­

ной на

станке

концентрической

ков

обмотки

ротора,

так

как

ина­

обмотки

не

полностью идентичны

че

напряжение

на

контактных

из-за

различного

положения

сто­

кольцах возрастает, что может по­

рон их катушек в пазах. Это при­

служить

причиной

пробоя

изоля­

водит

к некоторому

неравенству

ции во

время

пуска

машины.

По­

индуктивных

сопротивлений

раз­

этому в машинах

средней

и боль­

личных

катушечных

групп.

По­

шой

мощности катушечную

обмот­

этому

концентрическая

обмотка

ку ротора, при которой в каждом

может быть соединена в несколько

пазу

размещено

несколько

эффек­

параллельных

ветвей

только

при

тивных

проводников,

заменяют

условии, если

в

каждой

из

них

стержневой,

имеющей всегда

два

будет

содержаться

одинаковое

проводника в пазу. Число витков в

число

катушечных

сторон, распо­

фазе обмотки при этом уменьша­

ложенных в

нижних и

верхних

ется, а фазный ток возрастает. По­

частях

пазов.

Это

дополнительное

этому сечение

каждого

стержня

возможность

образования парал­

сечение проводников

обмотки

ста­

лельных

ветвей.

тора.

Концентрическая

обмотка име­

Стержневую

обмотку

ротора,

ет несколько меньшие вылеты ло­

как правило, делают волновой, так

бовых частей, чем обычная двух­

как

в

волновой

обмотке

меньше

слойная, что

уменьшает

среднюю

межгрупповых

соединений,

кото­

длину

витка,

а

следовательно,

рые

технологически

трудновыпол­

массу

обмоточной

меди

и осевую

нимы

при

большом

сечении

про­

длину

обмотанного

статора.

водников.

Основные

закономерности сое­

3-10. ОБМОТКИ ФАЗНЫХ РОТОРОВ

динений схем

волновых

обмоток

рассмотрим

на

примере.

Составим

АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

волновую

схему стержневой об­

мотки

фазного

ротора,

имеющего

По своей конструкции и схемам

число

пазов

z2= 2 4

и число

полю­

соединения

обмотки фазных рото­

сов 2рг= 4.

На рис. 3-37, а показа­

ров

асинхронных

двигателей не­

ны 24 линии пазов, в которых рас­

сколько

отличаются от

обмоток

положены

проводники

верхнего

статоров машин

переменного тока.

слоя обмотки. Разметим эти пазы

В роторах

машин

мощностью до

по

фазам,

предварительно опреде­

80— 100

кВт

обычно

применяют

лив в пазовых делениях полюсное

двухслойные

катушечные обмотки.

деление т2 = Z 2/2p2 =

24/4 = 6

и чис­

Конструктивно

они

отличают­

ло

пазов

на

полюс и

фазу р2 =

ся от статорных только расположе­

= Z2/2p2m2 = 24/ (4 • 3) = 2.

Стрелками

П оследоват ельност ь

соедин ен ия

ст ер ж н ей , ф а з ы

А :

Р1 _ 2 8

148

Л

18

4К

138

ф *

X

'

ОН

7Н

1 9 Н * ~

Л 198

i

\ V

2Н

Г

' %

/

ЧН

1Н

1 3 Н ,

б)

Рис. 3-37. К построению

схемы волновой стержневой обмотки фазного

ротора асинхронного двигателя.

лежащий во втором пазу. Обмотку

прн

следующем,

четвертом

(по

выполняют с

диаметральным ша­

числу

полюсов)

шаге

обмотка

гом. В данной схеме шаг обмотки

замкнется сама па себя, так как

по пазам у = т2 = 6 зубцовых

деле­

2p2xz = Z2.

При

построении схемы

ний. Обмотка двухслойная, поэтому

этот шаг укорачивают или удли­

верхний стержень из паза 2 дол­

няют

на

одно

зубцовое

деление,

жен быть соединен с нижним

т. е. делают

его

равным

у —1

или

стержнем паза

2-т-г/ = 2 + 6 = 8 . Д а­

у + \ .

Наиболее употребителен

уко­

лее нижний стержень паза

8 сое-

роченный шаг, так как он приводит

Рис. 3-38. Схема волновой стержневой обмотки ротора

с Z= 24, 2р*4,

q=2.

обход обмотки по окружности ро­

невой волновой

обмотке имеется

тора. После 02 таких обходов

(в

только по одной перемычке на фа­

рассматриваемом

примере

после

зу

независимо от

числа

полюсов,

двух обходов)

изменение

послед­

в

то

время

как в

катушечных

него шага производить нельзя, так

двухслойных

обмотках

необходимо

как это приводит обмотку данной

установить 2 р— 1

аналогичных

пе­

фазы к

стержням

соседней. Для

ремычек

(межгрупповых соедине­

соединения

оставшихся

после

пер­

ний) на каждую фазу. Это обстоя­

вых 02

обходов

стержней

фазы

тельство

существенно

облегчает

последний

стержень,

на

котором

соединение

схемы,

особенно

в

закончился

обход,

соединяют

пе­

многополюсных машинах.

ремычкой

со стержнем,

занимаю­

При

симметричном

расположе­

щим такое

же

положение

в

пазу

нии начал фаз так же симметрич­

на расстоянии шага от него в на­

но

располагаются

перемычки

и

правлении,

обратном

обходу,

т. е.

концы фаз. Если

за

начала

фаз

нижний стержень паза 19 соединя­

приняты

верхние

стержни

пазов,

ется с нижним стержнем паза 19—

то концами фаз также будут верх­

—Q=13. Далее продолжают

обход

ние

стержни,

а

перемычки

соеди­

в том же

порядке,

но

изменив

его

няются

с нижними стержнями.

направление.

Построение

обмотки

Волновую

стержневую обмотку

заканчивается после 02 обходов в

выполняют с одной и реже с дву­

обратном

направлении.

мя параллельными

ветвями. Обра­

Начала

других

фаз

обмотки

зование большего числа параллель­

располагают

симметрично

через

ных

ветвей

технологически

слож ­

2 0 2 ^ 2 пазовых

деления, т. е.

через

но. Для получения двух параллель­

i/з окружности

ротора

(см. §

3-4).

ных

ветвей

перемычку

между

ио-