Двухслойных статорных обмоток

Основным элементом обмотки является виток. Несколько последовательно соединенных витков, объединенных общей корпусной изоляцией, образуют катушку, причем каждая из ее сторон располагается в верхней или нижней части паза.

Несколько последовательно соединенных катушек, расположенных в соседних пазах, образуют катушечную группу, причем в пределах катушечной группы все катушки соединяют только последовательно.

В симметричной трехфазной обмотке на каждом полюсном делении располагают 3 катушечных группы по q₁ пазов в каждой. Следовательно, катушечная гpуппa занимает 1/3 часть τ или часть окружности расточки статора, называемую фазной зоной. Фазная зона занимает дугу окружности, содержащую электрический угол τ/3 = 180°/3 = 60°, поэтому ее называют 60-градусной.

Несколько соединенных между собой последовательно или параллельно катушечных групп образуют фазу обмотки.

Стороны катушек, являющиеся началами фаз обмоток, чаще всего располагают в пазах, угол между которыми 2π/3 равен углу между фазами питающей сети (120°). Таким образом, начала фаз располагают через 2q₁ пазов, но можно располагать и через 2q₁k, где k = 1, 2, 3...

Концы фаз обычно внутри машины не соединяют, а подводят к зажимам коробки выводов, что позволяет включать обмотку в звезду или треугольник.

Порядок соединения между собой элементов обмотки изображают в виде схематического чертежа, называемого схемой обмотки. Схему выполняют без соблюдения масштаба, т.к. она не отражает никаких размерных соотношений машины. Каждую катушку в схеме изображают одной линией, независимо от числа витков в ней и элементарных проводников в витке.

Схемы симметричных обмоток рассмотрим на примере развернутой схемы при Z₁=12, 2p=2, q₁=2, a₁=1, y=5. На рис. 17.1 изображены 12 пар (сплошных и пунктирных) линий, обозначающих верхние и нижние стороны катушек, лежащих в пазах, разделенных на 2 полюсных деления. Так как q₁=2, то на каждую фазу на полюсном делении приходится по 2 паза.

Лобовые части соединяют стороны катушек, лежащие на расстоянии y=5.

Как видно из рисунка, катушки каждой фазы при 2p=2 образуют две катушечные группы, направление обтекания током которыхменяется для образования разнополярных полюсов. При 2р>2 число катушечных групп также равно числу полюсов.

Начала фаз С1, С2, С3 сдвинуты между собой на 2q₁пазовых деления, т.е. на 120°.

Так как соединения катушечных групп каждой фазы полностью идентичны, дальнейший анализ обмоток удобнее проводить с помощью условных схем (условная схема рис. 17.2 соответствует развернутой схеме фазы рис. 17.1). В каждом прямоугольнике, обозначающемкатушечную группу, выше диагонали проставлен ее порядковый номер, а ниже диагонали – количество катушек в катушечной гpyппе. Над катушечными группами стрелками изображают направление обхода их током.

Рис. 17.1

Условная схема при 2р = 2, a₁ = 2показана на рис. 17.3, при этом катушечные группы образуют две параллельные ветки, но полярность полюсов не изменяется.

На рис. 17.4 приведена схема при 2р = 4, a₁ = 2, а на рис. 17.5 – та же схема, но при a₁ = 4. Полярность полюсов при этом сохраняется.

Рис. 17.2 Рис. 17.3

Рис. 17.4 Рис. 17.5

Принцип построения схем обмоток с большими 2р и а₁ аналогичен вышеизложенному.

Обмотки с дробным q₁ состоят из катушечных гpyпп с разными числами катушек, т.к. катушечную группу невозможно выполнить из дробного числа катушек. Поэтому числа катушек в катушечных группах подбирают так, чтобы дробному q₁ соответствовало среднее число катушек в группах. Катушечные группы при дробном q₁ выполняют большими и малыми. В большие катушечные гpyппы включают на одну катушку больше, чем в малые. Большие и малые катушечные группы чередуются в обмотках с определенной периодичностью.

Дробное число q₁ обычно выражают в виде неправильной дроби

Число катушек в малых катушечных гpyппax всегда равно b, а в больших b+1. Чередование больших и малых катушечных групп записывают рядом цифр, а периоды разделяют вертикальной чертой, например, 32/32/32... Из записи следует, что первой от начала отсчета будет большая катушечная группа из трех катушек, затем малая из двух катушек и т.д.

В общем случае для дробных обмоток в каждом периоде содержится по d катушечных групп и по N катушек. При этом условии среднее число катушек в катушечной гpyппe за один период будет равно q₁ , так
Рис. 17.6 как N/d=q₁.

На рис. 17.6 представлена схема дробной обмотки при 2р=2, q₁ = 2¹/₂ (b = 2, с = 1, d=2, N =2·2 +1= 5).

Выбор знаменателя дробности числа q₁ определяется условием симметрии обмотки и необходимым числом параллельных ветвей. Обмотка будет симметричной, если число катушечных групп фазы, равное 2р, содержит целое число периодов чередования больших и малых катушек. В каждом периоде содержится d катушечных групп, следовательно, условием симметрии является равенство целому числу соотношения 2p/d.

Параллельные ветви при дробном q₁ можно образовать только из катушечных групп, составляющих целое число периодов чередования. Поэтому допустимые числа параллельных ветвей

где k – любое целое число.

Максимально возможное число параллельных ветвей

При составлении схем, в которых числитель дробной части q₁ равен c=1 или c=d–1, последовательность чередования больших и малых катушек безразлична. Например, для обмоток с q₁=2¹/₄можно принять чередование /2223/2223/ или /2232/ 2232/, или любое другое, образованное перестановкой этих цифр.

В случаях, когда 1< c<(d-1), например, в обмотках c или и т.д., наиболее благоприятное чередование катушечных групп находят следующим образом.

По значениям q₁=b+с/d составляют таблицу, имеющую с строк и d столбцов. В столбцы таблицы последовательно, начиная с верхней левой клетки, вписывают попеременно сначала числа катушек, содержащихся в больших катушечных группах (с раз), а затем числа катушек, содержащихся в малых катушечных группах (d–с раз), пока таблица не окажется полностью заполненной.

Рассмотрим пример обмотки , для которой b = 4, с=3, d = 5. Составим таблицу, имеющую с = 3 строки и d = 5 столбцов. Каждый период чередования катушечных групп будет содержать с = 3 большие катушечные группы, состоящие из b+1=4+1=5 катушек, и d–c= 5–3 = 2 малые катушечные группы, состоящие из b = 4 катушек каждая. Вписываем в клетки первого столбца, начиная с верхней, три цифры 5 – число катушек в больших катушечных группах. Затем, начиная с верхней клетки второго столбца, вписываем две цифры 4 – число катушек в малых катушечных группах и т.д.

По строкам таблицы читаем нужное чередование больших и малых катушечных групп. Для построения обмотки можно взять данные любой из трех строк, например /54545/54545/… или /54554/54554…

В условных схемах дробных обмоток меняются только числа катушек в катушечных группах, проставляемые под диагоналями в прямоугольниках. На рис. 17.7 приведен фрагмент схемы рассмотренной обмотки при 2р =30, а₁=1.

Рис. 17.7

Начала фаз в дробных обмотках также должны быть выбраны через 120°k, т.е. через 2q₁k пазовых делений, где k – целое, не кратное трем число. Однако при дробном q₁ произведение 2q₁k не при всяком k будет равно целому числу пазовых делений (за исключением обмотки с d=2). Поэтому в дробных обмотках при определении положения начал фаз множитель k необходимо брать таким, чтобы произведение 2q₁k было равно целому числу, не кратному трем. Наименьшее возможное расстояние в пазовых делениях между началами фаз:

– при d четном

– при d нечетном

ПРИМЕР РАСЧЕТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Исходные данные

Номинальная мощность Р_н = 480 кВт.

Номинальное линейное напряжение U_н = 230 В.

Номинальная частота вращения n_н = 500 мин^-1.

Частота f = 50 Гц.

Коэффициент мощности cosφ_н = 0,8.

Число фаз m = 3.

Охлаждение – воздушное, самовентиляцией.