Обмотки машин переменного тока

относительно проводника обмотки ротора слева направо, в результате чего в этом проводнике индуктируется э. д. с, которая согласно правилу правой руки направлена на зрителя (знак «точка»). Если обмотка ротора замкнута, то под действием э. д. с. по этой обмотке течет ток, направленный в выбранном нами проводнике также на зрителя.

В результате взаимодействия тока в проводнике обмотки рото­ра с магнитным полем возникает сила F, которая перемещает про­водник в направлении, определяемом по правилу левой руки, т. е. слева направо. Вместе с проводником начинает перемещаться и ротор.

Если силу F, действующую на проводник обмотки ротора, умно­жить на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо прило­жения силы), то получим вращающий момент, развиваемый током данного проводника. Так как на роторе помещено большое коли­чество проводников, то сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников, на расстояния этих проводников от оси ротора определяет вращающий момент, развиваемый двигателем. Под действием вращающего момента ротор приходит во вращение по направлению вращения магнитного поля. Следовательно, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вра­щения ротора, необходимо изменить направление вращения маг­нитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается изме­нением чередования фаз обмоток статора; для чего следует поме­нять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Реверсивные дви­гатели снабжаются переключателями, при помощи которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, а следовательно, и на­правление вращения ротора.

Вне зависимости от направления вращения ротора его скорость n2, как уже указывалось, всегда меньше скорости магнитного поля статора.

Если предположить, что в какой-то момент времени число оборотов ротора оказалось равным числу оборотов поля статора, то проводники обмотки  ротора  не будут  пересекаться  магнитными

линиями поля статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающий момент станет равным нулю, скорость вращения ротора уменьшится по сравнению со скоростью вращения поля статора, пока не воз никнет вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент который складывается из момент; нагрузки на валу и момента сил трения в машине.

§ 90. ОБМОТКИ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Обмотка машины является очень существенной частью, так как в ней создается э. д. с. и происходит про­цесс преобразования энергии.

В зависимости от назначения мощности и условий работы машины обмотки имеют различное конструк­тивное устройство. В машинах пере­менного тока используются следую­щие основные типы обмоток: 1) ка­тушечные, 2) стержневые, 3) специ­альные.

Катушечные обмотки изготовляют из изолированного медного или алюминиевого провода круглого по-1еречного сечения, стержневые и специальные —из шин прямоугольного поперечного сечения. Специальные обмотки применяют для коротко замкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей, для пусковых и успокоительных обмоток синхронных машин, для одноякорных преобразователей и т. д.

Конструктивно обмотки могут быть выполнены в зависимости от расположения их в пазах однослойными и двухслойными, в зависимости от  их  изготовления — ручными  и шаблонными, в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q — с целым и с дробным числом.

В машинах переменного тока преимущественно применяют двухслойные обмотки. В машинах малой мощности используют однослойную обмотку, изготовление которой встречает затруднения. При однослойном расположении активных проводников в пазах лобовые соединения, находящиеся на торцовых сторонах ста­тора или ротора, окажутся лежащими в одной плоскости, что де­лает невозможным выполнение шаблонной обмотки. На рис. 109, а

изображены две катушки одной фа­зы однослойной обмотки. Катушки состоят из активных проводников, отстоящих один от другого на рас­стоянии шага обмотки у, примерно равного полюсному делению, т. е. расстоянию между центрами разно­именных полюсов. Лобовые соеди­нения между проводами 1 и 1+у, 2 и 2+у и т. д. находятся в одной пло­скости, и, следовательно, при намот­ке эти лобовые соединения необхо­димо выгибать в различных направ­лениях.

В однослойной обмотке лобовые соединения могут находиться в раз­личных плоскостях, если изменен порядок соединения активных про­водников, как это показано на рис. 109, б. Однако при такой обмот­ке катушки имеют различную вели­чину, а, следовательно, требуется несколько шаблонов для изготовле­ния такой обмотки.

В  двухслойных  обмотках  (рис.109, в) активный проводник, расположенный в верхнем слое паза, соединяется с проводником, расположенным в нижнем слое паза, который отстоит от начального на расстоянии у. При такой обмот­ке лобовые соединения не пересекаются и находятся в различных плоскостях, что дает возможность выполнить шаблонную обмотку при одинаковых размерах и форме катушек.

Обмотки могут быть однофазными и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные обмотки. Мощность трех­фазной машины в 1,5 раза больше мощности однофазной при оди­наковых габаритах и потери энергии. На рис. 110 изображена про­стейшая трехфазная обмотка и ее развернутая схема. Эта обмотка состоит из трех одинаковых катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на 120°. При вращении магнита с полюсами N и S в этих катушках будут индуктированы э. д. с, равные по величине и сдвинутые по фазе на.1/3 периода.

Обмотки, в которых фаза состоит из одной катушки, не находят применения. На практике получили распространение распределенные обмотки, в которых витки, принадлежащие одной фазе, равномерно расположены между несколькими парами пазов. При такой обмотке форма кривой магнитной индукции в пространстве ближе к синусоиде.

Однако в распределенных обмотках происходит некоторое уменьшение э. д. с. Это объясняется тем, что оси катушек, последовательно включенных в одну фазу, не совпадают, а следовательно, не совпадают по фазе э. д. с, индуктированные в этих катушках. Э. д. с. фазы равна геометрической сумме э. д. с. составляющих, эту фазу катушек, которая окажется меньше арифметической сума мы этих э. д. с.

Для улучшения формы кривой э. д.с. обмотки машин переменного тока выполняют с шагом, меньшим полюсного деления (с укороченным шагом). Однако укорочение шага обмотки также приводит к некоторому уменьшению э. д. с, так как в том случае катушки обмотки пронизываются не всем потоком полюса, а толь­ко частью его.

Таким образом, действующее значение э. д.с. фазы машины переменного тока

где Ко — обмоточный коэффициент (меньше единицы), учитываю­щий уменьшение э. д. с. машины за счет распределения обмотки и укорочения шага ее,

  w — число витков одной фазы обмотки, равное произведению числа витков одной катушки на число последовательно соединенных катушек.

§ 91. УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Схема устройства асинхронного двигателя показана на рис. 111.

Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 0,35 или 0,5 мм. Пластины штампуют со впадинами (пазами), изо­лируют лаком, окалиной или тонкой бумагой для уменьшения по­терь на вихревые токи, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станину устанавливают на фундаменте.

В продольные пазы статора укладывают проводники его обмот­ки, которые соответствующим образом соединяют между собой, образуя трехфазную систему. На щитке машины имеется шесть зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каж­дой фазы. Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником, что дает возможность включать двигатель в сеть с двумя различными ли­нейными напряжениями. Например, двигатель может работать от  сети с напряжением 220 и 127 в или 380 и 220 в. На щитке машины  указаны оба напряжения сети, на которые рассчитан двигатель, т. е. 220/127 в или 380/220 в.

Для более низких напряжений, указанных на щитке,  обмотки статора соединяются в треугольник, для более высоких — в звезду.

Для соединения обмоток статора тре­угольником на щитке машины верхние за­жимы соединяют перемычками с нижними (рис. 112), а каждую пару соединенных вместе зажимов подключают к линейным проводам трехфазной сети. Для соединения звездой три нижних зажима на щитке соединяют перемычками в общую точку, а верхние подключают к линейным проводам трехфаз­ной сети.