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

Обмотки асинхронных машин - 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

Обмотки роторов асинхронных машин, как уже отмечалось, выполняются либо короткозамкнутыми, либо фазными с контактными кольцами.
Короткозамкнутые обмотки конструктивно являются очень несложными и весьма надежными и простыми в эксплуатации. Поэтому большинство асинхронных двигателей выполняется с короткозамкнутыми роторными обмотками.
Применение фазной роторной обмотки с кольцами всегда обусловливается тяжелыми условиями пуска приводимого механизма или необходимостью регулировать скорость вращения. Выполнение фазных обмоток существенно сложнее, чем короткозамкнутых, и, кроме того, конструкция и обслуживание усложняются наличием контактных колец, угольных щеток и пусковых сопротивлений, включаемых в цепь ротора во время пуска.
Короткозамкнутые роторные обмотки могут выполняться в виде беличьей клетки или в виде короткозамкнутой фазной обмотки. Обмотки в виде беличьей клетки как более простые и дешевые получили наибольшее распространение.
Обмотка в виде клетки может быть выполнена при любом числе полюсов и поэтому применяется, в частности, при переключении полюсов обмотки статора. Беличья клетка обладает достаточной конструктивной простотой и малым расходом меди, так как лобовые части такой обмотки относительно коротки. Для машин малой мощности беличья клетка может выполняться литой из алюминия.
Для системы, состоящей из  пар полюсов и пазов, короткозамкнутая клетка может рассматриваться как многофазная обмотка с одним пазом на полюс и фазу и числом фаз m3 = z/p.
Как известно, многофазная обмотка с числом пазов на полюс и фазу q2 = 1 содержит в н. с. реакции, кроме основной гармонической с числом пар полюсов р, только зубцовые гармонические порядка
(5-1)
следовательно, н. с, реакции короткозамкнутой клетки будет иметь вид
(5-2)
где k=0, 1, 2, 3, . .; ω2 = ωs— круговая частота тока относительно ротора; θ2— текущая угловая координата относительно ротора; I2 — ток в стержне ротора z2/р-фазной системы; t — время; s = (ω — ωr)/ω — скольжение.        
Таким образом, спектр гармонических в кривой н. с. ротора будет определяться в первую очередь содержанием гармонических в н. с. статора и обмоточными характеристиками самой роторной обмотки.
Для того чтобы содержание гармонических в кривой н. с. статорной обмотки было достаточно благоприятным, такие обмотки выполняются обычно
с целым или с дробным, вида
Асинхронные машины выполняются с относительно узким воздушным зазором, поэтому в кривой н. с., помимо основной гармонической, наиболее сильно выражены зубцовые гармонические, т. е. гармонические порядка vz1 = 1 ± kz2/p, к = 1, 2, 3, . . .
Первая зубцовая гармоническая (k = 1) имеет большое значение в теории асинхронных машин с короткозамкнутым ротором.
Схема короткозамкнутой обмотки в виде беличьей клетки показана на рис. 5-8.
Короткозамкнутая обмотка может быть выполнена в виде фазной обмотки. Схема обмотки в этом случае может быть волновой или петлевой. На рис. 5-9 показана двухслойная петлевая восемнадцатифазная короткозамкнутая обмотка с числом пазов z3= 36 и р = 2. По своему конструктивному выполнению фазная короткозамкнутая обмотка является более сложной. Поэтому она применяется относительно редко.
К преимуществам таких обмоток следует отнести отсутствие короткозамкнутых колец, в которых протекают большие токи. Кроме того, с помощью сокращения шага могут быть подавлены нежелательные гармонические н. с.
В фазной короткозамкнутой обмотке число фаз в общем случае будет для двухслойной обмотки m2=z2J/(2p), для однослойной обмотки m2= z2/(2р). поэтому н. с. ротора от тока основной гармонической статора будет определяться той же формулой (5-2) и, следовательно, в их кривой, помимо основной, будут содержаться только зубцовые гармонические.

Рис. 5-8. Схема короткозамкнутой беличьей клетки с числом пазов z2= 36

В общем случае выражение для н. с. фазной обмотки ротора будет соответствовать формуле (5-6). Количественное содержание гармонических будет определяться электрическими свойствами обмоток, т. е. в первую очередь их обмоточными коэффициентами. В этом отношении короткозамкнутые клетки имеют менее благоприятные характеристики, чем фазные обмотки.
Короткозамкнутые клетки являются достаточно чувствительными к содержанию высших гармонических, и в первую очередь зубцовых гармонических в н. с. обмотки статора.

Рис. 5-9. Схема двухслойной петлевой восемнадцатифазной короткозамкнутой обмотки с диаметральным шагом; z2= 36, р=2
При применении короткозамкнутых клеток во время пуска могут возникнуть большие пусковые токи и относительно малые пусковые моменты. Для компенсации этого недостатка применяются глубокопазные и двойные обмотки (см. рис. 8-8). Для глубокопазных обмоток большое распространение получили стержни с бутылочным профилем.
Обмотки с двойной клеткой могут выполняться из различного материала, причем верхняя (пусковая) клетка должна в этом случае иметь большее удельное электрическое сопротивление, чем нижняя (рабочая) клетка. Коэффициенты увеличения активного сопротивления для пазов различного профиля приведены на рис. 8-15.



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