Э. Д. С. Витка и катушки

Обычно обмотка статора укладывается в пазах, выштампованных в активной стали статора. Число пазов и их размеры определяют при расчете машины.

Катушка, как известно, представляет собой несколько последовательно соединенных витков, стороны которых лежат в одних и тех же пазах. Если сечение проводника витка получается большим, то для удобства намотки проводник разбивают на несколько параллельных меньшего сечения. В таких случаях говорят, что каждый виток (активный) состоит из двух, трех и т. д. проводников. Число активных проводников в пазу и число активных витков в катушке, определяющих индуктированную в ней э. д. с, остается тем же, что и при применении одинарного проводника. К такому же дроблению сечения проводников прибегают для уменьшения потерь в обмотке, так как при переменном токе потери в проводниках большого сечения больше, чем потери в нескольких параллельных проводниках того же общего сечения. Исходя из этих же соображения, прямоугольные проводники следует укладывать в пазу плашмя.

На рис. 2-4 изображена катушка, имеющая шесть последовательно соединенных витков из двойного проводника.

Обычно та часть катушки, которая лежит в пазах и которая пересекается главным магнитным потоком, называется активной частью, а та, которая лежит вне пазов и служит только для соединения между собой активных частей, называется лобовой частью. Рабочий процесс изготовления и укладки катушек ставит форму лобовых частей в зависимость от многочисленных факторов; многообразие типов обмоток, которое мы встречаем в практике, во многих отношениях определяется различным выполнением лобовых частей. Поэтому вид катушки, изображенной на рисунке, является только принципиальным.

Назовем стороной катушки проводники, лежащие в одном пазу. Так как катушка состоит из двух сторон, то э. д. с. катушки будет зависеть от э. д. с ее отдельных сторон. Поэтому чтобы узнать, чему будет равна э. д. с. катушки и как она будет изменяться во времени, необходимо сначала выяснить, чему будут равны э. д. с. отдельных сторон и как эти э. д. с. будут изменяться во времени и складываться друг с другом.

Если концы проводников, находящиеся с одной стороны статора, обозначить началом, а находящиеся с другой — концами, то конец одного проводника соединяется с концом другого. Поэтому если направление э. д. с. проводников совпадает, то э. д. с. катушки будет равна их разности, если же они направлены противоположно, то сумме (рис. 2-5). Такое соединение сторон катушки будем называть согласным.

Вполне очевидно, что для лучшего использования обмотки вторую сторону нужно расположить так, чтобы в каждый момент времени ее э. д. с была направлена противоположно э. д. с. первой стороны и была той же величины. Тогда э. д. с. катушки в каждый момент времени будет в два раза больше э. д. с. отдельной стороны. Для этого вторую сторону катушки должны поместить в такой паз, в котором магнитная индукция в месте нахождения этой стороны в каждый момент времени была одинакова по величине и противоположна по направлению магнитной индукции в месте нахождения в этот же момент времени первой стороны катушки.

На рис. 2-6 изображен статор и ротор четырехполюсной явно-полюсной синхронной машины. Из него видно, что если провод-

ник поместить в точку 2, то точками, в которых индукция будет той же величины, но другого направления, будут точки 2 и 4. Все три точки 2, 2 и 4 находятся в данный момент времени на оси полюсов. Нетрудно увидеть, что расстояние от точки 1 до точки 2Г с одной стороны, и до точки 4 — с другой, равно полюсному делению т. Так как магнитное поле каждого полюса распределяется по полюсному делению по одинаковой кривой, то при расположении проводников на расстоянии полюсного шага они будут пересекаться одинаковыми по величине и противоположными по направлению магнитными полями. Поэтому для образования катушки мы можем взять или стороны 1—2 или стороны 1—4. Если взять стороны 1—2, то другая катушка образуется из сторон 3—4. Если же взять стороны 1—4, то другая катушка составится из сторон 2—3.

На рисунке сплошной линией показаны катушки, образованные сторонами 1—2 и 3—4, и пунктиром — катушки, образованные сторонами 1—4 и 2—3.

Только располагая стороны катушки на расстояние полюсного деления, мы получим э. д. с. катушки в два раза больше э. д. с.

отдельной стороны. При всяком другом расположении сторон (рис. 2-7) в некоторые моменты времени э. д. с. отдельных сторон будут иметь одинаковое направление и э. д. с. катушки будет равна уже не сумме, а разности этих э. д. с

Обычно ширину катушки называют еще шагом катушки и выражают числом пазов, которое нужно прибавить к номеру паза, где лежит первая сторона катушки, чтобы получить номер паза, в котором лежит вторая сторона той же катушки.

В тех случаях, когда ширина катушки равняется полюсному делению т, говорят, что катушка имеет диаметральный шаг. Здесь нужно заметить, что термин диаметральный шаг в буквальном смысле применим только для двухполюсных машин, когда стороны катушки действительно лежат по диаметру статора. Но в теории обмоток этот термин сохраняют и для многополюсных машин, подразумевая, что ширина катушки равняется ширине полюсного деления.

Рассмотрим теперь, как будет вести себя катушка с диаметральным шагом в несинусоидальном магнитном поле.

Возьмем наиболее характерную кривую поля, которая изображена на рис. 2-3 (кривая С). Исходя из нее, получим, что в каждой стороне катушки будет индуктироваться э. д. с, несинусоидально изменяющаяся во времени.

Так как кривые полюсов одинаковы по форме, то при диаметральном шаге катушки ее стороны всегда будут находиться в месте, где по величине магнитные индукции будут одинаковы. Поэтому э. д. с катушки будет изменяться во времени также несинусоидально и равна сумме э. д. с ее сторон.

Таким образом, при диаметральном шаге катушки э. д. с. ее всегда в два раза больше э. д. с. одной стороны и изменяется во времени по кривой, которая по своему виду одинакова с кривой распределения поля.