Схема развертки обмотки статора

Обмотки машин переменного тока разделяются на всыпные из мягких катушек, полужесткие и жесткие. Рассматриваемые обмотки, состоящие из катушек, также называют секциями, так как они имеют два вывода.

В крупных машинах используют стержневые обмотки статоров и роторов. В этом разделе будут рассмотрены только всыпные обмотки.

Всыпная обмотка укладывается в полузакрытые пазы, имеющие узкий шлиц, через который поочередно каждый из проводников катушки опускают (“всыпают”) в пазы [2]. Наибольший диаметр провода, применяемого для всыпных обмоток, не превышает 1,8 мм, так как провода большого диаметра имеют слишком большую жесткость и плохо уплотняются в пазах во время укладки. Если в пазу помещается только одна катушечная сторона, то получается однослойная обмотка (как это показано на рис.3.1, 3.2 и 3.3); если две катушечных стороны, то – двуслойная (рис. 3.4).

– нечетное число).

Рис. 3.4. Схема двухслойной обмотки одной фазы с укороченным шагом

В последнем случае при нечетном числе пар полюсов каждая фаза содержит нечетное число катушечных групп. Чтобы такая обмотка в машине имела две лобовые плоскости, одну из катушечных групп делают “кривой”, т.е. одну ее сторону выполняют по размеру большой катушечной группы, а другую – по размеру малой.

Если катушки имеют одинаковую ширину и форму, то можно получить однослойную шаблонную (см. рис. 3.2) или цепную обмотку (см. рис.3.3).

= 4, числом параллельных ветвей

На рис. 3.5 показаны 24 линии пазов, разделенные на четыре полюсных деления.

На каждом полюсном делении отмечены пазы, в которых должны располагаться стороны катушек, принадлежащих разным фазам. Мгновенное направление токов показано стрелками, в пределах одного полюсного деления оно будет одинаковым. Лобовые соединения должны быть выполнены так, чтобы направление токов в пазовых частях соответствовало показанному на рис. 3.5. Их можно выполнить в нескольких вариантах, получив при этом тот или иной тип однослойной обмотки (см. рис.3.1, 3.2, 3.3).

Двухслойные обмотки применяются практически во всех машинах переменного тока, начиная с машин мощностью 15–16 кВт и выше [2].

Двухслойные обмотки машин переменного тока аналогичны двухслойным обмоткам машин постоянного тока. То есть, одна активная сторона каждой секции располагается в верхней части паза (верхний слой), а другая – в нижней части другого паза (нижний слой).

Принцип построения и соединения простейшей двухслойной обмотки (без укороченного шага) рассмотрим на примере, когда

а число

. Двадцать четыре пары линий (сплошные и

пунктирные), обозначающие верхние и нижние стороны катушек, расположенные в пазах и разделенные на четыре полюсных деления изображены на рис. 3.5. Стрелками на сплошных линиях, соответствующих верхним слоям, показано мгновенное направление токов в катушках, одинаковое во всех фазах в пределах одного полюсного деления. В нашем случае на полюсном делении на каждую фазу приходится по два паза.

Предварительные действия для построения схемы обмотки такие же как и в предыдущем примере (см. рис. 3.5). При диаметральном шаге (y1 = τ ) лобовые части соединяют стороны катушек, лежащие на расстоянии полюсного деления. На рис. 3.6 показаны катушки, принадлежащие одной фазе.

взяты

последовательно через 2q1 пазовых делений по отношению к началу фазы С 1 , т.е. через число пазов, соответствующих 120 ° .

Как видно из рис. 3.5, в четырехполюсной двухслойной обмотке катушки каждой фазы образуют четыре катушечные группы, а не две как в однослойной. Они соединены между собой встречно так, что направление обтекаемой током каждой из групп при переходе от одной группы к другой меняется.

Основным достоинством двухслойных обмоток является возможность использовать укорочение шага для подавления высших гармоник в кривой ЭДС.

Шаг обмотки обычно выбирается равным точно или приблизительно 5/6 полюсного деления (см. рис. 3.4), так как в этом случае амплитуды 5-й и 7-й гармоник в кривых поля и ЭДС значительно снижаются.

При укорочении шага принцип построения схемы не меняется, изменяется только ширина катушек. Все соединения, как межкатушечные , так и межгрупповые остаются такими же.

Обмотки статора асинхронного двигателя

Если взглянуть на обмотку статора асинхронного электродвигателя, то легко обнаружить, что она представляет собой отнюдь не просто три уложенные под 120 градусов относительно друг друга одиночные катушки. На каждую из фаз трехфазной обмотки приходится обычно по несколько секций. Эти секции отдаленно напоминают секции обмотки ротора коллекторного мотора, однако в асинхронном двигателе они выполняют совершенно иные функции.

Посмотрите на первый рисунок. Здесь изображена одна секция, состоящая из четырех витков. Такая секция занимает на статоре минимум два паза. Но секцию в принципе можно разбить еще напополам — вот уже четыре паза. Тогда две части секции необходимо будет соединить последовательно, чтобы ЭДС в них суммировались.

Поскольку весь набор изолированных друг от друга проводов в секции (или условно — в части секции) укладывается в один паз, то и обозначить на схеме пучок проводов можно в виде одного витка, даже если витков в одном пазе лежит несколько. Активные проводники каждой секции могут укладываться в пазы одним слоем или двумя слоями, как на роторе коллекторного мотора.

Допустим, трехфазный асинхронный двигатель имеет одну пару полюсов (2p=2). Тогда для каждой фазы обмотки на каждый полюс будет приходиться некоторое количество пазов статора: как правило от 1 до 5 (q). В процессе проектирования машины выбирают наиболее подходящее значение этого числа q. В результате общее число пазов будет равно — число полюсов*число фаз*пазов на полюс фазы (Z = 2pmq).

К примеру имеется: одна пара полюсов, три фазы, два паза на полюс фазы. Итак, общее число пазов: Z = 2*3*2 = 12 пазов. На рисунке ниже приведена именно такая обмотка, где на каждую фазу приходится по 4 секции, причем каждая секция состоит из двух частей (по две катушки в части) — каждая часть находится в сфере действия своего полюса (в двух полюсных делениях тау, одно полюсное деление — 180 градусов, все пазы — 360 градусов).

Пазы разделяются по фазам так: пусть у двигателя два паза на полюс на фазу, тогда на первом полюсном делении для фазы А предполагаются пазы 1 и 2, а на втором полюсном делении — 7 и 8, поскольку Z/2 = 6, и тау = 6 зубцов.

Вторая фаза (В) сдвинута относительно первой в пространстве на 120 градусов или на 2/3 тау, то есть на 4 зубца, и значит занимает пазы 5 и 6 на первом полюсном делении и пазы 11 и 12 — на втором полюсном делении.

И наконец третья фаза (С) располагается в оставшихся пазах 8 и 9 второго полюсного деления и в пазах 3 и 4 первого полюсного деления. Разметка обмотки всегда ведется по наружному слою активных проводников.

Как вы уже поняли, с целью сложения ЭДС каждой фазы, секции внутри катушек соединяют последовательно, а сами катушки (в противоположных полюсных делениях) — встречно: конец первой — с концом второй.

К трехфазной сети обмотки статора традиционно присоединяются по одной из двух схем: звезда или треугольник. Треугольник — для 220 вольт, звезда — для 380 вольт.

На рисунке показан статор без обмотки. Статор устанавливается в алюминиевый, чугунный или стальной корпус двигателя путем запрессовывания сердечника вовнутрь. Сердечник здесь набирается из отдельных листов стали, каждый из которых изолирован особым электротехническим лаком.

Снаружи корпус имеет ребра, благодаря которым увеличивается площадь теплообмена с окружающим воздухом и повышается эффективность активного охлаждения — пластмассовый вентилятор, насаженный на ротор сзади (под задней крышкой с перфорацией), обдувает ребра и охлаждает таким образом двигатель в процессе его работы, так предохраняет обмотки от перегрева.

Расчет и построение схемы обмотки статора

Основными параметрами обмотки статора являются:

m – число фаз обмотки;

2р – число полюсов;

q– число пазов на полюс и фазу;

Z– число пазов статора;

y– шаг секции обмотки;

t — полюсное деление;

— сокращение (укорочение) шага обмотки;

а– число параллельных ветвей в фазе обмотки.

Некоторые из этих параметров должны быть заданы, остальные можно рассчитать.

Порядок расчета и построения обмотки статора рассмотрим на примере двухслойной обмотки петлевого типа с диаметральным шагом.

Дано: 2р = 2; m = 3; q = 2; a = 1; .

1. Рассчитать некоторые параметры из числа основных:

Z = 2pmq = 2 3 2 =12 – число пазов статора;

— полюсное деление;

y = bt = 1 6 = 6 – шаг секции;

эл – угол между соседними пазами;

n_гр = 2pm = 2 3 = 6 – число катушечных групп;

— сдвиг между фазами в пазах.

2. Изобразить границы развертки поверхности расточки статора пунктирными линиями, разделить развертку на Zравных частей (пазов) и пронумеровать их, разметить полюсные деления.

3. Нанести на развертке активные стороны катушек – верхние левые сплошными линиями, нижние правые – пунктирами. Образовать фазные зоны по q пазов в каждой, желательно разными цветами. В обмотке с укороченным шагом размещать нижние правые стороны секций со сдвигом на (t-y) пазов.

4. Образовать первую секцию первой фазы, соединив лобовыми частями левую верхнюю и правую нижнюю активные стороны. Учесть, что номер паза правой стороны секции равен (y + 1). Аналогично образовать все остальные секции. Показать направление ЭДС проводников (целесообразно только для левых верхних активных проводников секций).

5. Образовать катушечную группу первой фазы под первой парой полюсов. Для этого надо соединить последовательно секции одной фазной зоны так, чтобы их ЭДС совпадали по направлению. Аналогично образуются остальные катушечные группы.

6. Соединить катушечные группы первой фазы в «а» параллельных ветвей так, чтобы ЭДС каждой параллельной ветви совпадали по направлению. То же самое надо сделать для других фаз, выполняя условие сдвига между фазами (в пазах), равном l.Начала и концы фаз: С₁ ¸ С₄; С₂ ¸ С₅; С₃ ¸ С₆.

Пример построения развернутой схемы обмотки показан на рисунке 3.

7. Для наглядности соединения катушечных групп в параллельные ветви построить упрощенную схему обмотки. Для этого пронумеровать катушечные группы на развернутой схеме начиная с первой. Их число равно 2рm. Активные стороны катушечных групп изобразить в виде прямоугольников, расположив их рядом друг с другом для всех трех фаз как показано на рисунке. Каждой паре полюсов соответствуют два ряда прямоугольников, т.е. всего будет 2р горизонтальных рядов. Задние лобовые части обозначить пунктирными линиями между прямоугольниками верхних и нижних (левых и правых) сторон. Передние лобовые части обозначить сплошными линиями – для верхних левых – слева, для нижних правых – справа каждого ряда прямоугольников. Обозначить условное направление ЭДС в катушечных группах – для нечетных номеров – слева направо, для четных номеров – справа налево. Соединить обозначения катушечных групп (ряды прямоугольников) в «а» параллельных ветвей так, чтобы ЭДС в активных сторонах совпадали по направлению. Обозначить начала С₁; С₂; С₃ и концы С₄; С₅; С₆ фазных обмоток на упрощенной схеме обмотки. Пример построения упрощенной схемы обмотки статора показан на рисунке 4.

Рисунок 3. Порядок построения развернутой схемы обмотки статора.

Выводы обмоток электродвигателя — схемы соединения

Обозначение выводов обмоток статора

Каждый статор трехфазного электродвигателя имеет три катушечные группы (обмотки) — по одной на каждую фазу, а у каждой катушечной группы имеется по 2 вывода — начало и конец обмотки, т.е. всего 6 выводов которые подписываются следующим образом:

• С1 (U1) — начало первой обмотки, С4 (U2) — конец первой обмотки.
• С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.
• С3 (W1) — начало третьей обмотки, С6 (W2) — конец третьей обмотки.

Условно на схемах каждая обмотка изображается следующим образом:

Начала и концы обмоток выводятся в клемную коробку электродвигателя в следующем порядке:

В зависимости от соединения этих выводов меняются такие параметры электродвигателя как напряжение питающей сети и номинальный ток статора. О том по какой схеме необходимо подключить обмотки электродвигателя можно узнать из паспортных данных.

Основными схемами соединения обмоток являются треугольник (обозначается — Δ) и звезда (обозначается — Y) их мы и разберем в данной статье.

Примечание: В клемной коробке некоторых электродвигателей можно увидеть только три вывода — это значит, что обмотки двигателя уже соединены внутри его статора. Как правило внутри статора обмотки соединяются при ремонте электродвигателя (в случае если заводские обмотки сгорели). В таких двигателях обмотки, как правило, соединены по схеме «звезда» и рассчитаны на подключение в сеть 380 Вольт. Для подключения такого двигателя необходимо просто подать три фазы на три его вывода.

Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «треугольник»

Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «треугольник» необходимо: конец первой обмотки (С4/U2) соединить с началом второй (С2/V1) , конец второй (С5/V2) — с началом третьей (С3/W1) , а конец третьей обмотки (С6/W2) — с началом первой (С1/U1).

Условно на схеме это изображается следующим образом:

На выводы «A», «B» и «C» подается напряжение.

В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «треугольник» имеет следующий вид:

A, B, C — точки подключения питающего кабеля.

Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «звезда»

Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «звезда» необходимо концы обмоток (С4/ U2, С5/V2 и С6/W2) соединить в общую точку, напряжение при этом подается на начала обмоток (С1/U1, С2/V1 и С3/W1).

Условно на схеме это изображается следующим образом:

В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «звезда» имеет следующий вид:

Определение выводов обмоток

Иногда возникают ситуации когда сняв крышку с клемной коробки электродвигателя можно с ужасом обнаружить следующую картину:

При этом выводы обмоток не подписаны, что же делать? Без паники, этот вопрос вполне решаем.

Первое, что нужно сделать — это разделить выводы по парам, в каждой паре должны быть выводы относящиеся к одной обмотке, сделать это очень просто, нам понадобится тестер или двухполюсный указатель напряжения.

В случае использования тестера устанавливаем его переключатель в положение измерения сопротивления (подчеркнуто красной линией), при использовании двухполюсного указателя напряжения им, перед применением, необходимо коснуться токоведущих частей находящихся под напряжением на 5-10 секунд, для его зарядки и проверки работоспособности.

Далее необходимо взять один любой вывод обмотки, условно примем его за начало первой обмотки и соответственно подписываем его «U1», после касаемся одним щупом тестера или указателя напряжения подписанного нами вывода «U1», а вторым щупом любого другого вывода из оставшихся пяти неподписанных концов. В случае, если коснувшись вторым щупом второго вывода показания тестера не изменились (тестер показывает единицу) или в случае с указателем напряжения — ни одна лампочка не зажглась — оставляем этот конец и касаемся вторым щупом другого вывода из оставшихся четырех концов, перебираем вторым щупом концы до тех пор пока показания тестера не изменятся, либо, в случае с указателем напряжения — до тех пор пока не загорится лампочка «Test». Найдя таким образом второй вывод нашей обмотки принимаем его условно как конец первой обмотки и подписываем его соответственно «U2».

Таким же образом поступаем с оставшимися четырьмя выводами, так же разделив их на пары подписав их соответственно как V1,V2 и W1,W2. Как это делается можно увидеть на видео ниже.

Теперь, когда все выводы разделены по парам, необходимо определить реальные начала и концы обмоток. Сделать это можно двумя методами:

Первый и самый простой метод — метод подбора, может применяться для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Для этого берем наши условные концы обмоток (U2,V2 и W2) и соединяем их, а на условные начала (U1,V1 и W1), кратковременно, желательно не более 30 секунд, подаем трехфазное напряжение:

Если двигатель запустился и работает нормально, значит начала и концы обмоток определены верно, если двигатель сильно гудит и не развивает должные обороты, значит где то есть ошибка. В этом случае необходимо всего лишь поменять любые два вывода одной обмотки местами, например U1 c U2 и запустить заново:

Если проблема не устранилась, возвращаем U1 и U2 на свои места и меняем местами следующие два вывода — V1 с V2:

Если двигатель заработал нормально, выводы определены верно, работа закончена, если нет — возвращаем V1 и V2 по своим местам и меняем местами оставшиеся выводы W1 с W2.

Второй способ: Соединяем последовательно вторую и третью обмотки т.е. соединяем вместе конец второй обмотки с началом третьей (выводы V2 с W1),а на первую обмотку к выводам U1 и U2 подаем пониженное переменное напряжение (не более 42 Вольт). При этом на выводах V1 и W2 так же должно появиться напряжение:

Если напряжение не появилось, значит вторая и третья обмотки соединены неверно, фактически оказались соединены вместе два начала (V1 с W1) или два конца (V2 c W2), в данном случае нам просто нужно поменять надписи на второй или на третьей обмотке, например V1 с V2. Затем аналогичным способом проверить первую обмотку, соединив ее последовательно со второй, а на третью подав напряжение. Данный способ представлен на следующем видео:

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.