4.5.5. Обмотки для механизированной укладки

Современные обмоточные станки позволяют укладывать только обмотки статоров, не требующие поднятия шага на заключительной стадии укладки. Такими обмотками являются однослойные концентрические (см. п. 4.5.1), одно-двухслойные (рис. 4.15) и двухслойные концентрические (рис. 4.16).

Катушечная группа одно-двухслойной обмотки содержит катушки с различным числом витков: одинарным — малые катушки и двойным — большие катушки. Общее число катушек в каждой катушечной группе составляет q — N5^, где N^_K - число больших катушек в группе. В трехфазных машинах нашли применение одно-двухслойные обмотки только с одной большой катушкой

в группе. В двухфазных машинах используются одно-двухслойные обмотки с большим числом q (см. § 4.6).

Двухслойная концентрическая обмотка (рис. 4.16) строится на базе обычной двухслойной путем изменения последовательности соединений в лобовых частях. Она может быть выполнена вразвалку по типу однослойных концентрических обмоток.

4.5.6. Обмотки многоскоростных асинхронных двигателей

Наиболее экономичным ступенчатым способом изменения частоты вращения асинхронных двигателей является переключение двигателя на работу с другим числом полюсов. Возможность изменения числа полюсов двигателя может быть достигнута установкой в пазы статора двух независимых обмоток с разным числом полюсов (двухоб-моточные многоскоростные двигатели), например 4А132М6/4УЗ, 4АМ6/4УЗ, либо переключением схемы соединения катушечных групп одной обмотки (однообмоточные

Рис. 4.16. Схема двухслойной концентрической обмотки, z = 24, 2р — 4, q = 2

Рис. 4 17. Схема двухслойной двухскоростной обмотки статора, z = 36, 2р = 4/2, соединение

Д/УУ

двухскоростные двигатели, рис. 4.17). Последний метод широко применяется, в частности, для изменения числа полюсов двигателей в отношении 1:2 (двигатели 4A100S8/4Y3, 4А180М12/6УЗ, 4А200Ь4/2УЗ и др.).

В последние годы разработаны схемы обмоток, дающие возможность путем переключения катушечных групп изменять числа полюсов и в отношении, отличном от 1:2, с сохранением достаточно высокого обмоточного коэффициента для обеих частот вра-

Рис. 4.18. Принципиальная схема соединений

двухскоростного асинхронного двигателя по

методу ПАМ:

1 — 9 — катушечные группы обмотки; НС1 — НСЗ — выводы обмотки для включения на низшую частоту вращения; ВС1 - ВСЗ - выводы обмотки для включения на высшую частоту вращения

щения и числа выводных концов обмотки (не более шести). Особенность этих схем заключается в специфической компоновке катушечных групп из разновитковых катушек, при которой изменение точек подсоединения обмотки к питающей сети приводит не только к изменению полярности отдельных катушечных групп, но и к переключению групп между фазами или даже к отключению отдельных катушек. При переключениях изменяется и амплитуда МДС обмотки при разных числах полюсов, поэтому такой метод построения схем называют полюсно-ам-плитудной модуляцией (ПАМ). Принцип переключений, характерный для этого метода, иллюстрируется принципиальной схемой (рис. 4.18). Такие полюснопереключаемые обмотки находят применение, например, в двухскоростных асинхронных двигателях серии 4А h = 180 4-250 мм при соотношении чисел полюсов 8 :6.

Полюснопереключаемые обмотки асинхронных двигателей серии 4А с h = = 160 -г- 200 мм при соотношении чисел полюсов 6: 4 построены по схеме Харитонова. Двигатели имеют две обмотки: основную двухслойную и дополнительную однослойную (рис. 4.19). Основная обмотка — полюс-нопереключаемая. При соединении на 2р = 4 включается только основная обмотка, соединенная треугольником при а = 1. При работе двигателя на 2р = 6 основная обмотка соединяется в звезду с двумя параллельными вет-

вями и последовательно с ней включается дополнительная обмотка (рис. 4.19, в).

Для трехскоростных и четырехскорост-ных асинхронных двигателей используют оба принципа изменения числа полюсов: устанавливают две независимые обмотки, каждая из которых (в четырехскоростных) или одна из них (в трехскоростных двигателях) выполняется полюснопереключаемой. В обмотках в большинстве случаев используют более простые схемы переключения числа полюсов в отношении 1:2. Так, двигатели 4А112М6/4/2УЗ имеют две независимые обмотки статора, одна из которых рассчитана на шесть полюсов, а вторая полюсно-переключаемая — на два и четыре полюса. В двигателях 4А180М12/8/6/4УЗ обе обмотки выполнены полюснопереключаемыми, одна—на 12 и 6 полюсов, а вторая — на 8 и 4 полюса.

В четырехскоростных двигателях серии 4А с высотами оси вращения 100 мм при соотношении чисел полюсов 8:6:4:2 обмотка на соотношение числа полюсов 8:6 построена по методу ПАМ. Схемы каждой из обмоток таких машин не имеют принципиальных отличий от рассмотренных выше.

двухфазных и однофазных

двигателей

Двухфазные и однофазные двигатели имеют на статоре две обмотки (две фазы обмотки), расположенные с пространственным сдвигом их осей на электрический угол 90°. Двухфазные двигатели применяются для управляемых приводов и в схемах автоматического управления. Они питаются от двухфазной сети, сдвиг фаз в которой создается схемой управления. Обмотки в статоре двигателя — обмотка возбуждения и обмотка управления — располагаются так, что их оси сдвинуты в пространстве на электрический угол 90°. Они могут быть и неодинаковыми. Если МДС, создаваемые токами каждой из обмоток, равны, а их> фазы сдвинуты по времени на 90°, в двигателе создается вращающееся круговое электромагнитное поле. При изменении МДС одной из обмоток или угла сдвига фаз токов поле становится эллиптическим и электромагнитный момент двигателя уменьшается.

Обмотка возбуждения двухфазных двигателей питается неизменным по амплитуде напряжением. Регулирование осуществляется изменением амплитуды тока обмотки управления (амплитудное управление) или его

Рис. 4.19. Полюснопереключаемая обмотка по схеме Харитонова, z = 54, 2р = 6/4: а — основная обмотка; б — дополнительная обмотка; в — соединение основной и дополнительной обмоток на 1р = 4 и 6

фазы (фазовое управление). Часто применяется регулирование и фазы, и амплитуды тока обмотки управления (амплитудно-фазовое управление).

Однофазные двигатели питаются от однофазной сети. В однофазных конденсаторных двигателях обмотки статора выполняются различными. Во время работы двигателя они постоянно соединены с сетью. Вращающееся поле образуется за счет сдвига по фазе токов одной из обмоток путем последовательного с ней включения конденсатора. Емкость постоянно включенного (рабочего) конденсатора рассчитывается исходя из условия получения кругового поля при номинальной нагрузке двигателя. Для получения большого момента при пуске двигателя емкости рабочего конденсатора оказывается недостаточно, поэтому на время пуска двигателя параллельно с рабочим включают пусковой конденсатор, который отключается после разгона двигателя. Суммарная емкость рабочего и пускового конденсаторов обеспечивает возрастание магнитного потока и тока двигателя, что увеличивает пусковой момент двигателя.

В однофазных двигателях с коротко-замкнутым витком на полюсе (двигателях с экранированными полюсами) одна из обмоток статора состоит из многовитковых катушек, насаженных на сердечники явно выраженных полюсов. Вторая обмотка представляет собой короткозамкнутый виток, охватывающий часть площади полюсного наконечника. Ток в витке, возникающий под действием наводимой в нем ЭДС, изменяет фазу потока через эту часть полюса. Поток раздваивается, и возникает эллиптическое поле. Двигатели имеют небольшой пусковой момент и применяются в приводах с малым моментом сопротивления на валу во время пуска, например в бытовых вентиляторах. Из-за низких энергетических показателей двигателей с экранированными полюсами их выпускают лишь на небольшие мощности — до нескольких десятков ватт.

Большинство однофазных асинхронных двигателей рассчитано на работу при пульсирующем электромагнитном поле, созданном МДС одной из обмоток — главной (рабочей) фазы обмотки. Вторая обмотка двигателя — вспомогательная. Ее называют также пусковой, так как она включается лишь на время пуска для создания вращающегося поля, необходимого для образования пускового момента. После пуска обмотка отключается и не принимает участия в работе двигателя.

Рабочая обмотка занимает 2/3 пазов

статора, пусковая — 1/3. Она, как правило, отличается от рабочей по числу витков, катушек и по площади поперечного сечения проводников. Сдвиг фаз токов рабочей и пусковой обмоток достигается изменением активного или реактивного сопротивления пусковой обмотки по сравнению с рабочей. С этой целью последовательно с пусковой обмоткой включается пусковой элемент — резистор или конденсатор (соответственно однофазные двигатели с пусковым сопротивлением или пусковым конденсатором). Чтобы избежать установки пусковых элементов, которые должны быть рассчитаны на пусковой ток обмотки, во многих двигателях пусковую обмотку выполняют с повышенным сопротивлением. Для этого ее наматывают проводом меньшего сечения, чем рабочую, или укладывают дополнительные бифилярные витки. С установкой бифи-лярных витков длина провода обмотки возрастает, ее активное сопротивление увеличивается, а индуктивное сопротивление и МДС остаются такими же, как и без бифилярных витков.

В статорах большинства одно- и двухфазных машин применяют всыпные распределенные обмотки. Сосредоточенные катушечные обмотки используются только в некоторых конденсаторных двигателях малой мощности и асинхронных двигателях с экранированными полюсами.

Среди распределенных обмоток наибольшее распространение получили однослойные обмотки с концентрическими катушками и одно-двухслойные. Реже применяют двухслойные обмотки с укорочением шага.

Однослойные концентрические обмотки для уменьшения вылета лобовых частей катушек в большинстве машин выполняют вразвалку, так же как в трехфазных машинах (рис. 4.20, а), причем при нечетном q большая катушка каждой группы выполняется «расчесанной», т. е. подразделяется по числу витков пополам и лобовые части каждой половины отгибаются в противоположные стороны (рис. 4.20,6).

Одно-двухслойные обмотки, структура которых рассмотрена в п. 4.5.5, выполняются с одной или большим числом больших катушек в каждой катушечной группе (рис. 4.21).

Схемы двухслойных одно- и двухфазных обмоток по существу не отличаются от аналогичных схем трехфазных обмоток, рассмотренных в п. 4.5.2.

В однофазных двигателях обмотки главной и пусковой фаз в большинстве случаев выполняются однослойными из концентрических катушек (рис. 4.22). В машинах с ча-

Рис. 4.24. Распределение проводников синусной обмотки по пазам статора и кривая МДС обмотки асинхронного однофазного двигателя с пусковой фазой:

1 — проводники рабочей обмотки; 2 —проводники пусковой обмотки; 3 — кривая МДС

В ряде специальных машин малой мощности применяют более сложные обмотки с неравновитковыми катушками, например синусную обмотку. В синусной обмотке проводники фазы распределены в пазах неравномерно. Их число меняется от паза к пазу, что позволяет приблизить кривую МДС фазы к синусоидальной кривой (рис. 4.24). Обмоточный коэффициент таких

обмоток рассчитывается с помощью векторных диаграмм — звезд пазовых ЭДС.