Обмотки двигателя:в чем различия?

Обмотки двигателя могут иметь множество форм и форм. Однако 3-фазные распределенные обмотки чаще всего используются в двигателях переменного тока для промышленных применений, которым будет посвящена эта статья. Последующее обсуждение в равной степени применимо к использованию этого типа обмотки в асинхронных двигателях или в синхронных двигателях с постоянными магнитами.

Целью распределенной обмотки является создание синусоидального распределения магнитодвижущей силы (МДС) в воздушном зазоре двигателя. Этот MMF создается, когда в фазных обмотках протекает сбалансированный набор трехфазных токов переменного тока. Именно MMF в сочетании с конструкцией магнитной цепи двигателя создает бегущую волну потока в воздушном зазоре для создания требуемого крутящего момента двигателя.

Обмотки состоят из нескольких витков, намотанных из изолированного медного или в некоторых случаях алюминиевого провода. Несколько жил провода могут быть соединены параллельно, чтобы сформировать один проводник, который затем намотан на катушку, которая будет иметь несколько витков. Количество витков будет зависеть от конкретных требований к конструкции.

Распределенная обмотка состоит из нескольких катушек, вставленных в пазы статора двигателя, как показано ниже. Количество катушек будет зависеть от количества пазов статора, количества фаз (в нашем случае 3) и количества полюсов двигателя, п.

Каждая катушка будет охватывать несколько слотов. Обмотка с полным шагом будет иметь катушки, средний пролет которых соответствует количеству пазов, равному шагу полюсов или 360 ° / p, тогда как обмотка с коротким шагом будет охватывать меньше пазов. На рисунке ниже показана обмотка с полным шагом для типичного 4-полюсного двигателя.

4-полюсный статор двигателя с 3-фазной распределенной обмоткой

Часть обмотки будет находиться в пазу, где она способствует созданию крутящего момента двигателя. Остальное будет в лобовых обмотках, которые не вносят вклад в создание крутящего момента двигателя. Поэтому необходимо тщательное проектирование, чтобы избежать ненужной траты дорогой меди. Кроме того, хорошие тепловые характеристики обусловливают потребность в высоком заполнении пазов и управлении температурой торцевой обмотки. Эти факторы часто ограничиваются соображениями производственного процесса. Идеальная распределенная обмотка будет иметь бесконечное количество катушек, размещенных в бесконечном количестве пазов, так что пространственное распределение MMF представляет собой идеальную синусоиду. На практике это явно невозможно, поэтому необходимо найти наилучший компромисс для обеспечения требуемой производительности.

Катушки разных фаз необходимо изолировать друг от друга и от сердечника статора во избежание короткого замыкания и выхода из строя. Изоляция представляет собой дополнительные тепловые барьеры, ограничивающие возможность передачи тепла изнутри машины наружу. Воздушные пустоты будут присутствовать между проводами обмотки и между изоляцией, обмоткой и сердечником статора. Эти пустоты заполнены смолой с использованием процесса пропитки, который улучшает теплопередачу и дополнительно улучшает изоляцию обмотки.

Сферы применения электродвигателей многочисленны и разнообразны. Различные приложения предъявляют различные требования к конструкции двигателя. На некоторые из этих требований будет влиять конструкция обмотки, и они могут включать:

• Минимизация гармонических потерь для повышения эффективности
• Уменьшить пульсации крутящего момента
• Уменьшение акустического шума и вибрации.

Возможно несколько схем обмоток для достижения одинаковых электрических характеристик. Выбор этих компоновок будет определяться производственными ограничениями, на которые сильно влияет уровень автоматизации, используемый для производства обмотки.

В таблице ниже приведены некоторые из наиболее распространенных конфигураций обмотки, а также основные критерии выбора.

Ясно, что необходимо найти серьезные компромиссы между техническими требованиями, сложностью процесса, уровнем автоматизации и стоимостью. Это означает, что разработчикам двигателей необходимо тесно сотрудничать с инженерами-технологами, чтобы определить наилучшее общее решение.