СХЕМЫ ДВУХСЛОЙНЫХ ОБМОТОК

Двухслойные обмотки применяют, практически, во всех маши­нах переменного тока, начиная с машин мощностью 15...16 кВт и кончая крупными турбо- и гидрогенераторами. Основным достоин­ством двухслойных обмоток является возможность использования укорочения шага для подавления высших гармоник в кривой ЭДС. Кроме того, двухслойные обмотки имеют ряд существенных преи­муществ по сравнению с однослойными, например по количеству возможных вариантов выполнения параллельных ветвей, дробного числа пазов на полюс и фазу, равномерности расположения лобовых частей катушек и др.

Составим схему обмотки статора трехфазной машины с Z = 24, 2р = 4, a = 1. На рис. 3.22. аизображены 24 пары линий (сплошные и пунктирные) лежащих в пазах, и разделенные на четыре полюсных деления. На полюсном делении на каждую фазу приходится по два паза, так как q = 2. Стрелками на сплошных линиях, соответствующих верхним сторонам катушек, показано мгновенное направление токов в катушках, одинаковое во всех фазах в пределах одного полюсного де­ления и изменяющееся на обратное при переходе к следующему, т. е.

Рис. 3.22. К построению схем двухслойных обмоток:

а – распределение пазов по полюсным делениям; б – образование катушечной группы;

в – соединение катушечных групп одной фазы обмотки

проделаны те же построения, что и в примере на рис. 3.16. Стрелки на пунктирных линиях, соответствующих сторонам катушек, лежащих в нижнем слое паза, не показаны. Направления токов в них зависят от шага обмотки.

Для наиболее простого случая при диаметральном шаге у = τ лобовые части соединяют стороны катушек, лежащие на расстоянии полюсного деления друг от друга. Это соединение показано на рис. 3.22, бдля катушек, верхние стороны которых расположены в сосед­них пазах на полюсном делении и занимают одну фазную зону. В рассматриваемом примере таких катушек две, так как q = 2. Сое­диненные последовательно, они образуют одну катушечную группу фазы обмотки.

Всего катушечных групп в одной фазе двухслойной обмотки столько же, сколько полюсов. На рис. 3.22. в все катушки одной фазы соединены в катушечные группы, а группы — между собой. Для того чтобы направления мгновенных значений токов, отме­ченные стрелками, сохранились, катушечные группы соединяют между собой встречно, т. е. конец первой группы сконцом вто­рой, начало второй с началом третьей и т. д. При этом направле­ние обтекания током катушечных групп (показано стрелками над катушечными группами) при переходе от одного полюсного деле­ния к другому меняется на обратное. Обмотки остальных фаз строят аналогично.

Особенность такой схемы — число катушечных групп в фазе равно числу полюсов при встречном включении следующих друг за другом в фазе кату-шечных групп — является закономерностью для всех двухслойных обмоток с 60-градусной фазной зоной.

На рис. 3.23 приведена полная схема обмотки с диаметральным шагом, Z = 24, 2р = 4, а = 1. Начала фаз VI и W1 взяты последовате­льно через 2q пазовых делений по отношению к началу первой фазы — U1, т. е. через число пазов, соответствующих электрическо­му углу 120°.

Любое укорочение шага или изменение числа q неменяет прин­ципа построения схемы. При укороченном шаге меняется только ширина катушек (рис. 3.24). Все соединения, как междукатушечные, так и межгрупповые, остаются такими же. Сравнивая между собой схемы обмоток с диаметральным и укороченным шагами, следует отметить, что в первом случае в каждом из пазов размещены сторо­ны катушек, принадлежащих одной и той же фазе. При укорочении шага в части пазов размещают стороны катушек, принадлежащих разным фазам, например в пазах 2, 4, 6, 8 и др. (см. рис 3.24). Относительное количество таких пазов по сравнению с пазами, занятыми сторонами катушек только одной фазы, зависит от принятого укорочения шага. С уменьшением оно возрастает. Это является особен­ностью обмоток с укороченным шагом.

Рис. 3.23. Схема двухслойной обмотки с диаметральным шагом,

Z = 24, 2p = 4, у = τ = 6, a = 1

Рис. 3.23. Схема двухслойной обмотки с укороченным шагом,

Z = 24, 2p = 4, у = 5/6 τ = 5, a = 1

Рис. 3.25. Условная схема двухслойной обмотки ,

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

а – схема соединений трех фаз, б – схема соединений одной фазы

Анализ схем двухслойных обмоток удобнее проводить с помощью так называемых условных схем, которые используют в техниче­ской литературе наряду с развернутыми и торцевыми. В таких схемах, в отличие от развернутых, используют условные обозначения не отдельных катушек, а целиком катушечных групп обмотки. Это явля­ется логическим продолжением принятого в развернутой схеме упрощенного изображения катушки одним контуром независимо от дей­ствительного числа витков в ней, так как все катушки в катушечной группе соединяют между собой только последовательно.

Рис. 3.25, а является условной схемой обмоток, развернутые схемы которых изображены на рис. 3.23 и 3.24. В каждом прямоугольни­ке, обозначающем катушечную группу, выше диагонали проставлен порядковый номер катушечной группы (начиная с 1-й группы первой фазы) в последовательности расположения их по пазам статора. Ниже диагонали указано количество катушек в данной катушечной группе. Последняя запись введена, чтобы иметь возможность использовать условные схемы для

Рис. 3.26. Условные схемы соединений фазы обмотки с 2р=2при различных числах параллельных ветвей: а – при а = 1; б – при а = 2	обмоток с дробными числами пазов на полюс и фазу. На полях условной схемы конкретной обмотки должно быть указание о шаге обмотки, так как и при диаметральном, и при укороченном шагах условная схема одна и та же. Для облегчения анализа схемы от­метим стрелками над прямоугольника­ми, изображающими катушечные группы, направления обхода их витков током. Из рис. 3.25, а видно, что соединения катушечных групп каждой фазы обмотки
полностью идентичны, поэтому то же количество информации может быть представлено более компактно, т. е. изображением схемы только одной фазы обмотки при соответствующих надписях на чертеже (рис. 3.25, б). Такие схемы ясно показывают специ­фику межгрупповых соединений в обмот­ке, Практически формирующих нужную полюсность при заданном числе параллельных ветвей, и позволяют рассматривать не отдельные схемы обмоток машин с раз­личными числами Z и q, а представлять их в виде типовых схем для любых Z при определенном числе полюсов. Рассмотрим некоторые схемы двух­слойных обмоток с различным числом параллельных ветвей.	Рис. 3.27 Условные схемы соединений фазы обмотки с 2р = 4 в несколько параллельных ветвей: а – при а = 2, б – при а = 4

На рис. 3.26, а приведена условная схема обмотки двухполюсной машины (од­ной ее фазы), определяющая ее соединение при а = 1. При изменении числа параллельных ветвей

ванных катушечными группами, не должна меняться, поэтому не должны менять своего направления и стрелка над прямоугольниками на схеме обмотки.

Рис. 3.28. Условные схемы соединений фазы обмотки с 2р=6 с несколькими параллельными ветвями: а – при а = 1, б – при а = 2, в – при а = 3

Обмотку двухполюсных машин можно выполнить и при а = 2. Условная схема такой обмотки (2р = 2, а = 2) показана на рис. 3.26. б. Как видно, межгрупповые соединения изменены таким образом, что катушечные группы обра­зуют две параллельные ветви, но полярность полюсов остается прежней. На рис. 3.25, бпоказана схема обмотки при 2р = 4, а = 1, а на рис. 3.27, в приведена схема обмотки с тем же числом полюсов, но при а = 2. Полярность катушечных групп в обеих схемах одна и та же. На рис. 3.27,бдана схема той же обмотки, но при а = 4. Условия сохранения полярности катушечных групп со­блюдены и при четырех параллель­ных ветвях.

Аналогичные варианты схем обмоток при нескольких параллельных ветвях для обмотки шестиполюсной машины приведены на рис. 3.28. Для а = 2и а = 3 возможны иные, чем приведенные на ри­сунке, варианты соединений, при которых полярность катушечных групп остается правильной.

Принцип построения схем обмоток с большими числами пар по­люсов и другими возможными числами параллельных ветвей остается таким же [6].