Обмотка ротора р1 р2 называется

Устройство 3-ф асинхронных и синхронных машин

В электрических машинах происходит преобразование механической энергии в электрическую (электрические генераторы) или электрической энергии в механическую (электрические двигатели) за счет энергии магнитного поля. Для усиления магнитного поля применяются ферромагнитные сердечники, в пазы которых закладываются обмотки, выполняемые, как правило, из меди (иногда — из алюминия). Сердечники и обмотки являются активными частями машины, так как они непосредственно участвуют в процессе преобразования энергии. Для крепления сердечников и обмоток, фиксации взаимного положения вращающейся (ротор) и неподвижной (статор) частей машины служат конструктивные части — станина, щиты, вал, подшипники и т. д.

1 Устройство асинхронных машин (рис. 16-1, левая половина). Сердечники статора и ротора набираются из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Предварительно листы лакируются (листы ротора — не всегда). Сердечник статора фиксируется в металлической станине (серый чугун, силумин, сталь), которая неподвижно закрепляется на фундаментной плите. Сердечник ротора насаживается либо непосредственно на вал, либо на сварную (литую) втулку, которая укрепляется на валу. Концы вала опираются на два подшипника. Между сердечниками статора и ротора имеется небольшой воздушный зазор. В пазах сердечника статора размещается многофазная якорная обмотка (см. раздел), в пазах сердечника ротора — или многофазная, обычно трехфазная якорная обмотка, подобная обмотке статора (двигатель с контактными кольцами), или короткозамкнутая обмотка типа беличьей клетки (см. раздел). В двигателях с контактными кольцами выводные концы обмотки ротора, фазы которой сопрягаются обычно в звезду, присоединяются к трем контактным кольцам. С помощью щеток, соприкасающихся с кольцами, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочное сопротивление или дополнительную э. д. с. для изменения пусковых или рабочих свойств машины; щетки позволяют также замкнуть обмотку накоротко.

Конкретное конструктивное оформление асинхронных машин очень разнообразно. Оно зависит от ряда факторов: от способа защиты от воздействия среды; от способа охлаждения; от габаритов машины и т. д.

2 Принцип действия асинхронного двигателя (рис. 16-2). Асинхронные машины используются главным образом в качестве электродвигателей. Асинхронный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя не только переменного тока, но и вообще электрического двигателя.

Токи частоты , потребляемые из сети и взаимно смещенные во времени на 120 эл. град, протекают по фазам обмотки статора, оси которых взаимно смещены в пространстве также на 120 эл. град, и образуют результирующую н. с. вращающуюся в пространстве со скоростью , где с — число пар полюсов обмотки, равное числу периодов магнитного поля (на рис. 16-2 каждая фаза обмотки машины с 2р = 2 показана в виде трех катушек). Намагничивающая сила F1 создает вращающееся магнитное поле (см. п. 5), которое наводит в обмотке ротора э. д. с. . Угловую скорость W1 и частоту вращения n магнитного поля называют синхронными — скоростью и частотой. Под действием э. д. с. в обмотке протекает ток .Ток несколько отстает по фазе от э. д. с. так как обмотка ротора имеет некоторое индуктивное сопротивление. В результате взаимодействия тока ротора вращающимся магнитным потоком Ф возникает вращающий электромагнитный момент , где j— угол сдвига по фазе между и . В режиме двигателя ротор под действием момента М приходит во вращение с некоторой скоростью W= 2pn в том же направлении, в каком вращается поле.

Относительную разность угловых скоростей или частот вращения поля и ротора называют скольжением

При изменении нагрузки в широком диапазоне (например, от холостого хода до номинальной) скорость ротора изменяется лишь на 3—5%. При номинальной нагрузке s= 0,03. 0,05,

В асинхронном двигателе частота вращения ротора должна быть меньше частоты вращения поля, так как в случае равенства этих частот в обмотке ротора ие наводилась бы э. д. с, не было бы тока 1 и не возникал бы вращающий электромагнитный момент; под действием которого ротор приходит во вращение. Это различие частот вращения магнитного поля и ротора и послужило причиной наименования рассматриваемых машин асинхронными. Оно также свойственно машине и при работе в режиме генератора и тормоза.

Частота э. д. с. и тока в обмотке ротора

Вращающийся поток машины Ф пропорционален результирующей н. с. обеих обмоток (н. с. вращаются в пространстве с одинаковыми скоростями). Он зависит от напряжения U1 частоты f1 питающей сети. При неизменных U1 и f1 поток Ф изменяется очень незначительно (2—3%) при изменении нагрузки двигателя в широком диапазоне (от холостого хода до номинальной).

При работе асинхронной машины в режиме двигателя и электромагнитный момент является вращающим. Если ротор привести во вращение с помощью постороннего двигателя со скоростью W>W1 (статор включен в сеть), то асинхронная машина будет работать в режиме генератора, отдавая активную мощность в сеть; при этом электромагнитный момент направлен навстречу внешнему вращающему моменту. Если ротор под действием внешнего момента вращается навстречу полю, т. е. W

В разделе принята следующая система обозначения выводов трехфазных обмоток: начала фаз обозначаются буквами А, В, С, концы фаз — соответственно буквами X,Y,Z. На рис. 16-2, 16-4 буквами А и А’; В и В’; С и С’ обозначены группы проводников обмоток фаз, в которых попарно ток протекает в противоположных направлениях.

Рис. 16-1. Устройство машин переменного тока.

1 -станина (корпус статора); 2 — сердечник статора; 3 — нажимная гребенка; 4 — шпонка; 5 — обмотка статора; 6а — обмотка ротора; 6с — обмотка возбуждения; 7а — соединительный хомутик обмотки ротора; 7с — демпферная обмотка; 8а — сердечник ротора; 8с — сердечник полюса; 9а — нажимная гребенка; 9с — нажимная шека полюса; 10с — ярмо ротора; 11 — токоподвод к контактным кольцам; 12 — контактные кольца; 13 — вал; 14 — стяжная шпилька.

Рис. 16-2. К объяснению принципа действия трехфазного асинхронного двигателя (2р-2).

Рис. 16-3. Размеры и устройство неявнополюсного ротора.

1 — массивный сердечник ротора (стальная поковка); 2 — большой зуб ротора; 3 — малый зуб ротора; 4 — осевой канал ротора; 5 -катушка обмотки возбуждения; 6 — аксиальный канал в большом зубе; 7 — стальной клин канала; 8 — клин; 9 — бандажное кольцо; 10 — центрирующее кольцо; 11 — выводы обмотки возбуждения; 12 — контактные кольца.

Распределение токов по фазам обмотки статора показано для момента времени, когда ток в фазе А имеет максимальное значение:

3 Устройство синхронной машины (рис. 16-1, правая половина). Статор синхронной машины принципиально устроен так же, как и статор асинхронной машины (см. п. 1). На роторе, вал которого опирается на подшипники, располагается обмотка возбуждения, имеющая такое же число полюсов 2р, как и обмотка статора. Обмотка возбуждения питается постоянным током через два контактных кольца и щетки от постороннего иточника. Обмотка возбуждения создает магнитное поле возбуждения. Конструктивное оформление ротора существенно зависит от частоты вращения машины. При n1500 об/мин (соответственно 2р4 при f= 50 Гц) применяется явнополюсное исполнение (явно выраженные полюсы)— рис. 16-1. При n=3000 об/мин (иногда при n=1500 об/мин), т. е. при 2р = 2(4) и f=50 Гц применяется неявнополюсное исполнение (неявно выраженные полюсы) — рис. 16-3.

Сердечник явнополюсного ротора состоит из полюсов и ярма, к которому они прикрепляются. Полюсы обычно собираются из штампованных листов стали марки Ст. 3 толщиной 1—1,5 мм, которые стягиваются коваными или литыми нажимными щеками. В отдельных случаях применяются массивные литые полюсы. Полюсы крепятся к ярму ротора с помощью либо болтов (машины малой и средней мощности с массивным ярмом), либо полюсных хвостов Т-образной (рис. 16-1) или иной формы. На каждом полюсе устанавливается катушка обмотки возбуждения (см. раздел).

Ярмо ротора выполняют массивным (сварное, литое) или шихтованным из штампованных листов стали марки Ст. 3 толщиной 1,5 — 6 мм (если листы штампуются) и до 100 мм (если листы вырезаются пламенем газовой горелки). Листы стягиваются шпильками. При малом наружном диаметре (до 2-4 м) ярмо изготовляется из сплошных листов и насаживается непосредственно на вал. При большом диаметре ярмо собирается из отдельных сегментов, которые крепятся к сварному ободу, жестко связанному с валом с помощью спиц. Для улучшения вентиляции машин, имеющих значительную осевую длину, Обод выполняется подразделенным на несколько пакетов, между которыми имеются каналы для прохождения охлаждающего воздуха к периферийным зонам ротора.

Сердечник неявнополюсного ротора (рис. 16-3) изготовляется как единое целое с хвостовиками (концами вала) из одной поковки из углеродистой (диаметром до 800 мм) или легированной (диаметром свыше 800 мм) стали. Обмотка возбуждения распределяется по нескольким пазам ротора. Для защиты лобовых частей обмотки возбуждения от действия центробежных сил применяют стальные бандажные кольца (каппы), изготовляемые для крупных турбогенераторов из немагнитной стали с высокими механическими свойствами. Бандажное кольцо жестко сопрягается с сердечником или хвостовиком.

Рис. 16-4. К объяснению принципа действия трехфазной синхронной машины (2р-2).

4 Принцип действия синхронной машины (рис. 16-4). Синхронные машины используются преимущественно как генераторы электрической энергии. Синхроный генератор является основным типом генератора переменного тока. Ограниченное, но все более расширяющееся применение находят и синхронные двигатели.

При работе синхронной машины в качестве генератора возбужденный ротор приводится во вращение со скоростью W внешним механическим вращающим моментом (например, моментом гидравлической или паровой турбины). Ток обмотки возбуждения создает н. с. и магнитный поток, неподвижный относительно полюсов и замыкающийся через сердечник статора. Вращающимся потоком возбуждения в обмотке статора индуктируется э. д. с. частоты . Электродвижущие силы фаз трехфазной обмотки Взаимно смещены во времени на эл. град, так как оси обмоток фаз взаимно смещены в пространстве на 120 эл. град (см. п. 5). Если к обмотке статора присоединить симметричную нагрузку, то под действием э. д. с. в ней и во внешней цепи будет протекать симметричная система токов которые создают н. с. якоря магнитное поле, вращаюшиеся со скоростью W, т. е. синхронно с ротором (см. п. 5). Результирующий вращающийся магнитный поток Ф образуется совместным действием взаимно неподвижных н. с.

В результате взаимодействия потока Ф с током обмотки якоря возникает электромагнитный момент М=ФIсоsj, где I=Iа=Iв=Iс, j— угол сдвига по фазе между напряжением и током генератора. В генераторном режиме электромагнитный момент действует навстречу внешнему вращающемуся моменту, т, е. является тормозящим.

При работе синхронной машины в качестве двигателя обмотка статора подключается к трехфазной сети переменного тока, а обмотка ротора — к источнику постоянного тока. Обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. В результате взаимодействия этого поля с полем обмотки возбуждения возникает электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор вращается с синхронной скоростью W. В установившемся режиме электромагнитный момент уравновешивается вешним тормозящим механическим моментом.

Равенство частот вращения магнитного поля и ротора принципиально характерно для рассматриваемых машин и послужило причиной наименования их синхронными.

Явнополюсная синхронная машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя при отсутствии обмотки возбуждения, когда поток Ц создается только обмоткой статора. Такие машины называют синхронными реактивными машинами.

Примечания: 1. Обмотку переменного тока синхронной машины называют также обмоткой якоря, или якорной обмоткой, а часть машины, на которой уложена эта обмотка, — якорем. Магнитную систему, на которой располагается обмотка возбуждения, называют также индуктором.

Наиболее распространено такое исполнение синхронных машин, когда якорь является внешней частью машины и он неподвижен, а индуктор вращается. Однако машины малой мощности иногда выполняют с неподвижным внешним индуктором и вращающимся якорем.

5 Вращающееся магнитное поле. Работа многофазных () машин переменного тока основана на явлении вращающегося магнитного поля, которое заключается в том, что при протекании по сдвинутым в пространстве фазам многофазной обмотки токов, взаимно сдвинутых во времени, образуется вращающееся магнитное поле.

Одному периоду изменения магнитного поля в воздушном зазоре соответствует полный электрический угол, равный 360 эл. град, или два полюсных деления основной гармонической магнитного поля. Под основной гармонической магнитного поля обычно понимается гармоническая составляющая магнитной индукции в воздушном зазоре машины, имеющая наибольшую амплитуду по сравнению с другими гармоническими. Число полюсов обмотки 2р равно удвоенному числу периодов поля р. Следовательно, полюсное деление или t=180 эл. град. В машине с 2р полюсами полному геометрическому углу 360° соответствуют с полных электрических углов, или 360 эл. град. Таким образом, 1°=р эл. град.

На рис. 16-5 показана простейшая трехфазная (m=3) двухполюсная (2р=2) обмотка якоря, каждая фаза которой состоит из одного витка (об обмотках — см. раздел). Расстояние между проводниками, образующими один виток, равно полюсному делению. Нормально обмотки фаз в пространстве, а токи фаз во времени должны быть взаимно сдвинуты на угол 360/га. эл. град (условие образования кругового вращающегося поля). Взаимный сдвиг фаз обмотки на рис. 16-5 равен 360/m эл. град = 120 эл. град или, поскольку обмотка двухполюсная, 120 геом. град. На рис. 16-5, б показаны направления токов в проводниках обмотки в исходный момент времени (t=0), когда (за положительное условно принято направление тока в начальных проводниках фаз А, В, С за плоскость рисунка). На рис. 16-5,6 показаны направления токов в проводниках через четверть периода ,когда , а на рис. 16-5, в еще через четверть периода (t=1/2T), когда (мгновенные значения токов фаз определяются как проекции амплитудных векторов токов фаз на вертикальную ось).

Из рис. 16-5 видно, что обмотка создает двухполюсный магнитный поток, вращающийся в пространстве в направлении чередования фаз (А—В—С). За один период Ф изменения тока частоты f поле поворачивается на 360 эл. град, или на 2t. Следовательно, n [об/с] =f [Гц].

2р-полюсная обмотка создает 2р-полюсный магнитный поток, вращающийся в пространстве с частотой, в p раз меньшей, чем поток двухполюсной обмотки, при одинаковой частоте тока.

В общем случае механическая угловая скорость вращения поля W=2pn, где n=f/p, об/с, или n=60f/p, об/мин.

Рис. 16-5. Образование вращающегося магнитного поля.

Таблица 16-1 Частоты вращения поля при f=50 Гц

Двухскоростной синхронноасинхронный двигатель Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ / ДВУХСКОРОСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ / СОВМЕЩЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ / ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ / ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR / SYNCHRONOUS MOTOR / 2-SPEED MOTOR / COMBINED ELECTRIC MACHINES / ELECTRIC EQUIPMENT

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Стрижков Игорь Григорьевич, Стрижков Сергей Игоревич

В статье обоснована принципиальная возможность создания двухскоростного синхронно-асинхронного электродвигателя средней мощности и представлены научные основы его проектирования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Стрижков Игорь Григорьевич, Стрижков Сергей Игоревич

Модулированные статорные обмотки двигателей для привода вентиляторов
Моделирование электрооборудования стенда испытания роликовых цепей
Системы относительных единиц в теории синхронных машин с несколькими обмотками на статоре
Частотное регулирование синхронного двигателя с двойной якорной обмоткой
Применение асинхронного генератора для питания асинхронных двигателей
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

2-SPEED SYNCHRONOUS AND ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR

In the article we present a possibility of creation of the 2-speed synchronous and asynchronous electric motor and scientific bases for its design.

Текст научной работы на тему «Двухскоростной синхронноасинхронный двигатель»

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

УДК 631.313; 621.85

ДВУХСКОРОСТНОЙ СИНХРОННОАСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Стрижков Игорь Г ригорьевич д.т.н., профессор

Стрижков Сергей Игоревич инженер

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

В статье обоснована принципиальная возможность создания двухскоростного синхронно-асинхронного электродвигателя средней мощности и представлены научные основы его проектирования

Ключевые слова: АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ДВУХСКОРОСТНОЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОВМЕЩЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ, ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

UDC 631.313; 621.85

2-SPEED SYNCHRONOUS AND ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR

Strizhkov Igor Grigorievich Dr.Sci.Tech., professor

Strizhkov Sergey Igorevich engineer

Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia

In the article we present a possibility of creation of the 2-speed synchronous and asynchronous electric motor and scientific bases for its design

Keywords: ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR, SYNCHRONOUS MOTOR, 2-SPEED MOTOR, COMBINED ELECTRIC MACHINES, ELECTRIC EQUIPMENT

В современных сельскохозяйственных машинах все более широкое применение находит регулируемый электропривод переменного тока. Одним из наиболее востребованных является ступенчатое регулирование частоты вращения изменением числа полюсов обмотки электродвигателя. При этом в качестве электромеханического преобразователя используется многоскоростной асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

[1]. Наиболее часто используются двигатели с двумя ступенями скорости (двухскоростные) с соотношением чисел полюсов 2:1. В отдельных электроустановках применяют асинхронные двигатели с тремя или четырьмя ступенями скорости. Как двух-, так и многоскоростные двигатели используются в станках различного назначения, подъемных и транспортных машинах, в приводе насосов, вентиляторов и др. Полюсопереключаемые двигатели имеют хорошие перспективы применения в приводе электротракторов и других мобильных машин полеводства. Их главными достоинствами являются сохранение номинальной мощности электродвигателя на

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

нижних ступенях скорости и относительная простота устройства управления (переключения обмоток).

Серийные двухскоростные двигатели с соотношением полюсов 2:1 изготовляются с одной трехфазной статорной обмоткой, выполненной по схеме Деландера. Для обмоток с другим соотношением числа полюсов используют обмотки, построенные по методу амплитудно-фазовой модуляции [2].

У современных синхронных двигателей полюсопереключаемые обмотки не применяются. Причина в том, что на каждой ступени скорости трехфазная обмотка статора (якоря) и обмотка возбуждения (индуктора) должны иметь одинаковое число полюсов и проблемой является изменение числа полюсов вращающегося индуктора. Такое изменение реализуется сложными устройствами, что делает полюсопереключаемый синхронный двигатель неконкурентоспособным в сравнении с асинхронным короткозамкнутым.

Вместе с тем, известные преимущества синхронных двигателей, такие как более высокие энергетические показатели и высокая устойчивость при снижении напряжения питающей сети, делают актуальным поиск эффективных способов их применения в двухскоростном приводе. Одним из решений является применение полюсопереключаемых двигателей с синхронным режимом работы на одной ступени скорости и асинхронным — на другой. В приводе турбомеханизмов и иных механизмов с вентиляторной механической характеристикой может быть целесообразным синхронный режим двигателя на высшей ступени скорости, когда от него требуются высокие перегрузочная способность и энергетические показатели при высокой загрузке двигателя, и асинхронный — на низшей ступени скорости, поскольку у таких механизмов нагрузка резко снижается с уменьшением частоты вращения и высокие энергетические показатели и устойчивость менее актуальны. Для тягового двигателя электротрактора может быть це-

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

лесообразным синхронный режим работы на низшей ступени скорости -для выполнения таких энергоемких «тихоходных» операций, как пахота, фрезерование почвы и т.п. [3], и асинхронный — при выполнении более «скоростных», но менее энергоемких операций — внесение минеральных удобрений, опрыскивание и т.п.

Могут быть целесообразны иные варианты использования полюсопереключаемого двигателя. Например, для регулируемых вентиляторов или насосов, работающих продолжительное время на низшей ступени скорости и, следовательно, со значительной недогрузкой по механической мощности, целесообразно на нижней ступени скорости использовать синхронный режим электродвигателя с сильным перевозбуждением для «генерирования» реактивной мощности. В этом случае электродвигатель по использованию близок к синхронному компенсатору. В непродолжительные периоды работы на высшей ступени скорости целесообразен асинхронный режим работы двигателя, поскольку малое время использования снижает актуальность высоких энергетических показателей.

Известны способы изменения числа полюсов обмотки за счет переключений токоподводящих проводников без использования переключений внутри обмотки [4]. Такое изменение, как правило, сопровождается изменением числа фаз обмотки. Речь идет о принципе электрического совмещения обмоток, который позволяет использовать роторную обмотку как в качестве обмотки возбуждения (аналогичной однофазной) с р = р1 при питании от источника постоянного, выпрямленного или однофазного переменного тока, так и в качестве многофазной обмотки переменного тока с р = р2 при реализации асинхронного режима работы электрической машины. В традиционном понимании совмещенной называют обмотку, выполняющую одновременно две или несколько функций. Однако эта же обмотка может выполнять свои совмещаемые функции разновременно, т.е. в одной ситуации (временном интервале) выполнять одну из своих функций, а в

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

другой — другую [5, 6]. В этом случае мы считаем целесообразным сохранить термин «совмещенная» для обозначения особенностей этой обмотки. Поскольку использование совмещенных обмоток в двухскоростном синхронно-асинхронном электродвигателе имеет свои особенности, не нашедшие должного отражения в научной литературе, в работе приводится краткая информация по этим вопросам.

Рисунок 1 — Схема включения обмоток двухскоростного синхронно-асинхронного двигателя

http://ej.kubagCO.ru/2014/05/pdf/50.pdf ~ г- 0

r J ^Рисунок 2 — Схема совмещенной обмотки ротора с р1 = 2

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

Рисунок 3 — Схема соединения обмоток двухскоростного синхронно-асинхронного двигателя с упрощенным возбудителем

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

Двухскоростной синхронно-асинхронный двигатель, работающий на одной ступени скорости в синхронном режиме, обеспечивающем высокие энергетические показатели и перегрузочную способность двигателю, а на другой ступени — как асинхронный с закороченной многофазной обмоткой на роторе, имеет конструктивные части и магнитопровод асинхронного двигателя с фазным ротором. Общие принципы построения обмоток двухскоростного синхронно-асинхронного двигателя можно показать на примере двигателя с асинхронным режимом на высшей ступени скорости и синхронным на низшей.

На статоре двигателя располагается полюсопереключаемая обмотка (рис. 1) с традиционной для двухскоростных асинхронных двигателей схемой — обмотки и соотношением пар полюсов р1:р2 = 1:2. Предпочтительнее использовать схему “звезда — двойная звезда”. Примеры схем полюсопереключаемых трехфазных обмоток широко известны [2] и здесь не приводятся.

При подключении трехфазного источника к клеммам ВСІ, ВС2, ВС3 и соединении накоротко клемм НС1, НС2, НС3 в машине образуется вращающееся магнитное поле с р = р2. На роторе размещается обмотка совмещенного типа, объединяющая трехфазную обмотку с р = р1 и обмотку возбуждения (постоянного тока) с р = р2. Эта обмотка выполняется как многофазная с двумя параллельными ветвями и разделенными нейтралями (рис. 2,а), причем нейтрали присоединены к двум контактным кольцам для подключения через щетки к возбудителю (возможен и бесконтактный вариант присоединения к возбудителю). Такая обмотка имеет распределение МДС, представленное на рис. 2,б.

При работе на высшей ступени скорости (р = р1) совмещенная роторная обмотка остается не подключенной к внешним цепям и проявляет себя как трехфазная закороченная; обе нейтрали эквипотенциальны. Двигатель работает как асинхронный короткозамкнутый.

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

1 234567 89 10 11 12

Рисунок 4 — Схема совмещенной обмотки ротора (а) и графики н.с. трехфазного с Р = 2 (б,) и постоянного с Р = 1 (в) тока.

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

При работе на низшей ступени скорости (р = р2) вращающееся магнитное поле машины не наводит трехфазной ЭДС в роторной обмотке, вследствие равенства нулю коэффициента взаимоиндукции с трехфазной обмоткой статора. Обмотка ротора через контактные кольца присоединяется к возбудителю (источнику постоянного или выпрямленного тока), в результате чего образовавшаяся волна МДС ротора заставляет его вращаться синхронно с магнитным полем, т.е. в синхронном режиме.

Задача построения электродвигателя с синхронным режимом на высшей ступени скорости может быть решена следующим образом. Статорная обмотка электродвигателя выполняется полюсопереключаемой с числом пар полюсов р1:р2, а обмотка ротора — совмещенной, объединяющей обмотку возбуждения с числом пар полюсов р = р1, создающую волну магнитодвижущей силы, неподвижную относительно ротора и многофазную обмотку с р = р2 и вращающейся волной МДС; при этом на входе выпрямителя установлены дополнительные клеммы для подключения источника питания (сети) в режиме с р = р2.

Одно из отличий схемы статорной обмотки от известных схем, применяемых в серийных двухскоростных асинхронных двигателях, заключается в различном числе витков этих параллельных ветвей W1 и W2, что продиктовано необходимостью создания нескомпенсированной ЭДС на входе выпрямителя для создания тока возбуждения в синхронном режиме.

На роторе расположена совмещенная обмотка с двумя параллельными ветвями, соединенная по схеме ’’двойная звезда”. На рис. 2 в качестве частного примера представлена развернутая схема такой обмотки (а), диаграммы намагничивающих сил для трехфазной обмотки с р1 = 2 (б) и возбуждения с р2 = 1 (в), детально обоснованная в [4].

Выпрямитель V1-V6 включается последовательно с проходной статорной обмоткой и совмещенной роторной, обеспечивая питание обмотки ротора в синхронном режиме выпрямленным током, пропорциональным

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

току проходной обмотки статора W2 [7, 8]. Электрическая связь вращающейся обмотки ротора с неподвижной обмоткой статора осуществляется через контактные кольца. Резистор R используется как пусковой и выполняет те же функции, что и в традиционном синхронном двигателе. Коммутатор (выключатель) К подключает резистор R на период разбега в асинхронном режиме и выключает его при достижении двигателем подсинхронной скорости, а также служит для присоединения обмотки ротора к обмотке W2 в синхронном режиме и для отсоединения этих обмоток друг от друга в асинхронном. Для присоединения двигателя к источнику питания (сети) в синхронном режиме с р = р1 используются клеммы С, а в асинхронном режиме с р = р2 клеммы А.

В синхронном режиме ключ К находится во включенном положении. Обе статорные обмотки создают единое вращающееся магнитное поле с р = р1, а обмотка ротора создает волну МДС, неподвижную относительно ротора, которая выполняет функцию МДС возбуждения. Эта МДС сцепляется с вращающейся МДС обмотки статора и машина работает как синхронная. Требуемый коэффициент мощности получают соответствующим выбором тока возбуждения, который зависит от параметров указанных обмоток ротора и статора.

В асинхронном режиме ключ К может находиться в любом положении (например, выключен). Питание подается на клеммы А, клеммы С остаются свободными. Вследствие изменения направления тока в статорной обмотке W2 изменяется число пар полюсов обмотки статора. В этом случае поле статора вращается со скоростью, соответствующей числу пар полюсов р2.

Обмотка ротора, не имея гальванической связи со статорной, работает как обмотка асинхронного двигателя, у которого все три фазы закорочены, а узлы разомкнутых «звезд» эквипотенциальны.

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

Для запуска двигателя могут использоваться разные схемы пуска: для асинхронного режима он может быть прямым подобно пуску традиционного асинхронного короткозамкнутого двигателя. Для использования синхронного режима пуск может быть проведен в несколько ступеней: сначала прямой асинхронный при р = р2, затем переключением схемы статорной обмотки уменьшается число пар полюсов до р1; ключ К переключается, подключая разрядное сопротивление R и двигатель разгоняется за счет тока обмотки ротора и вихревых токов в магнитопроводе ротора до подсинхронной скорости. Затем ключ К переключается и двигатель втягивается в синхронизм аналогично классическому синхронному двигателю.

Также как и базовый синхронный двигатель с двойной якорной обмоткой (СДДЯ), двухскоростной синхронно-асинхронный двигатель может иметь бесконтактное исполнение. Для этого необходимо использовать те же конструктивные схемы двигателя в синхронном режиме, что и для базовой односкоростной машины [7, 9, 10]. В асинхронном режиме глухоподключенный бесконтактный возбудитель должен быть пассивным, т.е. не имеющим ЭДС в вращающейся роторной обмотке, что достигается отключением от источника питания его неподвижной статорной обмотки.

1. Оськин С.В. Автоматизированный электропривод: учебное пособие для студентов вузов / С.В. Оськин — Краснодар: Изд-во ООО «КРОН», 2013.- 489 с.

2. Ванурин В.Н. Электрические машины.-М.: Колос, 1995.-256 с.

3. Технологический комплекс на базе ЭДМФ «Кубань» / И.Г. Стрижков, Е.Н. Чеснюк, А.Н. Трубин, С.И. Стрижков / Ж. Механизация и электрификация с.х., 2005, № 2, с. 4-6.

4. Попов В.И. Электромашинные совмещенные преобразователи частоты.-М.: Энергия, 1980. -176 с.

5. Патент РФ 2141713, МКИ Н 02 К 17/26, 17/14. Синхронно-асинхронный двигатель / Стрижков И.Г. и др. Опубл. 20.11.99 Б.И. № 32.

6. Патент РФ 2141714, МКИ Н 02 К 17/26, 17/14. Двухскоростной синхронноасинхронный двигатель / Стрижков И.Г. и др. Опубл. 20.11.99 Б.И. № 32.

7. Стрижков И.Г. Бесконтактное возбуждение синхронного двигателя с двойной якорной обмоткой// Электрификация с.-х. производства: Сб. науч. тр. КГАУ. Вып. 346(374). — Краснодар, 1995. С. 94-103.

Научный журнал КубГАУ, №99(05), 2014 года

8. Strizhkov I.G. Rectifier modelling in excitation systems of special synchronous motors (англ.) (Моделирование выпрямителей специальных синхронных моторов)/ I.G. Strizhkov, E.N. Chesnyuk, R.R. Beglyarov, S.I. Strizhkov Kybernetik (Кибернетика)@Verlag, Hannover: № 10, 2013. ISSN 2190-4146, 10, 2013. p.35-43.

9. Стрижков И.Г. Основы теории синхронных машин с несколькими обмотками на статоре / И.Г. Стрижков / Науч. журнал КубГАУ, 2012, — № 84(10),. Краснодар: КубГАУ, 2012. Шифр ИНФОРМРЕГИСТРа: 0421100012\0260. — Режим доступа http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/36.pdf

10. Стрижков И.Г. Электропривод оросительного насоса на базе синхронного двигателя с двойной якорной обмоткой / И.Г. Стрижков, Р.Р. Бегляров / Труды Кубанского гос. агр. ун-та. Научный журнал. Выпуск 1(16), 2009, с. 197-199

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Os’kin S.V. Avtomatizirovannyj jelektroprivod: uchebnoe posobie dlja studentov vuzov / S.V. Os’kin — Krasnodar: Izd-vo OOO «KRON», 2013.- 489 s.

2. Vanurin V.N. Jelektricheskie mashiny.-M.: Kolos, 1995.-256 s.

3. Tehnologicheskij kompleks na baze JeDMF «Kuban’» / I.G. Strizhkov, E.N. Chesnjuk, A.N. Trubin, S.I. Strizhkov / Zh. Mehanizacija i jelektrifikacija s.h., 2005, № 2, s.

4. Popov V.I. Jelektromashinnye sovmeshhennye preobrazovateli chasto-ty.-M.: Jenergija, 1980. -176 s.

5. Patent RF 2141713, MKI N 02 K 17/26, 17/14. Sinhronno-asinhronnyj dviga-tel’ / Strizhkov I.G. i dr. Opubl. 20.11.99 B.I. № 32.

6. Patent RF 2141714, MKI N 02 K 17/26, 17/14. Dvuhskorostnoj sinhronno-asinhronnyj dvigatel’ / Strizhkov I.G. i dr. Opubl. 20.11.99 B.I. № 32.

7. Strizhkov I.G. Beskontaktnoe vozbuzhdenie sinhronnogo dvigatelja s dvojnoj ja-kornoj obmotkoj// Jelektrifikacija s.-h. proizvodstva: Sb. nauch. tr. KGAU. Vyp. 346(374). -Krasnodar, 1995. S. 94-103.

8. Strizhkov I.G. Rectifier modelling in excitation systems of special synchronous motors (angl.) (Modelirovanie vyprjamitelej special’nyh sinhronnyh motorov)/ I.G. Strizhkov,

E.N. Chesnyuk, R.R. Beglyarov, S.I. Strizhkov Kybernetik (Kibernetika)@Verlag, Hannover: № 10, 2013. ISSN 2190-4146, 10, 2013. p.35-43.

9. Strizhkov I.G. Osnovy teorii sinhronnyh mashin s neskol’kimi obmotkami na statore /

I.G. Strizhkov / Nauch. zhurnal KubGAU, 2012, — № 84(10),. Krasnodar: KubGAU, 2012. Shifr INFORMREGISTRa: 0421100012\0260. — Rezhim dostupa

10. Strizhkov I.G. Jelektroprivod orositel’nogo nasosa na baze sinhronnogo dvigatelja s dvojnoj jakornoj obmotkoj / I.G. Strizhkov, R.R. Begljarov / Trudy Kubanskogo gos. agr. un-ta. Nauchnyj zhurnal. Vypusk 1(16), 2009, s. 197-199

Обмотки машин переменного тока

Обмотки с током должны выполнять две основные функции: обеспечивать требуемую для работы машины э. д. с. и создавать магнитное поле, необходимое для преобразования энергии.
В машинах переменного тока применяются обмотки переменного тока: 1) присоединяемые к внешней цепи, 2) постоянно замкнутые накоротко, 3) соединенные с коллектором, а также 4) обмотки постоянного тока. Ниже рассматриваются обмотки переменного тока асинхронных и синхронных машин, присоединяемые к внешней цепи.
Элементом обмотки является виток, состоящий из двух последовательно соединенных проводников, расположенных в пазах на расстоянии, приблизительно равном полюсному делению т.
Группа витков, соединенных менаду собой и имеющих общую изоляцию от сердечника, называется катушкой. Одновитковая катушка обычно выполняется из проводников большого сечения, которые называются стержнями. Независимо от количества витков в катушке она имеет только две активные стороны, уложенные в пазы на расстоянии шага у обмотки. На схеме каждая сторона катушки изображается одной линией.
Шаг обмотки обычно измеряется количеством пазовых делений между сторонами катушки и поэтому должен выражаться целым числом.
Совокупность катушек, присоединенных к внешней цепи, называется фазной обмоткой.
Под парой соседних полюсов располагаются одна или несколько (группа) соединенных последовательно катушек. В первом случае обмотка называется сосредоточенной, во втором случае — распределенной. Распределенная обмотка характеризуется количеством
пазов на полюс и фазу д = которое может быть как целым, так и дробным в зависимости от соотношения количества пазов Z, количества полюсов 2р и количества фаз т.
Обмотка статора (и ротора) может быть однофазной или многофазной, состоящей из нескольких фазных обмоток. Наибольшее распространение получили симметричные трехфазные обмотки в соответствии с применяемой в промышленности трехфазной системой переменного тока.
Стороны катушек в пазах укладываются в один или в два слоя. В первом случае сторона катушки занимает полностью паз и такая обмотка называется однослойной. Во втором случае в пазу размещаются стороны двух катушек и обмотка называется двухслойной. В особых случаях возможна укладка сторон катушек в три слоя.

Распределение пазов (сторон катушек) по фазам производится таким образом, чтобы катушки одной группы располагались рядом. Это позволяет получить наибольшую э. д. с. при минимальной затрате обмоточного провода. При целом q количество катушек в каждой группе получается одинаковым и равным q.
А. Трехфазная обмотка. Пример распределения пазов по фазам для симметричной обмотки с Z = 24 и 2р = 4 показан на рис. 1.
Для такой обмоткии в соответствии с этим числом производится равномерное распределение пазов по фазам А, В и С в пределах каждого полюсного деления, которое затем повторяется на других полюсных делениях. Полюсному делению т соответствует = mq = 3*2 = 6 пазовых делений.

Puc. 1. Распределение пазов и сторон катушек по фазам
Соединение проводников для образования витков и катушек и соединение катушек между собой производится таким образом, чтобы расход обмоточных материалов был минимальным, изготовление обмотки не вызывало затруднений, обеспечивалась возможность расположения и достаточная жесткость лобовых частей. Кроме того, желательно, чтобы сопротивления фазных обмоток были одинаковы.
Различные варианты выполнения однослойной трехфазной обмотки рассмотрены для Z = 24 и 2р = 4.
На рис. 2 показана обмотка, у которой катушки одной группы имеют различные размеры по ширине, например одна катушка образована проводниками, расположенными в пазах 2 и 7, и имеет шаг у = 5, проводники второй катушки расположены в пазах 1 и 8 и для нее у = 7. Внешняя катушка охватывает внутреннюю и получается обмотка с концентрическими катушками. Количество катушек в каждой группе равно q и они соединены последовательно.
Лобовые части катушек располагаются в двух поверхностях (рис. 2 ,б). Катушечные группы одной фазы соединены между собой последовательно и образуют фазную обмотку. Начала фазных обмоток статора трехфазных машин имеют следующие обозначения: Cl, С2, СЗ и концы их С4, С5, Сб. Соответственно для обмоток ротора: Р1, Р2, РЗ и Р4.
Количество катушечных групп в фазной обмотке равно количеству пар полюсов ее. При четном р в каждой фазной обмотке получается одинаковое количество катушек с различным расположением лобовых частей, это способствует уравниванию активных (и индуктивных) сопротивлений обмоток при последовательном соединении катушечных групп. При нечетном р одну группу катушек приходится выполнять более сложной формы с переходом лобовых частей из одной поверхности в другую.

Рис. 2. Схема трехфазной однослойной обмотки с концентрическими катушками: а — схема; б — расположение лобовых частей
При большом и четном q (в двухполюсных машинах g = 6-г 8) для уменьшения места, занимаемого обмоткой по оси машины, целесообразно лобовые части катушек каждой половины группы отгибать в противоположные стороны (рис. 3) и размещать их в трех поверхностях (рис. 3,6). Шаг отдельных катушек половины группы получается различным, меньше полюсного деления. Лобовые части катушечных групп каждой фазной обмотки расположены в разных поверхностях и это вызывает небольшое различие сопротивлений фазных обмоток.
Обмотка с расположением лобовых частей в трех поверхностях применяется также при разъемном сердечнике статора, но в этом случае лобовые части всех катушек полюсного деления отгибаются в одну сторону (рис. 4,а) и располагаются в трех поверхностях (рис. 4,6). Такая обмотка позволяет производить сборку и разборку статора с уложенными в пазах катушками и требуется только соединение (или разъединение) перемычек между катушечными группами.

Рис. 3. Схема трехфазной однослойной обмотки с разделенными катушечными группами: а — схема; б — расположение лобовых частей
Ввиду сложности изготовления и укладки лобовых частей, концентрические обмотки в настоящее время имеют ограниченное применение.

Рис. 4. Схема трехфазной однослойной обмотки для разъемного статора: а — схема; б — расположение лобовых частей
Однослойная обмотка может быть выполнена с катушками одинаковой формы в виде трапеции (рис. 5,а). Лобовые части катушки

выполняются разной длины (рис. 5,6). При четном q > 2 для облегчения укладки лобовые части катушек половины группы отгиба выполняются в противоположные стороны.

Рис. 5. Схема трехфазной однослойной обмотки с шаблонными катушками: а — схема; б — расположение лобовых частей
Разновидностью такой обмотки является цепная, у которой отгибаются в противоположные стороны лобовые части каждой пары соседних катушек (рис. 6,а) и длина лобовых частей получается одинаковой (рис. 6).

Рис. 6. Схема трехфазной однослойной цепной обмотки: а — схема; б — расположение лобовых частей
Цепная обмотка может быть выполнена как при четном, так и при нечетном q и при различных, но обязательно нечетных значениях шага у катушки.

Катушечные группы допускают последовательное, параллельное п смешанное (последовательно-параллельное) соединение.

Рис. 7. Схема трехфазной однослойной волновой обмотки:
а — схема; б — расположение лобовых частей
Во всех однослойных обмотках с целым q наибольшее количество параллельных ветвей равно количеству катушечных групп, а в цепной обмотке с четным q — удвоенному количеству катушечных групп.
В рассмотренных обмотках сначала соединяются между собой катушки в катушечные группы, а затем последние — в фазную обмотку.

Рис. 8. Схема двухфазной однослойной обмотки с концентрическими катушками: а — схема; б — расположение лобовых частей
Такие обмотки по аналогии с обмотками якорей машин постоянного тока называются петлевыми. В одновитковых катушках для уменьшения длины соединений между катушками применяется
волновая обмотка (рис. 7). При одном обходе зубцового слоя образуется последовательная цепь катушек, имеющих одинаковые шаги. Переход к каждой последующей цепи требует одного укороченного (или удлиненного) шага. Количество обходов для фазной обмотки равно q.
Однослойная обмотка выполнима также и при дробном q.
Б. Двухфазная и однофазная обмотки. Эти обмотки применяются в машинах малой мощности и могут быть выполнены с концентрическими или с одинаковыми катушками.

Рис. 9. Схема однофазной однослойной обмотки с разделенными катушечными группами: а — схема; б — расположение лобовых частей
Двухфазная обмотка может быть выполнена как с равными фазными зонами, так и с неравными. Схема двухфазной обмотки с концентрическими катушками при Z = 24, 2р = 4 и
показана на рис. 8. Лобовые части располагаются в двух поверхностях (рис. 8,6). Обозначение начала и конца одной обмотки статора С1 и С2, обозначения начала и конца второй обмотки П1 и П2.
В однофазных обмотках для уменьшения расхода обмоточных материалов и потерь в обмотке используется не вся зубцовая зона, фазная зона обычно составляет 2/3 полюсного деления (рис. 9).

Обмотки статора и ротора электрических машин переменного тока

Обмотка электротехнического изделия (устройства) — совокупность определенным образом расположенных и соединенных витков или катушек, предназначенная для создания или использования магнитного поля, или для получения заданного значения сопротивления электротехнического изделия (устройства). Катушка обмотки электротехнического изделия (устройства) — обмотка электротехнического изделия (устройства) или ее часть, выполненные в виде отдельной конструктивной единицы (ГОСТ 18311-80).

В статье рассказано про устройство обмоток статора и ротора электрических машин переменного тока.

Пространственное расположение обмоток статора:

Ротор типа «беличья клетка»:

Статор с двенадцатью пазами, в каждый из которых уложено по одному проводнику, схематично показан на рис. 1, а. Соединения между проводниками, уложенными в пазах, указаны только для одной из трех фаз; начала фаз А, В, С обмотки обозначены С1, С2, С3; концы — С4, С5, С6. Части обмотки, уложенные в пазах (активная часть обмотки), условно показаны в виде стержней, а соединения между проводниками, находящимися в пазах (лобовые соединения),— сплошной линией.

Сердечник статора имеет вид полого цилиндра, представляющего собой пакет или ряд пакетов (разделенных вентиляционными каналами) из листов электротехнической стали. Для машин малой и средней мощности каждый лист штампуется в виде кольца с пазами вдоль внутренней окружности. На рис. 1,б дан лист статора с пазами одной из применяемых форм.

Рис. 1. Расположение обмотки в пазах статора и распределение токов в проводниках

Пусть мгновенное значение тока iA первой фазы в некоторый момент времени максимально и ток направлен от начала С1 фазы к ее концу С4. Будем считать такой ток положительным.

Определяя мгновенные токи в фазах как проекции вращающихся векторов на неподвижную ось ON (рис. 1, в), получим, что токи фаз В и С в данный момент времени отрицательны, т. е. направлены от концов фаз к началам.

Проследим по рис. 1, г образование вращающегося магнитного поля. В рассматриваемый момент времени ток фазы А направлен от ее начала к концу, т. е. если в проводниках 1 и 7 он идет от нас за плоскость чертежа, то в проводниках 4 и 10 он идет из-за плоскости чертежа к нам (см. рис. 1, а и г).

В фазе В ток в этот момент времени идет от конца фазы к ее началу. Соединив проводники второй фазы по образцу первой, можно получить, что ток фазы В проходит по проводникам 12, 9, 6, 3; при этом по проводникам 12 и 6 ток идет от нас за плоскость чертежа, а по проводникам 9 и 3 — к нам. Картину распределения токов в фазе С получим по образцу фазы В.

Направления токов даны на рис. 1,г; штриховыми линиями показаны магнитные линии поля, создаваемого токами статора; направления линий определены по правилу правого винта. Из рисунка видно, что проводники образуют четыре группы с одинаковыми направлениями тока и число полюсов 2р магнитной системы получается равным четырем. Участки статора, где магнитные линии выходят из него, представляют собой северные полюсы, а участки, где магнитные линии входят в статор, — южные полюсы. Дуга окружности статора, занятая одним полюсом, называется полюсным делением.

Магнитное поле в различных точках окружности статора различно. Картина распределения магнитного поля вдоль окружности статора повторяется периодически через каждое двойное полюсное деление. Угол дуги 2 принимается за 360 электрических градусов. Так как вдоль окружности статора размещается р двойных полюсных делений, то 360 геометрических градусов равны 360р электрическим градусам, а один геометрический градус равен р электрическим градусам.

На рис. 1, г показаны магнитные линии для некоторого фиксированного момента времени. Если же рассмотреть картину магнитного поля для ряда последовательных моментов времени, можно убедиться в том, что поле вращается с постоянной скоростью.

Найдем скорость вращения поля. По истечении времени, равного половине периода переменного тока, направления всех токов изменяются на обратные, поэтому магнитные полюсы меняются местами, т. е. за половину периода магнитное поле поворачивается на часть оборота. Скорость вращения магнитного поля статора, т. е. синхронная скорость, равна (в оборотах в минуту)

Число р пар полюсов может быть только целым, поэтому при частоте, например, 50 Гц синхронная скорость может равняться 3000; 1500; 1000 об/мин и т. д.

Рис. 2. Развернутая схема трехфазной однослойной обмотки

Обмотки машин переменного тока можно разделить на три группы:

К специальным обмоткам относятся:

а) короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки;

б) обмотка асинхронного двигателя с переключением на разные числа полюсов;

в) обмотка асинхронного двигателя с противосоединеннями и т. д.

Кроме вышеуказанного деления, обмотки отличаются по ряду других признаков, а именно:

1) по характеру исполнения — ручные, шаблонные и полушаблонные;

2) по расположению в пазу — однослойные и двухслойные;

3) по числу пазов на полюс и фазу — обмотки с целым числом q пазов на полюс и фазу и обмотки с дробным числом q .

Витком называется контур, образованный двумя последовательно соединенными проводниками. Секция, или катушка, представляет собой ряд последовательно соединенных витков, лежащих в двух пазах и имеющих общую изоляцию от корпуса.

Секция имеет две активные стороны. Левую активную сторону называют началом секции (катушки), а правую — концом секции. Расстояние между активными сторонами секции называют шагом секции. Его можно измерять или числом зубцовых делений или в долях полюсного деления.

Шаг секции называют диаметральным, если он равен полюсному делению и сокращенным, если он меньше полюсного деления, так как шаг секции больше полюсного деления не делают.

Характерной величиной, определяющей выполнение обмотки, является число пазов на полюс и фазу, т. е. число пазов, занимаемых обмоткой каждой фазы в пределах одного полюсного деления:

где z— число пазов статора.

Обмотка, приведенная на рис. 1, а, имеет следующие данные:

Даже для этой простейшей обмотки пространственный чертеж проводников и их соединений получается сложным, поэтому он обычно заменяется развернутой схемой, где проводники обмотки изображаются расположенными не на цилиндрической поверхности, а на плоскости (цилиндрическая поверхность с пазами и обмоткой «развертывается» в плоскость). На рис. 2, а дана развернутая схема рассмотренной обмотки статора.

На предыдущем рисунке было для простоты показано, что часть фазы А обмотки, уложенная в пазах 1 и 4, состоит всего из двух проводников, т. е. из одного витка. В действительности же каждая такая часть обмотки, приходящаяся на один полюс, состоит из w витков, т. е. в каждой паре пазов помещается по w проводников, объединенных в одну катушку. Поэтому при обходе по развернутой схеме, например, фазы А от паза 1 нужно w раз обойти пазы 1 и 4, прежде чем перейти к пазу 7. Расстояние между сторонами витка одной катушки, или шаг обмотки, у показан на рис. 1, г; он обычно выражается в числах пазов.

Рис. 3. Щиток асинхронной машины

Приведенная на рис. 1 и 2 обмотка статора называется однослойной, так как она укладывается в каждом пазу в один слой. Для того чтобы разместить лобовые части, пересекающиеся на плоскости, их изгибают по разным поверхностям (рис. 2, б). Однослойные обмотки выполняются с шагом, равным полюсному делению (рис. 2, а), или этот шаг равен в среднем полюсному делению для разных катушек одной фазы, если y > 1 , y < 1 . В настоящее время более распространены двухслойные обмотки.

Начало и конец каждой из трех фаз обмотки выводятся на щиток машины, где имеется шесть зажимов (рис. 3). К верхним зажимам C1, С2, СЗ (начала фаз) подводятся три линейных провода от трехфазной сети. Нижние зажимы С4, С5, С6 (концы фаз) либо соединяются в одну точку двумя горизонтальными перемычками, либо каждый из этих зажимов соединяется вертикальной перемычкой с лежащим над ним верхним зажимом.

В первом случае три фазы статора образуют соединение звездой, во втором — треугольником. Если, например, одна фаза статора рассчитана на напряжение 220 В, то линейное напряжение сети, в которую включается двигатель, должно быть 220 В в случае включения статора треугольником; при включении его звездой линейное напряжение сети должно быть

При соединении статора звездой нейтральный провод не подводится, так как двигатель является для сети симметричной нагрузкой.

Ротор асинхронной машины набирается из штампованных листов изолированной электротехнической стали на валу или на специальной несущей конструкции. Радиальный зазор между статором и ротором делается возможно меньшим для обеспечения малого магнитного сопротивления на пути магнитного потока, пронизывающего обе части машины.

Наименьший зазор, допустимый по технологическим требованиям, составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от мощности и габаритов машины. Проводники обмотки ротора располагают в пазах вдоль образующих ротора непосредственно у его поверхности с тем, чтобы обеспечить наибольшую связь обмотки ротора с вращающимся полем.

Асинхронные машины выпускаются как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором.

Рис. 4. Фазный ротор

Фазный ротор имеет, как правило, трехфазную обмотку, выполняемую, подобно статорной, с тем же числом полюсов. Обмотка соединяется звездой или треугольником; три конца обмотки выводятся на три изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с валом машины. Через щетки, укрепленные на неподвижной части машины и скользящие по контактным кольцам, в ротор включается трехфазный пусковой или регулировочный реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводится активное сопротивление. Внешний вид фазного ротора представлен на рис. 4, на левом конце вала видны три контактных кольца. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется плавное регулирование скорости приводимого в движение механизма, а также при частых пусках двигателя под нагрузкой.

Конструкция короткозамкнутого ротора значительно проще, чем фазного. Для одной из конструкций на рис. 5, а показана форма листов, из которых набирается сердечник ротора. При этом отверстия вблизи наружной окружности каждого листа составляют в сердечнике продольные пазы. В эти пазы заливается алюминий, после его затвердения в роторе образуются продольные токопроводящие стержни. По обоим торцам ротора заодно отливаются алюминиевые кольца, замыкающие накоротко алюминиевые стержни. Полученная при этом токопроводящая система обычно называется беличьей клеткой.

Рис. 5. Короткозамкнутый ротор

Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой представлен на рис. 5,б. На торцах ротора видны вентиляционные лопатки, отливаемые заодно с короткозамыкающими кольцами. В данном случае пазы скошены на одно пазовое деление вдоль ротора. Беличья клетка проста, не имеет скользящих контактов, поэтому трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее дешевы, просты и надежны; они наиболее распространены.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: