Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические машины

Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке - 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила (ЭДС), индуктируемая в фазе обмотки переменного тока, представляет собой сумму ЭДС ее простейших элементов - секций. Поэтому сначала рассмотрим ЭДС секции.
Пусть секция имеет  витков. Шаг секции . Поместим эту секцию в синусоидально распределенное магнитное поле, вращающееся с угловой частотой w вдоль координаты a (рис. 3.17),
,
где  - амплитуда первой гармоники магнитной индукции поля.
В соответствии с законом электромагнитной индукции в секции возникнет ЭДС
,
где  - полное потокосцепление секции с магнитным полем;  - элемент площади секции, пронизываемой магнитным потоком;  - активная длина секции.
Интегрируя кривую распределения магнитной индукции  по ширине секции, получим
,
где  - максимальный поток, сцепленный с секцией.
Отсюда следует, что полное потокосцепление секции  изменяется во времени по гармоническому закону, достигая максимального значения в момент, когда ось поля совпадает с магнитной осью секции.
ЭДС секции                     
отстает от потокосцепления  на угол , а ее амплитуда превышает амплитуду потокосцепления в w раз,
.
Действующее значение ЭДС секции
.


ЭДС уменьшается вследствие уменьшения максимального потокосцепления

Если секция имеет укороченный шаг , то ее ЭДС уменьшается вследствие уменьшения максимального потокосцепления (рис. 3.18). Ширина секции в угловом измерении

.

Интегрируя кривую распределения индукции  в пределах от  до , получим
,
где  - коэффициент укорочения.
Следовательно, ЭДС секции с укороченным шагом

и ее действующее значение  уменьшается.
Рассмотрим теперь ЭДС катушечной группы, состоящей из q секций. ЭДС секций сдвинуты  относительно друг друга на угол
.
На рис. 3.19, а показана катушечная группа, состоящая из  секций с полным шагом .
ЭДС катушечной группы


меньше арифметической суммы отдельных секций  (см. рис. 3.19, б) на величину коэффициента распределения
,
поэтому .
Если секции имеют укороченный шаг, то действующее значение ЭДС катушечной группы выражается формулой
,
где  - обмоточный коэффициент.
Фаза обмотки образуется из катушечных групп. Общее число катушечных групп в фазе двухслойной обмотки равно числу полюсов 2р, причем в каждую параллельную ветвь фазы включается  катушечных групп. ЭДС одной параллельной ветви образует ЭДС фазы
,
где  - число последовательно соединенных витков фазы.
В реальных электрических машинах распределение магнитного поля в воздушном зазоре отличается от синусоидального. Высшие гармоники появляются в результате несинусоидального распределения МДС, наличия пазов на статоре и роторе, насыщения стали, а также других причин. Магнитное поле высших гармоник имеет в n раз больше полюсов, чем первая гармоника, и вращается с угловой частотой . Если , то в фазной ЭДС появляются высшие  гармоники частоты
,  
Высшие гармоники ЭДС искажают напряжение сети, что приводит к дополнительным потерям в электроприемниках и самой сети. Высшие гармоники являются также причиной шумов и вибраций в электрических машинах. Поэтому в электрических машинах принимаются меры к подавлению высших гармоник. Первой из таких мер является улучшение формы кривой распределения самого поля. Однако получить строго синусоидальное поле не удается. В связи с этим для улучшения формы ЭДС используют укорочение шага обмотки, распределение обмотки и скос пазов.


секция с шагом

Укорочение шага обмотки позволяет подавить любую гармонику ЭДС. На рис. 3.20 показана секция с шагом . При этом шаге потокосцепление секции с пятой гармоникой поля равно нулю для любого момента времени, поэтому .
Если выбрать шаг , то можно подавить седьмую гармонику ЭДС. В общем случае при  уничтожается n гармоника ЭДС. Достичь одновременного подавления всех гармоник укорочением шага не удается. Обычно шаг секции выбирают в зоне , что ведет к наибольшему ослаблению пятой и седьмой гармоник.
Распределение обмотки () позволяет уменьшить ЭДС ряда высших гармоник за счет того, что в катушечной группе они складываются под большими углами


В трехфазных обмотках применяют соединение в звезду или треугольникскос пазов


и, следовательно, .
Однако при целом q ЭДС гармоник зубцового порядка  подавить таким способом не удается, поскольку их обмоточные коэффициенты оказываются равными обмоточному коэффициенту первой гармоники
.


Эффективным способом подавления зубцовых гармоник является скос пазов (рис.3.21). Скос пазов выполняется на одно зубцовое деление , при этом ЭДС зубцовой гармоники по длине активной стороны секции меняет фазу от 0 до 2p так, что ЭДС  на одной половине проводника действует встречно ЭДС  на другой половине и их суммарное значение равно нулю. Скос пазов применяется для машин малой мощности, где его легче реализовать.
На форму ЭДС оказывает влияние также схема соединения обмотки.
В трехфазных обмотках применяют соединение в звезду или треугольник (рис. 3.22).
Гармоники ЭДС, кратные трем, в трехфазной обмотке совпадают по фазе, поэтому при соединении обмотки в звезду в линейных напряжениях эти гармоники отсутствуют. При соединении обмотки в треугольник линейное напряжение равно фазному, но гармоник, кратных трем, в них также не будет. Это связано с тем, что ЭДС третьих гармоник, складываясь, вызывают ток в контуре треугольника. Падение напряжения от этого тока полностью компенсирует ЭДС третьей гармоники. Однако соединения обмотки в треугольник стараются избежать, так как возникающие при этом токи вызывают дополнительные потери и нагрев обмотки.



 
« Электрические аппараты и оборудование выше 1000В
электрические сети