воздушного зазора, пульсаций магнитного потока в нем и, как следствие, снижение величины намагничивающего тока и добавочных потерь.

Достоинствами обмоток с жесткими катушками являются: улучшение заполнения паза из-за применения проводов прямоугольного сечения;

повышение надежности обмотки из-за снижения вероятности появления производственных дефектов, так как в пазы укладывают готовые изолированные и проверенные катушки, которые подвергаются меньшим деформациям.

Рнс. 2.15. Расположение катушек в пазах прн однослойной (а) и двухслойной (б) обмотках

По этим причинам всыпные обмотки получили широкое распространение для асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В и мощностью до 100 кВт. В двигателях мощностью свыше 100 кВт применение всыпных обмоток из круглого провода встречает значительные технологические трудности. Обмотки таких двигателей изготовляют в основном из жестких катушек, выполненных из прямоугольного провода. Прямоугольные провода выпускаются электропромышленностью только выше некоторого минимального сечения, поэтому применение их в машинах малой и даже средней мощности не представляется возможным.

По расположению катушек в пазах и размещению их лобовых частей различают однослойные (рис. 2.15, а), двухслойные (рис. 2.15, б), одно-двухслойные обмотки.

Однослойные обмотки наиболее пригодны для механизированной укладки. В этом случае обмотка должна быть концентрической (лобовые части ее катушек должны охватывать друг друга) и укладываться в пазы статора обеими сторонами катушки одновременно. Однако их применение приводит к увеличенному расходу обмоточного провода из-за значительной длины и вылета лобовых частей. Кроме того, в таких обмотках не представляется возможным выполнить укорочение шага, что приводит к ухудшению формы магнитного поля в воздушном зазоре, увеличению добавочных потерь, возникновению провалов в механической характери-

стике и повышению шума. Однако из-за своей простоты и дешевизны такие обмотки широко применяют в асинхронных двигателях небольшой мощности до 10 ... 15 кВт.

Двухслойные обмотки позволяют выполнить укорочение шага обмотки на любое количество зубцовых делений, благодаря чему улучшается форма магнитного поля, создаваемого обмоткой, и подавляются высшие гармоники в кривой ЭДС. Кроме того, при двухслойных обмотках получается более простая форма лобовых соединений, что упрощает изготовление обмотки. Такие обмотки применяют для двигателей мощностью свыше 100 кВт с жесткими катушками, которые укладывают вручную.

Одно-двухслойные концентрические обмотки сочетают в себе преимущества однослойных - возможность механизированной укладки и двухслойных - применение укороченного шага. Однако они более трудоемки, чем однослойные, и поэтому их нецелесообразно применять для машин малой мощности, выпускаемых массовыми сериями. Такие обмотки используют в машинах мощностью 15... 100 кВт при 96.

Для асинхронных двигателей с q>6 применение концентрических одно-двухслойных обмоток нецелесообразно из-за значительной длины вылета лобовых частей, который приводит к увеличению общих размеров машины. В таких двигателях применяют двухслойную концентрическую обмотку, предназначенную для механизированной укладки. Эта обмотка может быть выполнена вразвалку - с разделением каждой катушечной группы на две концентрические подгруппы, что существенно уменьшает длину вылета лобовых частей.

В двигателях с одно-двухслойной обмоткой шаг обмотки для каждого значения q определяется самой структурой обмотки. При двухслойных обмотках обычно у 0,8т.

В двухполюсных машинах при значениях q>5 шаг обмотки из технологических соображений принимают у 0,66т.

В трехфазных электрических машинах обмотки выполняют в большинстве случаев симметричными, чтобы индуцируемые в фазах ЭДС были равны и сдвинуты друг от друга на угол 2я/3. Для этого каждая фаза должна иметь одинаковое число витков и каждой катушке одной фазы должны соответствовать в двух других фазах такие же катушки, смещенные в пространстве на углы Р12=(2я/3)Х (Sfti-fl) и Р1з=(2я/3)Х (32 + 2), где ki и Лг -целые числа или нуль.

Такое размещение катушек возможно, когда q равно целому числу, а при дробном q - только при соблюдении особых правил образования симметричных дробных обмоток.

Несимметричность обмоток приводит к ухудшению свойств электрических машин. Поэтому несимметричные обмотки с дробным q применяют только в случаях, когда это выгодно с технологической точки зрения, например в асинхронных двигателях для унификации листов статора при производстве машин с различным

числом полюсов. Допустимость применения несимметричных обмоток можно установить путем разложения кривой МДС в гармонический ряд и разложения диаграммы векторов ЭДС на прямую, обратную и нулевую последовательности методом симметричных составляющих.

Для двухслойных и одно-двухслойных обмоток, укладываемых механизированным способом, дополнительным условием симметрии является равенство числа катушек, лежащих в верхнем и нижнем слоях каждой фазы. Несоблюдение этого условия приводит к разному индуктивному сопротивлению фаз, т. е. к несимметрии токов по фазам при соединении их по схеме Y или появлению уравнительных токов между фазами при соединении по схеме Л, вызывающее дополнительный нагрев обмоток.

Изображение схем обмоток. На схеме обмотки изображают условно расположение сторон катушек в пазах, соединения между собой катушек и катушечных групп и соединения обмоток фаз. Схемой руководствуются при укладке катушек, монтаже соединений и выводных концов. Схему обмотки используют также для проверки ее симметричности, построения кривой МДС, звезды пазовых ЭДС и определения обмоточных коэффициентов для первой и высшей гармоник.

Чаще всего используют развернутые схемы обмоток. В этих схемах для наглядного изображения обмотки поверхность статора или ротора вместе с пазами и обмоткой развертывают в плоскость и все соединения изображают в виде прямых линий на плоскости чертежа. Стороны уложенных в пазы катушек при однослойных обмотках изображают сплошными прямыми линиями, а при двухслойных- двумя рядом расположенными линиями: сплошной - для стороны, уложенной в верхнюю часть паза, и штриховой - для стороны, уложенной на дно паза. Соответственно изображают лобовые части и соединения катушек и катушечных групп между собой. Стрелки на элементах обмотки показывают направление ЭДС и токов в определенный момент времени. Начала и концы фаз обозначают соответственно С1, С2, СЗ и С4, С5, С6*.

Однослойные обмотки. При выполнении обмотки необходимо предусматривать возможность установки ротора внутрь статора. Поэтому лобовые части, посредством которых соединяются между собой активные проводники, лежащие в пазах, должны быть отогнуты к сердечнику статора. В зависимости от способа выполнения лобовых соединений однослойные обмотки могут иметь различную конструкцию. Чаще всего используются шаблонные и концентрические обмотки.

Рассмотрим принцип построения трехфазной однослойной обмотки на примере четырехполюсиой машины (2р=4) с минимальным числом пазов на полюс и фазу q=2 (сосредоточенные

обмотки с q=l не применяются). В этом случае проводники, принадлежащие к одной фазе, размещают под парой полюсов в четырех пазах (рис. 2.16, а). Одна фаза займет в машине восемь пазов: 2р9=4-2=8; число пазов во всей машине z=2pqm=24. На рис. 2.16, а указано также мгновенное направление ЭДС, индуцированных в проводниках различных фаз для момента времени, соответствующего максимальному значению тока /л в фазе А-X (рис. 2.16, б). На рис. 2.17 приведена схема соединения указанных проводников при выполнении шаб.т.онной или равнокатушечной обмотки, называемой так потому, что она изготовляется из заранее намотанных по шаблону катушек одинаковой формы (см. рис. 2.2, а), обычно трапецеидальных, которые в процессе намотки закладываются в пазы и соединяются между собой соответствующим образом.

Рис. 2.16. Расположение катушек иа статоре трехфазной машины с однослойной обмоткой (а) и векторная диаграмма (б) фазных токов

В рассматриваемых ниже схемах обмоток с методической точки зрения для начал и концов фаз приняты обозначения А, В, С и X, Y Z.

При выполнении обмотки проводники, лежащие в различных пазах, должны соединяться между собой в витки и катушки так, чтобы индуцированные в них ЭДС

складывались. Так, например, в обмотке, приведенной на рис.

2.16, а, фаза А-X состоит из четырех катушек, образованных проводниками, размещенными в пазах 1-8, 2-7. 13-20 и 14-19. Соответственно фаза В-У-из четырех катушек, образованных проводниками, лежащими в пазах 5- , 6- , 17-24 и 18-23, а фаза С-Z - из четырех катушек, образованных проводниками, лежащими в пазах 9-16, 10-15, 21-4 и 22-3.

Все катушки, принадлежащие к одной фазе и паре полюсов, называются катушечной группой. В обмотке, показанной на рис.

2.17, а, каждая катушечная группа состоит из двух катушек. Лобовые части катушек шаблонной обмотки при выходе из пазов отгибаются, как показано на рис. 2.17, б.

Шаблонные обмотки, так же как и обмотки других типов, часто выполняют вразвалку . При намотке вразвалку катушечную группу разбивают на две полугруппы (рис. 2.18, а), лобовые части которых отгибают в разные стороны, т. е. катушечную группу как бы разваливают надвое. Выполнение обмотки вразвалку позволяет уменьшить вдвое число катушек в полугруппе, что дает возможность несколько уменьшить размеры лобовых частей обмотки. Такие обмотки обычно используют при значениях 94.

Шаблонные обмотки вразвалку могут быть выполнены с концентрическими катушками (рис. 2.18, б). Эти обмотки имеют меньшее количество перекрещиваний , что обеспечивает более плотную укладку их катушек.

Другой разновидностью шаблонных обмоток являются цепные. Такие обмотки выполняют вразвалку , но у них короткие и длинные стороны катушек чередуются, т. е. развалка осуществляется не по полугруппам, а по катушкам. Цепные обмотки могут быть выполнены с укороченным шагом.

На рис. 2.19, а, б показаны схемы концентрической обмотки для той же машины, что и схема рис. 2.17, а. Здесь катушки имеют разную величину и форму. Однако в последовательную цепь включены те же самые проводники и в электрическом отношении свойства обеих обмоток одинаковы.

Рис. 2.17. Схема шаблонной обмотки (а) при 2р=4, =2 и z=24 и устройство ее лобовых частей (б):

J - сердечник статора, 2 - нажимная шайба, 3 - катушки

Несмотря на то что при концентрической обмотке одни катушки короче, а другие длиннее, шаг обмотки и в этом случае равен полюсному делению, как и при шаблонной обмотке. Концентрическая обмотка получила свое название потому, что катушки, принадлежащие к одной катушечной группе, располагаются концентрично одна поверх другой (рис. 2.19, в), что дает возможность осуществить их механизированную укладку. Но так как катушки различных катушечных групп пересекают друг друга, их лобовые части необходимо располагать в двух или трех плоскостях (ярусах).

Двухслойные обмотки. Машины общего применения обычно имеют двухслойные обмотки с шагом i/= (0,8 ... 0,856)т, т. е. подавляются пятая, седьмая и кратные им гармоники.

На рис. 2.20, а показано расположение проводников в пазах статора четырехполюсной машины с двухслойной обмоткой при тех же параметрах обмотки (2р=4, д=2; z=24), что и в машине

>tZ2i*55783 WII l2\l31ittStSI7 tei9ZS2l Z22}it\ \1 2 3 it 5 5 7 8 3 Wun.amiS i7m920Z1222Z2u\

Рис. 2.18. Схемы шаблонных обмоток, выполненных вразвалку , при 2р=2, q=i и z=24

а) 1

Рис 2.19. Схема концентрической обмотки при 2р=4, 9=2 и z =24 (а) и устройство ее лобовых частей (б, в): I - сердечвик, 2 - нажимная шайба, 3 и 4 - катушнн

0034