Однослойные обмотки статора

Трехфазная обмотка.В однослойных обмотках каждая сто­рона катушки полностью заполняет паз сердечника статора (см. рис. 8.1, б). При этом число катушечных групп в каждой фазе рав­но числу пар полюсов, так что общее число катушечных групп в однослойной обмотке равно рm₁.

Однослойные обмотки статоров разделяют на концентриче­ские и шаблонные. В концентрической обмотке катушки каждой катушечной группы имеют разную ширину и располагаются концентрически. Шаги обмотки у катушек, входящих в катушечную группу, неодинаковы, но их среднее значение y_1cp = Z₁/ (2р).

Так, для трехфазной однослойной концентрической обмотки с Z₁ = 24; 2р = 4 имеем у_1ср=24/4 = 6 пазов; q₁ =Z_l/ (2pm₁) = 24/ (4 • 3) = 2. Следовательно, катушечная группа каждой фазной обмотки состоит из двух расположенных концентрически катушек. Шаги этих катушек: у₁₁ = 7 и у₁₂ = 5 . Развернутая схема этой обмотки (2р = 4; Z₁ = 24; q₁ = 2; у_1ср = 6) представлена на рис. 8.6, а.

Рис. 8.6. Трехфазная однослойная обмотка статора

с распо­ложением лобовых частей в двух плоскостях:

а — развернутая схема; б — расположение лобовых частей

Рассмотренную однослойную обмотку называют двухплоскостной, так как лобовые части катушек этой обмотки имеют paзный вылет и располагаются в двух плоскостях (рис. 8.6, б). Такая конструкция обмотки позволяет избежать пересечения лобовых частей катушек, принадлежащих разным фазам. При нечетном числе пар полюсов число групп лобовых частей будет также не­четным. В этом случае одну катушечную группу приходится де­лать переходного размера с двоякоизогнутой лобовой частью.

Применение различных по размеру катушек, образующих ка­тушечные группы, ведет к тому, что катушечные группы концен­трических обмоток имеют раз­ные электрические сопротивления. Это следует учитывать при определении размеров катушек катушечных групп, образующих фазную обмотку. Необходимо, чтобы все фазные обмотки име­ли одинаковое сопротивление, для чего они должны содержать одинаковое число различных по размерам

катушечных групп. Основное достоинство однослойных концентрических об­моток — возможность примене­ния станочной укладки. Этим объясняется широкое примене­ние этого типа обмотки статора в асинхронных двигателях мощностью до 18 кВт, произ­водство которых обычно имеет массовый характер.

Недостаток концентрических обмоток — наличие катушек различных размеров, что несколько усложняет ручное изготовление обмотки. Этот недостаток отсутствует в шаблонных однослойных обмотках, так как их катушки имеют одинаковые меры и могут изготовляться на общем шаблоне. Кроме того, все катушки таких обмоток имеют одинаковые сопротивления, а лобовые части получаются короче, чем в концентрических обмотках, что уменьшает расход меди.

В качестве примера рассмотрим шаблонную обмотку (рис. 8.7, а) двухполюсной машины

с тремя катушками в катушечной группе. Трапецеидальная форма секций облегчает расположение лобовых частей обмотки (рис. 8.7,6).

Основным недостатком всех типов однослойных обмоток является невозможность применения в них катушек с укороченным шагом, что необходимо для улучшения рабочих свойств машин переменного тока (см. § 7.2).

Однофазная обмотка.Эту обмотку статора выполняют аналогично одной фазе трехфазной

 обмотки, с той лишь разницей,что катушки этой обмотки занимают 2/3 пазов сердечника статора. Такая конструкция обмотки делает ее наиболее экономичной, так как заполнение

Рис 8.7. Трехфазная однослойная шаблонная обмотка статора

оставшихся 1/3 пазов статора увеличило бы расход меди на изготовление обмотки в 1,5 раза, т. е. на 50 %, а ЭДС об­мотки возросла бы лишь на 15%.

Для однофазной обмотки (m₁ = 1), занимающей 2/3 пазов на статоре, форму­ла коэффициента распределения (см. § 7.3) имеет вид

k_pv =                      (8.3)

Рис. 8.8. Однофазная однослойная обмотка

ста­тора: 2p =2; Z₁ = 12; q₁ = 4

Для третьей гармоники ЭДС (υ = 3) числитель выражения (8.3) sin60° υ = sin 180° = 0 . Из этого следует, что в однофазной обмотке, занимающей 2/3 пазов на статоре, отсутствует третья гармоника ЭДС. На рис. 8.8 показана схема однофазной однослойной обмот­ки. Однофазные обмотки могут быть и двухслойными.

Изоляция обмотки статора

Электрическая изоляция обмотки — наиболее ответственный элемент электрической машины, в значительной степени опреде­ляющий ее габариты, вес, стоимость и надежность.

Пазовые стороны обмотки статора рас­положены в пазах (рис. 8.9), которые мо­гут быть полузакры­тыми (а), полуоткры­тыми (б) и открытыми (в). Перед укладкой проводников 4 обмот­ки поверхность паза прикрывают пазовой (корпусной) изоляцией 2 в виде пазовой коро­бочки. Этот вид изо­ляции должен иметь не только достаточную необходимую                                                                                                                                                                                                                                                                       

Рис. 8.9. Пазы статора

электрическую, но и механическую прочность, так как на него действуют значительные механические силы, возникающие в процессе paботы машины, а особенно в процессе укладки (уплотнения) проводников обмотки в пазах. В нижней части паза располагают прокладку 1.

Электрическая изоляция проводников друг от друга обеспечи­вается витковой изоляцией, в качестве которой в машинах напря­жением до 660 В используют изоляцию обмоточных проводов, а при напряжении 6000 В и выше эта изоляция требует усиления на каждом проводнике специальной витковой изоляцией. В двух­слойных обмотках между слоями укладывают прокладку 3. Паз закрывают клином 6, под который обычно также кладут изоляци­онную прокладку 5.

Способ изоляции паза и применяемые изоляционные материа­лы зависят от типа обмотки, ее рабочего напряжения и температу­ры перегрева. При выборе электроизоляционных материалов для изоляции паза необходимо, чтобы все материалы имели одинако­вую нагревостойкость.

Изоляционные материалы, применяемые в обмотках электри­ческих машин и трансформаторов, разделяют на пять классов нагревостойкости, отличающихся друг от друга предельно допустимой температурой нагрева:

Класс изоляции определяет также значение расчетной рабочей температуры при расчете активного сопротивления обмотки.

В последние годы для обмоток статоров при напряжении до 660 В преимущественно применяют провода с эмалевой изоляцией марок ПЭТВ и ПЭТ-155 круглого и прямоугольного сечений. Основным изоляционным материалом для обмоток статоров служат: в низковольтных машинах (до 660 В) — пленкосинтокартон, электронит, лакотканеслюдопласт, а в высоковольтных машинах (6000 В и выше) — стеклослюдопластовая лента, стеклотекстолит и т. п.

С целью улучшения использования габарита машины желательно, чтобы изоляция обмотки в пазах занимала меньше места.

Для оценки использования площади паза пользуются коэффициентом заполнения паза изолированными проводниками

k_n = N_п1 d_из² / S_п',            (8.4)

где N_п1 — число проводников в пазе; d_из — диаметр изолированного проводника, мм; S'_n — площадь паза, занимаемая обмоткой (без учета клина), мм².

При использовании обмоточных проводов круглого сечения (пазы полузакрытые) для ручной укладки обмотки k_n = 0,70 ÷ 0,75,для машинной укладки на статорообмоточных станках k_п = 0,70 ÷ 0,72.В высоковольтных машинах пазы статора делают открытыми, так как только в этом случае можно обеспечить надежную пазовую изоляцию.

Контрольные вопросы

1.Начертите развернутую схему трехфазной двухслойной обмотки статора с последовательным соединением катушечных групп для одного из приведен­ных ниже вариантов:

2.Как изменится ЭДС обмотки с 2р = 6, если последовательное соединение ее катушечных групп изменить на параллельное? Начертите схемы этих соеди­нений.

3.Почему лобовые части однослойных концентрических обмоток располагают в нескольких плоскостях?

4.Каковы достоинства и недостатки двухслойных и однослойных обмоток ста­торов?

5.Почему однофазную обмотку статора укладывают в ²/₃ пазов?

6.Как разделяются электроизоляционные материалы по нагревостойкости?

Глава 9

• Магнитодвижущая сила обмоток статора