Устройство многофазных обмоток




Принцип образования вращающегося магнитного поля

Многофазная обмотка в электрических машинах переменного тока должна создавать вращающееся магнитное поле с заданным числом полюсов. В случае трехфазной обмотки это требование выполняется, если ее разместить на цилиндрической поверхности так, чтобы магнитные оси фаз были сдвинуты в пространстве на 120°, и пропустить по фазам токи, сдвинутые во времени па 1/3 периода или на электрический угол 120°. Простейшая обмотка такого типа представлена на рис. 3.1.

Каждая фаза обмотки состоит из катушки, содержащей по одному витку с двумя активными сторонами: А-Х, B-Y, C-Z. Расстояние между активными сторонами у1 =πDi/2 называется шагом обмотки.

На рис. 3.1, а показаны силовые линии результирующего магнитного поля для момента

времени, когда ток фазы А положителен и равен своему амплитудному значению, а токи двух

Рис.3.1

других фаз равны половине амплитуды и отрицательны (ток фазы принимается положитель­ный, если направление силовых линий поля, созданного этим током, совпадает с положи­тельным направлением магнитной оси фазы). Результирующее поле имеет два полюса. Ось этого поля совпадает с магнитной осью фазы А.

Через четверть периода ток фазы А становится равным нулю, а токи фаз В и С - равны­ми, но противоположными по знаку (рис. 3.1, б). При этом ось результирующего магнитного поля поворачивается на 90" в направлении чередования фаз. Ясно, что за полный период из­менения фазных токов ось результирующего поля совершит один оборот. Если частота тока равна f 1, то за одну минуту поле совершит n1 = 60 f 1 оборотов.

Чтобы получить поле с четырьмя полюсами, необходимо, каждую фазу выполнить из двух катушек с шагом, равным четверти длины окружности у1 = πD/4 и разместить их рав­номерно на внутренней поверхности статора, как показано на рис. 3.2.

Рис.3.2

Катушки каждой фазы могут быть соединены последовательно либо параллельно. При подключении данной обмотки к симметричной системе трехфазного тока результирующее поле будет иметь четыре полюса. Это поле также является вращающимся, но за один период изменения тока поле совершает 1/2 оборота, так как каждая пара полюсов занимает 1/2 длины окружности статора. Число оборотов такого поля за минуту составит

Аналогично строится обмотка на 2р = 6,8,10 и т.д. полюсов. Шаг каждого витка многополюсной обмотки равен полюсному делению у1 = τ = πDi/2p, а созданное ею поле вращается со скоростью n1=60 f 1 оборотов в минуту.

 

Основные типы обмоток

Обмотки переменного тока состоят из секций (рис. 3.3). Параллельные стороны секций укладываются в пазы на внут­ренней поверхности статора. Для беспрепятственной укладки сек­ций в пазы ее активные стороны приходится располагать по высо­те паза в двух слоях (рис. 3.4). Обмотка, состоящая из таких сек­ций, называется двухслойной. Лобовые части секций двухслойной обмотки также располагаются в двух слоях, что дает возможность при укладке в пазы соседних секций избежать пересечения лобовых частей.

Существуют также и однослойные обмотки, но они менее технологичны, так как выполняются из секций, имеющих разные размеры и более сложную форму лобовых частей

Рис.3.4

Свойства обмотки зависят от того, как секции расположены в пространстве и как они соединены между собой. Все это указывается с помощью схемы обмотки. Для удобства чтения схем стороны секций, лежащих в верхней части паза, изображают сплош­ной линией, а в нижней - пунктирной.

По характеру соединения секций различают петлевые и волновые обмотки. В петлевых обмотках секции, лежащие в соседних пазах и принадлежащие одной фазе, соединяют последовательно (рис. 3.5, а), а в волновых обмотках последовательно соединяют секции, расположенные на расстоянии 2τ (рис. 3.5, б).

Волновые обмотки с шагом у1=х более экономичны, так как в них отсутствуют пере­мычки между секциями. Это преимущество особенно ощутимо в многополюсных обмотках с малым числом витков. Однако если шаг обмотки укороченный, то предпочтение отдается петлевым обмоткам. Укорочение шага (у<τ), выполняемое в целью подавления высших гармоник поля и ЭДС (см. пп. 3.2 и 3.3), приводит к уменьшению расхода проводникового материала на лобовые соединения в петлевых обмотках в отличие от волновых, где такой экономии не происходит. Полное число пазов статора z, в которые укладывается обмотка, распределяется между фазами равномерно, так что на фазу в пределах одного полюсного де­ления приходится q =z/2pm пазов, где m - число фаз. Число q определяет среднее число пазов на полюс и фазу и поэтому может быть как целым, так и дробным.

На рис. З.б представлена схема одной фазы трехфазной двухслойной петлевой обмотки
со следующими параметрами: 2р = 4; z = 24; m=3;

Рис.3.5

При построении схемы обмотки все пазовое пространство разбивается на фазные зоны AZBXCY и т.д. по q пазов в каждой фазной зоне. Маркировка фазных зон производится со­гласно обозначениям активных сторон одновитковых катушек (рис. 3.2). Секции, располо­женные в фазной зоне, соединяются последовательно и образуют катушечную группу. Кату­шечные группы каждой фазы соединяются между собой либо последовательно, либо парал­лельно, но так, чтобы создаваемое ими магнитное поле имело заданное число полюсов. На рис. 3.6 показано последовательное соединение катушечных групп. В этом случае число па­раллельных ветвей фазы а = 1. При параллельном соединении катушечных групп можно по­лучить а = 2 или а = 4.

Для обмотки с дробным числом q на полюс и фазу число пазов в фазных зонах будет различно, поэтому задача разбиения пазового пространства на фазные зоны усложняется. Для ее решения запишем число пазов q в виде

Общее число пазов, приходящееся на одну фазу, должно быть целым,

Отсюда следует, что 2р/d =целое число. Следовательно, знаменатель d определяет период повторяемости фазных зон. В пределах периода повторяемости «с» фазных зон будут иметь по «b+1» пазов, a «d-с» фазных зон будут иметь «b» пазов.

Рассмотрим схему обмотки с параметрами

Обмотка имеет дробное число q. Период повторяемости фазных зон d = 2. Причем с=1 фазных зон будут содержать b+1 = 2 паза, a d-c=1 фазных зон будут содержать b = 1 паз. В соответствии с этими данными схема одной фазы обмотки будет иметь вид, по­казанный рис. 3.7.

Соединение секций в катушечные группы и формирование фаз для обмоток с дробным q производится аналогично обмоткам с целым q (рис. 3.6). Отличие состоит лишь в том, что максимальное число параллельных ветвей обмотки с дробным q в силу несимметрии кату­шечных групп зависит от периода их повторяемости d

В петлевых обмотках с целым q максимальное число параллельных ветвей равно числу полюсов:

Amax=2p



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-03-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: