- •Электрических машин
- •3.1. Типы обмоток и их изоляция
- •3.2. Конструкция и изготовление обмоток
- •С высотой оси вращения до 250 мм на напряжение до 660 в
- •Обмоток статоров машин переменного тока на напряжение до 10000 в
- •С гильзовой изоляцией на напряжение 3300 в и непрерывной компаундированной на напряжение 3300…6600 в
- •Машин переменного тока на напряжение до 660 в
- •3.3. Обмотки роторов асинхронных двигателей
- •3.4. Коэффициент заполнения паза
- •3.5. Элементы схем и обозначения
- •3.6. Обмоточный коэффициент
- •3.7. Схемы однослойных обмоток
- •3.8. Схемы двухслойных обмоток
- •3.9. Обмотка с дробным числом пазов на полюс и фазу
- •3.10. Схемы обмоток для механизированной укладки
- •3.11. Особенности схем обмоток многоскоростных
- •3.12. Обмотки фазных роторов асинхронных двигателей
- •3.13. Конструкция и изоляция обмоток якорей
- •3.15. Простые петлевые обмотки
- •3.16. Простые волновые обмотки
- •3.17. Сложные обмотки якорей машин постоянного тока
- •3.18. Обмотки возбуждения и компенсационные обмотки машин постоянного тока
- •3.19. Обозначение выводов машин постоянного тока
3.5. Элементы схем и обозначения
ВЫВОДОВ ТРЕХФАЗНЫХ ОБМОТОК
Основным элементом обмотки электрической машины является виток. Несколько последовательно соединенных витков, находящихся в одних и тех же пазах, объединяют между собой общей корпусной изоляцией, в результате чего образуется катушка обмотки. Каждую из сторон катушки располагают в одном пазу. Если весь паз занят стороной только одной катушки (стороны катушек располагают в один слой), то обмотку называют однослойной. Если в каждом пазу размещены стороны двух катушек, одна над другой, то обмотку называют двухслойной.
Несколько последовательно соединенных в соседних пазах, образуют катушечную группу, представляющую собой обмотку полюса или пары полюсов одной из фаз машины. Число катушек в катушечной группе обозначают q. Так как q катушек располагают в соседних пазах, то одноименные стороны этих катушек занимают q пазов, образующих обмотку полюса одной фазы машины.
В одной катушечной группе все катушки могут быть соединены только последовательно, так как векторы ЭДС катушек, находящихся в различных пазах, сдвинуты относительно друг друга на пазовый угол и при параллельном соединении возникают большие уравнительные токи. Параллельное соединение катушек в одной группе применяют в некоторых обмотках крупных двухполюсных турбогенераторов.
Несколько соединенных между собой катушечных групп образуют фазу обмотки. Катушечные группы в фазе соединяются последовательно, параллельно или смешанно, последовательно-параллельно. Количество катушечных групп в каждой из фаз зависит от числа полюсов и типа обмотки. Число параллельных ветвей при соединении катушечных групп определяют при расчете обмоток.
Концы фаз в большинстве случаев внутри машины не соединяют, а подводят к зажимам коробки выводов все начала и все концы фаз, что позволяет включать машины на два напряжения сети, соединяя фазы в звезду или в треугольник. Напряжение, приходящееся на фазу обмотки статора, при этом не изменяется.
Изображение схемы обмотки. Порядок соединения между собой отдельных катушек, катушечных групп и фаз обмотки задают в технической документации в виде чертежа, который называют схемой обмотки. При вычерчивании схем принят ряд условностей: чертеж с изображением схемы обмотки выполняется без соблюдения масштаба и не отражает никаких соотношений размеров машины и обмотки и ее частей; каждая катушка изображается одной линией независимо от числа витков в ней и элементарных проводников в каждом эффективном проводнике; все катушки изображают в одной плоскости и т.п. Известны несколько способов изображения схем, из которых наибольшее распространение получили так называемые развернутые и торцевые схемы. Торцевая схема представляет собой как бы вид с торца на обмотанный сердечник (рис. 3.11). На ней хорошо прослеживаются положения лобовых частей катушек, но недостаточно места для изображения межкатушечных и межгрупповых соединений, что неудобно в сложных схемах, имеющих несколько параллельных ветвей.
Рис. 3.11. Торцевая схема однослойной концентрической
обмотки z =24, 2р = 4, а = 1
Развернутые схемы представляют собой развертку статора или ротора с обмоткой и позволяют показать все соединения между элементами обмотки — катушками и катушечными группами.
Фазная зона. Стороны катушек одной катушечной группы распределены в q лежащих друг за другом пазах. В симметричной m-фазной обмотке на каждом полюсном делении таких групп будет m по q пазов в каждой. Следовательно, стороны катушек, принадлежащих одной фазе, расположены на каждом полюсном делении τ в пазах, занимающих 1/m-ю его часть, или [πD/(2рm)=τ/m]-ю часть окружности зазора, называемую фазной зоной. В обмотках трехфазных машин, построенных по такому принципу, фазная зона занимает дугу окружности, содержащую электрический угол τ/m = 180°/3 = 60°, поэтому такие обмотки называют обмотками с 60-градусной фазной зоной.
Иногда применяют обмотки, в которых mq пазов располагают на двух полюсных делениях. Фазная зона таких обмоток занимает 2τ/m-ю часть окружности, что соответствует электрическому углу 120° в трехфазных машинах. Такие обмотки называют обмотками с 120-градусной фазной зоной.
В большинстве трехфазных машин общего назначения применяют обмотки с 60-градусной фазной зоной. Однако встречаются и машины с обмотками, имеющими 120-градусную фазную зону. Например, в многоскоростных асинхронных двигателях с полюсно-пе- реключаемой обмоткой при включении на большее число полюсов обмотка имеет 60-градусную фазную зону, а при включении на работу с меньшим числом полюсов — 120-градусную фазную зону.
Ниже рассматриваются наиболее распространенные схемы обмоток с 60-градусной фазной зоной. Принципиально схемы обмоток со 120-градусной фазной зоной не отличаются от рассматриваемых ниже, однако при их составлении и расчете обмоточных коэффициентов необходимо учитывать особенности этого вида обмоток.
Обозначение выводов обмоток трехфазных машин. В настоящее время действуют две системы обозначений выводов обмоток электрических машин. Одна из них, установленная ГОСТ 183—74, сохраняется для разработанных до 1987 г. и модернизируемых машин. Выводы обмоток этих машин обозначают буквами русского алфавита: обмоток статора — С, обмоток ротора асинхронных двигателей — Р, обмоток возбуждения синхронных машин — И. Цифрами после букв обозначают начала и концы фаз: первой фазы соответственно 1 и 4, второй фазы 2 и 5, третьей фазы 3 и 6. В табл. 3.13 приведены установленные ГОСТ 183—74 обозначения в зависимости от числа выводов и схемы соединения обмоток. Обозначения должны быть нанесены непосредственно на концы выводов: на кабельные наконечники, шинные концы или специальные обжимы, плотно закрепленные на выводах.
Таблица 3.13. Обозначения выводов обмоток
электрических машин переменного тока, разработанных до 1987 г.
Наименование и схема соединения обмотки |
Число выводов |
Наименование фазы или вывода |
Обозначение выводов
| ||
начало |
конец | ||||
Обмотка статора: Открытая схема
|
6
|
Первая фаза |
С1 |
С4 | |
Вторая фаза |
С2 |
С5 | |||
Третья фаза |
С3 |
С6 | |||
Соединение звездой |
3 или 4
|
Первая фаза |
С1 | ||
Вторая фаза |
С2 | ||||
Третья фаза |
С3 | ||||
Нулевая точка |
0 | ||||
Соединение треугольником
|
3 |
Первый вывод |
С1 | ||
Второй вывод |
С2 | ||||
Третий вывод |
С3 | ||||
Обмотка возбуждения (индукторов) синхронных машин
|
2 |
|
И1 |
И2 | |
Обмотка фазного ротора асинхронных двигателей
|
3 |
Первая фаза |
Р1 | ||
Вторая фаза |
Р2 | ||||
Третья фаза |
Р3 | ||||
Схема звезда
|
4 |
Первая фаза |
Р1 | ||
Вторая фаза |
Р2 | ||||
Третья фаза |
Р3 | ||||
Нулевая точка |
0 |
Примечание: 1.В чертежах электрических схем соединения обмоток с 6 выводными концами (в рисунках на свободном поле схемы) допускается применение двойных обозначений (С1C6; C2C4; C3C5) при соединении фаз в треугольник и тройного обозначения (С4С5С6) точки звезды (нулевой точки) при соединении фаз в звезду.
2.Выводы составных и секционированных обмоток статором машин следует обозначать теми же буквами, что и простые обмотки, но с дополнительными цифрами впереди букв. Например, выводы первой обмотки (первой секции) первой фазы; начало 1С1, конец 1С4, выводы второй обмотки (секции) первой фазы: начало 2С1, конец 2С4.
3.Контактные кольца ротора асинхронных двигателей обозначают также, как присоединенные к ним выводы обмотки ротора, при этом расположение колец должно быть в порядке цифр, указанных в таблице, а кольцо 1, соединенное с выводом Р1, должно быть наиболее удаленным от обмотки ротора.
В машинах малых размеров, в которых буквенно-цифровые обозначения затруднены из-за недостатка места, ГОСТ разрешает использовать цветовые обозначения (табл. 3.14) проводами с разноцветной изоляцией, красками и т. п.
Таблица 3.14. Цветовое обозначение выводов
обмоток статора трехфазных машин
переменного тока
Схема соединения обмотки |
Число выводов |
Наименование фазы или вывода |
Цветовой код выводов
| |
начало |
конец | |||
Открытая схема
|
6
|
Первая фаза |
Желтый |
Желтый с черным |
Вторая фаза |
Зеленый |
Зеленый с черным | ||
Третья фаза |
Красный |
Красный с черным | ||
Звезда
|
3 или 4 |
Первая фаза |
Желтый |
- |
Вторая фаза |
Зеленый |
- | ||
Третья фаза |
Красный |
- | ||
Нулевая точка |
Черный |
- | ||
Треугольник
|
3 |
Первый вывод |
Желтый |
- |
Второй вывод |
Зеленый |
- | ||
Третий вывод |
Красный
|
- |
Для машин, разработанных после 1 января 1987 г., установлена система обозначений выводов обмоток (ГОСТ 26772—85), соответствующая международным стандартам. По этой системе (табл. 3.15) выводы обозначают буквами латинского алфавита: первой фазы обмотки статора — буквой U, второй фазы — буквой V, третьей фазы — буквой W; выводы обмотки ротора соответственно по фазам — буквами K, L и М; выводы обмотки возбуждения синхронных машин — буквой F. Начала и концы фаз обозначаются соответственo цифрами 1 и 2, стоящими после букв. При наличии промежуточных выводов они обозначаются буквой, определяющей фазу, и последующими цифрами: 3, 4 и т. д.
Таблица выводов обмоток электрических машин переменного тока,
разработанных после 1.01.1987 г. (ГОСТ 26772—85)
Наименование и схема соединения обмотки |
Число выводов |
Наименование фазы или вывода |
Обозначение выводов | |
начало |
конец | |||
Обмотка статора:
|
|
|
|
|
открытая схема
|
6
|
Первая фаза |
UI |
U2 |
Вторая фаза |
V1 |
V2 | ||
Третья фаза |
Wl |
W2 | ||
соединение в звезду
|
З или 4
|
Первая фаза |
U | |
Вторая фаза |
V | |||
Третья фаза |
W | |||
Точка звезды |
N | |||
соединение в треугольник
|
3
|
Первый вывод |
U | |
Второй вывод |
V | |||
Третий вывод |
W | |||
секционированная обмотка
|
12
|
Первая фаза |
U1 |
U2 |
Выводы от первой фазы |
U3 |
U4 | ||
Вторая фаза |
VI |
V2 | ||
Выводы от второй фазы |
V3 |
V4 | ||
Третья фаза |
WI |
W2 | ||
Выводы от третьей фазы |
W3 |
W4 | ||
расщепленные обмотки, предназначенные для последовательного или параллельного включения |
-
|
Первая фаза
|
U1 |
U2 |
U5 |
U6 | |||
Вторая фаза
|
VI |
V2 | ||
V5 |
V6 | |||
Третья фаза |
W1 |
W2 | ||
W5 |
W6 | |||
раздельные обмотки, предназначенные для последовательного или параллельного включения |
_
|
Первая фаза
|
1U1 |
1U2 |
2U1 |
2U2 | |||
Вторая фаза
|
1V1 |
1V2 | ||
2VI |
2V2 | |||
Третья фаза |
IW1 |
IW2 | ||
2WI |
2W2 | |||
Обмотка фазного ротора асинхронного двигателя:
|
|
|
|
|
открытая схема |
6 |
Первая фаза |
KI |
K2 |
Вторая фаза |
L1 |
L2 | ||
Третья фаза |
Ml |
M2 | ||
соединение в звезду
|
З или 4
|
Первая фаза |
К | |
Вторая фаза |
L | |||
Третья фаза |
М | |||
Точка звезды |
Q
| |||
соединение в треугольник |
3
|
Первый вывод |
K | |
Второй вывод |
L | |||
Третий вывод |
М
| |||
Обмотка возбуждения синхронных машин |
2 |
- |
F1 |
F2 |
Цветовые обозначения выводов обмоток для машин, в которых буквенно-цифровые обозначения затруднены, сохраняют такими же, как и при прежней системе обозначений (см. табл. 3.14).
Обозначения должны наноситься на начала и концы обмоток или на колодку зажимов рядом с выводами. Если соединения фаз произведены внутри корпуса машины, например, обмотка статора постоянно соединена в треугольник, то начала и концы фаз не обозначают, а на выведенные концы обмотки наносят буквенные обозначения без цифр. Также опускают цифры в обозначении выводов фаз обмоток, соединенных внутри машины в звезду. Если в обмотке имеется вывод от нулевой точки (точка звезды), он обозначается в обмотке статора буквой N, в обмотке ротора буквой Q.
На схемах обмоток обычно обозначают все начала и концы фаз, причем на свободном поле схемы допускается применение двойных или тройных обозначений точек соединения разных фаз. Например, точки соединений фаз обмотки в треугольник могут быть обозначены U1W2. V1U2, W1V2, а выводы от этих точек — соответственно U, V и W. При соединении обмоток в звезду на схемах допускается обозначение начал фаз UI, VI, W1 и точек соединения фаз внутри машины U2, V2, W2.
Расположение выводов фаз. Стороны катушек, с которыми соединяют начала фаз обмоток, должны располагаться в пазах, между которыми заключается такой же электрический угол, как и между фазами питающей сети, т. е. 2/πm радиан или 2πk/m радиан, где k — любое целое число, не кратное m. В трехфазных машинах это 120° • k, где k — не кратное трем. При k, кратном трем, в таких пазах располагают стороны катушек, принадлежащих одной и той же фазе. Учитывая, что пазовый угол az = 2πp/Z, получаем, что начальные стороны первых катушек разных фаз должны быть расположены через
пазов
В обмотках статоров для уменьшения длины выводных концов выводы стремятся расположить как можно ближе один к другому. Для этого принимают k = 1 и начала фаз располагают через 2q пазов друг от друга.
В обмотках фазных роторов асинхронных двигателей, чтобы избежать дисбаланса, который появится при неравномерном расположении начал фаз, начала фаз стремятся расположить симметрично по окружности ротора, т. е. через Z/m пазов (при этом k = р). Симметричное расположение выводов обмоток возможно лишь при числе полюсов машины, не кратном трем. При р, кратном трем, например в машинах с 2р= 6, 12 и т. д., симметрично расположить выводы обмотки фазного ротора не удается, и схемы обмоток усложняются.