Короткозамкнутые обмотки. В роторах асинхронных двигателей широко распространены короткозамкнутые обмотки. Они также применяются как демпферные и пусковые в роторах синхронных машин.

Основное их отличие от всех остальных обмоток электрических машин заключается в отсутствии изоляции между пазовой частью обмотки и стенками паза. Встречающиеся иногда - фазные изолированные и замкнутые накоротко обмотки роторов асинхронных машин специального исполнения здесь не рассматриваются.

Короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных двигателей делятся по конструкции и технологии изготовления на два типа: сварные и литые (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Короткозамкнутые роторы асинхронных двигателей:

— со вставными стержнями; — с литой обмоткой;

1 — стержни обмотки; 2 —замыкающие кольца;

3 — вентиляционные лопатки

Демпферные и пусковые обмотки синхронных машин выполняют только сварной конструкцией. Стержни обмоток в подавляющем большинстве случаев круглого сечения располагают в пазах полюсных наконечников.

Демпферные обмотки синхронных двигателей более мощные, чем синхронных генераторов, так как их используют так же, как и пусковые. У генераторов демпферные обмотки выполняют из меди. В двигателях для улучшения пусковых характеристик часто применяют латунь.

3.4. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПОЛНЕНИЯ ПАЗА

Зубцовая зона — наиболее напряженный в магнитном отноше­нии участок магнитопровода, поэтому при проектировании машин стремятся выбрать наименьшие размеры пазов, обеспечивающие размещение в них необходимого числа проводников и изоляции. Степень использования объема паза для размещения меди обмотки оценивается коэффициентом заполнения паза медью , представляющим собой отношение суммарной площади поперечного сечении всех проводников в пазу к площади поперечного сечения паза «в свету» :

, (3.1)

где — площадь поперечного сечения элементарного проводника; — число элементарных проводников в одном эффективном; — число эффективных проводников в пазу.

Коэффициент зависит от общего количества изоляции в пазу, т. е. от толщины корпусной, витковой и проводниковой изоляции и наличия различных изоляционных прокладок. При возрастании толщины изоляции, например, в машинах с более высоким номинальным напряжением или при использовании худших изоляционных материалов, коэффициент заполнения паза медью уменьшается. Это приводит к ухудшению использования пазового пространства, а следовательно, и всей зубцовой зоны машины.

Средние значения для современных электрических машин в зависимости от номинального напряжения и типа обмоток приведены в табл. 3.12.

Таблица 3.12. Средние значения коэффициента заполнения паза медью

Тип обмотки	Коэффициент
Обмотки из круглого провода с эмалевой изоляцией на напряжение до 660 В	0,3
Обмотки из прямоугольного провода на напряжение 3000 В (провод марки ПСД)	0,22…0,37
Обмотки из прямоугольного провода на напряжение 6000 В	0,14…0,25

---

Для машины с обмотками из прямоугольных проводов можно рассчитать достаточно точно, так как при проектировании заранее определяют местоположение каждого проводника в пазу.

В обмотках из круглого провода положение каждого проводника в пазу заранее определить нельзя. Кроме того, плотность размещения проводников в пазу непостоянна. Она зависит от усилий, прикладываемых обмотчиком при уплотнении проводников по мере укладки их в пазы. Опытом установлено, что при чрезмерно большой плотности укладки круглых проводов трудоемкость обмоточных работ неоправданно возрастает, а надежность обмотки резко ухудшается из-за возникающих при этом механических повреждений проводниковой изоляции.

Плотность укладки проводников в пазы оценивается технологи­ческим коэффициентом заполнения проводниками свободной от изоляции площади поперечного сечения паза:

. (3.2)

Числителем этого выражения является произведение площади квадрата, описанного вокруг изолированного элементарного проводника с диаметром на число всех элементарных проводников в пазу , а знаменателем — площадь поперечного сечения паза, свободная от изоляции т. е. та площадь, в которой располагают­ся проводники обмотки. Коэффициент обычно называют коэффи­циентом заполнения паза. Он характеризует только технологичность укладки обмотки из круглого провода, а не степень использования объема паза для размещения проводников обмотки. Так, при одной и той же плотности укладки обмотки будет одинаков для обмоток машин с разной толщиной пазовой или проводниковой изоляции, при двухслойной или однослойной обмотках и т. п.

В современном электромашиностроении плотность укладки обмотки стремятся выполнить такой, чтобы был в пределах 0,7…0,75, причем меньшие значения — в машинах с числом полюсов, равным двум.

Следует отметить, что увеличение числа элементарных проводников в одном эффективном, т. е. применение обмоточного провода меньшего диаметра при прежней площади эффективного проводника, приводит к некоторому возрастанию коэффициента заполнения, и наоборот. Это объясняется тем, что толщина изоляции обмоточного провода остается постоянной при сравнительно больших изменениях диаметра круглых обмоточных проводов (см. приложение П3).

3.5. ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВЫВОДОВ ТРЕХФАЗНЫХ ОБМОТОК

Основным элементом обмотки электрической машины является виток. Несколько последовательно соединенных витков, находящихся в одних и тех же пазах, объединяют между собой общей корпусной изоляцией, в результате чего образуется катушка обмотки. Каждую из сторон катушки располагают в одном пазу. Если весь паз занят стороной только одной катушки (стороны катушек располагают в один слой), то обмотку называют однослойной. Если в каждом пазу размещены стороны двух катушек, одна над другой, то обмотку называют двухслойной.

---

Несколько последовательно соединенных в соседних пазах, образуют катушечную группу, представляющую собой обмотку полюса или пары полюсов одной из фаз маши­ны. Число катушек в катушечной группе обозначают q. Так как q катушек располагают в соседних пазах, то одноименные стороны этих катушек занимают q пазов, образующих обмотку полюса одной фазы машины.

В одной катушечной группе все катушки могут быть соединены только последовательно, так как векторы ЭДС катушек, находящихся в различных пазах, сдвинуты относительно друг друга на пазовый угол и при параллельном соединении возникают большие уравнительные токи. Параллельное соединение катушек в одной группе применяют в некоторых обмотках крупных двухполюсных турбогенераторов.

Несколько соединенных между собой катушечных групп обра­зуют фазу обмотки. Катушечные группы в фазе соединяются по­следовательно, параллельно или смешанно, последовательно-па­раллельно. Количество катушечных групп в каждой из фаз зависит от числа полюсов и типа обмотки. Число параллельных ветвей при соединении катушечных групп определяют при расче­те обмоток.

Концы фаз в большинстве случаев внутри машины не соединяют, а подводят к зажимам коробки выводов все начала и все концы фаз, что позволяет включать машины на два напряжения сети, сое­диняя фазы в звезду или в треугольник. Напряжение, приходящееся на фазу обмотки статора, при этом не изменяется.

Изображение схемы обмотки. Порядок соединения между собой отдельных катушек, катушечных групп и фаз обмотки задают в технической документации в виде чертежа, который называют схемой обмотки. При вычерчивании схем принят ряд условностей: чертеж с изображением схемы обмотки выполняется без соблюдения масштаба и не отражает никаких соотношений размеров машины и обмотки и ее частей; каждая катушка изображается одной ли­нией независимо от числа витков в ней и элементарных проводников в каждом эффективном проводнике; все катушки изображают в одной плоскости и т.п. Известны несколько способов изображения схем, из которых наибольшее распространение получили так называемые развернутые и торцевые схемы. Торцевая схема представляет собой как бы вид с торца на обмотанный сердечник (рис. 3.11). На ней хорошо прослеживаются положения лобовых частей катушек, но недостаточно места для изображения межкатушечных и межгрупповых соединений, что неудобно в сложных схемах, имеющих несколько параллельных ветвей.

Рис. 3.11. Торцевая схема однослойной концентрической

обмотки z =24, 2р = 4, а = 1

Развернутые схемы представляют собой развертку статора или ротора с обмоткой и позволяют показать все соединения между эле­ментами обмотки — катушками и катушечными группами.

Фазная зона. Стороны катушек одной катушечной группы распределены в q лежащих друг за другом пазах. В симметричной m-фазной обмотке на каждом полюсном делении таких групп будет m по q пазов в каждой. Следовательно, стороны катушек, принадлежащих одной фазе, расположены на каждом полюсном делении τ в пазах, занимаю­щих 1/m-ю его часть, или [πD/(2рm)=τ/m]-ю часть окружности зазора, называемую фазной зоной. В обмотках трехфазных машин, построен­ных по такому принципу, фазная зона занимает дугу окружности, содержащую электрический угол τ/m = 180°/3 = 60°, поэтому такие обмотки называют обмотками с 60-градусной фазной зоной.

---

Иногда применяют обмотки, в которых mq пазов располагают на двух полюсных делениях. Фазная зона таких обмоток занимает 2τ/m-ю часть окружности, что соответствует электрическому углу 120° в трехфазных машинах. Такие обмотки называют обмотками с 120-градусной фазной зоной.

В большинстве трехфазных машин общего назначения применя­ют обмотки с 60-градусной фазной зоной. Однако встречаются и машины с обмотками, имеющими 120-градусную фазную зону. На­пример, в многоскоростных асинхронных двигателях с полюсно-пе- реключаемой обмоткой при включении на большее число полюсов обмотка имеет 60-градусную фазную зону, а при включении на работу с меньшим числом полюсов — 120-градусную фазную зону.

Ниже рассматриваются наиболее распространенные схемы обмоток с 60-градусной фазной зоной. Принципиально схемы обмоток со 120-градусной фазной зоной не отличаются от рассматриваемых ниже, однако при их составлении и расчете обмоточных коэффициентов необходимо учитывать особенности этого вида обмоток.

Обозначение выводов обмоток трехфазных машин. В настоящее время действуют две системы обозначений выводов обмоток электрических машин. Одна из них, установленная ГОСТ 183—74, сохраняется для разработанных до 1987 г. и модернизируемых машин. Выводы обмоток этих машин обозначают буквами русского алфавита: обмоток статора — С, обмоток ротора асинхронных двигате­лей — Р, обмоток возбуждения синхронных машин — И. Цифрами после букв обозначают начала и концы фаз: первой фазы соответственно 1 и 4, второй фазы 2 и 5, третьей фазы 3 и 6. В табл. 3.13 приведены установленные ГОСТ 183—74 обозначения в зависимости от числа выводов и схемы соединения обмоток. Обозначения должны быть нанесены непосредственно на концы выводов: на кабельные наконечники, шинные концы или специальные обжимы, плотно за­крепленные на выводах.

Таблица 3.13. Обозначения выводов обмоток

электрических машин переменного тока, разработанных до 1987 г.

Наименование и схема соединения обмотки	Число выводов	Наименование фазы или вывода	Обозначение выводов
			начало	конец
Обмотка статора: Открытая схема	6	Первая фаза	С1	С4
		Вторая фаза	С2	С5
		Третья фаза	С3	С6
Соединение звездой	3 или 4	Первая фаза	С1
		Вторая фаза	С2
		Третья фаза	С3
		Нулевая точка	0
Соединение треугольником	3	Первый вывод	С1
		Второй вывод	С2
		Третий вывод	С3
Обмотка возбуждения (индукторов) синхронных машин	2		И1		И2
Обмотка фазного ротора асинхронных двигателей	3	Первая фаза	Р1
		Вторая фаза	Р2
		Третья фаза	Р3
Схема звезда	4	Первая фаза	Р1
		Вторая фаза	Р2
		Третья фаза	Р3
		Нулевая точка	0

---

и модернизируемых (ГОСТ 183 – 74)

Примечание: 1.В чертежах электрических схем соединения обмоток с 6 выводными концами (в рисунках на свободном поле схемы) допускается применение двойных обозначений (С1C6; C2C4; C3C5) при соединении фаз в треугольник и тройного обозначения (С4С5С6) точки звезды (нулевой точки) при соединении фаз в звезду.

2.Выводы составных и секционированных обмоток статором машин следует обозначать теми же буквами, что и простые обмотки, но с дополнительными цифрами впереди букв. Например, выводы первой обмотки (первой секции) первой фазы; начало 1С1, конец 1С4, выводы второй обмотки (секции) первой фазы: начало 2С1, конец 2С4.

3.Контактные кольца ротора асинхронных двигателей обозначают также, как присоединенные к ним выводы обмотки ротора, при этом расположение колец должно быть в порядке цифр, указанных в таблице, а кольцо 1, соединенное с выводом Р1, должно быть наиболее удаленным от обмотки ротора.

В машинах малых размеров, в которых буквенно-цифровые обозначения затруднены из-за недостатка места, ГОСТ разрешает использовать цветовые обозначения (табл. 3.14) проводами с разноцветной изоляцией, красками и т. п.

Таблица 3.14. Цветовое обозначение выводов

обмоток статора трехфазных машин

переменного тока

Схема соединения обмотки	Число выводов	Наименование фазы или вывода	Цветовой код выводов
			начало	конец
Открытая схема	6	Первая фаза	Желтый	Желтый с черным
		Вторая фаза	Зеленый	Зеленый с черным
		Третья фаза	Красный	Красный с черным
Звезда	3 или 4	Первая фаза	Желтый	-
		Вторая фаза	Зеленый	-
		Третья фаза	Красный	-
		Нулевая точка	Черный	-
Треугольник	3	Первый вывод	Желтый	-
		Второй вывод	Зеленый	-
		Третий вывод	Красный	-

Для машин, разработанных после 1 января 1987 г., установлена система обозначений выводов обмоток (ГОСТ 26772—85), соответствующая международным стандартам. По этой системе (табл. 3.15) выводы обозначают буквами латинского алфавита: первой фазы об­мотки статора — буквой U, второй фазы — буквой V, третьей фазы — буквой W; выводы обмотки ротора соответственно по фазам — буквами K, L и М; выводы обмотки возбуждения синхронных машин — буквой F. Начала и концы фаз обозначаются соответственo цифрами 1 и 2, стоящими после букв. При наличии промежуточных выводов они обозначаются буквой, определяющей фазу, и последующими цифрами: 3, 4 и т. д.

Таблица выводов обмоток электрических машин переменного тока,

разработанных после 1.01.1987 г. (ГОСТ 26772—85)

---

Смотрите также файлы

• ГЛАВА 4 Магнитная цепь.doc

• ГЛАВА 5 Параметры ЭМ.doc

• ГЛАВА 6 Потери и КПД.doc

• Глава 7 Тепловой и вентиляционный расчет электрических машин.doc

• Глава 8 Элементы конструкции и механические расчеты.doc