Однофазные двигатели схема катушек

26. СХЕМЫ ОБМОТОК ОДНОФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В однофазных двигателях с пусковой обмоткой главная обмотка обычно занимает 2 /₃, а вспомогательная — 1 /₃ общего числа пазов статора. В этих двигателях число пазов на полюс для каждой фазы определяется по формулам:

где q_A — число пазов на полюс главной фазы; q_В — число пазов на полюс вспомогательной фазы; z_A= 2 /₃ — число пазов, занимаемых главной фазой; z_B= 1 /₃ — число пазов, занимаемых вспомогательной фазой; z — общее число пазов; 2р — число полюсов.

В однофазных конденсаторных двигателях пазы статора обычно делят поровну между обеими фазами, т. е. z_A=z_B, и число пазов на полюс определяется по формуле

Шаг по пазам для однофазных обмоток определяется так же, как и для трехфазных. Двухслойные обмотки выполняются с укорочением обычно на 1 /₃ полюсного деления с равными шагами для главной и вспомогательной обмоток. Шаг двухслойной обмотки

Соединение катушечных групп и образование параллельных ветвей в однофазных обмотках производится по тем же правилам, что и для трехфазных обмоток.

При построении схем двигателей с повышенным сопротивлением пусковой фазы надо учитывать наличие в ней бифилярной обмотки.

Для удобства ремонта пусковую обмотку обычно располагают поверх главной (ближе к клину).

Примерный порядок составления схемы однофазной обмотки двигателя с пусковым элементом. Последовательность составления схемы однослойной обмотки разберем на примере

Сначала находят число пазов, занимаемых главной фазой,

Число пазов на полюс главной фазы

Число пазов на полюс вспомогательной фазы в два раза меньше, чем главной, т. е.

Далее на чертеже надо представить последовательность чередования пазов главной и вспомогательной фаз (рис. 60, а) и проставить направление тока в главной фазе, исходя из правил: под соседними полюсами направление тока меняется на противоположное (рис. 60, б). Чтобы на схеме не оказалась разрезанной катушка главной фазы при выполнении наиболее распространенного типа обмотки вразвалку, первую катушечную группу разбивают на две половины (пазы 1,2 и 23,24).

В соответствии с проставленным направлением тока соединяют пазовые части катушек, в результате этого образуются катушечные группы или полугруппы. При этом возможны различные варианты. При диаметральном шаге

одинаковом для всех катушек, получается простая шаблонная обмотка (рис. 60, в), число катушечных групп которой равно числу пар полюсов р. Но такая обмотка почти не применяется ввиду больших размеров лобовых частей. Если разделить каждую катушечную группу на две полугруппы, получим шаблонную обмотку вразвалку (рис. 60, г) с меньшим шагом и меньшей длиной витка. Однако из-за большой компактности лобовых частей чаще применяется концентрическая обмотка вразвалку (рис. 60,5). При больших значениях q_A используется также концентрическая обмотка, у которой катушечная группа подразделяется на три полугруппы (см. рис. 68). По виду лобовых частей эта обмотка напоминает трехплоскостную трехфазную концентрическую.

Начало фазы может быть в принципе выбрано из любого паза, исходя из удобства выполнения обмотки. Начиная обход всех пазов из первого паза и следя за направлением тока, соединяем катушечные группы (полугруппы) между собой (рис. 60, е) и няходим ко-

Рис. 60. Построение схемы однослойной обмотки однофазного двигателя с пусковым элементом: а — последовательность чередования пазов главной и вспомогательной фаз. б — направление тока в пазовых частях катушек главной фазы, в — простая шаблонная обмотка, г — шаблонная обмотка вразвалку, д — концентрическая обмотка вразвалку, е — схема главной и вспомогательной фаз концентрической обмотки вразвалку

нец фазы, обойдя все пазы рабочей обмотки. Соединение полугрупп производится по правилу: конец полугруппы соединяется с концом соседней полугруппы той же фазы, начало — с началом, т. е. так же, как и в трехфазной однослойной обмотке вразвалку, где катушечная группа разделена на две полугруппы.

Рис. 61. Однослойные обмотки вразвалку однофазных двигателей при 2р=2, z=12: а — шаблонная, б — концентрическая

Рис. 62. Однослойная (шаблонная вразвалку) обмотка однофазного двигателя при 2р=4, z=36

Схему вспомогательной фазы выполняют по тем же правилам, только она имеет обычно меньшее число катушек в группе (полугруппе). Шаг ее может быть таким же, как у главной фазы или иным.

Типичные схемы однослойных обмоток двигателей с пусковыми элементами приведены на рис. 61,62.

Схему двухслойной обмотки двигателя с пусковым элементом можно составить в такой последовательности. Сначала определяют шаг

обмотки, число пазов на полюс для главной и вспомогательной фаз q_A и q_B. В соответствии с шагом обмотки и числом катушек в группе, равным q_A, вычерчивается первая катушечная группа главной фазы (рис. 63,64), рядом с ней катушечная группа вспомогательной фазы, затем опять катушечная группа главной фазы и т. д. Шаги по пазам для обеих фаз берутся одинаковыми. Проставляется направление тока в верхних сторонах катушек главной фазы (под соседними полюсами меняется на противоположное, как и в одно-

Рис. 63. Двухслойная обмотка однофазного двигателя при 2р=2, z=18, q_A = 6, q_B = 3, y_A =y_B=6(1-7)

Рис. 64. Двухслойная обмотка однофазного двигателя при 2р=4, z=24, q_A=4, q_B=2, у_А=у_B=4(1—5)

слойной обмотке). Последовательное соединение катушечных групп в фазе также выполняется по правилу: конец с концом, начало с началом, при этом не будет нарушена полярность полюсов. Соединения во вспомогательной фазе производятся аналогичным образом.

Примерный порядок составления схемы однофазной однослойной обмотки двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы. Схема главной фазы у двигателя с повышенным сопротивле-

Рис. 65. Выполнение катушки с бифилярной обмоткой: а — катушка, разделенная на две секции, б — катушка с бифилярной обмоткой, в — обозначение катушки с бифилярной обмоткой на схеме; 1 — основная секция, 2 — бифилярная секция, H и K — начало и конец катушки

нием вспомогательной фазы такая же, как и у двигателей с пусковыми элементами.

При составлении схемы вспомогательной фазы надо учитывать, что в каждой катушке часть ее витков намотана встречно. Это уменьшает число эффективных проводников в пазу. Встречно намотанные витки нейтрализуют действие такого же количества витков, намотанных в основном направлении, образуя бифилярную обмотку, поэтому для нахождения числа эффективных витков в катушке (эффективных проводников в пазу) надо из общего числа вычесть удвоенное число встречно намотанных витков. Если, например, в пазу лежит катушка, в которой всего 81 виток, из них встречно намотаны 22, то число эффективных проводников в пазу будет: 81—2×22=37.

Для определения числа встречно намотанных витков при известных общем числе проводников в пазу и числе эффективных проводников в пазу надо произвести обратное действие, т. е. из общего числа вычесть число эффективных проводников и полученный результат разделить на два. При общем числе проводников 81 и числе эффективных — 37 число встречно намотанных витков должно быть:

Катушку с бифилярной обмоткой можно получить, если уложить в одни и те же пазы две секции катушки, одна из которых поворачивается на 180° вокруг параллельной пазам оси. Правая и левая стороны повернутой секции при этом меняются местами (рис. 65). В пазах, где расположена катушка с бифилярной обмоткой, ток

Рис. 66. Однослойная концентрическая вразвалку обмотка при 2р=4, z=24 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной обмотки: а — катушка с бифилярной обмоткой изображена в виде двух секций, б — то же, в виде целой катушки

Рис. 67. Однослойная концентрическая вразвалку обмотка при 2р=2, z=18 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы: а — при намотке против часовой стрелки, б — при намотке по часовой стрелке

Рис. 68. Однослойная концентрическая с разбивкой катушечной группы на три части обмотка при 2р=2, z=24 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы

Рис. 69. Однослойная концентрическая с разбивкой катушечной группы на три части обмотка при 2р=2, z=24 однофазного двигателя с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы и соединением главной фазы в две параллельные ветви

проходит по одной секции в едином направлении, по другой — в противоположном. Полярность полюсов определяется направлением тока в катушке с большим числом витков, поэтому секцию с большим числом витков условно называют основной, а с меньшим — бифилярной.

На рис. 66,а представлена схема с бифилярной обмоткой во вспомогательной фазе, бифилярная секция условно показана внутри основной. Обычно катушки с бифилярной обмоткой на схемах изоб-

Рис. 70. Однослойная концентрическая обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигателя при 2р=2, z=18

ражаются в виде целой катушки с петлей, в которой изменяется направление тока (рис. 65, в и рис. 66, б).

Катушки и катушечные группы с бифилярной обмоткой должны быть соединены таким образом, чтобы полярность под соседними полюсами вспомогательной фазы чередовалась; полярность же полюсов определяется направлением тока в основных секциях.

Типичные схемы обмоток двигателей с повышенным сопротивлением вспомогательной фазы приведены на рис. 67—69.

Всякая обмотка может быть намотана либо по часовой стрелке, либо против нее, если смотреть на статор со стороны схемы. Это определяется навыками обмотчика и принятой технологией изготовления. Пример схемы при двух различных направлениях намотки приведен на рис. 67.

Примерный порядок составления схемы обмотки конденсаторного двигателя. Схемы однофазных конденсаторных двигателей строятся так же, как и схемы однофазных с пусковыми элементами, только при этом надо учитывать, что числа пазов на полюс главной и вспомогательной фаз одинаковы и поэтому схемы обеих фаз также получаются одинаковыми.

Типичные схемы однофазных конденсаторных двигателей приведены на рис. 70—76.

Рис. 71. Однослойная концентрическая обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигателя при 2р=2, z=24

Рис. 72. Однослойная концентрическая обмотка вразвалку однофазного конденсаторного двигателя при 2р=2, z=24 и соединения каждой из фаз в две параллельные ветви

Рис. 73. Однослойная концентрическая обмотка с «расчесанными» катушками однофазного конденсаторного двигателя при 2р=4, z=24

Рис. 74. Двухслойная обмотка однофазного конденсаторного двигателя при 2р=4, z=24, q_А=q_B=3, y_A=y_B=5(1-6)

В ряде случаев для конденсаторных двигателей характерна наличие в обеих фазах «расчесанных» катушек с половинным числом витков. На схеме рис. 73 показаны четыре такие катушки.

Обмотка, представленная на рис. 75, 76, из-за дробного числа пазов на полюс имеет признаки шаблонной вразвалку и двухслойной обмоток и поэтому названа комбинированной.

СХЕМЫ ОБМОТОК ОДНОФАЗНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.

Однофазные асинхронные электродвигатели мощностью до 1 кВт, редко до 2 кВт, широко применяются в условиях, когда имеется только однофазная сеть, например для привода механизмов различных приборов, электрифицированного инструмента, в бытовых механизмах и т. п. Если обмотку двигателя питать однофазным током, то электромагнитное поле в нем будет не вращающимся, как в трехфазных машинах, а пульсирующим, энергетические показатели станут хуже, чем у трехфазных, а. пусковой момент будет равен нулю, т. е. двигатель без специальных устройств не будет запускаться. Поэтому в статорах однофазных двигателей устанавливают две обмотки, которые часто называют также фазами обмотки. Одна из них главная, или рабочая, другая вспомогательная. Обмотки располагаются по пазам статора так, что их оси сдвинуты относительно друг друга в пространстве на электрический угол 90° (рис.1).

Рис.1. Оси обмоток двух- и однофазных двигателей: а — расположение катушек разных фаз в пазах статора; б — условное изображение фаз обмотки.

Если фазы токов обмоток будут не одинаковы, т. е. сдвинуты во времени, то электромагнитное поле в статоре двигателя становится вращающимся. Энергетические показатели двигателя улучшаются и появляется пусковой момент. При сдвиге фаз токов на электрический угол 90° и одинаковых МДС обмоток поле становится круговым и КПД однофазного двигателя будет наибольшим. Добиться этого можно, выполнив обе обмотки двигателя одинаковыми и последовательно подключив к одной из них конденсатор (рис. 2.а). Такие двигатели называются однофазными конденсаторными.

Рис. 2.. Схемы включения однофазных двигателей: а — с постоянно включенным конденсатором (конденсаторные двигатели); б — с рабочим и пусковым конденсаторами; в — с пусковым элементом; Ср — рабочий конденсатор; Сп — пусковой конденсатор; ПЭ — пусковой элемент.

Емкость конденсатора, необходимая для получения кругового поля, зависит от активных и индуктивных сопротивлений обмоток двигателя и от его нагрузки. Для однофазных конденсаторных двигателей конденсатор рассчитывают так, чтобы поле было круговым при номинальной нагрузке. Его включают последовательно с одной из фаз обмоток на все время работы. Этот конденсатор называют рабочим и обозначают Ср. Во время пуска двигателя емкость рабочего конденсатора оказывается недостаточной для образования кругового поля и пусковой момент двигателя невелик. Для увеличения пускового момента параллельно с рабочим конденсатором включается второй — пусковой конденсатор (Сп). Суммарная емкость пускового и рабочего конденсаторов обеспечивает получение кругового вращающегося поля во время пуска двигателя и пусковой момент его увеличивается. После разгона двигателя пусковой конденсатор отключается, а рабочий остается включенным (рис. 2.б). Таким образом, двигатель запускается и работает с номинальной нагрузкой при вращающемся круговом поле.

Рис. 3. Схема однослойной концентрической обмотки с m = 2, z = 16, 2р = 2,
выполненной вразвалку.

В статорах большинства одно- и двухфазных двигателей применяют всыпные однослойные обмотки с концентрическими катушками (рис. 3). Они имеют либо четыре вывода — начала и концы главной и вспомогательной фаз, либо только три. При трех выводах концы главной и вспомогательной фаз соединяются между собой внутри корпуса и наружу выводится провод от места их соединения общей точки обмотки.

Рис. 4. Схема однослойной концентрической обмотки с m = 2, z= 24, 2р = 4, q = 3, выполненной с «расчесанными» катушками.

Для уменьшения вылета лобовых частей катушек однослойные обмотки часто выполняют вразвалку. Если число пазов на полюс и фазу четное, то обмотки вразвалку по существу не отличаются от таких же обмоток трехфазных машин. Если же число ц нечетное, то большие катушки в группах делают «расчесанными» т. е. отгибают лобовые части половины их витков в одну, а второй половины — в другую сторону (рис. 4).
Необходимость установки конденсаторов удорожает однофазные двигатели, увеличивает их габариты и снижает надежность, так как конденсаторы выходят из строя чаще, чем двигатели. Поэтому большинство однофазных асинхронных двигателей рассчитывают на работу только с одной — главной обмоткой. Однако для того, чтобы их можно было пускать, устанавливают и вторую — вспомогательную обмотку, которую часто называют пусковой. Она предназначается только для создания вращающегося поля при пуске двигателя. Такие однофазные двигатели называются двигателями с пусковой фазой (или с пусковой обмоткой).
Сдвиг фаз токов главной (рабочей) и пусковой обмоток достигается изменением сопротивления пусковой обмотки путем последовательного включения с ней так называемого пускового элемента (рис. 2.в) — конденсатора или резистора (чаще всего используют более дешевый — резистор).
Пусковые обмотки, как правило, отличаются от рабочих и по числу витков, и по числу катушек, и сечением провода. Они обычно занимают 1/3 всех пазов статора. В оставшихся 2/3 пазов располагается рабочая обмотка. Схемы соединений и числа полюсов рабочей и пусковой обмоток одинаковы (рис. 5).

Рис. 5. Схема однослойной концентрической обмотки однофазного двигателя с пусковой фазой с z = 24, 2р = 4; С1—С2 — главная фаза, В1—В2 — пусковая фаза.

Чтобы избежать установки резисторов, которые должны быть рассчитаны на полный пусковой ток, во многих однофазных двигателях пусковую обмотку выполняют с повышенным сопротивлением пусковой фазы. Для этой цели пусковую обмотку наматывают из провода меньшего сечения, чем рабочую, или выполняют ее с частично бифилярной намоткой.

Рис. 6. Образование бифилярных витков.

При этом длина провода возрастает, ее активное сопротивление увеличивается, а индуктивное сопротивление и МДС остаются такими же, как и без бифилярных витков. Чтобы образовались бифилярные витки, катушку пусковой обмотки выполняют из двух секций со встречным направлением намотки (рис. 6). Одна секция, направление намотки которой совпадает с нужной для пуска машины полярностью, называется основной, а секция со встречной намоткой — бифилярной. Последняя имеет всегда меньше витков, чем основная. На схемах обмоток катушки, имеющие частично бифилярную намотку, обозначаются петлей (рис. 7а). На рис. 7б показана схема обмотки с пусковой фазой, имеющей частично бифилярную намотку. Главная обмотка выполнена концентрическими катушками вразвалку. Петли у катушек пусковой фазы указывают на то, что катушки выполнены с частично бифилярной намоткой.

Рис. 7. Схема обмотки с катушками, имеющими бифилярные витки: a — изображение катушек с бифилярными витками на схеме обмотки, б — схема обмотки с z = 24, 2р = 4.

В обмотке с бифилярными катушками надо учитывать, что в каждой катушке вспомогательной фазы часть витков намотана встречно. Это уменьшает число эффективных проводников в пазу, нейтрализуя действие такого же количества витков, намотанных в основном направлении, поэтому для нахождения числа эффективных витков в катушке (эффективных проводников в пазу) надо из общего числа вычесть удвоенное число встречно намотанных витков. Если, например, в пазу лежит катушка, в которой всего 81 виток, из них встречно намотаны 22, то число эффективных проводников в пазу будет: 81-2-22 = 37.
Для определения числа встречно намотанных витков при известных общем числе проводников в пазу и числе эффективных проводников в пазу надо произвести обратное действие, т. е. из общего числа вычесть число эффективных проводников и полученный результат разделить на два. При общем числе проводников 81 и числе эффективных 37 число встречно намотанных витков должно быть: (81-37)/2 = 22.
Бифилярную катушку можно получить, если уложить в одни и те же пазы две секции катушки, одна из которых поворачивается на 180° вокруг оси параллельной пазам. Правая и левая стороны повернутой секции при этом меняются местами.
Пусковая обмотка однофазных двигателей рассчитана только на кратковременную работу — на время пуска двигателя. Ее необходимо отключать от сети сразу же, как только двигатель разгонится, иначе она перегреется и двигатель выйдет из строя. Такие двигатели применяются, например, для привода компрессоров во всех бытовых холодильниках, привода стиральных машин и т. д. Пускозащитное реле, установленное на холодильниках и стиральных машинах, включает обе обмотки двигателя, а после его разгона отключает пусковую обмотку. Двигатель работает с одной включенной рабочей обмоткой.