Вольдек А.И. Электрические машины

Подождите немного. Документ загружается.

мать равным действительному шагу катушки. Исходя из этого зна-

чения у, необходимо вычислить р = у!х и затем по формулам (20-7)

(20-26) определить коэффициенты укорочения шага k

. Для

вычисления k

,, при этом также нужно пользоваться формулами

(20-23) и (20-28), но при нечетном q нужно подставлять его действи-

тельное значение, а при четном q — его половинное значение. Эту

последнюю рекомендацию можно объяснить следующим образом.

Можно представить себе, что цепная обмотка получается из двух-

2р = 4,

= 2

слойной обмотки путем вынесения нижних сторон катушек в до-

полнительные пазы, расположенные между основными. Поэтому

цепная обмотка с укороченным шагом аналогична двухслойной

обмотке с вдвое меньшим q и цепная обмотка с нечетным q обладает

свойствами дробной обмотки с d = 2, что, между прочим, следует

иметь в виду также при анализе ее магнитного поля (см. § 22-3).

Однако при d — 2 эквивалентная величина числа пазов на полюс

и фазу q

= 2q, вследствие чего для цепной обмотки с нечетным q

и укороченным шагом в выражения (20-23) и (20-28) необходимо

подставлять действительное значение q этой обмотки.

Очевидно, что, согласно сказанному, обмотку на рис. 21-16

в электромагнитном отношении нужно считать за обмотку с q = 2,

У = 9 и р = 9/12 = 0,75.

Все шаблонные обмотки можно выполнять с числом параллель-

ных ветвей а = р, а цепную обмотку с четным q — с а = 2р.

Расположение лобовых частей шаблонных обмоток имеет вид,

показанный на рис. 21-17. Цепную обмотку можно видоизменить

таким образом, что ее лобовые части, соответствующие на рис. 21-16

коротким и длинным сторонам катушек, расположатся в двух раз-

ных плоскостях, как показано на рис. 21-18. Обмотка с подобными

лобовыми частями называется иногда в литературе эвольвентной,

так как изогнутые лобовые части имеют вид эвольвенты. Очевидно,

что лобовые части обмотки, изображенной на рис. 21-18, можно

также отогнуть ближе к оси машины, и тогда они будут напоминать

лобовые части двухслойной обмотки.

Шаблонные обмотки находят применение в асинхронных дви-

гателях малой мощности, когда катушки наматываются из круглого-

провода диаметром до 2,2—2,5 мм. Катушки при этом легко дефор-

мируемы и называются мягкими. Лобовым частям таких катушек

при их укладке в пазы можно легко придать необходимую

форму.

Гл. 21] Обмотки 423

В последнее время однослойные обмотки с формой лобовых час-

тей, аналогичной форме лобовых частей двухслойной обмотки, начи-

Рис. 21-16. Схема трехфазной цепной обмотки с Z = 24, 2р = 2, q = 4,

у= 9

нают применять также в гидрогенераторах с внутренним во-

дяным охлаждением обмотки, так как при этом в связи

с уменьшением числа катушек вдвое осуществление водяного

охлаждения упрощается.

§ 21-4. Некоторые обмотки с числом фаз, не равным трем

Однофазные обмотки, как уже указывалось в

20-1, выполняются

с фазной зоной а = 120°, т. е. с заполнением

пазов. Такую об-

мотку получим, если в трехфазной обмотке с зоной а = 60° исклю-

чим одну фазу, а концы оставшихся фаз соединим вместе (рис. 21-19).

Например, на схеме рис. 21-1 можно соединить концы X

Z, а фазу В

изъять. Подобным же образом однофазную обмотку можно получить

из однослойной трехфазной обмотки.

Однофазная обмотка с зоной а = 120° имеет то преимущество,

что для гармоник v = 3, 9, 15 ..., согласно (20-15), будет k

= 0.

При укороченном шаге часть пазов двух-

слойной обмотки будет иметь только одну

катушечную сторону, и тогда эти пазы нужно

заполнить наполовину клиньями из непро-

водящего материала.

Двухфазная обмотка со сдвигом э. д. с.

фаз на 90° применяется в настоящее время,

почти исключительно только в различных ми-

кромашинах для автоматических устройств

(см. гл. 31). На рис. 21-20 в качестве при-

мера изображена схема двухслойной двух-

фазной обмотки с фазной зоной а = 90°,

В микромашинах широко используются такж«

однослойные двухфазные обмотки.

В двухфазных

обмотках"

в отличие от одно-

фазных с зоной 120° необходимо также сч»

таться с э. д. е., индуктируемой третьей пространственной гармо

никой поля. Эту э. д. с. можно уничтожить, если укоротить uiaj

на */

т, так как при этом

= sin

vP •

90° = sin 3

• "I" •

90° = sin 180° = 0.

Однако при таком шаге э. д. с. от гармоник v = 5, 7, 11, 13

т. д., выражаемых равенством

v = 6A±l (£ = 1,2,3,...),

не ослабляются, так как для них

= sin [(6А ± 1) 4

•

90°] = sin (k

•

360° ±

-§• •

90°) =

= it sin ~ 90° =

Поэтому укорочение шага обычно выбирается иным.

Рис 21-19 Образова-

ние однофазной обмот-

ки с фазной зоной

а = 120° из двух фаз

трехфазной обмотки

с фазной зоной а = 60°

Короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки. Э. д. с.

и токи, индуктируемые основной гармоникой магнитного поля,

в соседних стержнях беличьей клетки сдвинуты на угол

2лр

(21-14)

Звезда векторов э. д. с. и токов стержней беличьей клетки

(рис. 21-21) в общем случает имеет Z/t лучей, где t — общий наиболь-

Рис. 21-20. Двухфазная двухслойная обмотка с Z = 16, 2р = 4, <7=2,

У = 3, р = %

ший делитель чисел Z и р. Поэтому в физическом отношении сле-

дует считать, что такая обмотка имеет m = Z/t фаз с t параллель-

ными стержнями в каждой фазе. Однако при расчетах электриче-

ских машин удобнее полагать, как это и принято на практике, что

каждый стержень представляет собой отдельную фазу и m = Z.

При этом не будет допускаться никаких ошибок, если только учи-

тывать, что сдвиг фаз определяется углом у по формуле (21-14).

При расчете э. д. с. беличьей клетки по формулам гл. 20 следует

принять, что w = V

(один проводник или полвитка в фазе) и для

всех гармони'к £

= k

= 1.

Согласно схеме электрических цепей беличьей клетки

(рис. 21-22, а), последнюю можно рассматривать как многофазную

обмотку, начала и концы которой соединены соответственно

вместе, т. е. в замкнутую накоротко многолучевую звезду.

Однако участки колец между стержнями обладают определен»

ным сопротивлением

2к

'"к

jx к>

которое соизмеримо с сопротивлением стержня

СТ

= Г

ст

]Х

Поэтому соединение в звезду фактически совершается не накоротко,

а через сопротивления Z

В связи с этим целесо- a)

kv Л« Ъя

образно привести реальную __й

схему цепей (рис. 21-22, а)

к эквивалентной (рис.

21-22, б), в которой участ-

ки колец лишены сопро- -

И О

\У

im be 1/яз

6) lat l

Kt2

•4.i3

6,15 W

Рис. 21-21. Диаграмма

э. д. с. и токов стержней

беличьей клетки при

Z = 18 и 2р = 4

Рис. 21-22. Схемы электрических цепей

беличьей клетки: а—реальная; б — экви-

валентная

тивлений, а сопротивления стержней соответствующим образов

увеличены.

Токи в участках колец /

сдвинуты относительно друг друга на

те же углы у, что и токи стержней /

ст

. Соотношение между и f

можно установить, исходя из первого уравнения Кирхгофа для од-

ного из узлов схемы рис. 21-22. Например, для узла, образуемого

стержнем 2,

^к 12

~Ь ^ст2 ~" ^к23

О,

откуда

^ст

а —

At 23 А к 12-

Этим соотношениям соответствует диаграмма рис. 21-23, откуда

(21-15)

= 2/

sin-|- = 2/

sin^

Электрические потери в реальной и эквивалентной клетках

должны быть равны:

1стг_

Z 1с"тГ

ст

+ 2ZI кг

—zr„r.

Подставив сюда /

из (21-15), найдем

(21-16)

Если Zip > 6, то синус можно заменить аргу-

ментом и

2р

(21-17)

Рис. 21-23. Соот-

ношения между

токами стержней

и участков ко-

лец беличьей

клетки

Величина г из (21-16) и (21-17) представляет собой активное со-

противление фазы обмотки вида беличьей клетки.

Стержни и участки колец клетки обладают также определенными

индуктивными сопротивлениями рассеяния х

и х

. Сопротивление

рассеяния фазы х определяется по формулам (21-16) и (21-17) при

замене в них г на х.

§ 21-5. Выполнение обмоток переменного тока

Формы сечения пазов обмоток статоров машин переменного тока

показаны на рис. 21-24.

Полузакрытые пазы обычно применяются для обмоток статоров

машин мощностью до 100 квт (при 1500 об!мин) и напряжением, до

650 е. При этом обмотка обычно изолируется от стенок паза посред-

ством трехслойной пазовой коробочки (два слоя электротехниче-

ского картона с одним слоем лакоткани или синтетической пленки

посередине) толщиной 0,35—0,65 мм на сторону. В заранее изоли-

рованные пазы укладывается так называемая мягкая всыпная

428

Общие вопросы теории машин переменного тока [Разд. ///

обмотка, т. е. обмотка из круглых проводников диаметром до 2,2—

2,5 мм. Отдельные проводники опускаются при этом в паз по одному

через щель паза. Если сечение фазы должно быть больше сечения

одного такого проводника, то обмотка изготовляется с необходимым

количеством параллельных ветвей. Если же и эта мера недостаточна,

то каждый виток выполняется из нескольких параллельных провод-

ников. Такие обмотки имеют изоляцию класса А. Плотность тока

в таких обмотках ] = 5,0 -5- 6,5 а/мм

, а при Р

< 0,6 кет и больше.

Полуоткрытые пазы применяются для машин большой мощности

(до 300—400 кет при 1500 об/мин) при напряжениях до 650 в.

В этом случае катушка по ширине паза состоит из двух полукату-

шек, которые наматываются из прямоугольного провода на соответ-

ствующих шаблонах и опускаются в паз по отдельности. Высоту

проводника в радиальном направле-

нии машины при f = 50 гц во избе-

жание больших потерь на вихревые

токи берут обычно не больше 5 мм.

Если достаточного сечения фазы при

этом не получается, то обмотка вы-

полняется с параллельными ветвями.

Плотность тока в таких обмотках

4,0—5,5 а/мм

В машинах с большей мощностью

и с большим напряжением, чем ука-'

зано выше, применяются открытые

пазы. Обмотка при этом также выполняется из прямоугольных

проводников, но катушки изолируются еще до их укладки в пазы.

При этом применяется как изоляция класса А, так и изоляция

более высоких классов, чаще всего класса В. Машины с повышен-

ной надежностью (например, для шахт) изготовляются с изоляцией

высоких классов также и при меньших мощностях, и в этом случае'

тоже применяются открытые пазы.

Обмотки с изоляцией класса А укрепляются в пазах с помощью

промасленных деревянных (бук) или фибровых клиньев. При бо-

лее высоких классах изоляции применяются текстолитовые, гети-

наксовые или стеклотекстолитовые клинья.

Лобовые части фазных роторных обмоток опираются на обмотко-

держатели и укрепляются сверху с помощью проволочных банда-

жей, как и у якорей машин постоянного тока (см. § 1-2). Лобовые

части обмоток статора в малых машинах не имеют особого крепле-

ния. В машинах большой мощности лобовые части крепятся с уче-

том того, что при коротких замыканиях, когда возникают наиболь-

шие электромагнитные силы, между лобовыми частями обмоток

ротора и статора возникают силы отталкивания. При этом приме*"

няются (рис. 21-25) бандажные кольца 1 из стали, дюралюминия или

Рис 21-24 Полузакрытые (о),

полуоткрытые (б) и открытые (в)

пазы статоров машин перемен-

ного тока

бронзы, к которым во избежание их смещения привязывают лобо-

вые части. В крупных машинах эти кольца крепятся к нажимным

плитам 2 с помощью приваренных к кольцам стальных полосок 3

(рис. 21-25, а) или кронштейнов 4 (рис. 21-25, б).

Из обмоток крупных машин с целью устройства релейной за-

щиты выводятся все шесть концов (начала и концы фаз), а во мно-

гих случаях также концы отдельных параллельных ветвей. Начало

и конец первой фазы обмотки маркируются CI, С4, второй фазы —

С2, С5 и третьей фазы — СЗ, Сб.

Как уже указывалось в § 20-3, на

практике предпочитают соединение

трехфазных обмоток в звезду. Однако

асинхронные двигатели малой мощ-

ности для большей универсальности

их применения в сетях с различными

напряжениями обычно изготовляются

на два напряжения, отличающихся

друг от друга в |/3 раза (220 и 380 в

или 380 и 650 в). При большем на-

пряжении обмотка статора этих дви-

гателей соединяется в звезду, а при

меньшем —

треугольник (рис. 21-6).

В сверхмощных машинах на лобовые

части действуют весьма большие уси-

лия, и необходимы еще более совер-

шенные крепления обмоток.

В мощных машинах токи велики

(многие сотни и тысячи ампер) и се-

чение витков обмотки статора, даже

при устройстве в обмотке параллель-

ных ветвей, получается настолько

большим, что изготовление их из массивных проводников ввиду

сильного поверхностного эффекта и связанного с этим увеличения

потерь недопустимо.

Поверхностный эффект возникает вследствие того, что провод-

ник с током в пазу создает вокруг себя так называемый поток рас-

сеяния (рис. 21-27), который сцепляется с нижней частью провод-

ника в большей степени, чем с верхней. Вследствие этого э. д. с.

самоиндукции, индуктируемая этим потоком, в нижней части про-

водника также больше, чем в верхней, и плотность тока / в верхней

части проводника больше, т. е. ток вытесняется к верхней части про-

водника. Подобное же вытеснение тока происходит и тогда, когда

в пазу имеются два или несколько проводников большого сечения.

Для достижения практически равномерного распределения тока

проводник большого сечения необходимо подразделить на ряд

Рис 21-25 Крепление лобовых

частей обмотки статора

элементарных изолированных параллельных проводников доста-

точно малого сечения (до 15 лш

), которые нужно переплести (тран-

спонировать) так, чтобы каждый проводник занимал на протяжении

длины паза "поочередно все положения по высоте такого составного

проводника. Принцип выполнения одного из наиболее совершенных

видов транспозиции, применяемой для стержней обмотки статора

СВ С4- С5

CI С2 СЗ

Ксета

О С2 а

Ксета

Рис 21 26 Клеммная доска асинхрон-

ного двигателя с шестью выведенными

концами

А:

Рис 21-27 Вытеснение тока

в проводнике, расположен-

ном в пазу

в мощных турбо- и гидрогенераторах, показан на рис. 21-28. Эле-

ментарные проводники стержня в этом случае расположены по ши-

рине паза в два ряда, и через определенные промежутки по длине

стержня они поочередно переходят из одного ряда в другой: сверху

Рис 21-28- Транспозиция элементарных проводников

в одном направлении, а снизу — в обратном. Такую транспозицию

обычно достаточно выполнить только в пазовой части проводника,

однако в весьма мощных машинах транспозиция выполняется также

в лобовых частях обмотки.

Стержни фазных роторов асинхронных машин делаются всегда

массивными, и поэтому для крупных машин необходимо считаться

с наличием достаточно сильного поверхностного эффекта в роторе

при пуске (f =s= 50 гц).

В высоковольтных обмотках (при (7

Л н

> 6 кв) нередко наблю«

дается явление электрической короны, вызванное большими на-

пряженностями электрического поля вблизи поверхностей изоля-