Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Проектирование электрических машин переменного тока

Схемы статорных обмоток - Проектирование электрических машин переменного тока

Оглавление
Проектирование электрических машин переменного тока
Требования, предъявляемые к проектируемой машине
Основные элементы конструкции
Формулировка задачи проектирования
Магнитная цепь
Рассеяние обмоток возбуждения
Магнитное поле в сердечнике статора и ротора
Ток ротора и поле в воздушном зазоре под нагрузкой
Обмотки статоров
Схемы статорных обмоток
Транспозиция элементарных проводников статорной обмотки
Роторные обмотки
Обмотки асинхронных машин
Основные условия разработки конструкции
Основные конструктивные элементы статоров
Основные конструктивные элементы роторов
Вопросы конструкции, связанные с системой охлаждения
Турбогенераторы
Основные параметры турбогенераторов
Параметры возбуждения и охлаждающей воды
Общая компоновка турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки статора турбогенераторов
Особенности конструкции обмотки ротора турбогенераторов
Задание по проектированию
Основные принципы проектирования обмоток с непосредственным охлаждением
Основные размеры
Электрические нагрузки
Магнитные нагрузки
Обмоточные данные ротора
Предварительный выбор размеров асинхронных машин при проектировании
Конструктивное исполнение асинхронных общепромышленных серий
Конструктивное исполнение асинхронных двигателей для особых условий эксплуатации
Диаметр и длина сердечника явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных машин
Конструктивное исполнение полюсов явнополюсных  роторов гидрогенераторов
Конструктивное исполнение явнополюсных синхронных  компенсаторов
Оптимизация проекта
Проектирование гидрогенераторов с помощью ЭВМ
Проектирование асинхронных машин с частотным управлением на минимум веса
Проектирование асинхронных двигателей на минимум приведенной стоимости
  1. Трехфазные двухслойные обмотки с целым q. Трехфазные двухслойные обмотки с целым q обычно выполняются с шестью фазовыми зонами. Каждая катушечная группа состоит из q катушек. Удобно при составлении схемы расположить фазовые группы следующим образом: АС'ВА'СВ'. Число катушек в каждой группе q.

Можно пользоваться табличной записью схемы: тогда составляется таблица из числа клеток, равных числу пазов в машине z1, и каждой клетке приписывается порядковый номер паза. Число вертикальных столбцов должно приниматься равным числу пазов на два полюса, т. е. 6q, число горизонтальных рядов — равным числу пар полюсов, т. е. Р=z1/(6q).

Ряс. 4-17. Табличная схема петлевой обмотки с целым q : т = 3, т' = 6, q = 3, 2р = 6, z' = 54, α1 = 1
Такая табличная схема, например, показана па рис. 4-17. Катушки, расположенные в таблице друг под другом, будут отстоять па ширину двойного полюсного деления 2τ=6q; катушки, расположенные рядом, будут отстоять друг от друга на одно пазовое деление.
Поскольку для петлевой обмотки результирующая ширина катушки равняется одному пазовому делению, катушки в пределах каждой фазовой зоны должны соединяться по горизонтали. Катушечные группы могут соединяться друг с другом прямыми или косыми межполюсными перемычками.
Прямыми обычно называют перемычки, расположенные в одном слое, т. е. соединяющие либо верхние, либо нижние стороны катушек; коске перемычки соединяют верхнюю сторону одной катушки с нижней стороной другой катушки. Для того чтобы в петлевых обмотках сократить длину межполюсных перемычек, их обычно выполняют прямыми.
Если с помощью межполюсных перемычек замкнуть всю фазу саму на себя, то число перемычек в каждой фазе составит 2р, а общая длина их будет равна длине окружности статора. Разомкнув любую перемычку в удобном по конструктивным соображениям месте, получим последовательное соединение фазы с одной параллельной ветвью. Схема такой обмотки представлена на рис. 4-18, а.
Образование симметричных ветвей в фазе не представляет особого труда; при этом необходимо помнить, что если направления э. д. с. в катушках одной фазовой зоны (например, А) условно принять от начала к концу, то в другой фазовой зоне (А') направление э. д. с. будет от конца к началу катушки. Схема, аналогичная рис. 4-18, а, но с двумя параллельными ветвями в каждой фазе представлена на рис. 4-18, б.
Для волновой обмотки результирующая ширина катушки равна двойному полюсному делению, поэтому катушки, расположенные друг под другом в таблице, будут нормально соединяться по вертикали таблицы с помощью лобовых частей, без всяких перемычек. Нетрудно видеть, что число таких вертикальных ходов в каждой фазовой зоне будет q. Каждый вертикальный

ход замкнется сам на себя. Следует разомкнуть каждым ход и косой перемычкой, по длине равной одному пазовому делению, соединить последовательно все ходы одной фазовой зоны (рис. 4-19).

Рис. 4-18. Схема петлевой обмотки с целым q при a1=1 (a), α1 = 2 (б) т = 3, т' — 6,  q= 3, 2р = 6, Ζ1 = 51


Рис. 4-19. Табличная схема волновой обмотки с целым q: т = 3, т' = 0, q = 3, 2р = 6, z1 = 54, а1 = 1
Обе фазовые зоны замыкаются двумя прямыми между полюсными перемычками; естественно одну из них разомкнуть для образования начала и конца фазы с одном параллельной ветвью. Схема такой обмотки представлена на рис. 4-20.
Нетрудно видеть, что при образовании параллельных ветвей (если число их больше двух) число между полюсных перемычек будет возрастать.
Как петлевая, так и волновая обмотка, если число параллельных ветвей a1 ≤2р, может быть выполнена либо сосредоточенной, либо распределенной.
Сосредоточенные параллельные ветви располагаются под соседними полюсами и таким образом занимают определенный сектор статора, как,
например, на рис. 4-18, б. Распределенные параллельные ветви обегают весь статор или большую часть его (рис. 4-20, б).
Если воздушный зазор вследствие различных технологических причин оказывается неравномерным вдоль окружности статора, то э д. с. в сосредоточенных параллельных ветвях могут отличаться друг от друга и под действием разности э. д. с. параллельные ветви будут обтекаться уравнительными токами. Распределенные параллельные ветви нечувствительны к неравномерной ширине воздушного зазора машины.

Рис. 4-20. Схема волновой обмотки с целым q при a1= 1 (a), а1 = 2 (б), m = 3, т' = 6, q = 3, 2р = 6, z1= 54
Следует отметить, что уравнительные токи в сосредоточенных ветвях стремятся выровнять распределение магнитного потока под полюсами и таким образом компенсируют до некоторой степени неравномерность воздушного зазора. Поэтому применение сосредоточенных параллельных ветвей полезно там, где необходимо, например, уменьшать одностороннее магнитное тяжение, которое может иметь место при неравномерном воздушном зазоре вдоль окружности статора.

  1. Симметричные трехфазные обмотки с дробным q. При составлении схем обмоток с дробным q необходимо в первую очередь составить чередование катушечных групп. Наиболее распространенным является чередование катушечных групп, обеспечивающее максимальный коэффициент распределения. Чередование катушечных групп в этом случае может быть определено следующим образом [4-12]. В каждой катушечной группе будет, как известно, b катушек или b + 1. Чередование катушечных групп определится, если составить таблицу из с строк и d столбцов, причем первый столбец имеет b + 1 катушку, второй — уже b катушек с последующим дополнением в b + 1 катушку и т. д., пока не образуется полностью заполненная таблица.

Например, если q = 23/7, то с = 3, d — с = 4) b + 1 = 3, то и катушечный ряд будет определяться любой строкой полученного столбца, например:
.

Рис. 4-21. Табличная схема волновой обмотки с дробным q
т = 3, m' = 6, q = 2,5 zэ = 102, Bp = 15, а1 = 1
После того как определено чередование катушечных групп, следует построить табличную схему обмотки. Число квадратиков в такой таблице должно соответствовать числу zэ элементарной машины по (4-45) или (4-49).


Число квадратиков в каждой строке должно быть равно результирующей ширине катушки по (4-63). Пример такой таблицы приведен на рис. 4-21. Здесь число вертикальных ходов оказывается значительно большим, чем при целом q, поскольку фазовые зоны при дробном q ограничены ступенчатой линией.
Для катушечной петлевой обмотки после определения табличной формы соединение между группами не представляет особых осложнений но сравнению с петлевой обмоткой при целом q, причем число перемычек в обоих случаях равно.
Для волновой же обмотки ступенчатый характер ограничения фазовых зон требует введения большего числа перемычек, чем при целом q. Однако обычно для хорошо составленной волновой обмотки число перемычек оказывается и при дробном q меньшим, чем для петлевой обмотки с тем же q. Число нормальных ходов волновой обмотки с дробным q существенно больше, чем при целом q. Если, например, начать обход обмотки из паза 35, то нормальный ход будет ограничен пазом 8, после чего можно будет сделать прямую перемычку в паз 15 и нормально пройти до паза 57, далее следует косая перемычка в паз 43 и т. д. Здесь «—» обозначает нормальный ход, _| прямую перемычку, _|- косую перемычку. Схема рассматриваемой обмотки показана на рис. 4-22.
При составлении схем обмоток с дробным q следует также обращать внимание на содержание низших гармонических в кривой н. с. Как уже отмечалось в § 4-4, при неблагоприятном чередовании катушечных групп влияние низших гармонических н. с. может отрицательно сказаться на вибрационном состоянии сердечника статора. Более подробно составление схем с дробным q рассмотрено в специальной литературе [4-1], [4-11], [4-14], а также в гл. 9, где показан пример составления волновой схемы многополюсного гидрогенератора.                             

Рис. 4-22. Схема волновой обмотки с дробным q:
т = 3, m' = 6, q = 2,5, zэ = 102, Вp = 15, а1 = 1.

3. Несимметричные трехфазные обмотки с целым q. Для двухполюсных турбогенераторов иногда применяют обмотки с числом параллельных ветвей а1, большим, чем число полюсов 2р. В этом случае обмотки несимметричны.
Наиболее употребительными являются схемы обмоток с а1 = 4 и 3 при 2р = 2. При составлении таких схем стремятся добиться, чтобы несимметрия в ветвях по величине э. д. с. и по фазе была по возможности минимальной. Правила составления некоторых несимметричных схем изложены в 12-101, (4-3]. В общем случае следует прибегать к сравнению вариантов. Не излагая здесь подробно самих методов составления таких схем, приведем наилучшие варианты для двухполюсных машин с α1 = 4.

Рис. 4-23. Нумерация векторов пазовых э. д. с. при а1= 4, 2р = 2 (я), вектора э. д. с. обмотки с равными амплитудами (б) и синфазной обмотки (а)
Если на одном полюсе располагаются две параллельные ветви, они могут иметь равные амплитуды э. д. с., но при этом не совпадать по фазе или э. д. с. этих ветвей будут совпадать по фазе, но несколько отличаться по амплитуде. В первом случае обмотки будут называться несимметричными с равными амплитудами э. д. с., во втором случае — несимметричными синфазными обмотками. Данные обмоток с равными амплитудами э. д. с., имеющих наименьший угол расхождения, представлены в табл. 4-11 в зависимости от q, данные синфазных обмоток, имеющих наименьшую разность э. д. с., представлены в табл. 4-12. Принятая нумерация векторов показана на рис. 4-23.
Для того чтобы выполнить обмотку с а1 = 4 при 2р= 2, необходимо, чтобы число пазов на полюс и фазу q было кратно 2, если схема выполняется с равными амплитудами э. д. с., и кратно 4, если схема принимается синфазной. Схема петлевой синфазной обмотки с q= 12 и  q= 4 показана на рис. 4-24, а. При q, равном 9, 12 и 15, синфазные обмотки могут быть выполнены с a1 = 3.                                                             


Рис. 4-24. Схема синфазной обмотки (а) т = 3, т' = 6, z' = 72, р = 12, 2р = 2, a1 = 4


Рис. 4-24. Схема шестифазной обмотки (б)

                                                                                                                Таблица 4-11
Номера векторов одной ветви обмотки с равными амплитудами э. д. с. (а = 4)

Таблица 4-12

Номера векторов одной ветви синфазной обмотки (а = 4)

  1. Шестифазные обмотки. Как уже отмечалось, для синхронных машин применяются шестифазные обмотки с т = 12. Составление таких схем принципиальных затруднений встречать не должно. Пример такой схемы приведен на рис. 4-24, б.


 
« Продолжительность сушки электрических машин   Пропитка и сушка электродвигателей »
электрические сети