Обмотки электродвигателя могут иметь различную форму. В промышленных двигателях переменного тока (асинхронных и синхронных с постоянными магнитами) чаще всего используются 3-фазные распределенные обмотки. О них и пойдет речь в статье.
Конструктивные особенности
Распределенные обмотки применяются для создания в воздушном зазоре электродвигателя синусоидального распределения магнитодвижущей силы (МДС). Эта сила возникает при протекании по фазным обмоткам сбалансированных переменных токов. Именно МДС в сочетании с конструкцией магнитной цепи электродвигателя служит источником бегущей волны магнитного потока в воздушном зазоре, создающей требуемый крутящий момент.
Распределенная обмотка включает в себя несколько катушек. Их число зависит от количества пазов статора, количества фаз (в нашем случае 3) и полюсов электродвигателя.
Катушка занимает несколько пазов. В обмотке с полным шагом средний охват катушек соответствует количеству пазов, равному полюсному делению — расстоянию между осями двух соседних полюсов (360° / количество полюсов). Обмотка с укороченным шагом охватывает меньшее количество пазов. На рисунке показана обмотка с полным шагом для стандартного 4-полюсного электродвигателя.
Типичные проблемы
Часть обмотки, расположенная в пазах статора, обеспечивает формирование крутящего момента. Остальная ее часть, концевые обмотки, в этом процессе не участвует, поэтому нужно тщательно подходить к проектированию двигателя, чтобы снизить нецелесообразный расход дорогостоящей меди. Кроме того, высокая теплоотдача двигателя обуславливает необходимость плотной укладки витков в пазы и терморегулирования концевой обмотки. Эти факторы непросто учесть в силу особенностей производства электродвигателей. Идеальная распределенная обмотка должна иметь бесконечное число катушек, размещенных в бесконечном количестве пазов. В этом случае пространственное распределение магнитодвижущей силы представляло бы собой идеальную синусоиду. Разумеется, на практике подобное невозможно реализовать, поэтому приходится искать компромисс для достижения оптимальной производительности двигателя.
Об изоляции
В целях предотвращения коротких замыканий и отказа электродвигателя катушки разных фаз должны быть изолированы друг от друга и от сердечника статора. Изоляция создает дополнительные тепловые барьеры, ограничивающие возможность выхода тепла из привода наружу. Кроме того, между проводами обмотки, а также между изоляцией, обмоткой и сердечником статора имеются воздушные полости. Эти полости заполняются смолой с помощью пропитки, что улучшает теплопередачу и изоляцию обмотки.
На что влияет обмотка
Электродвигатели используются в самых разных областях, что обуславливает различные требования к их конструкции. Характер обмотки напрямую влияет на часть этих требований:
- минимизация потерь от высших гармоник для повышения КПД
- снижение пульсаций крутящего момента
- снижение акустического шума и вибраций
Разные схемы обмотки позволяют достичь одинаковых электрических характеристик электродвигателя. Выбор той или иной схемы определяется производственными возможностями, которые сильно зависят от уровня автоматизации.