содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

РАЗДЕЛ 4

ОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

4.1. Типы обмоток электрических машин

В электрических машинах наиболее распространены цилиндрические разноименно-полюсные (барабанные) обмотки с фазной зоной, равной электрическому углу тс/m. Проводники обмотки этого типа располагаются вдоль зазора и соединяются между собой в витки, не охватывая магнитопровода статора или ротора, как это имеет место в спиральных или граммовских обмотках.

Цилиндрическая разноименнополюсная обмотка может быть сосредоточенной или распределенной. В сосредоточенной обмотке витки, образующие один полюс, объединены в одну катушку, как правило, многовитковую, расположенную на явно выраженных полюсах (обмотки возбуждения машин постоянного тока или синхронных машин с явнополюсным ротором). Распределенные обмотки состоят из катушек с относительно небольшим числом витков каждая, размещенных равномерно по длине окружности воздушного зазора в пазах магнитопровода статора или ротора.

Сосредоточенные обмотки машин переменного и постоянного тока одинаковы по схемам соединений и различаются лишь конструктивными особенностями. Распределенные обмотки машин переменного тока отличаются от распределенных обмоток машин постоянного тока (обмоток якорей) как по схемам соединений, так и по конструкции самих обмоток [2, 9, 18].

исполнение обмоток

машин переменного тока

Распределенные обмотки машин переменного тока подразделяются на петлевые и волновые — по направлению отгиба лобовых частей и последовательности соединения и на однослойные и двухслойные — по числу сторон катушек, расположенных в одном пазу.

Обмотка статоров m-фазных электрических машин состоит из т частей, называемых фазами обмотки. В симметричных обмотках, например трехфазных, все фазы обмотки одинаковы, т. е. состоят из одного и того же числа витков и катушек, симметрично расположенных в пазах магнитопро-

вода и одинаково соединенных между собой катушечных групп. Фазы обмоток однофазных и двухфазных машин могут быть одинаковыми или различаться по числу витков, катушек и по площади поперечного сечения обмоточного провода.

По конструктивному исполнению различают обмотки из круглого и прямоугольного проводов. Обмотки называют катушечными, если витки каждой катушки образуются непрерывным проводом, или стержневыми, если обмотка состоит из отдельных стержней, а витки образуются лишь после укладки в пазы соединением стержней в их лобовых частях.

Катушечные обмотки в машинах переменного тока выполняются только петлевыми. Стержневые обмотки в зависимости от направления отгиба лобовых частей могут быть петлевыми или волновыми. То или иное конструктивное исполнение обмоток определяется типом и мощностью машины, номинальным напряжением и требованиями к их изоляции.

Обмотки из круглого провода (всыпные) укладывают в полузакрытые пазы статора (рис. 4.1) или ротора. Конструкция изоляции обмоток из круглого провода (пазовый короб, устанавливаемый в пазы до укладки обмотки) не рассчитана на высокие напряжения, поэтому такую обмотку применяют лишь в машинах с номинальным напряжением, не превышающим 660 В. Малая жесткость лобовых частей обмотки не может противостоять динамическим нагрузкам, возникающим во время пуска при больших токах в проводниках, поэтому обмотку из круглого провода не применяют в машинах мощностью более 100 кВт.

Для всыпных обмоток применяют провода диаметром не более 1,8 мм. При необходимости увеличить сечение эффективных проводников обмотку наматывают одновременно из нескольких параллельных проводов, называемых элементарными. В этом случае площадь поперечного сечения эффективного проводника

9эф = "э9э.

где щ — число элементарных проводников в одном эффективном; q₃ — площадь поперечного сечения элементарного проводника. Плотность укладки проводников в пазы определяется технологическим коэффициен-

Рис. 4.1. Примеры заполнения пазов статора проводниками обмотки из круглого провода

и изоляцией:

а — однослойная обмотка; б — двухслойная обмотка машины с h < 250 мм; в — двухслойная обмотка машины с h > 280 мм; / — проводники обмотки; 2 - корпусная изоляция (пазовый короб); 3 — пазовая крышка; 4 — прокладка между слоями; 5 — пазовый клин; 6 —прокладка под клин; 7 — прокладка на

дно паза

том заполнения паза:

К = d|,H3«₃"n/Sn,

где <1_ЭЮ — диаметр изолированного элементарного проводника; и_п — число эффективных проводников в пазу; S^ — площадь поперечного сечения паза, свободная от изоляции.

Обычные значения коэффициента заполнения к₃ = 0,68 -т- 0,75.

Коэффициент к₃, характеризуя плотность расположения проводников в пазу, не позволяет судить об эффективности использования всего объема паза для размещения в нем меди проводников. Этот фактор учитывает коэффициент заполнения паза медью:

кз,м = ?эПэ«п/5_п,

где S_n — полная площадь поперечного сечения паза.

При современных материалах и марках обмоточных проводов для обмоток из круглого провода удается достигнуть к_ъм = = 0,3 -г- 0,4 (большие значения — в однослойных обмотках с более тонкой корпусной изоляцией в пазу).

Обмотки из прямоугольного обмоточного провода применяют во всех машинах с номинальным напряжением 3000 В и выше, в машинах мощностью более 100 кВт и в машинах некоторых специальных исполнений с повышенными требованиями к изоляции. Для обмоток используют провод с поперечным сечением не более 17 — 20 мм². При больших номинальных токах машин эф-

фективные проводники обмоток образ'уют из нескольких элементарных проводников указанного сечения.

Катушки из прямоугольного провода выполняются либо цельными, либо подразделенными (рис. 4.2). Подразделенными называют катушки, разделенные вдоль на две одинаковые самостоятельные в конструктивном отношении части. В пазы машины их укладывают поочередно, а после укладки каждую пару соединяют параллельно между собой. Принятые последовательность и конструкция катушек позволяют укладывать обмотку такого типа в полуоткрытые пазы (рис. 4.3, а), шлиц которых уже, чем ширина цельной катушки.

Низкая электрическая прочность корпусной изоляции обмотки из подразделенных катушек, имеющей такую же конструкцию.

Рис. 4.2. Катушки из прямоугольного провода:

а — подразделенная; б — цельная

Рис. 4.3. Примеры заполнения пазов статора

проводниками обмотки из прямоугольного

провода и изоляцией:

а — полуоткрытые пазы статора с проводниками подразделенных катушек; б — открытые пазы статора машины с номинальным напряжением 6 кВ; / — проводники обмотки; 2 — обволакивающее покрытие (для скрепления проводников); 3 — скрепляющая лента: 4 —корпусная изоляция (пазовый короб); 5 — прокладка на дно паза; б - прокладка между слоями обмотки; 7 — прокладка под клин; 8 — пазовый клин; 9— проводники обмотки с дополнительной витковой изоляцией; 10 — гильзовая корпусная изоляция; 11 — внешняя защитная лента

как и во всыпных обмотках, не позволяет использовать обмотку этого типа в машинах с номинальным напряжением выше 660 В.

Цельные катушки из прямоугольного провода, как правило, изолируют до укладки, поэтому их можно укладывать, только в открытые пазы (рис. 4.3,6). Корпусная изоляция катушек может быть непрерывной по всей длине, выполненной из ленточного изоляционного материала, либо гильзовой в пазовой и непрерывной в лобовых частях. И та и другая конструкция находит широкое распространение в современных электрических машинах.

При напряжении более 6 кВ на внешнюю поверхность катушек обмотки наносят полупроводящее покрытие, служащее для предотвращения явления коронирования, возникающего на поверхности катушек в местах концентрации напряженности электрического поля, например в местах выхода прямолинейной части катушек из пазов.

Стержневая обмотка применяется в статорах крупных электрических машин, например в турбогенераторах и гидрогенераторах, а также в фазных роторах асинхронных двигателей мощностью более 50— 60 кВт.

Стержни статорных обмоток для снижения потерь от вихревых токов выполняют из большого числа параллельных элементарных проводников с площадью поперечного сечения 17 — 20 мм², которые для уменьшения влияния эффекта вытеснения тока определенным образом переплетаются между собой — транспонируются (рис. 4.4). Конструкция корпусной изоляции стержней такая же, как и катушек из прямоугольного провода машин с высоким номинальным напряжением.

Стержни обмоток фазных роторов асинхронных двигателей выполняют из медных прямоугольных проводов с большой площадью поперечного сечения. В пазовой части стержни обмотки крепятся пазовыми клиньями, в лобовых частях — проволочными бандажами или бандажами из стеклоленты.

Короткозамкнутые обмотки применяют как основные в роторах асинхронных двигателей и как пусковые или демпферные в синхронных машинах.

Короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных двигателей выполняют либо заливкой пазов алюминием или его сплавами, либо из стержней. Литые обмотки применяют в подавляющем большинстве роторов асинхронных двигателей мощностью до нескольких сотен киловатт. Одновременно с заливкой стержней отливают замыкающие кольца обмотки с вентиляционными лопатками. Изготовление обмотки ротора методом заливки позволяет выполнять стержни ротора практически любой нужной конфигу-

Рис. 4.4. Транспонированный стержень обмотки статора:

а — стержень без корпусной изоляции; б — положение стержней в пазу статора

Рис. 4.5. Пазы короткозамкнутых роторов с литыми обмотками:

а — одноклеточных; 6 — двухклеточных; в — с неравномерной зубцовой зоной (с чередующимися

пазами)

рации, включая двойные клетки со сложными профилями поперечного сечения каждого из стержней или с чередующимися пазами (рис. 4.5).

Для обмотки из вставных стержней в большинстве случаев используют медь, в двухклеточных роторах для рабочей обмотки — медь, а для пусковой — латуни, имеющие большее сопротивление и теплоемкость, чем медь, что особенно важно в двигателях, предназначенных для работы с тяжелыми условиями пуска.

В некоторых сериях асинхронных двигателей, например АНЗ, короткозамкнутая обмотка роторов выполняется из алюминиевых стержней прямоугольного сечения, которые устанавливаются в открытые пазы ротора.

Демпферные и пусковые обмотки синхронных машин выполняют из медных или латунных стержней, размещенных в пазах на полюсных наконечниках. В демпферных обмотках генераторов стержни каждого полюса замыкаются между собой по торцам с помощью сегментов. Стержни пусковых обмоток синхронных двигателей имеют общие замыкающие кольца для всех стержней обмотки.

Обмоточным коэффициентом называют отношение геометрической суммы векторов ЭДС проводников, последовательно соединенных в фазу обмотки (ЭДС фазы), к алгебраической сумме ЭДС этих же проводников:

^об = 1Е-£шр1/Х!^етр-

Обмоточный коэффициент для любой обмотки может быть найден по векторной диаграмме - звезде пазовых ЭДС [5,10]. Для обмоток с фазной зоной п/т общим анали-

тическим выражением для расчета большинства симметричных обмоток, кроме обмоток специальных машин (обмоток с q < 1, с не-равновитковыми катушками, с несплошной фазной зоной и ряда других), является

где v — номер гармоники ЭДС (для основной гармоники v = 1); N определяется по числу пазов на полюс и фазу: если q — целое число, N = q, если q — дробное число, N = dq, здесь d — знаменатель дробного числа q (q = b + + c/d = N/d, где b — целая и c/d - дробная части числа q, N/d — несократимая дробь); Р — относительный шаг обмотки (укорочение или удлинение шага).

В расчетной практике /с_об удобнее представить в виде произведения коэффициента укорочения fc_y на коэффициент распределения fc_p:

/Cq6 ~ ^у ^р-

Коэффициент укорочения шага обмотки

[п \ fe_y = sinlyPvl

учитывает уменьшение ЭДС витка по отношению к алгебраической сумме ЭДС двух проводников, являющихся его сторонами. В зависимости от укорочения (удлинения) шага

Р = >"расчА,

где у_расч — расчетный шаг обмотки.

Расчетный шаг обмотки для различных типов обмоток принимают:

для двухслойных обмоток (за исключе-

изменение к_р различных гармоник ЭДС в зависимости от числа q обмоток трехфазных машин.

обмоток машин

переменного тока

Обозначение выводов обмоток асинхронных и синхронных машин в зависимости от назначения обмотки, ее размещения в машине (на статоре или на роторе), числа концов, выведенных из машины для подсоединения к внешней цепи, и типа машины установлено ГОСТ 26772-85, который введен с 1.01.1987 г. взамен соответствующих пунктов (пп. 5.1-5.9) ГОСТ 183-74. ГОСТ 26772-85 предусматривает две системы обозначений: для ранее разработанных и модернизируемых машин и для вновь разрабатываемых электрических машин.

Для ранее разработанных и модернизируемых машин сохраняется система обозначений, установленная ГОСТ 183-74, в соответствии с которой выводы обмоток синхронных и асинхронных машин обозначаются буквами русского алфавита (обмоток статора — буквой С, ротора — буквой Р, обмоток возбуждения синхронных машин — буквой И) и цифрами. Обозначение выводов трехфазных асинхронных и синхронных машин приведено в табл. 4.2. Выводы обмоток статора однофазных синхронных машин обозначаются: С/ — начало фазы,С2 — конец фазы; обмотки возбуждения: И1 — начало, И2 — конец.

Выводы обмоток однофазных асинхронных двигателей обозначаются: начало главной обмотки — С1, конец — С2; начало вспомогательной обмотки — В1, конец — В2.

Концы обмоток, соединенные между собой внутри машины и не выведенные на клеммную доску коробки выводов или к контактным кольцам, не обозначаются. Например, в обмотке статора трехфазной машины, соединенной в звезду внутри машины, обозначаются только начала фаз С1, С2 и СЗ, а при наличии четырех выводов — вывод нулевой точки (точки звезды) О. В фазных роторах асинхронных двигателей обозначения наносят только на выводы обмотки, соединенные с контактными кольцами. Вывод первой фазы Р1 должен быть присоединен к наиболее удаленному от обмотки ротора контактному кольцу; вывод Р2 — к среднему, вывод РЗ — к ближайшему к обмотке кольцу. Обозначение самих колец не обязательно.

На чертежах схем обмоток обычно обозначают все начала и все концы фаз, причем концы фаз обмотки ротора обозначают аналогично концам фаз обмотки статора, т. е. Р4, Р5, Р6.

Начала и концы фаз секционированных обмоток машины обозначаются теми же буквами и цифрами, что и простые обмотки, но с добавлением перед прописными буквами цифр, определяющих каждую из обмоток. Так, при двух обмотках в машине выводы первой из них обозначаются 1 Cl, 1C2, 1СЗ — начала фаз и 1С4, 1С5, 1С6 — концы фаз; выводы второй обмотки — соответ-

Таблица 4.2. Обозначения выводов обмоток трехфазных асинхронных и синхронных

машин (по ГОСТ 183-74)

ственно 2С1, 2С2, 2СЗ и 2С4, 2С5, 2С6.

В многоскоростных машинах выводы отдельных и полюснопереключаемых обмоток обозначаются так же, как и выводы простых обмоток, но с дополнительными цифрами впереди прописных букв, указывающими число полюсов обмотки при соединении с сетью данных выводов. Например, выводы полюснопереключаемой обмотки машины на 2р = 4 и 6 обозначаются соответственно 4С1, 4С2, 4СЗ и 6С1, 6С2, 6СЗ.

Для выводов обмоток вновь разрабаты-

ваемых машин ГОСТ 26772-85 устанавливает обозначения, соответствующие СТ СЭВ 3170-81 и Публикации МЭК. 34-8 (табл. 4.3). Выводы обозначаются буквами латинского алфавита U, V, W, причем начала и концы каждой фазы — дополнительно цифрами, стоящими после букв: начало — цифрой /, конец — цифрой 2, например Ul, U2, VI, V2; Wl, W2, а промежуточные выводы — буквами и последующими цифрами 3, 4 и т. д. При наличии обмоток, имеющих одинаковые буквенные обозначения, вводятся до-

Таблица 4.3. Обозначение выводов трехфазных асинхронных и синхронных машин

(по ГОСТ 26772-85)

Продолжение табл. 4.3

полнительные цифры, стоящие перед буквами, например 1U1, 2U1 и т. д.

В обозначении раздельных обмоток двигателей, переключаемых на разное число полюсов, меньшая цифра, стоящая перед буквенным обозначением вывода, соответствует меньшей частоте вращения, а большая цифра — большей частоте вращения.

Двойное обозначение, например IV — 2N, IV — 3N и др., применяется для выводов, которые при одной частоте вращения многоскоростных двигателей присоединяются к сети, а при другой замыкаются накоротко между собой. Если на доске выводов отсутствует место для нанесения двойного обозначения, допускается не указывать вторую половину двойного обозначения, но при этом к машине должна быть обязательно приложена схема соединения обмоток.

На чертежах схем обмоток с шестью выводными концами допускается при соединении фаз в треугольник применение на свободном поле рисунка двойных обозначений (U1W2, V1U2, W1V2), а при соединении фаз в звезду — обозначений начал фаз (U1, VI, W1) и тройного обозначения точки звезды (V2, V2, W2). При применении обозначений для внутренних присоединительных выводов обмоток их следует указывать в скобках, например, точка соединения обмоток фазного ротора асинхронного двигателя в звезду обозначается (Q).

Обозначения выводов обмоток двухфазных машин переменного тока образуются из обозначений трехфазных машин (см. табл. 4.3) без букв W и М.

Выводы однофазных синхронных и асинхронных машин обозначаются в соответствии с табл. 4.4.

Выводы датчиков температурной за-

Таблица 4.4. Обозначения выводов обмоток

однофазных асинхронных и синхронных машин

(по ГОСТ 26772-85)

щиты вновь разрабатываемых машин, которые реагируют только на температуру, следует обозначать: 77 — начало, 72 — конец, а датчиков, реагирующих на температуру и ток: начало — Р1, конец — Р2.

Все обозначения выводов наносятся непосредственно на концы обмоток (на кабельные наконечники, на шинные концы или на специальные обжимы, плотно закрепленные на проводах). Навеска на концы обмоток бирок с обозначениями не допускается.

Для всех машин, разработанных ранее, модернизируемых и вновь разрабатываемых с диаметром корпуса не более 40 мм, в которых буквенное обозначение выводных концов затруднено недостатком места, допускается применять обозначения выводов цветовым кодом — проводами с разноцветной изоляцией, краской и т. п. Цветовые обозна-

чения выводных концов обмоток приведены в табл. 4.5 и 4.6.

Выводы обмоток статоров двухфазных асинхронных двигателей могут иметь буквенно-цифровой, цифровой или цветовой коды обозначений (табл. 4.7).

Обозначения выводов шаговых двигателей и информационных машин (тахогенера-торов, сельсинов, индукционных датчиков

Таблица 4.5. Цветовое обозначение

выводов обмоток статора трехфазных машин

переменного тока

Таблица 4.6. Цветовое обозначение выводов обмоток статора однофазных двигателей

угла и т. п.) приведены во втором томе Справочника.

Взаимное расположение по пазам статора или ротора начал фаз распределенных

Таблица 4.7. Обозначения выводов обмоток двухфазных асинхронных двигателей (по ГОСТ 183-74)

обмоток должно подчиняться следующему правилу: электрический угол между началами фаз обмотки должен быть равен углу между векторами питающего напряжения или в целое число раз больше него. Таким образом, электрический угол между началами фаз трехфазной обмотки должен быть равен 120 °к, где к — любое целое число, не кратное 3. Электрический угол между началами фаз двухфазной обмотки должен быть равен 90 "к, где к — любое целое число, не кратное 2.

В статорах стремятся расположить выводы обмоток как можно более компактно, поэтому в большинстве случаев принимают к = 1. При этом в трехфазных обмотках начала фаз располагаются через 120°, т. е. через 2q зубцовых делений, а в двухфазных обмотках — через 90 °, т. е. через q зубцовых делений.

Начала фаз обмоток фазных роторов асинхронных двигателей стремятся расположить симметрично по окружности ротора для того, чтобы избежать дисбаланса, который появится при неравномерном по окружности расположении начал фаз и перемычек в фазах. В трехфазных машинах оба условия совместимы при к = р. В машинах с р, кратным 3, достигнуть полной геометрической симметрии в расположении выводных концов обмотки ротора не удается.

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..