Принцип образования трёхфазной обмотки

Трёхфазная обмотка статора состоит из трех идентичных частей – фаз. Индуцируемые в фазах ЭДС должны быть равны, но сдвинуты во времени на электрический угол, равный 120°. Для этого обмотки фаз располагают в пазах статора со сдвигом в пространстве на угол 120°/р. На поперечном разрезе двухполюсной машины (рис. 1.10) показаны обмотки трех фаз (q=2), начала которых (А_н, В_н, С_н ) имеют сдвиг на 120°.

Из рис. 1.10 следует, что при трехфазной обмотке двухполюсной машины и равномерном распределении пазов по окружности статора последняя разбивается на шесть равных зон из q пазов в следующей последовательности: А_н, С_к, В_н, А_к, С_н, В_к.

В машинах с 2р>2 указанная разбивка будет повторяться на каждой паре полюсных делений.

Рис. 1.10. Принцип образования трёхфазной обмотки

1.7. Пример построения обмотки

Для изображения схем обмоток машин применяются схемы-развертки, которые получаются, если статор разрезать по образующей и развернуть в плоскость. На этой плоскости вертикальными линиями изображаются пазы.

На рис. 1.11. показана схема однослойной концентрической обмотки со следующими данными: Z = 24, 2р = 4 и m = 3.

Число пазов на полюс и фазу

q= Z/(2рт) = 24/(4·3) = 2.

Пазы разбиты по зонам с последовательностью, указанной в § 1.6 (рис. 1.10). Первые q пазов (1 и 2) относятся к началу фазы А (А_н), следующие q пазов (3 и 4) к концу фазы С (С_к), затем следующие q пазов (5 и 6) к началу фазы В (В_н) и т. д. Первые 3 q пазов (с 1 по 6) располагаются под полюсом одной полярности, следующие 3 q пазов (с 7 по 12) — под полюсом другой полярности и т. д.

Рис. 1.11. Схема развёртки однослойной концентрической обмотки (Z = 24, 2р = 4, m = 3).

Так как пазы с 1 по 6 располагаются под полюсом одной полярности, то во всех проводниках, уложенных в эти пазы, ЭДС будут иметь одинаковое направление (на рис. 1.11 – вверх). Пазы с 7 по 12 располагаются под полюсом другой полярности, и ЭДС проводников в этих пазах будут направлены в противоположную сторону (вниз). На следующем полюсном делении ЭДС в проводниках опять будет направлена вверх, а на последнем (четвертом) – вниз.

Катушки образуются путем соединения между собой проводников, расположенных в пазах и имеющих маркировку начала и конца данной фазы. В этом случае ЭДС проводников катушки будут суммироваться. Предположим, что намотка идет по часовой стрелке: проводники паза 1 соединяют с проводниками паза 8, проводники паза 2 – с проводниками паза 7 и т. д.

Катушки каждой фазы соединяются между собой так, чтобы их ЭДС суммировались а лобовые части и межкатушечные соединения были возможно короче.

Для того чтобы получить сдвиг между ЭДС фаз на 120°, нужно соответствующим образом выполнить отводы от обмоток. Обмотки каждой фазы начинаются с проводника, расположенного в одном из пазов с индексом начала данной фазы (А_н, В_н или С_н). Вывод от этого проводника будет соответственно иметь одно из обозначений С1, С2 или СЗ. На рисунке обмотка фазы А начинается с проводника первого паза, фазы В — с проводника пятого паза, фазы С — с девятого паза. Заканчивается обмотка фазы проводником последней катушки, расположенным в пазу и имеющим один из индексов А_к, В_к или С_к. Отводы от этих проводников фаз будут иметь обозначения С4, С5, С6.

1.8. Параллельные ветви и схемы соединения обмоток

Поперечное сечение проводников обмоток машин выбирается исходя из допустимой плотности тока при номинальном режиме. Обычно плотность тока J = 4 – 6 А/мм². С ростом мощности и тока поперечное сечение проводника обмотки (эффективного проводника) увеличивается. Сечение проводников по технологическим соображениям не может быть принято чрезмерно большим. Поэтому при больших сечениях проводники делят на несколько элементарных меньшего размера, суммарная площадь сечений которых равна необходимому сечению эффективного проводника.

Если получить необходимое сечение эффективного проводника фазы таким образом не удается, то обмотку выполняют из нескольких параллельных ветвей с меньшим сечением эффективного проводника.

Чтобы получить обмотку фазы с а параллельными ветвями, катушечные группы, принадлежащие этой фазе, разбивают на а равных частей.

Трёхфазные обмотки машин переменного тока могут быть соединены в звезду или треугольник. Для крупных машин предпочитают соединение в звезду.

Часто трёхфазные двигатели рассчитываются для работы от двух напряжений сети, отличающихся друг от друга в √3 раз. При работе от меньшего напряжения их обмотка статора соединяется в треугольник, а от большего – в звезду. При этом фазные напряжения и ток будут одинаковыми, а следовательно, будут одинаковой и номинальная мощность двигателя. В этом случае в коробке выводов асинхронных двигателей подводят 6 концов трёхфазной обмотки (рис. 1.12). Такое подсоединение фаз позволяет легко получить соединение фаз в звезду и треугольник (рис. 1.13).

Рис.1.12. Расположение выводов обмоток статора в коробке выводов.

Рис.1.13. Подключение перемычек в коробке выводов при соединении статора звездой (а) и треугольником (б).

На рис. 1.12 обозначения выводов С1, С2, С3 соответствуют началам фаз A, B, C, а С4, С5, С6 – их концам X, Y, Z.

Другое обозначение выводов: U, V, W. Начала и концы каждой фазы обозначаются дополнительно цифрами, стоящими после букв: начало – 1, конец – 2. Например U₁, V₁, W₁, U₂, V₂, W₂.

Глава вторая