Как рассчитать обмотку статора асинхронного двигателя

4. КАКОЙ ТИП ОБМОТКИ НУЖНО ВЫБРАТЬ?

Для статоров асинхронных двигателей до 300 квт находят применение три типа обмотки:

а)  однослойная катушечная;

б)  однослойная цепная;

в)  двухслойная.

Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, которые в значительной степени определяют области применения этих типов.

На рис. 6, 7 и 8 представлены схемы однослойных катушечных обмоток для двух, трех и четырех пар полюсов, выполненных при одном и том же числе зубцов Z1 = 36; поэтому числа пазов на полюс и фазу q у них разные — соответственно 3, 2 и 11/2. Из этих рисунков видно, что отдельные секции имеют различную форму, причем число таких форм равно удвоенному числу пазов на полюс и фазу. Кроме того, при всяком нечетном числе пар полюсов (в данном случае при р = 3) обмотка имеет одну группу секций переходной формы.

Рис. 6. Схема однослойной катушечной обмотки для двух пар полюсов.

Рис. 7. Схема однослойной катушечной обмотки для трех пар полюсов.

Достоинством обмоток этого типа является их большая наглядность, благодаря которой очень легко произ­водить соединение отдельных секций и групп секций между собой, не рискуя ошибиться.

Недостатков же у обмоток этого типа довольно много.

Во-первых, для заготовки секций обмотки нужно иметь 2q разных шаблонов, а при нечетном числе пар полюсов нужно добавить еще q шаблонов для секций переходной группы, что при единичном выполнении обмотки очень невыгодно.

Во-вторых, лобовые части катушечной обмотки имеют относительно большую длину и требуют довольно много места, которого может не быть под щитами машины.

В-третьих, данный тип обмотки неблагоприятен для применения параллельных ветвей. В крайнем случае при целых числах пазов на полюс и фазу можно соединить параллельно р групп секций в каждой фазе, но это не будет хорошо, потому что вследствие различной формы и длины секций разных групп их сопротивления переменному току будут различны и токи могут распределяться между ними неравномерно.

Однако применение однослойной катушечной обмотки может быть рекомендовано, не взирая на все ее недостатки, для машин с одной парой полюсов при четном числе пазов на полюс и фазу. На рис. 9 представлена схема такой обмотки. У нее количество форм секций еще больше, потому что каждая фаза имеет секции своей формы, и для их заготовки нужно иметь 3q/2 шаблонов; но, во-первых, лобовые части такой обмотки могут иметь меньший вылет в направлении оси машины, чем в обмотках других типов при этом же числе полюсов, а во-вторых, каждая фаза обмотки по рис. 9 состоит из двух совершенно одинаковых групп секций, которые при необходимости могут быть соединены параллельно.

Однослойная цепная обмотка для двух, трех и четырех пар полюсов изображена на схемах рис. 10, 11 и 12.

Рис. 8. Схема однослойной катушечной обмотки для четырех пар полюсов.

Рис. 9. Схема однослойной катушечной обмотки для одной пары полюсов.

Рис. 10. Схема одно- слойной цепной обмотки для двух пар полюсов.

Рис. 11. Схема одно- слойной цепной обмотки для трех пар полюсов.

Из них видно, что все секции каждой обмотки имеют совершенно одинаковую форму, следовательно могут быть изготовлены па одном и том же шаблоне; это представляет первое преимущество обмоток такого типа.

Вторым преимуществом является возможность применения большего числа параллельных ветвей, чем в катушечных обмотках; при любом целом числе пазов на полюс и фазу число параллельных ветвей может быть доведено здесь до числа пар полюсов, а при четных числах пазов на полюс и фазу — до числа полюсов.

Рис.   12. Схема однослойной цепной обмотки для четырех пар полюсов.

Недостатками цепкой обмотки являются: во-первых, ее малая наглядность — поскольку все секции одинаковы, необходимо повышенное внимание при выполнении соединений; во-вторых, трудность выгибания лобовых частей при выходе из паза для обхода лобовых частей соседних секций; и, в-третьих, значительная длина лобовых частей, требующая большей затраты проводника, чем в обмотках других типов.

Этот последний недостаток может быть несколько уменьшен путем применения так называемого укорочения шага. Под шагом у секции обмотки статора машины переменного тока понимается число охватываемых ею зубцов. Особенностью цепной обмотки является то, что если левые стороны ее секций лежат, например, в пазах с нечетным номерами, то правые  обязательно  должны  лежать в пазах с четными номерами. Отсюда следует, что шаг секций цепной обмотки всегда является нечетным числом. При целых нечетных числах пазов на полюс и фазу неукороченный шаг цепной обмотки равен утроенному числу пазов на полюс и фазу:

у = 3q.

При целых четных числах пазов на полюс и фазу это дало бы четное число, поэтому шаг берется на единицу меньше:

у = 3q - 1

Рис. 13. Схема   двухслойной   обмотки   для    двух   пар полюсов.

Оставляя все левые стороны секций в тех же пазах, можно перенести все правые стороны на 2, на 4 и т. д. пазов, что и дает укорочение шага. Оно значительно уменьшает длину лобовых частей.

Схемы двухслойных обмоток для тех же чисел пар полюсов даны на рис. 13, 14 и 15. Первый взгляд на эти схемы обнаруживает самый главный недостаток обмоток этого типа — их сложность, происходящую вследствие того, что число секций двухслойной обмотки всегда вдвое больше, чем в любом другом типе.

В каждом пазу здесь лежат стороны двух секций, которые далеко не всегда принадлежат к одной и той же фазе. Как следствие,  отсюда  вытекает второй недостаток — необходимость изоляционной прокладки в пазу между сторонами секций, которая отнимает часть поперечного сечения паза.

Рис.  14. Схема двухслойной обмотки для трех пар полюсов.

Рис. 15. Схема двухслойной обмотки для четырех пар полюсов.

Зато двухслойная обмотка обладает рядом ценных преимуществ. Во-первых, все ее секции, как и секции цепной обмотки, имеют одинаковую форму и изготовляются на одном шаблоне; но в отличие от цепной обмотки, их лобовым частям не нужно придавать сложного выгиба.

Во-вторых, двухслойная обмотка может быть выполнена при всех числах пазов на полюс и фазу, указанных в табл. 2, в то время как однослойные обмотки не допускают применения чисел, заключенных в круглые скобки.

В-третьих, число параллельных ветвей при всяком целом числе пазов на полюс и фазу может быть доведено до 2р.

В-четвертых, шаг двухслойной обмотки может быть как нечетным, так и четным числом. Рекомендуется принимать его по возможности близким к величине

у = 2,4 q или y/q = 2,4.

Исключение представляют обмотки для машин с одной парой полюсов, в которых вследствие чрезмерно большого вылета лобовых частей иногда приходится при­менять более короткий шаг:

от у = 1,5 q до у = 2 q.

Разумеется, шаг может быть только целым числом; поэтому его значение необходимо округлять до ближайших целых чисел.

Двухслойная обмотка может быть рекомендована для применения как основной тип обмотки; однако в машинах с одной парой полюсов может оказаться более целесообразным применение катушечной обмотки типа рис. 9. В небольших машинах (примерно до 10 квт) может применяться цепная обмотка; но для более крупных машин ее рекомендовать не следует. Применение катушечных обмоток для многополюсных машин целесообразно при невысокой квалификации обмотчиков, так как облегчает выполнение соединений и его проверку.

При составлении схем обмоток любого типа следует придерживаться некоторых правил.

Прежде всего рекомендуется начинать с построения схемы при последовательном соединении всех секций каждой фазы, даже если предполагается в дальнейшем применить параллельные ветви. Это дает возможность разметить стрелками направления обхода какой-либо фазы от начала к концу, как показано на всех приведенных здесь схемах. Каждая фаза содержит 2р участков схемы, на которых сгруппированы стороны секций данной фазы; направления обхода всех этих сторон секций должны совпадать друг с другом в пределах каждого участка и должны быть противоположны направлениям обхода на соседних участках. Если это условие соблюдено, то дальше не представит особой трудности превратить последовательное соединение в параллельное, лишь бы сохранялись направления обхода. Конечно, все параллельные ветви должны состоять из одинакового числа секций, и секции в каждой ветви должны быть расположены одинаковым образом по отношению друг к Другу и к секциям других фаз.

Когда выполнены соединения одной фазы, не представляет затруднений выполнить соединения и для двух остальных фаз. Начало первой фазы может быть выбрано произвольно; но начала прочих фаз должны располагаться так, чтобы между каждыми двумя началами было 2q, либо 4q зубцов. Тогда все прочие соединения этих фаз будут совершенно подобны соединениям первой фа­зы, сдвинутым на столько же зубцов.

Схемы обмоток с дробными числами пазов на полюс и фазу составляются так, что в каждой фазе чередуются в определенном порядке группы, состоящие из тех двух целых чисел секций, между которыми заключено данное дробное число. Так, например, при q = 21/2 в обмотке попеременно чередуются группы из двух и из трех секций; при q= 21/4 после каждых трех групп из двух секций следует одна группа из трех секций и т. д. Некоторое отступление от этого порядка имеет место только в цепных обмотках; характер построения их схем при дробном числе пазов на полюс и фазу виден из рис. 12.

Пример 2. Для двигателя из предыдущего примера следует выбрать тип обмотки.

Так как число пазов на полюс и фазу (q= 3) целое, то может быть применена обмотка любого типа; рассмотрим четыре варианта-

а) однослойная катушечная обмотка,

б)  однослойная цепная обмотка с неукороченным шагом,

в)  однослойная цепная обмотка с укороченным шагом,

г)   двухслойная обмотка.

Так как число пазов на полюс и фазу здесь нечетно, то неукороченный шаг цепной обмотки

y = 3q = 3 ∙ 3 = 9  (из первого паза в десятый)

Укороченный шаг при цепной обмотке обязательно должен быть нечетным; можно рассмотреть значение у = 7 и у = 5. Первое из них дает

y	=	7	= 2,33,
q		3

т. е. величину, весьма близкую к рекомендованной для двухслойных обмоток; второе значение дает

y	=	5	= 1,67,
q		3

что при одной паре полюсов еще могло бы быть принятым, но для двух пар явно мало.

Двухслойная обмотка тоже может быть принята с шагом у = 7 (из первого паза в восьмой), но можно взять и шаг у = 8 (из первого паза в девятый), гак как шаг двухслойной обмотки не должен быть обязательно нечетным. Это дало бы

y	=	8	= 2,67,
q		3

что несколько больше  отличается от   рекомендуемого  отношения и потому менее целесообразно. Окончательный выбор типа обмотки может быть сделан на основании дополнительных соображений при дальнейшем ходе расчета.