Общие вопросы бесколлекторных машин

Основные соотношения

Обмотка статора бесколлекторной машины переменного тока (рис 3.1) располагается в пазах на внутренней поверхности сердечника статора. Она выполнятеся из медного изолированного провода круглого или прямоугольного сечения.

Элементом обмотки статора является одно- или многовитковая катушка. Элементы катушки, распологаемые в пазах называют пазовыми сторонами, а части, находящиеся вне пазови и служащие для соединения пазовых сторон, – лобовыми частями. Обмотки статора характеризуются параметрами:

числом фазных обмоток: m₁– однофазные (m₁ = 1) и многофазные, обычно трехфазные (m₁ = 3);шагом обмотки по пазам y₁ – с полным (даметральным) шагом ( ) и укороченным шагом (y₁ ).

Рисунок 3.1

Здесь т – полюсное деление,м:

где D1 – внутренний диаметр статора, м; p – число пар полюсов в обмотке статора.

Если шаг обмотки полный:

то ЭДС, индуцируемая в каждом витке катушки статора вращающимся магнитным полем, определяется арифметической суммой ЭДС сторон этого витка, т.е:

Если же шаг обмотки укороченный (y₁ ), то ЭДС витка определяется геометрической суммой ЭДС его пазовых сторон, т.е учитывается фазовый сдвиг этих ЭДС, при этом ЭДС витка, а следовательно, и ЭДС всей фазной обмотки Е_у уменькаются. Это уменьшение ЭДС, вызванное укорочением шагом обмотки, учитывается коэффициентом укорочения Коэффициент укорочения для ЭДС первой (основной) гармоники:

Для ЭДС любой гармоники ( v - номер гармоники ):

Ниже приведенны значения коэффициентов укорочения k_yv в зависимости от относительного шага обмотки для различных гармоник ЭДС:

Коэффициент укорочения	Относительный шаг β
Коэффициент укорочения	4/5	6/7	1
1-я гармоника	0,951	0,975	1,000
5-я гармоника	0,000	0,433	1,000
7-я гармоника	0,573	0,000	-1,000

По своей конструкции обмотки статора разделяются на сосредоточенные и распределенные. В сосредоточенных обмотках статора обмотка каждой фазы располагается в двух пазах, а в разделенной обмотке статора катушки каждой фазы занимают несколько пазов.

Распределение катушек в пазах сердечника статора вызывает некоторое уменьшение ЭДС катушечной группы распределенной обмотке E_г.р по сравнению с ЭДС катушечной группы сосредотооченной обмоткой Е_г.с(рис. 3.2 , а, б).

Рисунок 3.2

Для количественной оценки этого уменьшения ЭДС пользуются коэффициентом распределения обмотки, представляющим собой отношение ЭДС распределенной обмотки к ЭДС сосредоточенной обмотки:

Коэффициент распределения обмотки для первой гармоники ЭДС:

где – угол сдвига по фазе между векторами пазовых ЭДС, т.е. ЭДС, наводимых в проводниках, лежащих в соседних пазах статора, эл. град:

Так как угол сдвига по фазе между векторами пазовых ЭДС для v – й гармоники гармоники в v раз больше пазового угла , то коэффициент распределения обмотки для любой гармоники ЭДС равен:

Ниже приведенны значения коэффицента распределения для первой, пятой и седьмой гармоники ЭДС в зависимости от числа пазов на полюс и фазу:

Коэффициент разпределения k_p	Число пазов на полюс и фазу q₁
Коэффициент разпределения k_p	1	2	3	4	5	6
1-я гармоника	1,000	0,966	0,960	0,958	0,957	0,956	0,955
3-я гармоника	1,000	0,707	0,667	0,654	0,646	0,644	0,636
5- гармоника	1,000	0,259	0,217	0,204	0,200	0,197	0,191
7-я гармоника	-1,000	-0,259	-0,178	-0,157	-0,149	-0,145	-0,136

ЭДС фазной обмотки статора определяется выражением:

где Ф – основной магнитный поток:

В – магнитная индукция в воздушном зазоре между неподвижным статором и вращающимся ротором , Тл; – частота переменного тока в обмотке статора ( в сети );W₁ – число последовательно соединенных витков в фазной обмотке статора:

W_к – число витков в катушке обмотки статора; k_об1 = k_у1k_р1 – обмоточный коэффициент, учитывающий уменьшения ЭДС, вызванный укорочением шага катушки и распределенной конструкциейобмотки.

Задача 3.1

Статор трехфазной бесколлекторной машины переменного тока с внутренним диаметром D₁,длинной l₁,имеет число пазов Z₁,число пар полюсов р(табл.3.1). Определить ЭДС одной фазы обмотки статора,если шаг обмотки по пазам у₁= т,число витков в катушке W_к,магнитная индукция в воздушном зазоре машины В_b,а частота тока в питающей сети f₁= 50Гц.

Таблица 3.1

Параметр	Варианты
Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
D₁, м	0,22	0,25	0,32	0,18	0,36	0,48	0,26	0,32	0,28	0,52
l₁ , м	0,20	0,20	0,30	0,20	0,30	0,32	0,24	0,36	0,30	0,40
Z₁	36	48	48	36	48	54	30	42	48	60
р	2	2	2	1	4	3	1	2	3	4
W_к	4	3	3	3	2	2	4	3	4	2
В_b, Тл	0,78	0,80	0,70	0,75	1,0	1,0	0,80	0,75	1,0	0,80
Укорочение шага пазов	1	1	1	2	1	2	2	1	1	2

Решение:

1. Полюсное деление:

2. Основной магнитный поток:

3. Число последовательно соединенных витков в фазной обмотке статора:

4. Число пазов на полюс и фазу:

5. Коэффициент распределения и обмоточный коэффициент для первой (основной) гармоники:

6. ЭДС фазной обмотки:

7. Полный (диаметральный) шаг:

8. Укороченный шаг:

9. Относительный шаг:

10. Угол сдвига фаз между векторами пазовых ЭДС:

11. Коэффициент укорочения шага для гармоники ЭДС:

для первой (основной) гармоники (v=1):

для пятой гармоники (v=5):

для седьмой гармоники (v=7):

12. Коэффициенты распределения для 1, 5 и 7 гармоник при q₁=3:

13. Обмоточные коэффициенты:

14. ЭДС фазы основной гармоники:

Таким образом, укорочение шага обмотки на один паз привело к уменьшению ЭДС основной гармоники всего лишь на:

При этом ЭДС 5-й гармоники уменьшится на 35%, а седьмой гармоники – на 65%.

15. Линейная ЭДС при соединении обмоток «треугольником» останется равной фазной ЭДС Е_фу1=151 В, а при соединении «звездой», она будет равна:

Задача 3.2

Рассчитать параметры и начертить развернутую схему трехфазной двухслойной петлевой обмотки статора, по данным приведенным в таблице 3.2. Соединение катушечных групп последовательное (число параллельных ветвейа = 1). Определить величину основного магнитного потока Ф, если линейное значение ЭДС основной гармоники обмотки, соединенной в «звезду», равно Е_л, частота токаf = 50 Гц, число витков в катушке , число пар полюсов p, число пазов Z(табл. 3.2)

Таблица 3.2

Параметр	Варианты
Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
р	1	2	2	2	3	4	2	2	1	2
Укорочение шага пазов	2	2	1	1	1	1	2	0	1	0
Z₁	18	32	24	36	36	48	36	24	18	36
Е_л, В	220	660	380	660	220	380	660	220	380	660
	2	4	3	4	2	3	4	1	2	4

Решение:

1. Число пазов на полюс и фазу:

т.е. обмотка с целым числом пазов на полюс и фазу.

2. Шаг обмотки с учетом укорочения:

3. Пазовый угол:

4. Расстояние между началами фазных обмоток:

Выполнение развернутой схемы обмотки статора начинают с разметки листа на 18 пазов (рис.3.3). В пределах каждого паза проводят две вертикальные линии, изображающие пазовые стороны обмотки, - сплошную линию (пазовая сторона верхнего слоя) и пунктирную линию (пазовая стороны нижнего слоя). Затем изображают лобовые части обмотки. С этой целью верхний конец сплошной линии паза 1 соединяют с верхним концом пунктирной линии паза 8, т.е. паза, расположенного на расстоянии шага обмотки от паза 1. При этом половину лобовой части (отходящей от паза 1) изображают сплошной, а другую половину – пунктирной линиями. Нижний конец пунктирной линии паза 8 соединяют с нижним концом сплошной линии паза 2.

Рисунок 3.3 Развернутая схема трехфазной двухслойной обмотки статора:

Затем изображают об следующую катушку обмотки, для чего верхний конец сплошной линии паза 2 лобовой частью соединяют с верхним концом пунктирной линии паза 9, а нижний конец этой линии соединяют с нижним концом сплошной линии паза 3.

Аналогично соединив пазовые стороны паза 3 и паза 10, заканчивают построении первой катушечной группы фазной обмотки А, состоящей из q₁= 3 катушек. Начало первой катушечной группы обозначим H1A(совпадает с началом фазы C1), а конец катушечной группы обозначим К1A.

Всего в данной обмотке 18/3 = 6 катушечных групп, т.е. по две катушечной группы в каждой фазной обмотке. Построение второй катушечной группы начинают с его конца (обозначен К2A), которым является нижний конец пунктирной линии паза 1. Верхний конец этой линии соединяют с верхним концом сплошной линии паза 12 (отсчитываем шаг по пазам в обратном порядке). Затем соединяют пазовые стороны пазов 18, 11, 17 и 10. Нижний конец сплошной линии паза 10 является началом второй катушечной группы фазы A (обозначен Н2A) и он же является концом фазной обмотки фазы А (обозначен С4).

Отступив на пазов от начала фазы A, с пазовой стороны паза 7, начинают укладку двух катушечных групп фазной обмотки В (начало этой фазной обмотки обозначено С2). Закончив построение всех катушечных групп фазных обмоток в и С, получают развернутую схему обмотки (на рис. 3.3 обозначены начало и конец всех катушечных групп фазных обмоток).

При соединении катушечных групп следует иметь в виду: в каждой фазной обмотке конец первой катушечной группы соединяют с концом второй катушечной группы, начало всех первых катушечных групп являются началами фазных обмоток, а концы всех вторых катушечных групп – концами этих фазных обмоток.

Для проверки правильности выполнения схемы следует стрелками указать направление токов в катушках. Например, в пазовых сторонах катушки 1 ток направлен снизу вверх. Когда расставим все стрелки, то увидим, что все пазы статора разделились на две части – по числу полюсов . При этом в пазах 8, 9, 17 и 18 токи в газовых сторонах направлены встречно. Это несоответствие вызвано укорочением шага обмоток.

Если бы шаг был полным (диаметральным), то токи во всех пазах имели одинаковое направление. Обычно число пазов со встречным направлением токов в пазовых сторонах каждой полюсной зоны равно укорочению шага обмотки. В данном случае это число равно двум. Другим способом проверки правильности выполнения обмотки является одинаковое удаление друг от друга начал фазных обмоток и удаление их концов. В данной схеме это удаление составляет пазов.

5. ЭДС фазной обмотки:

6. Число витков в фазной обмотке, соединенных последовательно:

7. Относительный шаг обмотки по пазам:

8. Коэффициент укорочения для основной гармоники, приведенный на рис.3.2, k_y₁= 0,951

9. При q₁=3 коэффициент распределения k_p₁= 0,960. Следовательно, обмоточный коэффициент:

10. Основной магнитный поток:

Раздел 4

Асинхронные машины

Асинхронная машина представляет собой устройство, работающеев цепях переменного тока, причем частота вращения машины не равна частоте вращения магнитного поля, которое создается трехфазным током в обмотках статора.

Асинхронные машины широко используются в качестве приводных двигателей производственных механизмов. Вращение ротора осуществляется за счёт электроэнергии подаваемой из питающей сети на вход трехфазной обмотки статора.

Большая востребованность подобных устройств объясняется двумя их достоинствами – легкое и достаточно простое изготовление и отсутствие скользящего контакта в цепи ротора.

Существенным недостатком асинхронных машин является сравнительно малый пусковой момент и значительный пусковой ток.

Современные асинхронные двигатели разделяются по способам управления на следующие типы – реостатные; частотные; с переключением обмоток по схеме «звезда» – «треугольник»; импульсные, с изменением числа пар полюсов; с изменением амплитуды питающего напряжения; фазовые и амплитудно–фазовые, с включением в цепь подпитки статора реактора, или индуктивного сопротивления.

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 2533; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!