Многоскоростные обмотки

Общие сведения

, определяемой следующим выражением:

где / — частота тока в сети; р — число пар полюсов обмотки.

С другой стороны, асинхронный двигатель является самым дешевым, легким и простым по обслуживанию. Поэтому вполне естественно стремление к более широкому применению этих двигателей.

Основной недостаток асинхронных двигателей состоит в трудности изменения скорости вращения. Одним из способов изменения скорости, получившим в последнее время наибольшее распространение, является изменение числа полюсов обмотки статора.

Из вышеприведенной формулы видно, что синхронная скорость и близкая к ней рабочая скорость вращения обратно пропорциональны числу полюсов. При увеличении числа полюсов обмотки статора в два раза рабочая скорость вращения уменьшается практически также в два раза.

Асинхронные двигатели, у которых скорость вращения регулируется посредством изменения числа полюсов обмотки статора, носят название многоскоростных. Существуют двух-, трех- и четырехскоростные двигатели. Двухскоростные двигатели выполняются или с двумя совершенно отдельными и нормальными обмотками в статоре, каждая на одно определенное число полюсов, или же с одной обмоткой статора, которую с помощью специального переключателя (контроллера) переключают на два различных числа полюсов, чаще всего с отношением 1:2.

Трехскоростные двигатели имеют, как правило, две обмотки статора: одну обмотку с переключением числа полюсов обычно в отношении 1:2 и другую нормальную, на одно число полюсов.

Четырехскоростные двигатели обычно имеют две обмотки статора, каждая с переключением числа полюсов, чаще всего в отношении 1:2.

Существуют обмотки с переключением на 3 или 4 числа полюсов.

В многоскоростных двигателях применяют короткозамкнутые роторы, так как ротор с контактными кольцами требует соответствующего переключения его обмотки для изменения числа полюсов, что значительно усложняет конструкцию двигателя.

Расчет обмотки статора с переключением числа полюсов, т. е. определение числа катушек, числа витков в них, шага катушки и способов соединения их, а также способа соединения фаз при том и другом числе полюсов зависит от режима работы двигателя и является задачей специалистов в области расчета электрических машин.

Изменение числа полюсов посредством переключения ответвлений у обмоток, выполненных по типу якорных обмоток постоянного тока

При прохождении трехфазного тока по однослойной обмотке образуется 2р участков по 3q пазов в каждом, в которых ток имеет одинаковую величину, причем во всех четных участках ток имеет одно направление, а во всех нечетных — противоположное.

В соответствии с чередованием участков обмотки с противоположными по направлению токами происходит чередование положительных и отрицательных полуволн кривой м. д. с, а затем самым и полюсов магнитного поля обмотки.

То же самое можно сказать и про каждый слой двухслойной обмотки, так как ее можно рассматривать как две однослойные

обмотки, смещенные между собой на ширину катушек. При диаметральном шаге катушек направление токов в проводниках верхних и нижних сторон катушек одного паза одинаково, и форма кривой м. д. с. всей обмотки будет такой же, как и кривой м. д. с одного слоя. При сокращении шага катушек распределение тока и м. д. с. всей обмотки будет отличаться от распределения тока и м. д. с одного слоя. Но в обоих случаях, т. е. при диаметральном и сокращенном шагах, двухслойная обмотка создает 2р участков с током одного направения. Для того чтобы от одной обмотки можно было получить различное число полюсов, необходимо путем переключений получить соответствующее изменение в числе участков обмотки, имеющих одинаковое направление тока.

Наиболее наглядно изменение числа полюсов обмотки можно рассмотреть на примера обмотка якоря машин постоянного тока.

Как известно из гл. 1, обмотки якоря машин постоянного тока являются замкнутыми. Если такую обмотку питать в п равноудаленных точках трехфазным током, то при п, кратном трем,

треугольников, включенных параллельно.

На рис. 2-118 показана двухслойная обмотка с диаметральным шагом якоря двухполюсной машины постоянного тока. Для

упрощения обмотка дана в виде двух слоев, представляющих верхние и нижние стороны катушки.

При питании такой обмотки в п (п=3, п = 6, п=9 см. рис. 2-118, а, б, в) точках величина и направление тока на участках

будут одинаковыми. На участках нижнего слоя, сдвинутых на ширину катушек от участков верхнего слоя, токи будут иметь противоположное направление.

и т. д. и на участках

  и т. д. будут направлены навстречу токам первых

и т. д. будет противоположным направлению тока на участках верхнего слоя, сдвинутых от них на ширину катушки (рис. 2-119).

Условимся в дальнейшем считать, что число пазов равно бесконечности, т. е. что стороны катушек лежат вплотную друг к другу. Тогда распределение тока можно условно изобразить графически в виде прямоугольника, высота которого пропорциональна мгновенному значению тока. Если ток на участке течет от нас, условимся откладывать прямоугольник вверх от гори-

горизонтальной оси, если же ток имеет направление на нас — то вниз от оси.

Пользуясь такими условностями, получим, что после сложения прямоугольников распределения тока верхнего (рис. 2-120, а, б) и нижнего (рис. 2-120, в) слоев на участке обмотки 1—2 (рис. 2-120, г) ток имеет направление от нас, а на участке 3—4 — на нас. Таким образом, обмотка при п=3 имеет кривую распределения

тока, м. д. с и поля с 2р=2.

у

  и т. д. с противоположными по направлению и равными по величине токами. На рис. 2-121, б показана кривая распределения тока верхнего слоя, а на рис. 2-121, в — нижнего слоя. Складывая эти кривые, получим, что результирующий ток равен нулю. Чтобы результирующий ток не был равен нулю, нужно уменьшить или увеличить ширину катушки.

На рис. 2-122 изображены кривые распределения токов слоев при увеличенном, а на рис. 2-123 при уменьшенном шаге катушки. В том и другом случаях обмотка создает магнитное поле с 2/?-4.

На рис. 2-124 таким же путем построены кривые распределения тока слоев при п=9. Кривая результирующего тока (рис. 2-124, г) показывает, что обмотка создает магнитное поле с 2р=6.

Таким образом, при соответствующем подборе шага катушек можно от одной и той же обмотки получить различное число полюсов, которое равно 2р = 2п/3.

В виде примера на рис. 2-125, а приведена схема обмотки при 2 = 36 с переключением числа полюсов для 2р —8, 6, 4. Так как, согласно предыдущему, 2р=2п/3, при 2р=8 обмотка имеет п = =3 • 4 = 12 равноудаленных выводных концов, расстояние между которыми

Обозначая выводной конец по номеру паза, в котором лежит верхняя сторона катушки, присоединяемой к выводу, получим для2р=8 (рис. 2-125, г и д) следующие номера концов —1,4, 7,10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34.

При 2p=6 (рис. 2-125, в) выводов будет n=3-3=9. Расстояние между ними

Номера выводов при 2р -6 будут: 1, 5, 9, 13, 17, 21, 25, 29, 33. При 2/?=4 (рис. 2-125, б) выводных концов будет тг=3-2=6. Расстояние между ними

Номера выводов при 2р =4 будут: 1, 7,13,19, 25, 31. Сопоставляя номера выводов, получаем, что некоторые из них являются общими (1,13, 25) при всех числах полюсов. Всего выводов будет 18.