Соединение катушечных групп
Образование параллельных ветвей статорных обмоток синхронных машин
. Естественно, что обмотку с таким числом проводников в пазу выполнить нельзя. Если взять по одному проводнику в пазу, то этим мы уменьшим общее число витков обмотки. В таком случае для получения оцределенной э. д. с необходимо повысить величину магнитного потока. Если же оставить величину потоке без изменения, то э. д. с. машины уменьшится. Этого можно избежать, взяв 3 параллельные ветви и по 4 проводника в пазу.
При образовании параллельных ветвей необходимо следить за тем, чтобы э. д. с. ветвей были равны по величине и направлению в каждый момент времени и чтобы активное и индуктивное сопротивления ветвей также были равны. Только при соблюдении этих условий напряжение параллельных ветвей будет одинаковым и по обмотке не будет проходить уравнительный ток. Вполне очевидно, что э. д. с. ветвей будут равны по величине и направлению только в том случае, если число витков будет одинаковым и стороны катушек ветвей будут находиться в магнитном поле в абсолютно одинаковых условиях. Для равенства сопротивления ветвей лобовые части катушек должны быть одинаковыми.
Кроме того, при выполнении параллельных ветвей необходимо иметь в виду, что при эксплуатации машины часто нарушается равенство магнитных сопротивлений потоков полюсов. Допустим, что вследствие износа вкладышей воздушный зазор между статором и ротором оказался не одинаковым — вверху зазор стал больше, чем внизу, тогда магнитный поток полюса, находящегося в верхнем положении, будет встречать большое сопротивление, и поэтому он будет меньше потока полюса, находящегося в этот момент в нижнем положении. Если мы одну параллельную ветвь образуем из катушечных групп, лежащих вверху, а другую — из лежащих внизу, то э. д. с. ветвей будет неодинаковой. Внутри обмотки под влиянием разности э. д. с ветвей начнут циркулировать уравнительные токи, которые выравняют потоки полюсов но будут нагревать обмотку и уменьшать коэффициент полезного действия машины. Исходя из этого, рекомендуется в синхронных машинах параллельные ветви образовывать из катушечных групп, равномерно распределенных по статору. В крупных машинах для уменьшения магнитного одностороннего притяжения параллельные ветви следует создавать из соседних катушечных групп.
Рассмотрим образование параллельных ветвей одной фазы обмотки четырехполюсной синхронной машины, считая магнитный поток полюсов ротора одинаковым по величине и характеру распределения магнитной индукции.
Так как на каждую пару полюсов приходится по одной катушечной группе, то рассматриваемая обмотка будет иметь две катушечные группы, которые отстоят друг от друга на 2т и по способу соединения сторон катушек одинаковы. Э. д. с. этих катушечных групп равны друг другу по величине и по фазе (см. рис. 2-8). При последовательном соединении их получим одну ветвь (а = 1), при параллельном — две ветви (а = 2).
Если лобовые части катушек одинаковы по своему выполнению и длине, то активное и индуктивное сопротивления катушечных групп будут равны, и в этих случаях катушечные группы можно соединить между собой параллельно и получить две параллельные ветви. В тех случаях, когда лобовые части катушек двух катушечных групп выполнены различно, при параллельном соединении катушечных групп в обмотке будет циркулировать уравнительный ток. Чем больше отличаются сопротивления катушечных групп, тем больше уравнительный ток.
Таким образом, в однослойной обмотке с р катушечными группами в каждой фазе (не учитывая уравнительных токов) всегда можно получить а = р параллельных ветвей, для чего все катушечные группы фазы надо соединить параллельно, а катушки в катушечной группе — последовательно.
также соединены вместе и образуют конец фазы К. Но в некоторых случаях необходимо иметь число параллельных ветвей а больше числа пар полюсов р, например а = 2р. Тогда, очевидно, нужно катушки катушечных групп соединить между собой не последовательно, а в две параллельные ветви. Рассмотрим эту возможность увеличения числа параллельных ветвей, задаваясь различным числом катушек в группе.
Предположим, что катушечная группа имеет две катушки (рис.2-16, а).
что отмечено знаком минус.
Результирующая э. д. с. катушек 1 и 2 при согласном соединении сторон соответственно равна:
Учитывая предыдущие равенства, получим
Таким образом, э. д. с. всех катушек оказываются равными, т. е.
Итак, мы можем получить а — 2, соединяя катушки в катушечной группе последовательно, и а = 4 (рис 2-16, б), соединяя
все катушки параллельно; при этом нужно иметь в виду, что при а = 4 сопротивления катушек 1 и 3 больше, чем катушек 2 и 4 (рис. 2-16, а), что является причиной возникновения уравнительных токов. Следовательно, соединения для получения а = 4 следует по возможности избегать.
то обмотка позволяет получить а = 4 (рис. 2-17, б).
Предположим теперь, что катушечные группы имеют по три катушки (рис. 2-18, а). В этом случае катушка 2 имеет диаметральный шаг, и поэтому ее э. д. с. больше, чем э. д. с катушек 1 и 5, у которых шаг не диаметральный и использование магнитного потока полюса ротора хуже. Таким образом, эта обмотка позволяет получить только а = 2 (рис. 2-18, б).
Если катушечная группа имеет четыре катушки, то, согласно рис. 2-19, а, э. д. с катушки 1 равна э. д. с катушки 4, а э. д. с катушки 2
д. д. с, катушки 3. Поэтому, соединяя катушки каждой группы в две параллельные ветви, на пример, соединяя последовательно в одну ветвь катушки 1,2, а в другую 3,4 (рис. 2-19,6), мы получим а = 2р = 4.
то можно сторону а соединить со стороной и вместо стороны з, сторону б соединить со
стороной к вместо стороны ж, а стороны ж из соединить соответственно со сторонами м и л (рис. 2-20). Как и в предыдущем случае, обмотка позволяет получить а — 2р = 4.
Источник
Соединение катушечных групп
Способ соединения катушечных групп фазы определяется при расчете машины. В общем случае они могут быть соединены или все последовательно или все параллельно, либо же иметь то или иное число параллельных ветвей а. Рассмотрим все эти случаи.
Все катушечные группы соединены последовательно (а = 1)
На рис. 2-66 было показано последовательное соединение двух соседних катушечных групп. Из этого рисунка видно, что, для того чтобы соединить две соседние катушечные группы фазы последовательно, нужно нижний конец первой катушечной группы соединить с нижним концом второй и верхние концы вывести к зажимам.
Здесь необходимо оговорить, что катушечные группы можно соединить и другим способом, а именно: соединить между собой два верхних конца, а нижние — вывести к зажимам. Поэтому
важно, чтобы то или иное соединение было выполнено одинаково для всех катушечных групп всех фаз.
Для упрощения схемы это соединение показано для двух катушечных групп на рис. 2-78.
Если требуется последовательное соединение катушечных групп обмотки восьмиполюсной машины, то мы сначала должны
соединить последовательно по две соседние катушечные группы (рис. 2-79), т. е. группы, находящиеся под разноименными полюсами.
На рис. 2-80 показано последовательное соединение трех соседних катушечных групп. Зададимся направлением тока или э. д. с. в катушечных группах — одинаковым в группах 1 и 7 и противоположным в группе 4. Тогда при обходе схем от начала к концу для последовательного соединения катушечных групп не должно быть
встречного направления. Распространяя такое соединение на всю обмотку, получим окончательную упрощенную схему (рис. 2-81). Начала всех фаз обозначаем по ГОСТ 183—66 через С1,С2 и СЗ, а концы — через С 4, С5 и С6, считая, что они находятся в коробке зажимов. Для того чтобы соединить обмотку в звезду, нужно соединить между собой концы 22, 24 и 2, а концы 1, 3 и 5 вывести к зажимам или, наоборот, соединить между собой концы 1, 3 и 5, а концы 22, 24 и 2 вывести к зажимам.
Если обмотку необходимо соединить в треугольник, то для этого нужно соединить между собой концы 1 и 24, 3 и 2, 5 и 22 и от этих соединений вывести концы к зажимам, или же соединить между собой концы 3 и 22, 5 и 24, 1 и 2 и от этих соединений вывести концы к зажимам.
В виде еще одного примера на рис. 2-82 изображена упрощенная схема обмотки шестиполюсной машины. Она отличается от схемы обмотки восьмиполюсной машины только тем, что вместо восьми катушечных групп в фазе стало шесть и соответственно этому уменьшилось число концов. Кроме того, мы видим, что число пазов и укорочение шага обмотки никакого влияния на схему не оказывают, что объясняется тем, что мы оперируем не катушками,
а катушечными группами. Укорочение шага учитывается при изготовлении катушки и на расположение концов катушечной группы не влияет.
На рис. 2-83 изображена упрощенная торцовая схема соединения концов катушечных групп обмотки, изображенной на рис. 2-82. При соединении фаз в звезду гри конца С4, С5 и С6 нужно соединить между собой.
Все катушечные группы соединены параллельно (а = 2р)
Так как двухслойная обмотка в каждой фазе имеет 2р катушечных групп, то, соединяя все группы параллельно, получим 2р параллельных ветвей (а = 2р).
На рис. 2-67 и 2-84 показано параллельное соединение двух и трех катушечных групп. Из этих рисунков можно заключить:
для того чтобы соединить все катушечные группы параллельно, нужно к одному зажиму подключить все нечетные верхние концы и все четные нижние, а к другому — все нечетные нижние концы и все четные верхние. Это вполне понятно, так как все нечетные и четные катушечные группы сдвинуты между собой на 360 эл. градусов. Поэтому все нечетные группы мы должны присоединять одинаково. Так как четные группы сдвинуты относительно нечетных на 180 эл. градусов (ибо он лежат под другими полюсами), то их необходимо присоединить, меняя местами верхние и нижние концы; при этом все четные катушки также присоединяются одинаково.
На рис. 2-85 изображено параллельное соединение всех катушечных групп обмотки восьмиполюсной машины, которую мы рассматривали выше.
Таким образом, во всех двухслойных обмотках можно осуществить как последовательное, так и параллельное соединение всех катушечных групп, т. е. получить а = 1 и а = 2р.
Обмотка имеет 2 параллельные ветви
Так как число катушечных групп каждой фазы равно числу полюсов машины 2р, то чтобы сделать две параллельные ветви, мы сначала должны каждые p катушечных групп соединить последовательно в одну ветвь, а затем соединить эти ветви между собой параллельно.
Каждую параллельную ветвь можно составлять из соседних катушечных групп, или же, наоборот, катушечные группы фазы
можно соединять через одну и таким путем рапределять ветвь равномерно по всей обмотке. Первый способ показан на рис. 2-86,
второй — на рис. 2-87. Так как число катушечных групп в фазе равно числу полюсов, то отсюда можно сделать заключение, что все двухслойные обмотки могут иметь две параллельные ветви.
Обмотка имеет р параллельных ветвей (а = р)
Так как вышеприведенное выражение справедливо при любом значении р, то можно заключить, что все двухслойные обмотки могут иметь р параллельных ветвей.
Источник
Соединение катушечных групп и схемы обмоток
После того как катушки соединены в катушечные группы, необходимо определить порядок включения групп в каждой фазе.
легко выделить катушечные группы, которые принадлежат к той или иной фазе.
Число катушечных групп
Число катушек в катушечных группах: в малых b = 1, в больших (b + 1) = 1 + 1-2.
Число катушечных групп в одном чередовании: d = 8; больших с= 1; малых д. — с = 8—1=7.
Расположение катушечных групп в одном чередовании: 1,1, 1, 1, 1, 1, 1, 2.
В табл. 2-1 приводится распределение катушечных групп по фазам.
По этой таблице составляем упрощенную схему обмотки (рис. 2-90).
Так как число катушечных групп в фазе 2р = 8, число больших катушечных групп в чередовании с — 1, число чередований групп
больших катушечных групп по одной группе на фазу. Выше мы нашли, что 2р/аd должно равняться целому числу. В нашем случае2р=8 и d=8, поэтому а = 1. В рассматриваемой обмотке мы можем получить только одну параллельную ветвь.
На рис. 2-90 большие катушечные группы заштрихованы. Таким образом, в отличие от упрощенных схем обмоток с целым q в схемах обмоток с дробным ^ необходимо предварительно сделать распределение больших и малых катушечных групп и уже после этого приступать к их соединению. Полная схема обмотки приведена на рис. 2-91.
Выполнив вышеуказанные правила, мы получили в каждой фазе по одинаковому числу больших и малых катушечных групп, что указывает на симметричность обмотки. Совсем другое мы получим, если знаменатель дробный равен или кратен трем. Действительно, при й = 3 число катушечных групп в одном чередовании будет равно 3.
чередование будет иметь следующий вид: /1, 1, 2/,/1, 1, 2/,/1, 1, 2/,/1, 1, 2/ и т. д., т. е. большая катушечная группа располагается через две малые группы.
получаем распределение катушечных групп, указанное в табл. 2-2.
Здесь все большие катушечные группы попали в одну фазу. Нетрудно убедиться, что при любом другом распределении
катушечных групп мы всегда будем получать в одной фазе большие, а в двух других малые группы, т. е. неодинаковое число катушек в фазах, что недопустимо.
Все катушечные группы соединены последовательно (а = 1)
а а = 1 изображена на рис. 2-91.
Все катушечные группы соединены параллельно (а = 2р)
Так как в обмотках с дробным q катушечные группы неодинаковы, то соединять 2р групп в 2р параллельных ветвей нельзя.
Число параллельных ветвей а = 2
Это число параллельных ветвей можно осуществить только в таких обмотках, у которых число больших, а также и малых катушечных групп делятся на а = 2.
Но число больших катушечных групп в фазе равно:,
Так как с и (1, а также (d — с) и d не имеют общих делителей, то оба предыдущих правила сведутся к одному,
В этой обмотке число больших катушечных групп
На рис. 2-92, а дана упрощенная схема обмотки, 2р = 4, (1 = 2; чередование больших и малых катушечных групп (1, 2), (1, 2) и т. д.; число малых катушечных групп
На рис. 2-92, б дана упрощенная торцовая схема этой же обмотки.
В шестиполюсной машине нельзя получить а = 2 вследствие того, что d не должен быть равным 3 p/d не будет целым числом.
Выше было указано, что в асинхронных двигателях следует избегать обмоток с дробным q, так как они имеют плохую кривую м. д. с.
Но в некоторых случаях, например с целью использования имеющегося штампа или наштампованного сердечника статора для
другого числа полюсов, применяют обмотку с дробным д, чаще всего с знаменателем d = 2.
На рис. 2-93, б приведена кривая м. д. с двухслойной обмотки, построенная путем сложения м. д. с. отдельных катушек, для одного момента времени, когда ток в фазе А в два раза больше тока в фазах В и С и имеет противоположное направление.
На рис. 2-94, а дана схема однослойной обмотки
На рис. 2-94, б приведена кривая м. д. с., построенная также путем сложения кривых м. д. с. отдельных катушек. Кривая
м. д. с. построена для момента времени, когда ток фазы В в два раза больше тока в фазах А и С и имеет противоположное направление.
Сравнивая кривые рис. 2-93, б и 2-94, б, видим, что обмотки с дробным q создают несимметричную м. д. с, в результате чего вращающееся магнитное поле статора становится несинусоидальным с сильно выраженными магнитными полями, имеющими другое число полюсов, чем основная гармоника поля. Эти магнитные поля ухудшают работу асинхронного двигателя.
Пользуясь тем, что 2р/ad должно равняться целому числу, легко определить возможное число параллельных ветвей при различных значениях 2р и д.
Задаемся несколькими положениями полюсов ротора относительно пазов и зубцов статора (рис. 2-95). На рисунке кружками показаны проводники одной фазы.
меньше скорости перемещения ротора. Рассматривая другие положения видим, что поток двух каких-либо полюсов перемещается быстрее, а двух других медленнее, чем перемещается ротор. Поэтому под первыми полюсами в проводниках будет индуктироваться э. д. с. большая, а под вторыми — меньшая, чем э. д. с. при синхронной скорости вращения ротора. В случае обмотки с целым q (рис. 2-96) при переходе ротора из положения 1 в положение 2 скорость перемещения потока всех полюсов оказывается больше скорости вращения ротора, а при переходе из положения 2 в положение 3 — меньше.
Таким образом, э. д. с, вызванная зубчатостью статора, в случае обмоток с дробным q становится меньше, чем у обмоток с целым д.
Источник
