1.3.4. Двухслойные обмотки

Обмотка укладывается в пазах в два слоя. В верхнем слое одного паза укладывается одна сторона катушки, а другая сторона – в нижем слое другого паза, сдвинутого на шаг. Двухслойная обмотка позволяет получить любое желаемое укорочение шага, и следовательно, обеспечить нужную форму кривой ЭДС. Укорочение шага позволяет резко понизить расход меди на лобовые соединения.

Двухслойные обмотки выполняются как петлевыми, так и волновыми. Петлевые выполняют из многовитковых катушек (секций). Эти катушки изготовляются вне машины, хорошо изолируются и в готовом виде укладываются в открытые пазы. Если пазы полузакрытые, то обмотка выполняется из мягких секций, которые изготовляются вне машины из круглого провода, а затем по одному проводку упаковываются (всыпаются в паз). Такие обмотки называются всыпными. Двухслойные обмотки могут иметь целое число пазов на полюс и фазу или дробное число.

Двухслойные обмотки отличаются от обмотки якоря машины постоянного тока. Рассмотрим образование двухслойной шестизонной трёхфазной обмотки из обмотки якоря машины постоянного тока при 2р=2. Обмотку якоря такой машины можно разделить на 6 частей – катушечных групп (рис. 1.20).

В рассматриваемом случае каждая из фаз образуется последовательным соединением катушечных групп сдвинутых в общем случае на 180⁰ эл. градусов, причём ЭДС этих групп складываются. Катушечные группы в пределах каждой фазы можно также соединить параллельно, тогда каждая фазная обмотка будет состоять из двух параллельных ветвей.

Вобщем случае, когда машина имеет2р полюсов, каждая из фаз будет состоять из 2р катушечных групп, которые можно соединить последовательно, последовательно-параллельно и параллельно. Максимальное число параллельных ветвей фазы .

Рассмотрим принцип образования трёхфазной, двухслойной петлевой обмотки с полным шагом при следующих данных:

; ; ; ; ; .

Как следует из схемы (рис. 1.21), фаза U состоит из четырёх последовательно соединённых катушечных групп. Фазы V и W выполняются аналогично со сдвигом на 120⁰ эл. град, то есть на , что соответствует 4 пазам. Катушечная группа в пределах фазной обмотки могут соединяться последовательно (см. рис. 1.21), а также последовательно-параллельно и параллельно.

В общем случае число последовательно соединённых катушечных групп в фазной обмотке равно , гдеа – число параллельных ветвей. Максимальное число параллельных ветвей будет в том случае, когда все катушечные группы соединены параллельно ().

Пример двухслойной петлевой обмотки с укороченным шагом (рис. 1.22). Рассмотрим принцип образования такой обмотки:

; ; ;;;.

Порядок соединения катушечных сторон влияет на величину ЭДС обмотки, следовательно, в данном случае двухслойную обмотку с укороченным шагом можно представить как совокупность двух однослойных обмоток расположенных в верхнем и нижнем слоях и сдвинутых друг от друга на угол укорочения шага. Однослойные обмотки при этом имеют полный шаг. Заметим, что в данном случае лишь в части пазов лежат катушечные стороны, принадлежащие одной фазе. В других пазах расположены катушечные стороны разных фаз.

Рассматриваемая петлевая обмотка имеет межгрупповые и межкатушечные соединения, что увеличивает расход меди. Кроме того, наличие витковой изоляции, в случае многовитковой секции, ухудшает использование паза. Поэтому в ряде случаев предпочтение отдается стержневой обмотке волнового типа. В этом случае в пазу укладывается лишь два массивных стержня: один в верхнем, другой в нижнем слое паза. Эти обмотки применяются в мощных машинах (ГГ и ТГ), имеющих мощный поток и большее число катушек. Катушки выполняются с числом витков . Эти обмотки применяются также для роторов асинхронных машин с контактными кольцами.

Рассмотрим принцип образования стержневой обмотки волнового типа при следующих данных (рис. 1.23): ; ; ;; .

В данном случае при выполнении схемы обмотки делаются волны. После первого обхода волна сдвигается влево на 1 паз и, следовательно, обмотка с укороченным переходом. У нас сделано 2 цикла обходов, один влево, другой вправо. Каждый цикл состоит из двух обходов и содержит 2рq последовательно соединённых катушечных групп. В рассмотренном случае обмотку можно выполнить с числом параллельных ветвей а=2 по числу циклов обхода.