Рис. 4.3. Примеры заполнения пазов статора проводниками обмотки из прямоугольного провода и изоляцией:

а - полуоткры ые пазы статора с проводниками подразделенных катушек; б - открытые пазы статора машины с номинальным напряжением 6 кВ; / - проводники обмотки; 2 - обволакивающее покрытие (для скрепления проводников); 3 - скрепляющая лента; 4 - корпусная изоляция (пазовый короб); 5 - прокладка на дно паза; б - прокладка между слоями обмотки; 7 - прокладка под клин; 8 пазовый клин; 9 - проводники обмотки с дополнительной витковой изоляцией; 10 - гильзовая корпусная изоляция; 77 - внешняя защитная лента

как и во всыпных обмотках, не позволяет использовать обмотку этого типа в машинах с номинальным напряжением выше 660 В.

Цельные катушки из прямоугольного провода, как правило, изолируют до укладки, поэтому их можно укладывать, только в открытые пазы (рис. 4.3,6). Корпусная изоляция катушек может быть непрерывной по всей длине, выполненной из ленточного изоляционного материала, либо гильзовой в пазовой и непрерывной в лобовых частях. И та и другая конструкция находит широкое распространение в современных электрических машинах.

При напряжении более 6 кВ на внешнюю поверхность катушек обмотки наносят полупроводящее покрытие, служащее для предотврашения явления коронирования, возникаюшего на поверхности катушек в местах концентрации напряженности электрического поля, например в местах выхода прямолинейной части катушек из пазов.

Стержневая обмотка применяется в статорах крупных электрических машин, например в турбогенераторах и гидрогенераторах, а также в фазных роторах асинхронных двигателей мощностью более 50 - 60 кВт.

Стержни статорных обмоток для снижения потерь от вихревых токов выполняют из большого числа параллельных элементарных проводников с площадью поперечного сечения 17 - 20 мм, которые для уменьшения влияния эффекта вытеснения тока определенным образом переплетаются между собой - транспонируются (рис. 4.4). Конструкция корпусной изоляции стержней такая же, как и катушек из прямоугольного провода машин с высоким номинальным напряжением.

Стержни обмоток фазных роторов асинхронных двигателей выполняют из медных прямоугольных проводов с большой площадью поперечного сечения. В пазовой части стержни обмотки крепятся пазовыми клиньями, в лобовых частях - проволочными бандажами или бандажами из стеклоленты.

Короткозамкнутые обмоткы применяют как основные в роторах асинхронных двигателей и как пусковые или демпферные в синхронных машинах.

Короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных двигателей выполняют либо заливкой пазов алюминием или его сплавами, либо из стержней. Литые обмотки применяют в подавляющем большинстве роторов асинхронных двигателей мощностью до нескольких сотен киловатт. Одновременно с заливкой стержней отливают замыкающие кольца обмотки с вентиляционными лопатками. Изготовление обмотки ротора методом заливки позволяет выполнять стержни ротора практически любой нужной конфигу-

Рис. 4.4. Транспонированный стержень обмотки статора:

а - стержень без корпусной изоляции; б ~ положение стержней в пазу статора

Рис. 4.5. Пазы короткозамкнутых роторов с литыми обмотками:

й - одноклеточных; б - двухклеточных; в -с неравномерной зубцовой зоной (с чередующимися

пазами)

рации, включая двойные клетки со сложными профилями поперечного сечения каждого из стержней или с чфедующимися пазами (рис. 4.5).

Для обмотки из вставных стержней в большинстве случаев используют медь, в двухклеточных роторах для рабочей обмотки - медь, а для пусковой - латуни, имеющие большее сопротивление и теплоемкость, чем медь, что особенно важно в двигателях, предназначенных для работы с тяжелыми условиями пуска.

В некоторых сериях асинхронных двигателей, например АНЗ, короткозамкнутая обмотка роторов выполняется из алюминиевых стержней прямоугольного сечения, которые устанавливаются в открытые пазы ротора.

Демпферные и пусковые обмотки синхронных машин выполняют из медных или латунных стержней, размещенных в пазах на полюсных наконечниках. В демпферных обмотках генераторов стержни каждого полюса замыкаются между собой по торцам с помощью сегментов. Стержни пусковых обмоток синхронных двигателей имеют общие замыкающие кольца для всех стержней обмотки.

4.3. Обмоточный коэффициент

Обмоточным коэффициентом называют отношение геометрической суммы векторов ЭДС проводников, последовательно соединенных в фазу обмотки (ЭДС фазы), к алгебраической сумме ЭДС этих же проводников;

об = 11!-е/пр1/Е;пр-

Обмоточный коэффициент для любой обмотки может быть найден по векторной диаграмме - звезде пазовых ЭДС [5, 10]. Для обмоток с фазной зоной п/т общим анали-

тическим выражением для расчета большинства симметричных обмоток, кроме обмоток специальных машин (обмоток с q <1, с не-равновитковыми катушками, с несплошной фазной зоной и ряда других), является

Nsin

sin - Pv ,

где V - номер гармоники ЭДС (для основной гармоники V = 1); N определяется по числу пазов на полюс и фазу: если q - целое число, N = q, если q - дробное число, N = dq, здесь d - знаменатель дробного числа q(q - b + + c/d = N/d, где b - целая и c/d - дробная части числа q, N/d - несократимая дробь); Р - относительный шаг обмотки (укорочение или удлинение шага).

В расчетной практике ке удобнее представить Б виде произведения коэффициента укорочения ку на коэффициент распределе-

ния кр-.

об - ку кр.

Коэффициент укорочения шага обмотки

ky = sm(f,v

учитывает уменьшение ЭДС витка по отношению к алгебраической сумме ЭДС двух проводников, являющихся его сторонами. В зависимости от укорочения (удлинения) шага

Р=УрасчА,

где урасч - расчетный шаг обмотки.

Расчетный шаг обмотки для различных типов обмоток принимают:

для двухслойных обмоток (за исключе-

нием двухслойных концентрических)

Урасч = у,

где у - действительный шаг обмотки по пазам;

для двухслойных концентрических обмоток

Урасч =-~Ь>ъ + Ум) = Уб-(Л- 1).

где Ум - шаги по пазам наибольшей и наименьшей катушек в катушещой группе; для одно-двухслойных обмоток

JW. = 1) + 2ЛГб,

где Ng - число больших катушек (катушек с двойным числом витков) в катушечной группе; в частном случае для наиболее употребительных трехфазных одно-двухслойных обмоток с одной большой катушкой в катушечной группе урасч = 2(д + 1);

для всех однослойных обмоток с одинаковым числом витков в катушках при сплошной фазной зоне

Урасч = t-

Следовательно, для обмоток такого типа всегда ку = 1, несмотря на то что шаг каждой отдельно взятой катушки будет в зависимости от числа q большим, меньшим полюсного деления или равным ему.

Коэффициент распределения

Nsin

учитывает уменьшение ЭДС обмотки, вызванное различием фаз ЭДС последовательно соединенных проводников, расположенных в разных пазах.

Коэффициент распределения для основной гармоники в частных случаях:

для трехфазных обмоток с фазной зоной я/т и целым числом пазов на полюс и фазу

gsm(307g) для тех же обмоток при дробном вдсле q

где N = dq, d - знаменатель дробной части числа q;

для однофазных обмоток и двухфазных с одинаковыми обмотками обеих фаз (кроме однослойных с несплошной фазной зоной) с целым таслом q

gsfn(45>)

для двухфазных обмоток с различными обмотками главной А и вспомогательной В фаз

Sin(7tpg(fl)/z)

e(B)Sm(np/z)

где Qa{b) - число пазов на полюс главной (вспомогательной) фазы обмотки.

Обмоточные коэффициенты рассчитывают для каждой из обмоток в отдельности и обозначают индексами, относящимися к данной обмотке (кф, кг,---)-

Для короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных машин kj = 1 независимо от числа пазов ротора и числа полюсов машины.

Для специальных обмоток с неравномерным расположением катушек в пазах магнитопровода, например некоторых типов двухскоростных обмоток асинхронных двигателей (см. п. 4. 5. 6), или для обмоток с не-равнсвитковыми катушками, построенными по типу синусной обмотки (см. § 4.6), обмо-точнь.й коэффициент целесообразно определять по звезде пазовых ЭДС, построенной для данной обмотки-

Высшие гармоники ЭДС отрицательно влияют на работу машины, поэтому почти все машины, кроме машин малой мощности, выполняют с распределенной обмоткой при q>2, имеющей укорочение шага. На рис. 4.6 штриховкой показана область наиболее распространенных в практике укорочений Р, при которых достигается существенное уменьшение ЭДС пятой и седьмой гармоник при относительно малом уменьшении ЭДС первой гармоники. Данные табл. 4.1 иллюстрируют

0,8 0,6 0,4

Область наиболее распространенных значений f

/ / \ \ / У

о 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 f

Рис. 4.6. Коэффициент укорочения для различных гармоник ЭДС в зависимости от укорочения шага