Виды обмоток асинхронного двигателя — Морской флот
Важная составная часть электродвигателей — ее обмотки, в которых происходят основные рабочие процессы по преобразованию энергии. В наиболее распространенных типах электрических машин можно выделить:
- трехфазные обмотки машин переменного тока, используемые обычно в статорах трехфазных асинхронных и синхронных машин, а также в роторах асинхронных двигателей с контактными кольцами
- однофазные обмотки статоров асинхронных однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором
- обмотки якорей коллекторных машин постоянного и однофазного переменного тока
- короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных электродвигателей
- обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин.
Обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин состоят, как правило, из сравнительно простых полюсных катушек. Несложным является и устройство короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей. Остальные же виды перечисленных выше обмоток представляют собой достаточно сложные системы размещенных в пазах изолированных проводников, соединенных по особым схемам, требующим специального изучения.
Виток обмоток
Простейшим элементом обмотки является виток , который состоит из двух последовательно соединенных проводников, размещенных в пазах, находящихся, как правило, под соседними разноименными полюсами.
Катушка обмотки
Катушка, или секция обмотки, характеризуется числом витков wc и шагом y, т. е. количеством охватываемых ею зубцов магнитопровода. Так, например, если одна сторона катушки (секции) лежит в первом пазу, а вторая — в шестом, то катушка охватывает пять зубцов и шаг ее равен пяти (у = 5). Шаг, таким образом, может быть определен как разность между номерами пазов, в которые уложены обе стороны катушки (у = 6 — 1 = 5).
Зачастую в обмоточных данных и технической литературе шаг обозначают номерами пазов (начиная с первого), в которые уложены стороны катушки, т. е. в данном случае это обозначение выглядит так: у = 1 — 6.
Способы изображения обмоток
Способы изображения обмоток электрических машин достаточно условны и своеобразны. Обмотки содержат большое число проводников, и изобразить все соединения и проводники на чертеже практически невозможно. Поэтому приходится прибегать к изображению обмоток в виде схем.
Преимущественно пользуются двумя основными способами изображения обмоток на схемах.
Торцевая и развернутая схемы обмоток
Наиболее распространены схемы, выполненные по первому способу. Они легче читаются и более наглядны. Для облегчения чтения и выполнения торцевых схем их выполняют упрощенным способом ( рис. 2.3 ). Но даже после этого для обмотчика, не имеющего достаточного опыта работы с торцевыми схемами, они кажутся непонятными и неудобочитаемыми. В развернутых схемах расположение катушек и катушечных групп, соединение катушек и катушечных групп выглядит более реально и понятно.
Рис. 2.3 . Торцевая схема при 2р = 4, а = 1
Упрощенные торцевые схемы
Следует отметить, что полные развернутые и торцевые схемы сложных многополюсных обмоток с большим числом пазов получаются очень громоздкими и трудными для чтения.
В этих случаях в процессе выполнения обмоток, элементы которых повторяются, часто используют практические развернутые схемы, где изображена, например, лишь одна фаза (иногда часть фазы) трехфазной обмотки или несколько секций обмотки коллекторной машины.
Широко используются также упрощенные торцевые схемы , где целые катушечные группы изображаются в виде части дуги с обозначениями выводов, а более мелкие элементы обмотки не изображают или изображают на схеме отдельно. Упрощенные торцевые схемы удобны при выполнении соединений между катушечными группами в сложных обмотках.
Немало техники — бытовой, строительной, производственной имеют двигатели. Если задаться целью и проверить тип мотора, в 90% окажется, что стоит асинхронный двигатель. Это обусловлено простотой конструкции, высоким КПД, отсутствием электрического контакта с движущейся частью (в моделях с короткозамкнутым ротором). В общем, причин достаточно.
Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия
Любой электродвигатель — устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Электрический двигатель состоит из неподвижной (статор) и подвижной части (ротор). Строение статора таково, что он имеет вид полого цилиндра, внутри которого имеется обмотка. В это цилиндрическое отверстие вставляется подвижная часть — ротор. Он также имеет вид цилиндра, но меньшего размера. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, позволяющий ротору свободно вращаться. Ротор вращается из-за наводимых магнитным полем статора токов. По способу вращения двигатели делят на синхронные и асинхронные.
Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Асинхронный электродвигатель отличается тем, что частота вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором, у него неравны. То есть, ротор вращается несинхронно с полем, что и дало название этому типу машин. Характерно, в рабочем режиме скорость его вращения меньше. Второе название этого типа двигателей — индукционные. Это название связано с тем, что движение происходит за счёт наводимых на нём токов индукции.
Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и части
Коротко описать принцип работы асинхронного двигателя можно так. При включении мотора на обмотки статора подаётся ток, из-за чего возникает переменное магнитное поле. В область действия силовых линий этого попадает ротор, который начинает вращаться вслед за переменным полем статора.
Статор
Статор асинхронного двигателя состоит из трёх частей: корпуса, сердечника и обмотки. Корпус статора служит в качестве опоры для электродвигателя. Изготавливают его из стали или чугуна, сваркой или литьём. К прочности корпуса предъявляются высокие требования, так как при работе возникают вибрации в результате которых может сместиться ротор, что приведёт к заклиниванию мотора и выходу его из строя.
Статор асинхронного двигателя
Есть и ещё одно требование — геометрия корпуса должна быть идеальной. Между обмоткой статора и ротором зазор делают в несколько миллиметров, так что малейшие отклонения могут быть критичны.
Сердечник статора
Сердечник статора асинхронного электродвигателя изготавливают из наборных металлических пластин. Так как сердечник является магнитопроводом, металл используется магнитная электротехническая сталь. Для уменьшения потерь из-за вихревых потоков сердечник набирается из пластин, покрытых слоем диэлектрика (лак).
Сердечник статора набирается из тонких металлических изолированных пластин
Толщина одной пластины — 0,35-0,5 мм. Они собираются в единый пакет, так чтобы пазы всех пластин совпадали. В эти пазы затем укладываются витки обмотки.
Обмотка статора и количество оборотов электродвигателя
Статор асинхронного электромотора чаще всего имеет трёхфазную обмотку возбуждения. Она называется так, потому что является причиной движения ротора. Обмотка статора состоит из катушек, навитых из медной проволоки которые укладываются в пазы сердечника. Каждая обмотка может состоять из нескольких витков проволоки или из одного витка. Провод используется специальный, с лаковым покрытием, которое изолирует витки друг от друга и от стенок сердечника.
Как уже говорили, чаще всего обмотка статора асинхронного двигателя имеет три фазы. В этом случае оси катушек расположены со сдвигом 120°. При таком строении магнитное поле имеет два полюса и делает один полный оборот за один цикл трёхфазного питания. При частоте в электросети равной 50 Гц, скорость вращения поля (и ротора) 50 об/сек или 3000 об/мин.
Укладка катушек обмотки статора асинхронного двигателя
Для уменьшения скорости вращения ротора в асинхронном двигателе обмотку делают с большим количеством полюсов. Так с четырехполюсным стартером скорость вращения будет вдвое меньше — 1500 об/мин. Обмотка с шестью полюсами статора даёт втрое меньшую скорость — 1000 об/мин. С восемью полюсами — в четыре раза меньше, т. е. 750 об/мин. Ещё более «медленные» электромоторы делают очень редко.
Концы обмоток статора выводятся на клеммную коробку корпуса. Тут они могут соединяться по принципу «звезда» или «треугольник» в зависимости от типа подаваемого питания (220 В или 380 В).
Ротор
Ротор асинхронного электродвигателя бывает двух видов: короткозамкнутым и фазным. Чаще всего встречаются машины с короткозамкнутым ротором. Их преимущество в простоте конструкция и несложной технологии изготовления. Что еще важно, в таких моторах отсутствует контакт с динамической конструкцией. Это повышает долговечность, делает обслуживание более редким и простым.
Асинхронный двигатель может быть с короткозамкнутым и фазным
Асинхронные электромоторы с фазным ротором имеют более сложную конструкцию. Но они позволяют плавно регулировать скорость без дополнительных устройств, со старта имеют высокий крутящий момент. Так что приходится выбирать: более простая конструкция или возможность регулировки скорости вращения.
Устройство короткозамкнутого ротора
Ротор состоит из вала и цилиндрической конструкции из короткозамкнутых стержней. Внешне эта конструкция очень напоминает беличье колесо, поэтому так часто называют короткозамкнутую обмотку ротора.
Устройство короткозамкнутого ротора
Изначально и стержни, и замыкающие кольца изготавливались из меди. Роторы современных асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт делают из алюминиевых стержней, с алюминиевыми же замыкающими дисками. Расстояние между стержнями заливается снова-таки алюминиевым сплавом. Получается короткозамкнутый ротор, но уже со сплошным покрытием.
Так как при работе выделяется значительное количество тепла, для охлаждения перемычки «беличьего колеса» делают с дополнительными вентиляционными лопатками. Так во время работы происходит самоохлаждение. Оно работает тем эффективнее, чем выше скорость вращения.
Как устроен асинхронный двигатель: устройство и компоновка деталей
Ротор устанавливается в статор, концы вала фиксируются при помощи крышек с вмонтированными подшипниками. Это двигатель без щеток (безщеточный). Никаких дополнительных контактов и электрических соединений. Подвижная часть мотора начинает вращаться при наличии магнитного поля на статоре. Оно возникает после подачи питания. Это поле вращается, заставляя вращаться и предметы, которые находятся в его поле. Простая и надёжная конструкция, которая обусловила популярность электрических двигателей этого типа.
Как сделан фазный ротор
Устройство фазного ротора мало чем отличается от обмотки статора. Те же наборные кольца с пазами под укладку медных катушек. Количество обмоток ротора три, соединены они обычно «звездой».
Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя
Концы роторных обмоток крепят к контактным кольцам из меди. Эти кольца жёстко закреплены на валу. Кроме того, они обязательно изолированы между собой, не имеют электрического контакта со стальным валом (крепятся к стержню через диэлектрические прокладки). Так как наличие колец отличительная черта этого типа движков, иногда их называют кольцевыми.
Асинхронный двигатель с фазным ротором
Для фиксации ротора к корпусу статора делают две крышки с подшипниками. На одной из крышек закрепляются щетки, которые прижимаются к кольцам на валу, за счёт чего имеют с ними хороший контакт. Для регулировки скорости вращения щетки соединены с реостатом. Изменяя его сопротивление, меняем напряжение, а с ним и скорость вращения.
Что лучше короткозамкнутый или фазный?
Несмотря на то что двигатели с фазовым ротором лучше стартуют, позволяют в процессе работы плавно менять скорость при помощи обычного реостата, чаще применяется моторы короткозамкнутого типа. В этой конструкции отсутствуют щетки, которые выходят из строя первыми. Кроме того, более простое устройство подвижной части снижает стоимость двигателя, агрегат служит дольше, уход и техобслуживание проще.
Какой лучше: короткозамкнутый ротор или фазный
Тем не менее стоит более подробно ознакомиться с достоинствами и недостатками обоих типов асинхронных двигателей. Итак, достоинства короткозамкнутого асинхронного двигателя:
- Простая конструкция.
- Лёгкое обслуживание.
- Более высокий КПД.
- Нет искрообразования.
- Малый пусковой крутящий момент.
- Высокий пусковой ток (в 4-7 раз выше номинального).
- Нет возможности регулировать скорость.
Магнитное поле трехфазного статора толкает ротор
Из-за высокого пускового тока прямое включение допускается для двигателей мощностью до 200 кВт. Более мощные требуют пускорегулирующей аппаратуры. Обычно используют частотный преобразователь, который плавно увеличивает ток, обеспечивая плавный старт без перегрузок.
Преимущество асинхронного фазного двигателя:
- Быстрый и беспроблемный старт.
- Позволяет менять скорость в процессе работы.
- Прямое подключение возможно, практически без ограничения мощности.
Недостатки тоже есть: наличие щёток, возможность искрения, сложное и частое обслуживание.
Как регулируется частота вращения
Как уже писали, частота вращения ротора зависит от количества полюсов статора. Чем больше количество полюсов, тем меньше скорость. Но это не только так можно регулировать скорость вращения. Она еще зависит от напряжения и частоты питания.
Способы регулирования частоты асинхронного двигателя
Напряжение можно регулировать, установив потенциометр на входе. Частоту регулируют поставив частотный преобразователь. Частотник — более выгодное решение, так как он ещё и снижает стартовые токи и может быть программируемым.
Однофазный асинхронный двигатель
Выше рассматривался трехфазный асинхронный двигатель, в однофазном асинхронном двигателе их две. Одна рабочая, вторая вспомогательная. Вспомогательная нужна для того, чтобы придать первоначальное вращение ротору. Потому может называться ещё пусковой или стартовой.
Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки: рабочую и вспомогательную (стартовую или пусковую)
Когда в статоре включена одна обмотка, она создаёт два равных магнитных поля, вращающихся в разные стороны. Если ввести в это поле ротор, который уже имеет какое-то начальное вращение, магнитное поле будет поддерживать это вращение. Но как запустить ротор на старте? Как придать ему вращение, ведь от одной обмотки возникают два равноценных магнитных поля, направленные в разные стороны. Так что с их помощью заставить вращаться ротор невозможно. В простейшем варианте вращение задаётся вручную — механически. Затем вращение подхватывает поле.
Чтобы автоматизировать запуск однофазного асинхронного двигателя и сделана вспомогательная обмотка. Она сконструирована так, что подавляет одну из составляющих магнитного поля основной обмотки и усиливает вторую. Соответственно, одна из составляющих перевешивает, задавая вращение ротора. Затем стартовая обмотка отключается, вращение поддерживает основная.
Обозначение выводов обмоток статора
Каждый статор трехфазного электродвигателя имеет три катушечные группы (обмотки) — по одной на каждую фазу, а у каждой катушечной группы имеется по 2 вывода — начало и конец обмотки, т.е. всего 6 выводов которые подписываются следующим образом:
- С1 (U1) — начало первой обмотки, С4 (U2) — конец первой обмотки.
- С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.
- С3 (W1) — начало третьей обмотки, С6 (W2) — конец третьей обмотки.
Условно на схемах каждая обмотка изображается следующим образом:
Начала и концы обмоток выводятся в клемную коробку электродвигателя в следующем порядке:
В зависимости от соединения этих выводов меняются такие параметры электродвигателя как напряжение питающей сети и номинальный ток статора. О том по какой схеме необходимо подключить обмотки электродвигателя можно узнать из паспортных данных.
Основными схемами соединения обмоток являются треугольник (обозначается — Δ) и звезда (обозначается — Y) их мы и разберем в данной статье.
Примечание: В клемной коробке некоторых электродвигателей можно увидеть только три вывода — это значит, что обмотки двигателя уже соединены внутри его статора. Как правило внутри статора обмотки соединяются при ремонте электродвигателя (в случае если заводские обмотки сгорели). В таких двигателях обмотки, как правило, соединены по схеме «звезда» и рассчитаны на подключение в сеть 380 Вольт. Для подключения такого двигателя необходимо просто подать три фазы на три его вывода.
Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «треугольник»
Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «треугольник» необходимо: конец первой обмотки (С4/U2) соединить с началом второй (С2/V1) , конец второй (С5/V2) — с началом третьей (С3/W1) , а конец третьей обмотки (С6/W2) — с началом первой (С1/U1).
Условно на схеме это изображается следующим образом:
На выводы «A», «B» и «C» подается напряжение.
В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «треугольник» имеет следующий вид:
A, B, C — точки подключения питающего кабеля.
Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «звезда»
Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «звезда» необходимо концы обмоток (С4/ U2, С5/V2 и С6/W2) соединить в общую точку, напряжение при этом подается на начала обмоток (С1/U1, С2/V1 и С3/W1).
Условно на схеме это изображается следующим образом:
В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «звезда» имеет следующий вид:
Определение выводов обмоток
Иногда возникают ситуации когда сняв крышку с клемной коробки электродвигателя можно с ужасом обнаружить следующую картину:
При этом выводы обмоток не подписаны, что же делать? Без паники, этот вопрос вполне решаем.
Первое, что нужно сделать — это разделить выводы по парам, в каждой паре должны быть выводы относящиеся к одной обмотке, сделать это очень просто, нам понадобится тестер или двухполюсный указатель напряжения.
В случае использования тестера устанавливаем его переключатель в положение измерения сопротивления (подчеркнуто красной линией), при использовании двухполюсного указателя напряжения им, перед применением, необходимо коснуться токоведущих частей находящихся под напряжением на 5-10 секунд, для его зарядки и проверки работоспособности.
Далее необходимо взять один любой вывод обмотки, условно примем его за начало первой обмотки и соответственно подписываем его «U1», после касаемся одним щупом тестера или указателя напряжения подписанного нами вывода «U1», а вторым щупом любого другого вывода из оставшихся пяти неподписанных концов. В случае, если коснувшись вторым щупом второго вывода показания тестера не изменились (тестер показывает единицу) или в случае с указателем напряжения — ни одна лампочка не зажглась — оставляем этот конец и касаемся вторым щупом другого вывода из оставшихся четырех концов, перебираем вторым щупом концы до тех пор пока показания тестера не изменятся, либо, в случае с указателем напряжения — до тех пор пока не загорится лампочка «Test». Найдя таким образом второй вывод нашей обмотки принимаем его условно как конец первой обмотки и подписываем его соответственно «U2».
Таким же образом поступаем с оставшимися четырьмя выводами, так же разделив их на пары подписав их соответственно как V1,V2 и W1,W2. Как это делается можно увидеть на видео ниже.
Теперь, когда все выводы разделены по парам, необходимо определить реальные начала и концы обмоток. Сделать это можно двумя методами:
Первый и самый простой метод — метод подбора, может применяться для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Для этого берем наши условные концы обмоток (U2,V2 и W2) и соединяем их, а на условные начала (U1,V1 и W1), кратковременно, желательно не более 30 секунд, подаем трехфазное напряжение:
Если двигатель запустился и работает нормально, значит начала и концы обмоток определены верно, если двигатель сильно гудит и не развивает должные обороты, значит где то есть ошибка. В этом случае необходимо всего лишь поменять любые два вывода одной обмотки местами, например U1 c U2 и запустить заново:
Если проблема не устранилась, возвращаем U1 и U2 на свои места и меняем местами следующие два вывода — V1 с V2:
Если двигатель заработал нормально, выводы определены верно, работа закончена, если нет — возвращаем V1 и V2 по своим местам и меняем местами оставшиеся выводы W1 с W2.
Второй способ: Соединяем последовательно вторую и третью обмотки т.е. соединяем вместе конец второй обмотки с началом третьей (выводы V2 с W1),а на первую обмотку к выводам U1 и U2 подаем пониженное переменное напряжение (не более 42 Вольт). При этом на выводах V1 и W2 так же должно появиться напряжение:
Если напряжение не появилось, значит вторая и третья обмотки соединены неверно, фактически оказались соединены вместе два начала (V1 с W1) или два конца (V2 c W2), в данном случае нам просто нужно поменять надписи на второй или на третьей обмотке, например V1 с V2. Затем аналогичным способом проверить первую обмотку, соединив ее последовательно со второй, а на третью подав напряжение. Данный способ представлен на следующем видео:
Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.
ВИДЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗОБРАЖЕНИЯ.
Обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин состоят, как правило, из сравнительно простых полюсных катушек. Несложным является и устройство короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей. Остальные же виды перечисленных выше обмоток представляют собой достаточно сложные системы размещенных в пазах изолированных проводников, соединенных по особым схемам, требующим специального изучения. Простейшим элементом обмотки является виток, который состоит из двух последовательно соединенных проводников, размещенных в пазах, находящихся, как правило, под соседними разноименными полюсами. Лежащие в пазах проводники витка являются его активными сторонами, поскольку именно здесь наводится ЭДС от главного магнитного поля машины. Находящиеся вне паза части витка, соединяющие между собой активные проводники и располагающиеся по торцам магнитопровода, называются лобовыми частями. Один или несколько последовательно соединенных витков образуют катушку или секцию обмотки. Если секция состоит из одного витка, то такую обмотку называют стержневой, так как в этом случае находящиеся в пазах проводники обычно представляют собой жесткие стержни. Обмотка, состоящая из многовитковых секций, называется катушечной. Катушка обмотки: Катушка, или секция обмотки, характеризуется числом витков wc и шагом y, т. е. количеством охватываемых ею зубцов магнитопровода. Так, например, если одна сторона катушки (секции) лежит в первом пазу, а вторая — в шестом, то катушка охватывает пять зубцов и шаг ее равен пяти (у = 5). Шаг, таким образом, может быть определен как разность между номерами пазов, в которые уложены обе стороны катушки (у = 6 — 1 = 5). Шаг обмотки называют диаметральным, если он равен полюсному делению τ, т. е. расстоянию между осями соседних разноименных полюсов, или, что то же самое, числу пазов (зубцов), приходящихся на один полюс. В этом случае у = τ = z/2p, где z — число пазов (зубцов) сердечника, в котором размещена обмотка; 2р — число полюсов обмотки. В духполюсной электрической машине центральный угол, соответствующий полюсному делению, равен 180°. Хотя в четырехполюсных машинах этот геометрический угол равен 90°, в шестиполюсных — 60° и т. д., принято считать, что между осями соседних разноименных полюсов во всех случаях угол равен 180 электрическим градусам (180 эл. град.). Иначе говоря, полюсное деление τ = 180 эл. град. Способы изображения обмоток электрических машин достаточно условны и своеобразны. Обмотки содержат большое число проводников, и изобразить все соединения и проводники на чертеже практически невозможно. Поэтому приходится прибегать к изображению обмоток в виде схем. При первом способе цилиндрическую поверхность сердечника вместе с обмоткой (а у коллекторных машин — вместе с коллектором) как бы мысленно разрезают по образующей и разворачивают на плоскость чертежа. Такого типа схемы называются развернутыми, или схемами-развертками (рис. 2.1). Рис. 2.1. Развернутая схема трехфазной однослойной концентрической обмотки с z = 24, 2р = 4. При втором способе обмотку как бы проектируют на плоскость, перпендикулярную оси сердечника, показывая вид обмотки с торца (для коллекторных машин обычно со стороны коллектора). Проводники (или активные стороны секций и катушек), расположенные в пазах па поверхности сердечника, изображают кружочками и показывают торцевые (лобовые) соединения обмотки. При необходимости изображают не только видимые с данной стороны торцевые соединения обмотки, но и размещенные с обратной стороны сердечника невидимые лобовые части, причем их изображение в этом случае выносится за окружность сердечника. Схемы такого типа называют торцевыми, или круговыми (рис. 2.2). Рис. 2.2. Торцевая схема обмотки m = 3, z = 24, 2р = 4.
Рис. 2.3. Торцевая схема при 2р = 4, а = 1. Схемы дают достаточно четкое представление об устройстве и размещении на сердечнике всех элементов обмотки и соединений между ними. На схемах в основном изображают лишь проводники обмотки, стараясь по возможности опустить все остальные детали, загромождающие схему и затрудняющие ее чтение. Необходимые дополнительные технические данные приводятся на схемах в виде надписей. В развернутых схемах двухслойных обмоток стороны катушек или секций, лежащие ближе к воздушному зазору, т. е. в верхнем слое паза, изображают сплошными линиями, а стороны, лежащие в нижнем слое, — штриховыми (пунктирными). Иногда (в книгах старых изданий) активные стороны катушек в обоих слоях паза изображают сплошными линиями, но те стороны, что лежат в верхнем слое, располагают слева, а те, что лежат в нижнем слое, — справа. На схемах обычно указывают номера пазов, номера коллекторных пластин, могут быть также обозначены номера секций и их сторон, номера и маркировка выводных концов катушечных групп, фаз обмотки, указаны направления токов, фазные зоны, полюса магнитного поля и т. д. (рис. 2.4 — 2.6). Рис. 2.4. Развернутая схема двухслойной обмотки при z = 24, 2р = 4, q = 2. Рис. 2.6. Условные схемы двухслойной обмотки статора: а — для трех фаз при 2р = 2; б — для одной фазы при 2р = 2, в — для одной обмотки статора при 1р = 4. Схемы необходимы не только при изучении принципа работы обмоток, их устройства, свойств и особенностей, но также и для выполнения обмоточных работ. Не имея схемы и не сверяясь с ней в процессе работы, трудно выполнить обмотку, поэтому перед началом ремонта обмотки надлежит составить ее схему или найти в справочнике аналогичную.
Источник: |
Типы обмоток электродвигателей
Одной из важнейших частей электродвигателя является обмотка, в которой осуществляются основные рабочие процессы преобразования электрической энергии в механическую. Именно в обмотке электромашины происходит индуцирование элекродвижущей силы (ЭДС) и появляется электроток, создающий при взаимодействии с магнитным полем электромагнитные силы.
Различают несколько типов обмоток, используемых при производстве электрических машин или их сборке в процессе ремонта электродвигателей:
- в статорах трехфазных синхронных и асинхронных машин применяются трехфазные обмотки машин переменного тока;
- в роторах асинхронных электродвигателей с контактными кольцами используется тот же тип обмоток;
- в статорах асинхронных однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются однофазные обмотки.
Также различают:
- обмотки якорей коллекторных двигателей однофазного переменного и постоянного тока;
- обмотки короткозамкнутые для роторов асинхронных электродвигателей;
- обмотки возбуждения коллекторных и синхронных электродвигателей.
Всыпные, шаблонные, стержневые обмотки
По технологии изготовления и конструктивным особенностям также различают шаблонные, стержневые и всыпные обмотки.
- Всыпные обмотки используются в статерах низковольтных электродвигателей; в зависимости от мощности применяются однослойные (до 7 кВт) или двухслойные (до 10 кВт) обмотки. Их использование характерно и для роторов мощностью до 100 кВт. Всыпные обмотки не имеют формы с точно установленными размерами. Такие обмотки всыпаются по одному проводнику (круглый изолированный провод) через узкие шлицы в полузакрытые пазы сердечников.
- Шаблонные, или жесткие обмотки производятся из прямоугольных или круглых проводов определенных размеров. Они формуются, при этом проводники изолируются общей изоляцией. Укладка происходит в открытые или полуоткрытые пазы. Использование данного вида обмоток характерно для статоров свыше 100 кВт и фазных роторов от 10 до 100 кВт.
- Применение стержневых обмоток характерно, в основном, для роторных машин с двигателями мощностью более 100 кВт.
В маломощных машинах постоянного тока (до 10 кВт) используются, в основном, всыпные якорные обмотки, укладываемые в полузакрытые пазы. Для якорей более мощных двигателей применяются многовитковые или одновитковые катушки с шаблонной обмоткой, для двигателей еще большей мощности используются стержневые обмотки с высокой электрической и механической прочностью и дополнительной витковой изоляцией. В процессе перемотки трансформаторов или электродвигателей, специалисты точно определяют тип обмотки для дальнейшей надлежащей работы.
Другие событияОбмотки статора электродвигателя, классификация, характеристики, применение
Обмотки статоров различных типов и видов электрических машин переменного тока разнообразны по конструкции, технологии их изготовления и укладки в пазы.
Для того чтобы яснее представить себе существующие конст
рукции катушек обмоток статоров машин переменного тока, а так
же в связи с тем, что от вида и типа катушек зависят технологиче
ские операции, выполняемые при ремонте обмоток, следует при
вести условную классификацию катушек обмоток статоров электри
ческих машин переменного тока по ряду конструктивных и техноло
гических признаков.
Номинальное напряжение до 660 В, 3 кВ и вышы имеет широкое распространение в классе напряжении до 660
В
имеют
также и по периметру каждого витка (витковая изоляция). Соотношение площади проводниковых и изоляционных материалов сечении площади паза для обмоток низкого и высокого напряжен можно оценить по рис. 3. Кроме того, при изготовлении катушек напряжение машины 10 кВ и выше применяются так называем противокоронные меры, которые заключаются либо в устанавливаются в
16 специальных конструктивных элементов внутри катушек, либо в нанесении дополнительного покрытия наружной поверхности изоляций катушек полупроводящими лаками.
Вид обмоточного провода, из которого изготовляются катушки. Катушки из круглого обмоточного провода — мягкие катушки, окончательная формовка лобовых частей которых производится в процессе их укладки в пазы статора, применяются для асинхронных двигателей низкого напряжения мощностью до 100 кВт. Катушки из обмоточного провода прямоугольного сечения — жесткие катушки, которые укладываются в пазы статора в окончательно отформованном при их изготовлении виде, применяются в электрических машинах высокого напряжения. Следует отметить, что имеется целый ряд типоразмеров электрических машин низкого напряжения, где также применяются жесткие катушки, — это» асинхронные и синхронные двигатели в диапазоне мощностей 100—400 кВт.
Класс нагревостойкости. В зависимости от расчетных электромагнитных нагрузок в пусковом и номинальном режимах и связанных с этим температурных факторов, а также от эксплуатационных условий обмотки электрических машин по ГОСТ 183—74 могут быть изготовлены по классам нагревостойкости А, Е, В, F и Н. Технологически это означает применение для обмотки каждого класса нагревостойкости соответствующих марок обмоточных проводов и изоляционных материалов, способных нормально работать при температурах, характеризующих данный класс.
Характеристики основных групп изоляционных материалов и обмоточных проводов, относящихся к тем или иным классам нагревостойкости, будут даны ниже при непосредственном рассмотрении технологических процессов изготовления катушек.
Число сторон катушек в пазу.
Различие обмоток по этому признаку заключается в том, что в однослойной обмотке сторона катушки занимает повысоте весь паз статора, а в двухслойной — только половину паза. По конструкции и технологии изготовления катушки однослойных и двухслойных обмоток, изготовляемых из круглого провода (для двигателей до 100 кВт), не имеют между собой принципиальных отличий. Катушки однослойных и двухслойных обморок, изготовляемые из обмоточных проводов прямоугольного сечения, принципиально отличаются между собой и по конструкции, по технологии изготовления, а также по технологии их укладки и монтажа в статоре.
Вид элементов обмотки.
Различие элементов обмотки по данному признаку заключается в том, что катушка может быть технологически изгоготовлена замкнутой с последовательным соединением в oт этом случае обмотку называют катушечной) или элемен, обмотки изготовляются в виде стержней, а соединение витков стержней в катушку производится в процессе монтажа обмотки
тор; такие обмотки называют стержневыми.
Каждый из видов катушек обмоток электрических машин переменного тока приведениои условной классификации в силу различныз технологических и эксплуатационных факторов имеют и
внутри данного вида различия по конструкции и применяемы материалам.
К обмоткам высокого напряжения статоров, которые наиболее широко применяются в настоящее время, по приведенной выц классификации, относят: двухслойные катушечные обмотки из обм. точных проводов прямоугольного сечения, на номинальное напря. жение 3, 6 и 10 кВ с изоляцией классов нагревостойкости В, F и Н Такие обмотки применяются в подавляющем большинстве синхронных и асинхронных электрических машинах мощностью 100— 6000 кВт, составляющих основной парк электрических машин высокого напряжения в стране. В связи с выбранным видом обмоток следует ознакомиться с построением схем обмоток статоров электрических машин, в которых применяются эти виды обмоток.
2.3. Типы и конструкция обмоток
2. Трансформаторы |
|
|
|
| ||
| Φ |
| Φ |
| Φ |
|
A |
| A |
| A |
| |
|
|
| E1 | |||
X |
| E | X | E1 | X | |
| 1 |
|
| |||
a |
| E2 | x | E2 | a | E2 |
x |
|
| a | x |
| |
|
|
|
|
|
| |
| а |
| б |
| в |
|
|
| Рис. 2.11. Группы соединения однофазных трансформаторов: |
| |||
|
| а – 1/1 – 0; б – 1/1 – 6; в – 1/1 – 6. |
| |||
Если обмотки имеют одинаковое направление намотки и одинаковое обозначение концов (маркировку), то в рассматриваемый момент времени ЭДС E1 и E2, наведенные в обмотках ВН и НН, совпадают по фазе (одинаково направлены от концов к началам). В этом случае однофазный трансформатор имеет соединение обмоток нулевой группы: 1/1−0. Получить в рассматриваемом трансформаторе соединение обмоток шестой группы 1/1−6 возможно при изменении маркировки концов обмотки ax (рис. 2.11, б). Направление наведенной ЭДС E2 по отношению к выводам обмотки изменится на противоположное. И векторы E1 и E2 будут сдвинуты по фазе на 180º. Аналогичный сдвиг фазы на 180º можно получить, не меняя маркировку концов обмотки ax, но изменив направление ее намотки (рис. 2.11, в).
Таким образом, фазовый сдвиг между фазными ЭДС обмоток ВН и НН зависит от маркировки концов и направления намотки.
Фазовый сдвиг между линейными ЭДС обмоток ВН и НН зависит еще и от схем соединения.
Группа соединения обозначается целым числом, получающимся после деления на 30º угла сдвига между линейными ЭДС на одноименных выводах обмоток ВН и НН трансформатора.
В трехфазных трансформаторах cо схемами соединений У, Д, Z возможно получить 12 различных групп.
Схемы соединений обмоток У/У, Д/Д, Д/Z (рис. 2.12) образуют четные группы 2, 4, 6, 8, 10, 0, а схемы соединений обмоток У/Д, Д/У, У/Z (рис. 2.13) – нечетные группы 1, 3, 5, 7, 9, 11.
Для определения группы соединения пользуются стрелками часового циферблата (на циферблате 12 цифр, а угол между двумя любыми циф-
Виды обмоток | Обмотчик электрических машин
Страница 10 из 84
ГЛАВА III
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИЗОБРАЖЕНИЕ СХЕМ ОБМОТОК
§ 9. ВИДЫ ОБМОТОК
Конструкция катушек обмотки, расположение их в машине и схеме соединения между собой зависят от назначения обмотки и типа машины. Катушки обмотки возбуждения состоят из большого числа витков. Они надеваются на стальные сердечники, вместе с которыми образуют полюсы машины. Такие катушки называют полюсными.
Обмотки статоров синхронных машин, статоров и фазных роторов асинхронных машин и якорей машин постоянного тока состоят из катушек с небольшим числом витков. Катушки равномерно распределяются по пазам сердечников, поэтому такие обмотки называют распределенными. В катушке распределенной обмотки статора машины переменного тока (рис. 15) различают прямолинейные (пазовые) части 3, 5, которые при укладке обмотки в машину размещаются в пазах сердечника, криволинейные лобовые части 2, 4, соединяющие ее пазовые части друг с другом, и выводные концы 1, 6, которыми называют начало первого и конец последнего витка катушки.
Рис. 15. Катушка распределенной обмотки статора
Рис. 16. Стержни обмотки: а — волновой, б — петлевой
Места перегибов в лобовых частях 7, 8 называют головками катушек. Радиусы изгиба головок зависят от конструкции и размеров катушек и от напряжения машины. Длина прямолинейных частей катушек делается несколько большей, чем длина паза (паза), и после укладки катушек их прямолинейные части всегда выступают из пазов с обоих торцов сердечника.
В зависимости от типа обмотки в каждом пазу может располагаться или только одна пазовая сторона катушки, или две стороны разных катушек. В первом случае сторона катушки занимает весь паз (см. рис. 12,а). Такую обмотку называют однослойной. Во втором случае обмотка располагается в пазах в два слоя: в верхней части паза сторона одной катушки, в нижней— другой (см. рис. 12,6, 13, 14). Такая обмотка называется двухслойной.
Конструкция катушек обмотки, технология ее производства и способы укладки в пазы зависят от того, каким проводом они намотаны — круглым или прямоугольным. Катушки из круглого провода укладывают в полузакрытые пазы (см. рис. 12), имеющие узкую прорезь — шлиц, через которую при ручной укладке обмотки опускают в паз поочередно каждый проводник катушки. Проводники как бы «всыпают» в пазы, поэтому обмотку из мягких катушек, намотанных из круглого провода, называют всыпной. Катушкам всыпной обмотки до укладки в пазы не может быть придана окончательная форма. Их лобовые части изгибают и формуют уже после того, как обмотка уложена и закреплена в пазах.
Катушки из прямоугольного провода укладывают в пазы с параллельными стенками (см. рис. 13, 14). Жесткость прямоугольного провода больше, чем круглого, и катушкам уже в процессе изготовления до укладки в пазы придают окончательную форму со всеми характерными изгибами их лобовых частей (см. рис. 15).
Катушки распределенной обмотки могут состоять из одного, двух или нескольких витков. Одновитковые катушки в некоторых типах обмоток делят пополам на два стержня (рис. 16). Каждый стержень состоит из одной пазовой и двух половин лобовых частей. Такая обмотка называется стержневой. Стержни обмотки соединяются между собой в головках после их установки в пазы и образуют витки обмотки. По направлению изгиба лобовых частей различают волновую (рис. 16, а) и петлевую (рис. 16,б) обмотки. Катушечные обмотки из прямоугольных проводов применяют в статорах машин средней и большой мощности, стержневые обмотки — в статорах крупных гидро- и турбогенераторов, роторах асинхронных двигателей и в якорях машин постоянного тока.
В электрических машинах применяют также неизолированную от корпуса обмотку — это обмотка короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей и демпферная (успокоительная) обмотка синхронных машин.
Короткозамкнутые обмотки образуются из неизолированных стержней, расположенных в пазах, и колец, замыкающих эти стержни по обоим торцам сердечника. Короткозамкнутые обмотки могут быть выполнены из вставных стержней или литыми. В обмотке из вставных стержней их выступающие из пазов концы припаивают тугоплавким припоем к замыкающим кольцам. В литых короткозамкнутых обмотках и стержни и замыкающие кольца образуются одновременно заливкой роторов алюминием или его сплавами. В короткозамкнутых роторах асинхронных двигателей применяют и тот и другой тип обмотки. Успокоительную обмотку синхронных машин делают только из вставных стержней, которые размещают в пазах полюсных наконечников, и соединяют между собой по торцам полюсов замыкающими кольцами или сегментами.
особенности, пошаговое описание и рекомендации
Статорная обмотка (СО) таких двигателей включает в себя три обмотки – по числу фаз. Традиционно, они могут включаться в трехфазную сеть либо “звездой”, либо “треугольником”.
Поскольку, во время работы асинхронного двигателя очень большое значение имеет направление силовых линий электромагнитного поля, то очень важно включать СО согласованно. Иными словами, каждая из них имеет начало и конец, а путаница в этом деле недопустима.
При соединении “звездой” начала всех обмоток соединяются в общей нейтральной точке, а к концам подключаются фазные жилы питающего кабеля (можно считать и наоборот – это не принципиально).
А при соединении “треугольником” конец каждой соединяется с началом следующей. Каждый такой вывод – вершина треугольника – подключается к одной из фаз сети.
Концы СО электродвигателей маркируются на заводе специальными обжимными бирками. Маркировка стандартная и имеет следующий вид: начало первой – С1, конец первой – С4; начало второй – С2, конец второй – С5; начало третьей – С3, конец третьей – С6. Однако, маркировочные бирки в течение эксплуатации двигателя нередко теряются. В таких случаях искать и маркировать концы и начала приходится самостоятельно.
Для этого, прежде всего, следует определить каждую пару выводов, принадлежащую одной из СО. Это можно сделать при помощи обычного мультиметра, или посредством контрольной лампы, подключаемой к сети. Для людей, знакомых с азами электротехники, это не представляет никакой трудности.
Концы, которые удалось “вызвонить”, необходимо сразу пометить, например, цветной изолентой . Для определения же конца и начала в каждой паре можно воспользоваться одним из двух методов: методом трансформации или методом подбора фаз.
Этот метод использует общие принципы работы трансформатора напряжения и электродвигателя. Если две обмотки двигателя включены в сеть и их включение согласованно, то они наводят некоторую ЭДС в третьей.
В случае рассогласованного включения первых двух обмоток создаваемые ими магнитные потоки будут встречными и будут взаимно компенсировать друг друга. Тогда ЭДС в третьей будет отсутствовать.
Таким образом, включая в сеть последовательно две СО к двум из трех фаз, мы должны контролировать наличие/отсутствие ЭДС в третьей при помощи мультиметра (вольтметра), или контрольной лампы.
Слабый накал лампы или наличие напряжения по показаниям прибора будут свидетельствовать о том, что в общей точке обмоток, подключенных к сети, соединены начало одной из них и конец другой. Если накала или показаний нет, то в точке соединения “встретились” либо два “конца”, либо два “начала”.
Любую из обмоток условно можно считать первой, второй, или третьей. Поэтому, выяснив, что в общей точке соединены начало одной и конец другой, произвольно вешаем на эти два вывода бирки в соответствии с ГОСТом: С1 и С5.
Поскольку предварительно мы уже вызвонили пары выводов для каждой обмотки и пометили их, то на противоположные их концы вешаем бирки С4 и С2 соответственно.
Таким образом, мы уже определились с двумя из трех обмоток. Положение третьей определяется аналогично. Можно, например, соединить один из ее выводов с выводом С2, а второй вывод подключить к одной из фаз сети.
К другой фазе будет подключен вывод С5, а выводы С1 и С4 будут подключены к вольтметру или контрольной лампе. Если прибор (лампа) зафиксирует наличие ЭДС в первой обмотке, то вывод С2 соединен с концом третьей (С6). Если ЭДС не возникает, то в общей точке подключен вывод С3.
Метод подбора фаз . В некоторой степени мы все давно и хорошо знакомы с этим методом, зная его как “метод научного тыка”. Суть метода подбора фаз заключается в том, что СО двигателя собираются в звезду наугад.
Затем двигатель включается в трехфазную сеть. Если соединение обмоток не согласовано, то двигатель будет сильно гудеть. При этом его рабочий вал, возможно, даже будет вращаться, однако, момент будет очень мал – вплоть до возможности остановки его рукой.
Если наблюдаются все эти “эффекты”, то одну из включенных обмоток необходимо “перевернуть” — поменять местами ее начало и конец. После этого двигатель снова включается в сеть, контролируется его работа и делается вывод о согласованности включения СО. И если результат тот-же, то “перевернутая” обмотка возвращается в исходное положение, а переворачивается уже другая.
“Переворачивания” производятся до тех пор, пока двигатель не начнет работать нормально. Тогда выводы, соединенные в общей точке, можно промаркировать как “концы” (“начала”), а выводы, подключенные к сети – как “начала” (“концы”).
Из-за специфики метода подбора фаз его не рекомендуется применять для двигателей с мощностью более пяти киловатт: можно сжечь обмотки статора. Ведь несогласованный режим схож с неполнофазным режимом работы двигателя. А отрицательные моменты, связанные с таким режимом работы, наиболее ярко проявляются для мощных двигателей.
Несколько общих рекомендаций . Бирки для маркировки выводов лучше заранее изготовить из мягкого металла, а обозначения на них выбить при помощи штампов. На каждом выводе бирка должна быть как следует обжата, она не должна болтаться и перемещаться вдоль провода. Хотя строгих стандартов на этот счет, разумеется, нет.
При определении выводов обмоток, вне зависимости от метода, которым вы пользуетесь, необходимо быть предельно осторожным: подключение к сети выполнять только через аппараты максимально токовой защиты , не выполнять никаких подключений и операций под напряжением, быть предельно внимательным и помнить об общих правилах электробезопасности.
Бывают ситуации, когда маркировка выводов статорной обмотки электродвигателя отсутствует или нарушена, а для правильного подключения асинхронного электродвигателя в сеть необходимо правильно определить начало статорной обмотки и её конец.
Давайте определим принадлежность выводов, к соответствующим обмоткам воспользовавшись для этого мультиметром. Перед началом измерения переключаем мультиметр на 200 Ом и одним из щупов дотрагиваемся до любого из шести выводов, а вторым щупом ищем конец этой обмотки. Когда вы найдете искомый проводник, показания на дисплее мультиметра изменятся на отличное от ноля. В нашем случае это 14,7 Ом.
Вы нашли первую обмотку статора электродвигателя. Предлагаю отметить выводы отрезками кембрика (или любым удобным вам способом) с маркировкой U1 иU2.
Аналогичным способом находим оставшиеся две обмотки.
Вторую обмотку отмечаем кембриком (или любым удобным вам способом) V1 и V2, а третью W1 и W2 соответственно.
В итоге мы нашли три обмотки и от маркировали их выводы в произвольном порядке.
Теперь перейдем к следующему шагу в котором мы определим начало статорно