Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические машины

Устройство многофазных обмоток - Электрические машины

Оглавление
Электрические машины
Основные электромагнитные схемы электрических машин
Устройство многофазных обмоток
Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
Асинхронные машины
Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Механическая характеристика асинхронной машины
Статическая устойчивость асинхронной машины
Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
Пуск асинхронных двигателей
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели
Генераторный режим асинхронной машины
Трансформаторный режим асинхронной машины
Синхронные машины
Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
Уравнения напряжений и векторные диаграммы
Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
Работа на автономную нагрузку
Параллельная работа синхронных машин
Включение генератора в сеть
Регулирование активной мощности синхронной машины
Регулирование реактивной мощности синхронной машины
Угловая характеристика синхронной машины
Статическая устойчивость синхронной машины
U-образные характеристики
Синхронные двигатели
Синхронные компенсаторы
Несимметричные режимы синхронных генераторов
Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
Машины постоянного тока
ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
Коммутация
Генераторы постоянного тока
Характеристики генераторов с самовозбуждением
Параллельная работа генераторов постоянного тока
Двигатели постоянного тока
Характеристики двигателя постоянного тока
Регулирование частоты вращения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие вопросы теории электрических машин
переменного тока

Устройство многофазных обмоток

Принцип образования вращающегося магнитного поля

Принцип образования вращающегося магнитного поля

Многофазная обмотка в электрических машинах переменного тока должна создавать вращающееся магнитное поле с заданным числом полюсов. В случае трехфазной обмотки это требование выполняется, если ее разместить на цилиндрической поверхности так, чтобы магнитные оси фаз были сдвинуты в пространстве на 120°, и пропустить по фазам токи, сдвинутые во времени на  периода или на электрический угол 120°. Простейшая обмотка такого типа представлена на рис. 3.1.
Каждая фаза обмотки состоит из катушки, содержащей по одному витку с двумя активными сторонами: , , . Расстояние между активными сторонами  называется шагом обмотки.
На рис. 3.1, а показаны силовые линии результирующего магнитного поля для момента времени, когда ток фазы А положителен и равен своему амплитудному значению, а токи двух других фаз равны половине амплитуды и отрицательны (ток фазы принимается положительным, если направление силовых линий поля, созданного этим током, совпадает с положительным направлением магнитной оси фазы). Результирующее поле имеет два полюса. Ось этого поля совпадает с магнитной осью фазы А.
Через четверть периода ток фазы А становится равным нулю, а токи фаз В и С - равными, но противоположными по знаку (рис. 3.1, б). При этом ось результирующего магнитного поля поворачивается на 90° в направлении чередования фаз. Ясно, что за полный период изменения фазных токов ось результирующего поля совершит один оборот. Если частота тока равна , то за одну минуту поле совершит  оборотов.
Чтобы получить поле с четырьмя полюсами, необходимо каждую фазу выполнить из двух катушек с шагом, равным четверти длины окружности  и разместить их равномерно на внутренней поверхности статора, как показано на рис. 3.2.


поле с четырьмя полюсами

Катушки каждой фазы могут быть соединены последовательно либо параллельно. При подключении данной обмотки к симметричной системе трехфазного тока результирующее поле будет иметь четыре полюса. Это поле также является вращающимся, но за один период изменения тока поле совершает  оборота, так как каждая пара полюсов занимает  длины окружности статора. Число оборотов такого поля за минуту составит

.

Аналогично строится обмотка на  и т.д. полюсов. Шаг каждого витка многополюсной обмотки равен полюсному делению , а созданное ею поле вращается со скоростью  оборотов в минуту.

Основные типы обмоток

Обмотки переменного тока

Обмотки переменного тока состоят из секций (рис. 3.3).
Параллельные стороны секций укладываются в пазы на внутренней поверхности статора. Для беспрепятственной укладки секций в пазы ее активные стороны приходится располагать по высоте паза в двух слоях (рис. 3.4). Обмотка, состоящая из таких секций, называется двухслойной. Лобовые части секций двухслойной обмотки также располагаются в двух слоях, что дает возможность при укладке в пазы соседних секций избежать пересечения лобовых частей.
Существуют также и однослойные обмотки, но они менее технологичны, так как выполняются из секций, имеющих разные размеры и более сложную форму лобовых частей.


укладка секций в пазы

Свойства обмотки зависят от того, как секции расположены в пространстве и как они соединены между собой. Все это указывается с помощью схемы обмотки. Для удобства чтения схем стороны секций, лежащих в верхней части паза, изображают сплошной линией, а в нижней - пунктирной.
По характеру соединения секций различают петлевые и волновые обмотки. В петлевых обмотках секции, лежащие в соседних пазах и принадлежащие одной фазе, соединяют последовательно (рис. 3.5, а), а в волновых обмотках последовательно соединяют секции, расположенные на расстоянии  ( рис. 3.5, б).
Волновые обмотки с шагом  более экономичны, так как в них отсутствуют перемычки между секциями. Это преимущество особенно ощутимо в многополюсных обмотках с малым числом витков. Однако если шаг обмотки укороченный, то предпочтение отдается петлевым обмоткам. Укорочение шага (), выполняемое в целью подавления высших гармоник поля и ЭДС (см. пп. 3.2 и 3.3), приводит к уменьшению расхода проводникового материала на лобовые соединения в петлевых обмотках в отличие от волновых, где такой экономии не происходит. Полное число пазов статора z, в которые укладывается обмотка, распределяется между фазами равномерно, так что на фазу в пределах одного полюсного деления приходится  пазов, где m - число фаз. Число q определяет среднее число пазов на полюс и фазу и поэтому может быть как целым, так и дробным.
На рис. 3.6 представлена схема одной фазы трехфазной двухслойной петлевой обмотки со следующими параметрами: ;                      ;                       ;


петлевые обмотки секции

;          ;                .


схема одной фазы трехфазной двухслойной петлевой обмотки

При построении схемы обмотки все пазовое пространство разбивается на фазные зоны  и т.д. по q пазов в каждой фазной зоне. Маркировка фазных зон производится согласно обозначениям активных сторон одновитковых катушек (рис. 3.2). Секции, расположенные в фазной зоне, соединяются последовательно и образуют катушечную группу. Катушечные группы каждой фазы соединяются между собой либо последовательно, либо параллельно, но так, чтобы создаваемое ими магнитное поле имело заданное число полюсов. На рис. 3.6 показано последовательное соединение катушечных групп. В этом случае число параллельных ветвей фазы  . При параллельном соединении катушечных групп можно получить  или .
Для обмотки с дробным числом q на полюс и фазу число пазов в фазных зонах будет различно, поэтому задача разбиения пазового пространства на фазные зоны усложняется. Для ее решения запишем число пазов q в виде
,
где b - целая часть q;  - простая дробь.
Общее число пазов, приходящееся на одну фазу, должно быть целым,
целое число.
Отсюда следует, что целое число. Следовательно, знаменатель d определяет период повторяемости фазных зон. В пределах периода повторяемости «с» фазных зон будут иметь по «» пазов, а «» фазных зон будут иметь «b» пазов.
Рассмотрим схему обмотки с параметрами
;               ;                        ;
;              ;             .
Обмотка имеет дробное число q. Период повторяемости фазных зон . Причем  фазных зон будут содержать  паза, а  фазных зон будут содержать  паз. В соответствии с этими данными схема одной фазы обмотки будет иметь вид, показанный рис. 3.7.
Соединение секций в катушечные группы и формирование фаз для обмоток с дробным q производится аналогично обмоткам с целым q (рис. 3.6). Отличие состоит лишь в том, что максимальное число параллельных ветвей обмотки с дробным q в силу несимметрии катушечных групп зависит от периода их повторяемости d,
.
В петлевых обмотках с целым q максимальное число параллельных ветвей равно числу полюсов:
.



 
« Электрические аппараты и оборудование выше 1000В
электрические сети