Обмотки электрических машин.

Обмотки – это контуры, по которым протекают токи, создающие магнитное поле машины, необходимое для преобразования энергии. В электрических машинах применяются обмотки переменного и постоянного тока. Конструкции весьма разнообразны.

Обмотки электрических машин – одна из главных частей машины, и от того, как спроектированы, во многом зависят основные электрические и массогабаритные характеристики машин.

При выполнении обмоток необходимо обеспечить механическую и электрическую прочность, достаточную нагревостойкость, технологичность изготовления и удобство ремонта. Обмотки должны иметь минимальную массу. Они должны надежно работать при наилучших показателях машины.

Элементом обмотки являются виток, состоящий из двух последовательно соединенных проводников. Группа витков, соединенных между собой и имеющих общую изоляцию от магнитопровода, называется катушкой.

Совокупность катушек, присоединенных к внешней цепи, называется фазной обмоткой.

Обмотка электрической машины может быть однофазной или многофазной, состоящей из нескольких разных обмоток. Наибольшее распространение получили симметричные трехфазные обмотки в соответствии с применяемой в промышленности трехфазной системой переменного тока.

По характеру потокосцеплений витков обмотки можно разделить на сосредоточенные и распределенные.

В сосредоточенных обмотках практически все витки имеют одинаковые потокосцепления с полем взаимной индукции. Это обмотки трансформаторов, обмотки возбуждения явнополюсных синхронных машин и машин постоянного тока.

Сосредоточенные (или катушечные) обмотки выполняются из круглого или прямоугольного провода при намотке витков плашмя или на ребро.

В распределенных обмотках в каждой момент времени из – за различного расположения витков в магнитном поле потокосцепления витков обмотки различны. К распределенным обмоткам относятся обмотки якорей машин, постоянного и переменного тока, роторов асинхронных машин компенсационные и специальные машины.

В распределенных обмотках, независимо от количества витков в катушке она имеет только две активные стороны, по торцам магнитопровода (сердечника) части катушки называются лобовыми.

Стороны катушек в пазах магнитопровода укладываются в один или в два слоя. В первом случае сторона катушки занимает полностью паз и такая обмотка называется однослойной. Во втором случае в пазу размещается стороны двух катушек и обмотка называется двухслойной.

В особых случаях возможна укладка сторон катушек и в три слоя.

Двухслойные обмотки применяют чаще однослойных. Двухслойные обмотки дают возможность выбора более благоприятного шага, они более дешевые вследствии уменьшения расхода меди и изоляции и лучше допускают механизацию изготовления.

Обмотки электрических машин характеризуются шагом обмотки. Различают результирующий шаг обмотки - расстояние между двумя последовательно соединенными катушками и частичные шаги – и , которые определяют соответственно расстояние между началом и концом первой, концом и началом соседней катушек.

В петлевых обмотках (Рис.1.2 а) результирующий шаг равен разности частичных шагов:

В волновых обмотках (Рис.1.3б) результирующий шаг:

Рисунок 1.2 Обмотки электрических машин

а)- петлевая; б)- волновая

Для экономии меди и улучшения формы поля в воздушном зазоре часто двухслойные обмотки выполняются с укороченным шагом:

,где – полюсное давление.

Если , такие обмотки называются обмотками с диаметральным шагом.

В электрическом отношении нет различия между волновой и петлевой обмоткой. В многополюсных машинах переменного тока петлевые обмотки имеют большее число соединений, что увеличивает расход меди и усложняет технологию изготовления обмоток. Если число параллельных ветвей можно выбрать равной одной или двум, целесообразно выбрать волновую обмотку.

Чтобы в зазоре электрической машины укладывалось целое число волн магнитного поля и не возникло отраженных волн, необходимо выбирать определенное число пазов:

где - число пазов на полюс и фазу; - число пар полюсов; - число фаз.

Сходные проводники каждого витка фазы расположены друг от друга на расстоянии полюсного деления

где -внутренний диаметр статора, или внешний диаметр ротора.

Преимущество волновых обмоток перед петлевыми состоит в том, что сами лобовые части волновой обмотки являются межкатушечными соединениями.

Выполнение обмоток якорей машин постоянного тока принципиально не отличается от двухслойных обмоток переменного тока. Однако наличие механического преобразователя частоты – коллектора – вносит некоторые особенности в технологию изготовления обмоток.

Обозначения обмоток электрических машин. Трёхфазные обмотки машин обозначаются следующим образом:

Статор: начало А; или С1 конец х; или C4

В; или С2 конец у; или C5

С; или С3 конец z; или C6

Нулевая точка 0

Ротор: начало р1 конец р4

р2 конец р5

р3 конец р6