Обмотчик электрических машин - Основные элементы и обозначения обмоток машин переменного тока

Распределенная обмотка электрической машины временного тока состоит из нескольких самостоятельных частей, которые называются фазами обмотки. Число фаз обмотки в машине обозначают буквой т. Оно всегда равно числу фаз питающей сети.
Каждая фаза обмотки состоит из нескольких катушечных групп, в которые входят по нескольку катушек. Катушки, составляющие одну катушечную группу, соединяются между собой всегда последовательно и согласно, т. е. конец первой катушки соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей и т. д. Начало первой и конец последней катушки называют началом и концом катушечной группы.
Катушечные группы в фазе могут быть соединены между собой последовательно, параллельно или иметь смешанное, последовательно-параллельное соединение.

Рис. 17. Распределение пазов на полюсных делениях статора при 2р=6
Машины, которые питаются от трехфазной сети, называют трехфазными. У них все три фазы обмотки одинаковы, т. е. намотаны одним и тем же проводом, имеют одинаковые числа витков и катушек. Соединение катушек и катушечных групп между собой и их расположение в пазах по окружности магнитопровода статора также одинаково. Чтобы правильно расположить катушки обмотки по пазам, окружность расточки статора условно разделяют на равные участки по числу полюсов машины (рис. 17). Длину каждого участка — длину дуги, образованную при разделении окружности, — называют полюсным делением и обозначают греческой буквой «τ».

τ=πD/(2p), где D — внутренний диаметр статора, а 2р — число полюсов машины.
На одно полюсное деление приходится Z/(2p) пазов. В симметричных обмотках пазы каждого полюсного деления распределяются поровну между фазами обмотки и на каждую фазу приходится Z/(2pm) пазов. Это число называют числом пазов на полюс и фазу и обозначают буквой q:q = Z/(2pm).
Катушки обмотки всегда располагаются одной своей стороной на одном, а другой — на соседнем полюсных делениях. Поэтому стороны катушек одной фазы, расположенные на каком-либо полюсном делении, занимают q пазов. Они всегда соединяются друг с другом последовательно и образуют одну катушечную группу. Таким образом, число катушек в катушечной группе обмотки всегда равно числу пазов на полюс и фазу, т. е. числу q. В трехфазных машинах число катушек в катушечной группе будет равно Z/(6p).
Расстояние между сторонами катушки, уложенной в пазы, называется шагом обмотки. Он выражается не в единицах длины, а числом пазов, которые охватывает катушка, и обозначается буквой «у». Шаг обмотки показывает, через сколько пазов надо «шагнуть», чтобы от одной пазовой части катушки попасть к другой (рис. 18). Например, если у = 7 и одна сторона катушки лежит в первом пазу, то вторая должна находиться в восьмом пазу: 1+7 = 8. Шаг обмотки может быть выражен только целым числом, так как пазовые части катушек должны обязательно располагаться в пазах. Шаг обмотки делают равным или близким полюсному делению. Если шаг равен полюсному делению, то его называют диаметральным. Обмотки с диаметральным шагом выполняют редко и лишь в машинах малой мощности. В машинах средней и большой мощности шаг обмотки
чем полюсное деление, т. е. его укорачивают. Это улучшает характеристики машины и несколько уменьшает длину лобовых частей катушек, а следовательно, и длину всей машины. Укороченный шаг
у=βτ, где β — коэффициент укорочения. В большинстве машин переменного тока β≈ 0,8.
Обозначения выводных концов обмоток установлены ГОСТом в зависимости от назначения обмотки, ее расположения в машине и от числа ее концов, выведенных из машины для подсоединения к внешней сети. Обозначение состоит из буквы и цифры. Буква условно обозначает расположение обмотки в машине или ее назначение: С — обмотка статора асинхронной или синхронной машины, Р — обмотка фазного ротора асинхронной машины, И — обмотка возбуждения синхронной машины, В — вспомогательная обмотка двухфазных и однофазных асинхронных двигателей. Выводы обмотки — начало, конец и номер фазы— обозначают цифрой, как показано на рис. 19, а.
Число концов обмотки, выведенных к зажимам коробки выводов, может быть различным. В большинстве трехфазных машин выводятся все начала и все концы фаз, т. е. всего шесть выводных концов (табл. 2), но могут быть выведены только три или четыре конца. Остальные начала и концы фаз соединяются между собой внутри машины.
Обмотка каждой фазы рассчитывается на определенное напряжение, которое называют фазным напряжением машины. Оно должно быть равно одному из напряжений стандартного ряда, принятого в СССР и в большинстве стран мира. Такими напряжениями для низковольтных машин являются: 127*, 220, 380 и 660 В. Двигатели на фазное напряжение 127 В в новых сериях не выпускают.

Рис. 18. Шаг обмотки по пазам выполняют несколько меньшим,

 Как видно, каждое напряжение из этого ряда выше предыдущего в √3 раз.
Фазы обмотки трехфазной электрической машины можно соединить между собой в «треугольник» (условное обозначение А) или в «звезду» (условное обозначение А ). При соединении в треугольник (рис. 19,в) каждая из фаз подключается к полному напряжению сети. При соединении в звезду на каждую фазу приходится напряжение, в i/З раза меньшее, чем напряжение сети (рис. 19,б). Это позволяет использовать одну и ту же машину при двух различных напряжениях в питающей сети. Например, двигатель с фазным напряжением обмоток 220 В, соединив фазы в треугольник, можно подключить к сети с напряжением 220 В, а соединив в звезду — к сети 380 В. Поэтому номинальное напряжение трехфазных машин обозначается двумя цифрами: 220/380 или 380/660 В. По специальным заказам выпускают двигатели на напряжение 500 В. Такие машины могут работать только при одном напряжении, так как стандартного напряжения, в 3 раз отличающегося от 500 В, нет.
Если трехфазная машина рассчитана на работу только при одном напряжении, то соединение фаз производят внутри машины. В этом случае трехфазная обмотка имеет только три или четыре выводных конца (четвертый вывод — от «нулевой» точки — места соединения концов фаз С4, С5 и С6).
Высоковольтные двигатели выпускаются на напряжения 3000, 6000 и 10 000 В, напряжение высоковольтных генераторов — на 5% выше. Крупные гидрогенераторы и турбогенераторы выпускаются на напряжения 10,5; 13,8; 15,75; 18,0 кВ и выше. Такие машины предназначены для работы только при одном напряжении, в большинстве случаев при соединении схемы обмотки в звезду.

Рис. 19. Схемы соединения фаз обмоток статора трехфазной машины: а — обозначение фаз, б — соединение фаз в звезду (λ), в — соединение фаз в треугольник (Δ)

Таблица 2. Обозначения выводов обмоток трехфазных асинхронных и синхронных машин (ГОСТ 183—74)

Примечание. Цветовые обозначения допускается применять в малых машинах при отсутствии достаточного места для нанесения буквенных обозначений.

Таблица 3. Обозначения выводов обмоток статора двух- и однофазных машин

Примечание. Цветовые обозначения допускается применять при отсутствии достаточного места для нанесения буквенных обозначений.

Несмотря на это, все начала и концы фаз выводятся из машины для подключения аппаратуры, контролирующей работу генераторов.
В двух- и однофазных асинхронных и синхронных машинах большей частью выводятся начала и концы обеих фаз — главной и вспомогательной (табл. 3). В некоторых машинах эти фазы соединяются внутри машины и к коробке выводов подведены только три вывода: начала главной и вспомогательной фаз и вывод от общей точки — места соединений фаз внутри машины. Начала обмоток возбуждения синхронных машин обозначаются И1 и концы И2.
Обозначения во всех машинах наносятся непосредственно на выводы обмоток: на кабельные наконечники, шинные концы, специальные обжимы, плотно закрепленные на проводах, и, кроме того, на зажимы коробки выводов рядом с закрепленными выводами фаз. В малых машинах, в которых буквенные обозначения выводных концов затруднены из-за отсутствия места, допускается делать цветные выводы (см. табл. 3).
Соединения фаз обмоток роторов асинхронных двигателей производятся внутри машины, и обмотка имеет только три вывода: начала фаз P1, Р2 и Р3. Вывод Р1 соединяется с наиболее удаленным от сердечника ротора контактным кольцом, а Р3 — с наиболее близким к сердечнику ротора контактным кольцом.