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.
Построение схемы обмотки статора
Для составления развернутой схемы обмотки необходимо знать Z1, 2p, q1, a, y. Рекомендуется следующий порядок построения схемы.
1. Вычерчивают тонкими линиями заданное число пазов Z1 и намечают полюсные деления.
2. Отводят для каждой фазы по q1 пазов под каждым полюсом и выделяют их разными цветами. Это соответствует сторонам катушек, лежащим в верхних слоях пазов. Расстояние между началами фаз, выраженное в пазах, составляет 2q1, что соответствует 120 эл.гр.
3. На расстоянии шага y отмечают пунктиром стороны катушек, лежащие в нижнем слое, и соединяют их лобовыми соединениями со сторонами верхних слоев.
4. Вычерчивают межкатушечные соединения и выводы катушечных групп.
5. Выбирают начало первой фазы С1 и соединяют ее катушечные группы так, чтобы получилось нужное число полюсов; получают конец первой фазы С4.
6. Аналогично соединяются катушечные группы и определяется положение выводов фаз С2 — С5 и СЗ – С6.
Для контроля следует задаться направлениями токов: в одной фазе — от начала к концу, в двух других — от конца к началу. Отметив эти направления стрелками на сторонах катушек, убедиться в том, что под каждым полюсом направления токов во всех фазах одинаковы. В обмотке с укороченным шагом противоположные направления токов будут в нескольких пазах, расположенных на границах между полюсами.
Справочник
Схема обмоток трехфазных электрических двигателей и их соединение на клеммных панелях 11.07.2006 18:57
| Электродвигатель состоит из двух частей: вращающегося ротора и неподвижного статора. Ротор располагается внутри статора. Оба элемента имеют токопроводящие обмотки. Статорная обмотка уложена в пазы магнитопровода с соблюдением расстояния в 120 электрических градусов. |  |
Начала и концы обмоток выведены в электрическую распределительную коробку клеммную панель и зафиксированы. К зажимам клеммной панели с внутренней стороны двигателей подводятся выводные провода статорных обмоток. Всего на клеммник может быть выведено 3 или 6 выводов фазных обмоток статора.
Клеммник, его еще называют «борно», — клеммная коробка- чаще всего устанавливается сверху, реже – сбоку. Некоторые клеммники можно разворачивать на 180 градусов, для удобства подводки питающих кабелей.
 |  |
Фазы статорных обмоток при подключении к питающей сети электродвигателя соединяют по одной из электрических схем – «звезда» Y или «треугольник» Δ .
Оба способы отличаются тем, что у них на каждую фазу двигателя прикладывается напряжение разной величины.
| Δ | последовательное соединение обмоток в замкнутую ячейку | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Y | соединение всех концов статорных обмоток в одной точке |  | В схеме звезды линейное напряжение подводится сразу на две обмотки, соединенные последовательно, электрическое сопротивление складывается, осуществляет бо́льшее противодействие проходящему току. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Напряжение | Схема соединения | Число выводов внутри коробки |
| 220/380 В | Δ / Y комбинированая | 6 |
| 380 В | Y звезда | 3 |
| 380/660 В | Δ / Y комбинированая | 6 |
| 660 В | Y звезда | 3 |
| 230/400 В | Δ / Y комбинированая | 6 |
| 400/690 В | Δ / Y комбинированая | 6 |
Знаком Y обозначают двигатели, где возможность подключения в «треугольник» не предусмотрена. В распределительной коробке таких моделей вместо 6 контактов находятся только три, соединение трех других выполнено под корпусом.
Наличие метки вида Δ/Y указывает на возможность соединения обмоток и «звездой», и «треугольником». То есть, к примеру, напряжение в 220 В подается на «треугольник», 380 В – на «звезду», в противном случае двигатель быстро перегорит. Подключение по комбинированной схеме обычно применяется для двигателей мощностью свыше 5 кВт.
! Более низкие значения напряжения используются при подключении в «треугольник», высокие – исключительно в соединениях статорных обмоток по схеме «звезда».
В паспорте двигателя и на его бирке, обычно указывают все основные рабочие характеристики и величины, среди которых мощность, обороты, частота сети, коэффициент мощности, рабочее напряжение, а также приведены условными рисунками схема соединения обмоток и какая существует возможность ее изменения, для электродвигателей с комбинированной схемой.
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Обмотка статора электродвигателя | начало | конец | начало | конец | |
| Открытая схема обмотки (число выводов 6) | |||||
| первая фаза | U1 | U2 | С1 | С4 | |
| вторая фаза | V1 | V2 | С2 | С5 | |
| третья фаза | W1 | W2 | С3 | С6 | |
| Соединение звездой (число выводов 3 или 4) | |||||
| первая фаза | U | С1 | |||
| вторая фаза | V | С2 | |||
| третья фаза | W | С3 | |||
| нулевая точка | N | 0 | |||
| Соединение треугольником | |||||
| первый зажим | U | С1 | — | ||
| второй зажим | V | С2 | — | ||
| третий зажим | W | С3 | — | ||
Так же электродвигателях малой мощности обозначают фазы обмоток разноцветными проводами.
При соединении звездой начало первой фазы имеет желтый провод, второй фазы — зеленый, третьей фазы — красный, нулевая точка — черный.
При шести выводах начала фаз обмоток имеют такую же расцветку, как и при соединении звездой, а конец первой фазы — желтый с черным провод, второй фазы — зеленый с черным, третьей фазы — красный с черным. У асинхронных однофазных электродвигателей начало вывода главной обмотки — красный провод, конец — красный с черным. У пусковой обмотки начало вывода — синий провод, конец — синий с черным.
Выводы секционированных обмоток многоскоростных асинхронных двигателей, позволяющих изменять число полюсов, имеют следующие обозначения:
| 4 | 6 | 8 | 12 |
| 4С1 | 6С1 | 8С1 | 12С1 |
| 4С2 | 6С2 | 8С2 | 12С2 |
| 4С3 | 6С3 | 8С3 | 12С3 |
Схемы обмоток трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях приводятся на рисунках.
Схемы обмоток односкоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с соединением в звезду Y или в треугольник Δ или переключаемых Δ/Y
Если требуется подключение ЗВЕЗДОЙ, тогда объединяют верхний ряд клемм, а к нижнему подводят провода сети ( см рис ). Можно объединять также нижние клеммы, а к верхним подводить провода сети. Соединяя обмотки электродвигателя в ЗВЕЗДУ объединяют Ul, VI, Wl (CI, С2, СЗ), а к остальным выводам подводят провода сети или, наоборот, объединяют U2, V2, W2 (С4, С5, С6), а к Ul, VI, Wl (CI, С2, СЗ) подводят провода сети.
Соединение в ТРЕУГОЛЬНИК получают, объединяя попарно клеммы верхнего и нижнего рядов и подводя к ним провода сети ( см рис) Соединение обмотоки электродвигателя в ТРЕУГОЛЬНИК получают, объединяя U1 и W2, VI и U2, W1 и V2 (С1 и С6, С2 и С4, СЗ и С5).
Как поменять направление вращения электродвигатели при подключении звездой или треугольником ?
! Если нужно поменять направление вращения вала электродвигателя на противоположное, то поменяйте местами две любые фазы сети.
При соединении звездой обмоток асинхронного электродвигателя наблюдается более мягкий запуск и плавная его работа, а также возможность кратковременной перегрузки.
При соединении треугольником обмоток асинхронного электродвигателя происходит достижение его максимальной мощности, но во время пуска пусковые токи имеют большое значение. Также по отзывам, что при соединении треугольником двигатель больше нагревается.
Функцию пуска для схем переключения «звезда»-«треугольник» используют только для двигателей с пометкой Δ/Y, в которых реализована возможность обоих вариантов соединения. Запуск двигателя производят при подключении «звездой», чтобы уменьшить пусковой ток. Переключение режимов звезда-треугольник нельзя применять для электродвигателей, изначально имеющих на валу неинерционную нагрузку, такую как вес груза лебедки или сопротивление поршневого компрессора. Переключение звезда треугольник можно применять только для электродвигателей, имеющих на валу свободно вращающуюся нагрузку – вентиляторы, центробежные насосы, валы станков, центрифуг и другого подобного оборудования.
Схемы обмоток односкоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с последовательным или параллельным соединением параллельных ветвей фаз звезда — двойная звезда Y/YY
Схемы обмоток двухскоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с полюсно-переключаемой по схеме Далендера обмоткой статора или с полюсно-переключаемой обмоткой по принципу амплитудно-фазовой модуляции треугольник — двойная звезда Δ /YY
Схемы обмоток двухскоростных трехфазных двигателей и их соединения на клеммных панелях с полюсно-переключаемой обмоткой по принципу амплитудно-фазовой модуляции тройная звезда-тройная звезда YYY /YYY
Схемы для трехскоростных двигателей с двумя независимыми обмотками с полюсно-переключаемой с соединением треугольник-звезда Δ / Y ; односкоростной с соединением в звезду Y
Для четырехскоростных двигателей с двумя обмотками, каждая из которых полюсно-переключаемая с соединением треугольнки-двойная звезда Δ /YY
