СХЕМЫ ОДНОСЛОЙНЫХ ОБМОТОК

Для того чтобы лучше понять принцип соединений в однослой­ных обмотках, сделаем некоторые построения для одной из простей­ших трехфазных обмоток с числом пазов Z = 24, числом полюсов 2р = 4, числом параллельных ветвей a = 1.

На рис. 3.16 показаны 24 линии пазов, разделенные на 4 группы, соответствующие полюсным делениям (τ = Z/2p =24/4 = 6 пазовых делений). На каждом полюсном делении отметим пазы, в которых должны лежать стороны катушек, принадлежащие разным фазам. На этом и всех последующих рисунках, изображающих схемы обмо­ток машин переменного тока, стороны катушек, принадлежащих разным фазам, изображены различными линиями: первой фазы — толстой, второй фазы — двойной, третьей фазы — тонкой. Так как обмотка симметрична, то на каждом полюсном делении размещают одинаковое число сторон катушек разных фаз, равное числу пазов на полюс и фазу:

q = Z/ (2pm)= 24/(4 ∙ 3) = 2. (3.18)

Мгновенные направления токов, показанные стрелками на рис.3.16 в пределах одного полюсного деления (пазы 1—6), будут одина­ковыми. В пазах соседних полюсных делений направление токов ме­няется на противоположное.

Рисунок 3.16 является как бы схемой активной (пазовой) части рассматриваемой обмотки. Лобовые соединения катушек должны быть выполнены так, чтобы направление токов в пазовых частях со­ответствовало показанному на рисунке. Их можно выполнить в не­скольких вариантах, получив при этом тот или иной тип однослойной обмотки.

Рассмотрим схемы наиболее распространенных однослойных обмоток: обмоток с концентрическими катушками (концентриче­ские обмотки) и равнокатушечных.

Однослойные концентрические обмотки.Схема одной из концен­трических обмоток изображена на рис. 3.17, на котором сохранены принятые на рис. 3.16 нумерация пазов и условные обозначения катушек разных фаз различными линиями.

Однослойные концентрические обмотки характерны тем, что катушки, образующие каждую катушечную группу, охватывают одна другую. Катушки имеют различные шаги по пазам, поэтому иx размеры различны. Наружные катушки в группе имеют большую ширину и длину, чем внутренние. Чтобы уменьшить их размеры, у половины катушек каждой катушечной группы изменяют Направление отгиба лобовых частей, что приводит к уменьшению шага и некоторому уменьшению ширины и длины наружных ка­тушек в группе. При этом катушечные группы получаются как бы «разваленные»: у половины катушек в

Рис. 3.16. К построению схем Рис. 3.17. Схема однослойной

однослойных обмоток концентрической обмотки, Z = 24, 2р = 4,

q = 2, a = 2

в группе лобовые части отогнуты в одном направлении, а у второй половины — в другую. Такая обмотка получила название обмотки вразвалку (рис. 3.18).

В концентрической обмотке, выполненной вразвалку, в 2 раза уменьшается число катушек в каждой группе, но вдвое увеличивает­ся число катушечных групп. Лобовые части катушек такой обмотки расположены по торцам статора более равномерно и компактно.

Рис. 3.18. Схема однослойной концентрической обмотки вразвалку,

Z = 48, 2p = 4, q = 4, a = 1

Рис. 3.19. Схема однослойной концентрической обмотки вразвалку,

Z = 36, 2p = 4, q = 4, a = 1

Обмотку вразвалку применяют в большинстве машин с четным числом на полюс и фазу. При четном q обмотку также можно выполнить вразвалку,, но для этого приходится каждую катушечную группу подразделять на две полугруппы с разным числом катушек, лобовые части которых отогнуты в противоположные стороны. На­пример, при q = 3лобовые части двух катушек в группе должны быть отогнуты в одном направлении и одной — в противополож­ном (рис. 3.19). Равномерность расположения лобовых частей неско­лько нарушается. Кроме того, возрастает сложность намотки и укладки обмотки. Поэтому концентрическую обмотку вразвалку при нечетном q применяют редко.

Иногда обмотку с нечетным числом q выполняют вразвалку с так называемой «расчесанной» катушкой: витки наибольшей катуш­ки в группе разделяют в лобовых частях пополам и отгибают в раз­ные стороны. Длина вылета лобовых частей и шаг катушек умень­шаются, но технология укладки таких обмоток усложняется и встречаются они редко.

В современном электромашиностроении однослойные концентрические обмотки применяют только в машинах малой мощности. Их лобовые части после укладки в пазы собирают в сплошной жгут и бандажируют, однако названия обмоток — двухплоскостная и трехплоскостная — в технической литературе сохранились, так же как и способ изображения на схемах лобовых частей катушек сосед­них групп с разной длиной прямолинейных частей, т. е. в разных плоскостях (см. рис. 3.18).

Равнокатушечные обмотки. Необходимое направление токов в пазах машины (см. рис. 3.16) может быть получено и при других ва­риантах соединения пазовых частей катушек лобовыми, например, в обмотке из катушек одинаковых размеров и конфигурации (рис. 3.20). Такие обмотки называют равнокатушечными. Из сравнения схем, изображенных на рис. 3.17 и 3.20, видно, что обмотки отличаются друг от друга только формой лобовых частей катушек. Нормирование катушечных групп и последовательность их соедине­ния остаются такими же, как и в обмотке с концентрическими ка­тушкам, как и в концентрической обмотке. Равнокатушечные обмотки в технической литературе часто называют шаблонными, а выполнен­ные вразвалку — цепными.

На рис. 3.17—3.21 показаны однослойные обмотки четырехполюсные машин с полюсным делением τ = Z/(2p) = 24/ 4 = 6 зубцовых делений. Катушки концентрической обмотки выполнены с шагами, равными 5 (меньшая) и 7 (большая) зубцовым делениям; равнокатушечная обмотка вразвалку (см. рис. 3.21) выполнена с шагом по пазам, равным у = 5. Таким образом, в них нет катушек с диаметраль­ным шагом, т. е. с шагом, равным полюсному делению у = τ = 6. В то же время, построив векторную диаграмму (звезду пазовых ЭДС), можно убедиться, что обмоточные коэффициенты обмоток численно равны коэффициенту распределения, определенному по (3.13). Это является особенностью всех

Рис. 3.20. Схема однослойной равнокатушечной Рис. 3.21. Схема однослойной

обмотки, Z = 24, 2p = 4, q = 2, a = 1 ранокатушечной обмотки вразвалку,

Z = 24, 2p = 4, q = 2, a = 1

однослойных обмоток со сплошной фазной зоной. Поэтому при расчете обмоточного коэф­фициента таких обмоток принимают k_у = 1независимо от шагов ка­тушек (см. § 3.6).

Таким образом, в однослойных обмотках на амплитуду высших гармоник влияет только равномерность распределения катушек по пазам (число q),ане шаг самих катушек, что снижает возможность подавления высших гармоник в поле машины. Из-за этого, а в пер­вую очередь, из-за невозможности существенно уменьшить ампли­туды 5-й и 7-й гармоник, однослойные обмотки применяют только в машинах малой мощности.

С несплошной фазной зоной могут быть выполнены, например, цепные обмотки. Для этого в каждой фазной зоне располагают сто­роны катушек не одной, а двух фаз. Коэффициент укорочения таких однослойных обмоток отличен от единицы, однако их выполнение встречает определенные технологические трудности, а при нечетном числе q приводит к несимметрии МДС магнитного поля машины. Поэтому их применение ограничено. В связи с распространением станков для механизированной укладки обмотки, область примене­ния однослойных концентрических обмоток несколько расшири­лась. Большинство современных обмоточных станков, работающих по принципу втягивания катушек, рассчитано на укладку однослой­ных концентрических обмоток.