Обмотки статоров машин переменного тока

Обмотка статоров выполняется из медных проводов круглого или прямоугольного сечения. Каждая фаза обмотки может иметь 1-у или несколько катушек. Число катушек в фазе равно числу пар полюсов магнитного поля машины.

Если каждая фаза обмотки имеет 1-у катушку, то получается 2-х полюсное магнитное поле с максимально возможной скоростью вращения 3000 об/мин. Для получения меньшей скорости увеличивают число катушек в каждой фазе обмотки.

Катушки в фазе соединяются последовательно.

Одной из характеристик статора является полюсное деление (τ). Полюсное деление – это длина дуги поверхности статора, соответствующая расстоянию между полюсами:

Д1 – внутренний диаметр статора

2р – число полюсов

Для создания требуемого вращения момента каждая катушка обмотки должна иметь большое количество витков. Если уложить все витки катушки в 2-х пазах получится сосредоточенная обмотка. Сосредоточенные обмотки не получили распространение в асинхронных двигателях, так как для их размещения пришлось бы вырубать в пластинах статора пазы большой площади. Это привело бы к увеличению наружного диаметра статора, следовательно, габаритов машины. Поэтому в машинах переменного тока применяют распределенные обмотки статора. Для выполнения распределенной обмотки каждую катушку делят на группы катушек или секций, соединенных последовательно и размещают их в соседних пазах. Распределенные обмотки делятся на

- однослойные

- двухслойные.

При однослойной обмотке в каждом пазу укладывается одна сторона 1-ой катушки. При двухслойной обмотке в каждом пазу укладываются 2 стороны разных секций обмотки.

Однослойные обмотки

Бывают:

- концентрические

- шаблонные

В концентрической обмотке катушки каждой катушечной группы имеют разную ширину и располагаются концентрически. Устройство обмотки можно рассмотреть на развернутой схеме. Для получения развернутой схемы цилиндрическую поверхность статора вместе с обмоткой условно разрезают вдоль образующей цилиндра и развертывают на плоскости. При этом все секции обмотки изображают одновитковыми.

СХЕМА

Лобовые части концентрических обмоток отгибают в 2-х плоскостях. Для того, чтобы избежать пересечения лобовых частей катушек принадлежащих разным фазам.

Недостаток: наличие катушек разного размера, вследствие чего они имеют разное сопротивление. Концентрические обмотки применяют в двигателе при большой мощности до 18 кВт

В шаблонных обмотках все катушки имеют одинаковый размер. Наматываются на общем шаблоне.

СХЕМА

Шаблонные обмотки применяют в машинах с мощностью до 10кВт

Двухслойные обмотки

Получили наибольшее распространение в эл/машинах. Такая обмотка укладывается в пазах статора в два слоя.

Если одна сторона секции лежит в пазу в нижнем слое, то другая сторона этой секции в другом пазу укладывается в верхнем слое.

Двухслойные обмотки могут выполняться с петлевыми или с волновыми секциями.

СХЕМА

Двухслойные обмотки характеризуются шагом обмотки - у.

у- ширина первой секции выражается в пазах.

Если ширина катушки равна полюсному делению τ, то говорят, что обмотка имеет полный или диаметральный шаг. Полюсное деление τ может быть выражено как в мм, так и в пазах. В электрических машинах чаще всего применяют петлевые обмотки с укороченным шагом, когда у <τ.

Укорочение шага обмотки применяют для улучшения формы кривой ЭДС в обмотке статора (Z=12).

Рассмотрим принцип выполнения двухслойной обмотки. Пусть дан статор с 12 пазами

СХЕМА

Нужно разместить в этих пазах трехфазную двухслойную обмотку так, чтобы получилось двухполюсное магнитное поле 2р=2.

Так как число катушек в фазе обмотки равно числу пар полюсов, то обмотка будет иметь в каждой фазе по одной катушке. Число пазов на каждую фазу равно Z/3 = 4 паза. Следовательно на одну сторону каждой катушки приходится 2 паза. В каждом пазу мы можем уложить 2 стороны разных секций, следовательно каждую катушку надо разделить на 4 секции.

Надо разделить поверхность статора на фазные зоны.

Для двух других фаз обмотки выполняются аналогично.

В рассмотренном примере обмотка фазы состоит из 4-х секций, сгруппированных в две катушечные группы, при этом все секции соединены последовательно. Однако секции можно соединять и параллельно. При этом секции, принадлежащие одной катушечной группе, всегда соединяют последовательно, катушечные группы можно соединить и параллельно. При параллельном соединении катушечных групп обмотка фазы делится на несколько параллельных ветвей. Число параллельных ветвей (2а) может быть равно от 1 до 2р. В нашем примере а=1.

В рассмотренной схеме обмотка имеет диаметральный шаг (у=τ= 6 пазов)

Посмотрим, как устроена обмотка с укороченным шагом.

у=5 пазов

При укорочении шага обмотки в некоторых пазах оказываются уложенными вместе секции разных фаз. При этом ЭДС обмотки ослабляется, но незначительно. Волновые обмотки применяют в очень мощных машинах с числом витков в секции W=1.