Обмотки электрических машин. Основные типы обмоток электродвигателей переменного тока. Однослойная концентрическая двухплоскостная обмотка, страница 6

Шаг обмотки

Шаг обмотки (у) – это расстояние выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции:

(17)

image050.png

где – расчетный шаг (равен полюсному делению, выраженному в зубцах);

– произвольное число меньше 1, доводящее расчётный шаг () до целого числа.

image051.pngimage052.png

На практике принято шаг определять в пазах, поэтому при раскладке вторая сторона секции ложится в паз у+1.

image053.png

Двухслойные обмотки выполняют с укорочением шага.

(18)

image054.png

где – коэффициент укорочения шага обмотки (на практике и расчётами установлено, что наиболее благоприятная кривая изменения магнитного потока получается при укорочении диаметрального (расчётного) шага на ).

Принимаем пазов.

image055.pngimage056.pngimage057.pngimage058.png

Шаги обмотки

На рисунке 1 представлены два возможных варианта последовательного соединения секций простой петлевой обмотки. Эту обмотку называют также параллельной. На рисунке 1 показаны шаги y1, y2, y рассматриваемой обмотки, которые будем определять по элементарным пазам. Первый частичный шаг y1 вычисляется по формуле (1), в статье “Электродвижущая сила секций”, и определяет расстояние по поверхности якоря между начальной и конечной сторонами секции. Второй частичный шаг обмотки y2 определяет расстояние между конечной стороной данной секции и начальной стороной следующей за ней по схеме обмотки секции. Направление движения по якорю и коллектору вправо будем считать положительным. Так как в петлевой обмотке движение при переходе от конечной стороны предыдущей секции к начальной стороне последующей совершается влево, то шаг y2 в петлевой обмотке будем считать отрицательным числом. Результирующий шаг обмотки

определяет расстояние между начальными сторонами данной и следующей за ней секцией.

Шаги обмотки

Рисунок 1. Секции неперекрещенной (а) и перекрещенной (б) простой петлевой обмотки

Коллекторным делением называется ширина коллекторной пластины плюс ширина одной изоляционной прокладки между пластинами. Шаг по коллектору yк определяет расстояние в коллекторных делениях между серединами коллекторных пластин, к которым присоединены концы данной секции или, что то же самое, начала данной и следующей за ней секций. Очевидно,

Соотношения (2), в статье “Электродвижущая сила секций”, а также (1) и (2) этой статьи применимы для всех типов обмоток.

Отличительным свойством простой петлевой обмотки является то, что для нее

Знак плюс соответствует случаю |y2| < y1, и такие обмотки называются неперекрещенными (рисунок 1, а). Знак минус соответствует случаю |y2| > y1, и такие обмотки называются перекрещенными (рисунок 1, б). Во втором случае расход меди несколько больше, и поэтому выполнения таких петлевых обмоток избегают. В электромагнитном отношении эти обмотки равноценны и различаются только тем, что при той же полярности полюсов и том же направлении вращения, полярности щеток противоположны.

Параметры обмоток постоянного тока

Параметр

Петлевая

Волновая

Правоходовая

(неперекрещивающаяся)

Левоходовая

(перекрещивающаяся)

Правоходовая

(перекрещивающаяся)

Левоходовая

(неперекрещивающаяся)

image125.gif

Простая

1

–1

Z +1

image126.gif 

p

Z −1

image126.gif 

p

Сложная

m

–m

Z + m

image127.gif 

p

Z m

image128.gif 

p

image129.gif

Укороченный шаг

Z

image130.gif − ε, 0<ε≤1 2⋅ p

Полный шаг

Z

image131.gif 

2⋅ p

Удлиненный шаг

Z

image130.gif + ε, 0<ε≤1 2⋅ p

Второй частичный шаг обмотки y2

yy1

Угол между векторами ЭДС проводников  соседних пазов α

2⋅ p⋅180o

image132.gif 

Z

Положение положительной щетки

N

S

S

N

image133.gif

                           Волновая правоходовая                           Волноваялевоходовая

Рис. 2.1

Порядок построения обмоток:

1.  Изображаютсяпазы с двумя проводниками (верхнего и нижнего слоя);

2. В соответствии со значениями шагов обмотки y1 иy2 выполняется соединение проводников в обмотку;

3.  Изображаютсяколлекторные пластины. Нумерация пластин соответствует номерам проводников верхнегослоя, с которыми они соединены.

4.  Используязначение полюсного деления τ,расставляются полюса.

5.  В соответствиис расположением полюсов располагаются щетки и определяется их полярность.

6.  Строится звездаЭДС проводников или секций (построение по векторам ЭДС секций можно производитьтолько для простых волновых обмоток).

7.  Используязвезду ЭДС и схему обмотки, строится многоугольник ЭДС проводников или секций.

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание – внизу страницы.

Число пазов на полюс и фазу

(19)

image059.png

где – число фаз.

Так как , то обмотка называется рассредоточенной, при этом фазные катушки должны быть разделены на секции, число которых равно .

image060.pngimage061.pngimage062.png

Схема и основные свойства обмотки

Рассмотрим симметричную простую петлевую обмотку с данными:

Таблица соединений секционных сторон простой петлевой обмотки

Рисунок 2. Таблица соединений секционных сторон простой петлевой обмотки, изображенной на рисунке 3

Будем присваивать секционным сторонам номера тех элементарных пазов, в которых они лежат. Тогда по известным значениям шагов можно составить таблицу соединений секционных сторон обмотки (рисунок 2), исходя из определенного элементарного паза и прибавляя к номеру этого паза значение первого частичного шага, значение второго шага, затем опять первого и так далее. Номера верхних сторон секций, изображенных сплошными линиями, проставлены в таблице на рисунке 2 сверху, а номера нижних сторон секций, изображенных штриховыми линиями, – снизу. От нижней секционной стороны 4” (справа на рисунке 2) по ходу обмотки вернемся опять к верхней стороне 1’, так как 4 + y2 = 4 – 3 = 1. Таким образом, обмотка является замкнутой.

По известным шагам или таблице соединений секционных сторон можно начертить также схему обмотки (рисунок 3).

Схема простой петлевой обмотки

Рисунок 3. Схема простой петлевой обмотки с 2×p = 4, Z = Zэ = S = K = 18, y1 = 4, y2 = –3, y = yк = +1

На рисунке 3 проставлены номера элементарных пазов. Условимся, как это сделано на рисунке 3, присваивать коллекторной пластине номер той секции, с началом которой соединена эта пластина.

Линия на поверхности якоря, проходящая в осевом направлении посередине между двумя соседними полюсами, называется линией геометрической нейтрали или геометрической нейтралью, так как вдоль этой линии магнитная индукция B = 0 (смотрите рисунок 2, в статье “Электродвижущая сила секций”).

При вращении якоря некоторая часть секций, выделенных на рисунке 3 жирными линиями, оказывается неизбежно замкнутой накоротко через щетки. Чтобы индуктируемые в этих секциях электродвижущие силы были минимальны и в секциях не возникало чрезмерных токов, которые вызовут перегрузку щеточных контактов, такие короткозамкнутые секции должны находиться на линии геометрической нейтрали или в ближайшей от этой линии нейтральной зоне. Для этого щетки устанавливают так, чтобы в середине периода короткого замыкания стороны секции располагались симметрично относительно середины полюса. Тогда говорят, что щетки установлены на нейтрали. При симметричной форме лобовых частей секций щетки расположены по осям полюсов (рисунок 3).

Совершим обход цепи обмотки (рисунок 3) слева направо, начиная с секции 2. Проходя последовательно, начиная от щетки В1, секции 2, 3, 4 и 5, мы мысленно движемся по направлению индуктируемых электродвижущих сил и выходим к щетке А1. Следовательно, эти секции составляют одну параллельную ветвь, электродвижущая сила которой равна сумме электродвижущих сил этих секций. Проходя затем от щетки А1 к щетке В2 по контуру секций 6, 7, 8, 9, мы обойдем вторую параллельную ветвь, двигаясь против направления индуктируемых электродвижущих сил. Секция 10 замкнута накоротко. Секции 11, 12, 13 и 14, расположенные между щетками В2 и А2, составляют третью ветвь, а секции 15, 16, 17 и 18, расположенные между щетками А2 и В1, – четвертую ветвь. Обход этой последней ветви также совершается против направления электродвижущей силы, причем после нее мы приходим к пластине 1. Секция 1 также замкнута накоротко. Через каждую щетку простой петлевой обмотки протекают токи двух параллельных ветвей.

Верхние стороны секций каждой параллельной ветви находятся под одним полюсом, а нижние – под другим. На рисунке 2 короткозамкнутые секции обведены штриховыми прямоугольниками.

Таким образом, обмотка на рисунке 3 имеет четыре параллельные ветви, а в общем случае простая петлевая обмотка содержит

параллельных ветвей, что является характерной особенностью этой обмотки. Очевидно, что условия симметрии, описанные в соотношениях (5), (6) и (7), в статье “Общие сведения о якорных обмотках машин постоянного тока”, для обмотки, изображенной на рисунке 3, удовлетворяются.

Если машина работает в режиме генератора, стрелки на рисунке 3 указывают также направление токов в обмотке. При этом полный ток якоря Iа тоже распределяется по четырем ветвям. В соответствии с изложенным цепь обмотки (рисунок 3) можно изобразить упрощенно, как показано на рисунке 4, где ветви обмотки и распределение тока выглядит более наглядно.

Упрощенное представление цепи обмотки

Рисунок 4. Упрощенное представление цепи обмотки, показанной на рисунке 3

На основании рассмотрения рисунка 3 можно установить также следующее. Если обмотка имеет полный шаг и щетки установлены на нейтрали, то электродвижущая сила ветви будет наибольшей. Кроме того, при этом направления токов всех проводников, лежащих под одним полюсом, будут одинаковы, и поэтому развиваемый электромагнитный момент будет максимальным. Следовательно, такое устройство обмотки и такое расположение щеток являются наиболее выгодными. Небольшое отклонение шага y1 от полного не оказывает заметного влияния на значения электродвижущей силы и вращающего момента, так как изменение направлений электродвижущих сил и токов при этом происходит только в таких проводниках параллельной ветви, которые располагаются вблизи нейтрали, то есть в зоне слабого магнитного поля.

Расположение параллельных ветвей в пространстве относительно неподвижных полюсов определяется положением щеток и также неизменно. При вращении якоря секции переходят попеременно из одной ветви в другую, причем во время такого перехода секция замыкается накоротко щеткой и в ней происходит изменение направление тока, например от значения +iа до значения –iа. Это явление называется коммутацией секции. Явления в короткозамкнутой секции влияют, как уже указывалось, на значения токов в щеточном контакте и на работу щеток. Совокупность явлений, связанных с замыканием секций накоротко щетками, переходом этих секций из одних параллельных ветвей обмотки в другие и передачей тока через скользящий контакт между коллектором и щеткой, называется коммутацией машины. Подобно вопросы коммутации рассматриваются в статье “Процесс коммутации”.

Число катушечных групп

В двухслойных обмотках число катушечных групп механически увеличивается в два раза, однако, по сравнению с однослойной обмоткой, с числом витков в каждой секции меньшим в два раза, тогда:

(20)

image063.png

где – число катушечных групп в одной фазе двухслойной обмотки.

image064.pngimage065.png

Так как каждую пару полюсов создают все три фазы переменного тока, следовательно:

(21)

image066.pngimage067.png

Число электрических градусов на один паз

В расточке статора асинхронного двигателя одна пара полюсов составляет 360 электрических градусов. Это наглядно видно на рисунке 2.

Изменение ЭДС под полюсами

Рисунок 2. Изменение ЭДС под полюсами.

При прохождении проводника под одной парой полюсов в расточке статора полностью за один оборот ЭДС в нём (возникает) изменяется по синусоиде. При этом происходит полный цикл изменения, который составляет 360 электрических градусов (рисунок. 2).

Число электрических градусов, приходящихся на паз, или угловой сдвиг между рядом лежащими пазами:

(22)

image069.pngimage070.png

Уравнительные соединения

В идеальных условиях, когда обмотка симметрична и потоки всех полюсов равны, электродвижущие силы всех ветвей также равны и ветви нагружаются токами равномерно. Однако в действительности из-за производственных и иных отклонений (неодинаковый воздушный зазор под разными полюсами, неоднородность материалов сердечников и тому подобного) потоки отдельных полюсов не будут в точности равны. При этом электродвижущие силы ветвей простой петлевой обмотки также не будут равны, так как ветви сдвинуты относительно друг друга на одно полюсное деление (рисунок 3).

Предположим, что на рисунке 4 электродвижущие силы нижних ветвей больше, чем электродвижущие силы верхних ветвей. При этом уже при холостом ходе генератора, когда Iа = iа = 0, внутри обмотки будут циркулировать уравнительные токи iур, которые замыкаются через щетки одинаковой полярности и соединительные провода или шины между ними. Так как внутреннее сопротивление обмотки мало, то эти токи могут быть значительными уже при небольшой разнице в потоках отдельных полюсов. При работе машины токи нагрузки щеток 2 × iа будут алгебраически складываться с токами 2 × iур, в результате чего щетки В1, В2 окажутся перегруженными, а щетки А1, А2 – недогруженными. Правильная работа щеток при этом может нарушиться. Еще более серьезное влияние на условия работы щеток оказывает нарушение баланса электродвижущих сил в короткозамкнутых секциях, вызванное уравнительными токами.

Для того чтобы разгрузить щетки от уравнительных токов и дать этим токам возможность замкнуться внутри самой обмотки, обмотка снабжается уравнительными соединениями, или уравнителями. Уравнители соединяют внутри обмотки точки, которые теоретически имеют равные потенциалы.

Как было установлено выше, эти точки сдвинуты на пару полюсов или при 2×p = 4 на половину окружности якоря или коллектора. Одно уравнительное соединение показано на рисунке 4 штриховой линией аб по вертикальному диаметру. Так как сопротивление щеточных контактов значительно больше сопротивления уравнительного провода, то токи iур замыкаются по этому проводу, минуя щетки, как показано на рисунке 4. Такие соединения, применяемые в простых петлевых обмотках, называются уравнителями первого рода.

На векторных диаграммах при наличии равнопотенциальных точек концы или начала векторов соответствующих секций совпадают.

Уравнители выполняются либо на стороне коллектора (и тогда они соединяют пластины с равными потенциалами), либо на противоположной от коллектора стороне (и тогда они соединяют равнопотенциальные точки лобовых частей секций). Шаг уравнителей yур равен потенциальному шагу обмотки yп:

При равенстве потоков полюсов токи в уравнителях не возникают. На рисунке 3 штриховыми линиями показаны два уравнителя первого рода.

Уравнители
Рисунок 6. Уравнители (2), размещенные под лобовыми частями (1) на стороне якоря, противоположной коллектору

Для достижения надлежащего эффекта при всех положениях вращающегося якоря обмотку нужно снабдить достаточным числом уравнителей. Из рассмотрения многоугольника электродвижущих сил (рисунок 5) видно, что максимальное число возможных уравнителей первого рода на одной стороне якоря равно K/p, причем каждый из них соединяет p точек равного потенциала. Полным количеством уравнителей снабжаются только крупные машины с тяжелыми условиями коммутации тока. В остальных случаях выполняют от 1/3 до 1/6 всех возможных уравнителей или один уравнитель на один-два паза машины. При этом их размещают равномерно по окружности якоря. Сечение уравнителей берут равным 20 – 50% сечения витка обмотки якоря. На рисунке 6 показан один из вариантов конструктивного выполнения уравнителей.

Протекающие по обмотке уравнительные токи являются переменными, и по правилу Ленца они создают магнитное поле, которое стремиться  устранить неравенство потоков полюсов. Поэтому наличие уравнителей приводит также к значительному ослаблению уравнительных токов.

Число параллельных ветвей

Параллельные ветви в обмотке асинхронного двигателя делаются для сокращения сечения обычного провода, кроме того, это даёт возможность лучше загрузить магнитную систему машины.

Катушечные группы фаз можно соединять последовательно (а=1), параллельно (а=q)и комбинированно (1<а<q).

Для нашего случая применяем, а=1.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...