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

Роторные обмотки - 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

ГЛАВА ПЯТАЯ
РОТОРНЫЕ ОБМОТКИ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Обмотки роторов машин переменного тока могут быть подразделены на роторные обмотки синхронных машин и роторные обмотки асинхронных машин.
Обмотки роторов синхронных машин по своему назначению и питанию подразделяются на обмотки возбуждения и демпферные, или пусковые, обмотки.
Обмотки роторов асинхронных машин выполняются либо короткозамкнутыми, либо фазными.
Обмотки возбуждения синхронных машин предназначены для создания в машине основного магнитного потока и питаются от источника постоянного тока. Этот источник может быть генератором постоянного тока или другим вращающимся или статическим устройством. В общем случае источник, питающий обмотку возбуждения, называется возбудителем.

Электрическая снизь между возбудителем и обмоткой возбуждения осуществляется в большинстве случаев посредством контактных колец, расположенных на роторе и соединенных с обмоткой возбуждения, и щеток, расположенных на неподвижной щеточной траверсе и соединенных с возбудителем. Скользящий электрический контакт между контактными кольцами и щетками может быть исключен из конструкции в случае применения так называемого бесщеточного возбуждения.
Идея последнего состоит в том, чтобы с валом ротора синхронной машины непосредственно сочленить обращенный синхронный генератор (возбудитель), причем полупроводниковые выпрямители и пени якоря обращенного синхронного возбудителя располагаются также на валу ротора. Вращающиеся выпрямители позволяют соединить электрически обмотку возбуждения с обращенным синхронным возбудителем без скользящего контакта.
Такая система возбуждения находит применение для турбогенераторов большом мощности. Обычно же синхронные машины имеют два контактных кольца на роторе для подсоединения к системе питания.
У маленьких синхронных машин иногда применяются полюсы из постоянных магнитов. Однако из-за малой мощности таких магнитов и невозможности регулирования и поддержания напряжения па зажимах машины применение полюсов из постоянных магнитов ограничивается узким круток специальных синхронных машин.
У большинства синхронных машин на роторе располагается также демпферная клетка. Для синхронных двигателей и синхронных компенсаторов эта обмотка может играть роль пусковой при асинхронном пуске указанных машин.
Демпферные обмотки образуются специальными стержнями и коротко- замыкающими сегментами из проводящих материалов. В неявнополюсных машинах роль демпферной обмотки играют также конструктивные элементы ротора: зубцы, клинья, бандажные кольца.

5-2. ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Обмотки возбуждения синхронных манны выполняются из меди специального профиля или стандартных изолированных проводников для машин малых мощностей.
Схема обмотки возбуждения синхронной явнополюсной машины
Рис. 5-1. Схема обмотки возбуждения синхронной явнополюсной машины
I — VI — полюсы машины
Явнополюсные синхронные машины обеспечивают необходимую форму потока и зазоре за счет неравномерного воздушного забора, обеспечиваемой формой полюсного наконечника. В связи с этим обмотки синхронных явнополюсных машин выполняются сосредоточенными. Схема такой обмотки показана на рис. 5-1.

Обычно катушки, расположенные рядом, имеют противоположную намотку. Это позволяет соединять рядом расположенные катушки (I—VI) верхними или нижними витками.
Для неявнополюсных машин характерным является постоянный по ширине воздушный зазор. В этом случае удовлетворительная форма поля в зазоре достигается за счет применения распределенной обмотки.
Схема обмотки возбуждения неявнополюсной синхронной машины
Рис. 5-2. Схема обмотки возбуждения неявнополюсной синхронной машины (I, II — полюсы машины): а — катушки с одинаковой намоткой; б — смежные катушки с противоположной намоткой

В таких машинах обмотка возбуждения располагается в радиальных пазах, распределенных по наружной поверхности бочки ротора. Обмотанные пазы обычно занимают от 2/3 до 3/4 наружной поверхности бочки ротора.
Необмотанная часть образует так называемый большой зубец, ось которого является осью магнитной системы ротора. В большинстве случаев схема обмотки возбуждения турбогенератора выполняется концентрической. Варианты таких схем показаны на рис. 5-2. Малые катушки, расположенные

возле большого зуба, имеют наименьший вылет лобовых частей. Обычно к ним подсоединяются шины токоподвода. Соединения между катушками одною полюса могут выполняться с- помощью перемычек, которые соединяют верхний виток одной катушки с нижним витком следующей (рис. 5-2, а). При таком соединении катушек все они должны иметь намотку в одном направлении.
На схеме рис. 5-2, б показано соединение между катушками одного полюса, которое обеспечивает выполнение перемычек по верхним или по нижним виткам. В этом случае четные катушки должны иметь намотку в одном направлении, а нечетные— в противоположном. Концентрическое выполнение обмоток обеспечивает простоту конструкции и достаточно хорошее распределение и. с. в зазоре. Последнее обстоятельство может быть обеспечено за счет неполностью обмотанной поверхности ротора.

Рис. 5-3. Петлевая схема обмотки возбуждения турбогенератора с непосредственным водяным охлаждением (подача и слив воды с одной стороны)

С электрической точки зрения концентрическая обмотка может рассматриваться как обмотка с диаметральным шагом. В этом случае обмоточный коэффициент определяется как коэффициент распределения коб2. Расчет коэффициента распределения для обмотки с диаметральным шагом представлен в гл. 7. Там же показано, что, применяя пазы различной глубины, можно достичь улучшенного распределения н. с. и потока в воздушном зазоре. Укорочение пазов малых катушек с успехом применяется для мощных турбогенераторов.
Концентрические обмотки применяются для неявнополюсных машин с воздушным и водородным охлаждением. Турбогенераторы с непосредственным водяным охлаждением малой и средней мощности также имеют концентрическую схему обмотки. Однако при создании турбогенераторов больших мощностей с непосредственным водяным охлаждением обмоток возбуждения возникают большие технические трудности с подачей и отводом воды к отдельным виткам концентрической обмотки. Дело в том, что доступ к лобовым частям ниткой малых катушек оказывается затрудненным, поэтому такие схемы применяются при катушечном или многокатушечном охлаждении обмотки.
С целью обеспечения одинакового доступа ко всем виткам обмотки в последнее время многие фирмы стали применять специальные схемы обмоток возбуждения, которые напоминают схемы статорных обмоток или якорных обмоток машин постоянного тока. Завод «Электросила», в частности, применяет схему роторной обмотки, повторяющую схему петлевой статорной обмотки. Такая схема показана на рис. 5-3. В этом случае головки всех лобовых частей находятся в одинаковом положении и являются легко доступными для подачи и отводе воды. В пазу обычно располагается четыре стержня. Таким образом, схема образуется двумя двухслойными обмотками, расположенными друг над другом.

Петлевая схема обмотки возбуждения турбогенератора с непосредственным водяным охлаждением
Рис. 5-4. Петлевая схема обмотки возбуждения турбогенератора с непосредственным водяным охлаждением (подача воды с одной стороны, слив — с другой): 1— подача воды, 2 - слив воды, 3 — электрическое соединение

Вода подается в каждую головку, причем подача и слип могут быть организованы как на одной, так и на разных сторонах по длине ротора. Модификация схемы с петлевой обмоткой применяется также фирмой «Парсонс. Схема обмотки этой фирмы показана на рис. 5-4.

Рис. 5-5. Смешанная схема обмотки возбуждения турбогенератора с непосредственным водяным охлаждением (концентрически-петлевая обмотка)


Рис. 5-6. Схема обмотки двухполюсного турбогенератора с продольно-поперечным возбуждением

Фирма ВВС разработала схему, которая сочетает в себе элементы петлевой и концентрической обмотки (рис. 5-5). Подача и слив воды производится на одной стороне ротора. При этом головки, в которые подается вода, и головки, из которых вода сливается, концентрируются на отдельных участках по окружности ротора.
Все рассмотренные обмотки относятся к обмоткам с продольным полем возбуждения. Последнее время для машин специального исполнения появляется интерес к так называемым обмоткам с продольно-поперечным возбуждением.

Принцип такого возбуждения показан на рис. 5-7. Ротор двухполюсного турбогенератора имеет две независимые обмотки I и II, магнитные оси которых расположены взаимно перпендикулярно. Каждая обмотка подсоединяется к своему источнику тока. В зависимости от величины и направления тока в обмотках результирующим поток может принимать произвольную величину и направление. Схема обмотки может быть выполнена и виде двух петлевых обмоток, сдвинутых друг относительно друга на 90о. Такая схема представлена на рис. 5-6.
Принцип действия продольно-поперечного возбуждения
Рис. 5-7. Принцип действия продольно-поперечного возбуждения
В нагрузочном генераторе мощностью 300 Мвт используется продольно-поперечная схема для имитации нагрузки на испытуемом генераторе. При атом роторы нагрузочной машины и испытуемого генератора соединяются механически с помощью полумуфт, а необходимый сдвиг между э. д. с. нагрузочной машины и испытуемого генератора создается за счет вращения результирующего поля нагрузочной машины. Охлаждение обмотки нагрузочной машины производится непосредственно водой.



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