Главная | Обратная связь

Двухслойные обмотки

Наибольшее применение в машинах переменного тока получили двухслойные обмотки, которые дают возможность выбора более благоприятного шага, позволяют уменьшить расход обмоточного провода и изоляции. Для улучшения формы кривой ЭДС и МДС в машинах переменного тока двухслойные обмотки выполняют с укороченным шагом, y < τ. При y ≈ 0,8 τ достигается экономия меди, а уменьшение основной гармоники ЭДС или МДС по сравнению с обмоткой с диаметральным шагом, составляет несколько процентов.

На рисунке 5.6 показаны сечения статора СМ с расположением в пазах двухслойных обмоток с диаметральным (рисунок 5.6(б)) и с укороченным (рисунок 5.6(в)) шагами. Развернутые схемы обмоток, соответствующих рисунку 5.6 с катушками петлевого типа, приведены на рисунке 5.7.

Для упрощения на рисунке 5. 7(б) и (в) показаны катушки только одной фазы А. Обозначения выводов фазы сделаны в соответствии с требованиями ГОСТ 183-74.

По распределению фазных зон обмотки с укороченным шагом видно, что фазные зоны нижнего слоя смещаются относительно фазных зон верхнего слоя на величину (в пазах) τ–y₁. Число катушек двухслойной обмотки всегда равно числу пазов, n_к = z₁.

В рассмотренных схемах петлевых обмоток число параллельных ветвей a=p. При p=1, a=1, при 2р=4 петлевые обмотки дают возможность получить две параллельные ветви, при 2р=6 - три и т.д.

В многополюсных машинах переменного тока петлевые обмотки имеют большое число соединений между катушечными группами, что увеличивает расход меди и усложняет технологию их изготовления. Если число параллельных ветвей можно выбрать равным одной или двум, целесообразно в многополюсных машинах применять волновую обмотку, в которой лобовые части обеспечивают межкатушечные соединения.

Электродвижущая сила в обмотках машин

Переменного тока

Электродвижущая сила в обмотке электрической машины индуктируется только при условии изменения потокосцепления магнитного поля с витками катушки, что находит отражение в известном соотношении

, (5.4)

отражающем закон электромагнитной индукции. Потокосцепление может изменяться под действием различных причин.

При вращении витка в магнитном поле или при перемещении магнитного поля относительно неподвижного витка в нем индуктируется ЭДС, которую называют ЭДС вращения. При изменении во времени потока, сцепленного с неподвижным витком, в нем индуктируется так называемая трансформаторная ЭДС. Во всех случаях величина и характер изменения индуктируемой ЭДС определяется величиной и характером изменения потокосцепления и также параметрами витка.

Определим ЭДС в одной катушке обмотки статора синхронного генератора, имеющей число витков W_к и диаметральный шаг (рисунок 5.6).

Частота индуктируемой в витке ЭДС определяется скоростью вращения и числом пар полюсов ротора. Одному повороту двухполюсного ротора соответствует один период изменения ЭДС. Для того чтобы в двухполюсном СГ получить частоту ЭДС 50 Гц, необходимо вращать ротор со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 оборотов в минуту. При увеличении числа полюсов скорость вращения ротора будет пропорционально уменьшается. В общем случае, если ротор имеет 2р полюсов и вращается со скоростью n об/мин, то частота

ЭДС равна

. (5.5)

Величину ЭДС вращения удобно определить по соотношению

, (5.6)

из которого ясно видна зависимость формы кривой ЭДС от характера распределения магнитной индукции на полюсном делении.

Одно из основных требований, предъявляемых к генераторам переменного тока, заключается в обеспечении синусоидальности изменения во времени ЭДС, индуктируемой в обмотке статора, т.е. в обеспечении зависимости

. (5.7)

Как отмечалось выше, в СГ это достигается за счет создания в воздушном зазоре между статором и ротором синусоидального (или близкого к синусоидальному) распределения магнитной индукции по ширине полюсного деления.

Практически распределение поля в зазоре всегда отличается от синусоидального, что связано как с несинусоидальностью распределения МДС (особенно в неявнополюсном роторе, так и с наличием зубцов на статоре, насыщением и т.д. Следовательно, и ЭДС в обмотках также несинусоидальна.Для упрощения расчетов и анализа физических процессов в электрических машинах несинусоидальную кривую магнитной индукции представляют в виде гармонического ряда синусоидальных кривых, в который кроме первой (основной) гармоники B₁ входят высшие гармонические порядка 3, 5, 7 (В₃, В₅ В₇) и т.д. (рисунок 5.8) и считают, что каждая из этих гармоник индуктирует в обмотке синусоидальную ЭДС соответствующего порядка.

Рассмотрим величину ЭДС в проводнике от первой гармоники магнитной индукции

, (5.8)

где в соответствии с соотношением (5.6)

. (5.9)

Полный магнитный поток от 1-й гармоники магнитной индукции равен (рисунок 5.8,а)

, (5.10)

откуда получаем

. (5.11)

 

Окружная скорость вращения ротора равна

. (5.12)

Рисунок 5.7 – Принцип построения трехфазных обмоток машин