0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое полюсное деление асинхронного двигателя

Что такое полюсное деление асинхронного двигателя

Главная Асинхронный двигатель и асинхронные машины

где D — диаметр внутренней расточки статора (для обмотки статора) или диаметр ротора (для обмотки ротора); р — число пар полюсов.

Обмотки асинхронных машин и создание вращающегося магнитного поля

в асинхронных машинах при прохождении по многофазной обмотке статора переменного тока создается вращающееся магнитное поле, которое индуцирует в обмотках статора и ротора переменные ЭДС. Питание обмотки статора несинусоидальным напряжением или несинусоидальное распределение индукции по окружности статора и ротора приводит к ухудшению энергетических показателей машины. Поэтому при проектировании обмоток применяют ряд мер для подавления высших гармоник МДС и ЭДС.

2.1. Общие принципы выполнения многофвзных обмоток

Основные элементы обмоток. В электрических машинах переменного тока обмотки размещают в пазах, расположенных на внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора. Проводники, находящиеся в пазах, соединяют между собой, при этом образуется ряд катушек (рис. 2.1, а). Расположенные в соседних пазах катушки, соединенные последовательно и относящиеся к одной фазе, образуют катушечную группу. В общем случае каждая фаза обмотки состоит из нескольких катушечных групп, соединенных последовательно или параллельно. Параллельное соединение применяют при больших фазных токах или при необходимости переключения отдельных катушечных групп.

Простейшим элементом обмотки является виток (рис. 2.1, б), состоящий из двух или нескольких параллельных проводников 1 я 2, которые размещены в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии у. Это расстояние (шаг обмотки) приблизительно равно одному полюсному делению т, под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу:


Рис. 2.1. Расположение катушек трехфазной обмотки на статоре (а) и образование витка из двух проводников (б)

Полюсное деление выражают не только в единицах длины, но и в числе пазовых делений: x=z/2p (z — общее число пазов статора или ротора) или в электрических градусах. При этом два полюсных деления соответствуют 360 эл. град., а т — 180 эл. град.

Когда у=х, шаг называют диаметральным или полным, при у х — удлиненным. Часто шаг выражают в относительных единицах в виде р = г т; разность -у/х называют укорочением шага.

Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки (рис. 2.2). Иногда их называют секциями. Их укладывают таким образом, чтобы в каждом пазу были размещены одна сторона катушки или две стороны разных катушек — одна над другой. В соответствии с этим различают одно- и двухслойные обмотки.

Расположенные в соседних пазах стороны катушек одной катушечной группы занимают q пазов и образуют фазную зону с углом a=2npq/z.

В обмотках трехфазных машин (число фаз /n=3) обычно на каждом полюсном делении т располагается три катушечных группы по q пазов в каждой. При этом фазная зона занимает дугу окружности статора или ротора, равную лО/2рт=х/п1 = 2п/6= = 60 эл. град.; такие обмотки называют шестизонными. В ряде случаев применяют обмотки, в которых 3q пазов занимают два

Рис. 2.2. Устройство катушек обмотки статора при однослойной (а) и двухслойной (б) обмотках

полюсных деления. Фазная зона в таких обмотках занимает 2т 71=2я/3==120 эл. град.; эти обмотки называют трехзонными.

Для трехфазных двигателей наивыгоднейшими являются шести-зонные обмотки, так как при одинаковом числе пазов в машине эффективное число витков в фазе в такой обмотке увеличивается в 1,15 раза по сравнению с трехзонной обмоткой. С трехзонной обмоткой выполняют только однообмоточные двухскоростные двигатели и двигатели с (7=0,5.

Однофазные обмотки выполняют с углом а=2я/3, т. е. с заполнением */з пазов, а двухфазные обмотки — с а=я/2.

Для шестизонных обмоток число катушек в катушечной группе

Эта величина также представляет собой число пазов, приходящихся на полюс и фазу.

Обмотки в большинстве случаев выполняют с целым числом пазов на полюс и фазу. При дробном q углы фазных зон только в среднем равны 2я/6 или 2я/3; в реальной машине часть фазных зон имеет углы а меньшие, а часть — большие этих значений.

2.2. Магаитодвижущие силы многофазных обмоток

Индукция в воздушном зазоре электрической машины переменного тока определяется распределением магнитодвижущей силы (МДС) вдоль окружности статора. Если пренебречь магнитным сопротивлением стальных участков магнитной цепи машины, то при равномерном воздушном зазоре кривая распределения индукции 5в в воздушном зазоре, называемая кривой магнитного поля машины, имеет такой же вид, как и кривая распределения МДС.

Результирующая МДС всех фаз, расположенных на статоре или на роторе, должна создавать в воздушном зазоре машины вращающееся магнитное поле. Для этогб каждая из обмоток, питающаяся от синусоидально изменяющегося напряжения, должна иметь МДС, синусоидально распределенную в пространстве, т. е. по расточке статора или окружности ротора. Несоблюдение этих условий (питание от несинусоидального напряжения или несинусоидальное распределение МДС) приводит в многофазных обмотках к появлению высших гармонических магнитного поля, вращаю-

щихся в противоположные стороны с различными частотами. Это ведет к ухудшению энергетических показателей машины.

Считаем, что обмотки получают питание от источника чисто синусоидального напряжения, и выясним, как должна быть выполнена обмотка переменного тока, чтобы распределение ее МДС было синусоидальным.

Рис. 2.3. Поперечный разрез статора двухполюсной машины с сосредо-точеииой обмоткой (а) и диаграмма распределения создаваемой ею МДС (б)

Читать еще:  Что за двигатель 1vd ftv

МДС сосредоточенной обмотки. Для установления величины и характера распределения МДС обмотки рассмотрим вначале двухполюсную машину с простейшей сосредоточенной обмоткой (рис. 2.3, а), у которой все витки, включенные в фазу А-Х, находятся в двух пазах, расположенных в диаметральной плоскости. При протекании тока от начала фазы Л к ее концу X возникает двухполюсный магнитный поток, силовые линии которого направлены, как показано на рис. 2.3, а. Каждая силовая линия этого потока сцеплена со всеми w витками катушки данной фазы. При этом создаваемая катушкой МДС FK=I,i=iw. При максимальном значении тока в катушке эта МДС имеет максимальную величину к1п=/п =К2/гг). Примем, что вся указанная МДС расходуется на преодоление магнитного сопротивления воздушных зазоров, т. е. что магнитное сопротивление ферромагнитных участков магнитной цепи машины равно нулю. При этом распределение МДС вдоль окружности статора будет иметь прямоугольную форму (рис. 2.3, б). Во всех точках воздушного зазора будет действовать неизменная МДС F=0,5Fk; при переходе через середину пазов знак ее изменяется в соответствии с изменением полярности статора на данном участке.

Прямоугольное распределение МДС можно разложить в ряд Фурье и представить в виде суммы гармоник. При этом для момента времени, соответствующего максимальному току в катушке.

/= =(/2/2) Iw (4/л) [cos (ял;/т)4-(1/3) cos (Зял;/т)4-+ (1/5) cos (5ял;/т) +. +(1/л) cos (лял;/т)],

где X — расстояние от оси симметрии обмотки, называемой осью фазы (см. рис. 2.3, б).

Следовательно, амплитуда первой гармоники МДС для сосредоточенной обмотки при максимальном значении тока

Разложение в ряд Фурье позволяет количественно оценить отклонение кривой МДС от синусоидальной формы. При сосредоточенной обмотке это отклонение очень велико, поэтому такая обмотка получила весьма ограниченное применение.

Рис. 2.4. Поперечный разрез статора двухполюсной машины с распределенной обмоткой (а) и диаграмма распределения создаваемой ею МДС (б)

МДС распределеииой обмотки. Для улучшения формы кривой распределения поля обмотку каждой фазы размещают в нескольких пазах. Это улучшает и условия охлаждения обмотки.

На рис. 2.4, а показана двухполюсная машина, у которой обмотка фазы расположена в шести пазах (при д=3). МДС распределенной обмотки можно определить как сумму МДС трех сосредоточенных катушек с числом витков в каждой ш=ш/3, сдвинутых в пространстве на угол а=л6/т, где b — расстояние между осями соседних пазов. В общем виде для каждой катушечной группы а=л/тд.

Форма распределения результирующей МДС получается в этом случае ступенчатой (рис. 2.4, б). При максимальном значении тока в фазе отдельные катушки создают в воздушном зазоре следующие значения МДС:

катушка, расположенная в средних пазах 2-2,

Аналитическое выражение для результирующего распределения МДС обмотки можно получить, суммируя МДС каждой из катушек. Наиболее удобно это сделать, изобразив векторами пространственные гармонические составляющие МДС.

Амплитудные значения первой, третьей и других гармоник результирующей МДС можно определить путем векторного сложения амплитуд соответствующих

гармоник МДС Fnx, Fn2x,

Fnzx отдельных катушек. При этом следует учитывать, что первые гармоники этих МДС сдвинуты относительно друг друга на угол а, третьи на угол За и т. д. На векторной диаграмме (рис. 2.5, а) показано сложение векторов f nil, F 2 и fnsi амплитудных значений первых гармоник указанных МДС, которые равны по модулю, но сдвинуты относительно друг друга на угол а. При этом амплитудное значение первой гармоники результирующей МДС fi = 27?sin (За/2), где /? -радиус окружности, описанной вокруг векторов F u, F 2u Р зи определяемый из условия 2/? sin (а/2) =f nii = fn2i==fn3i=fn=0,9/aj/3. Таким образом,

Fi = (0,9fW/3) sin (3a/2)/sin (а/2), (2.5)

Рис. 2.5. Диаграмма сложения векторов МДС катушек статора при распределенной обмотке

или в более общем виде (заменяя число три величиной q) Fi = 0,9/w sin sin (a/2)I.

Сравнивая между собой (2.4) и (2.5а), можно установить, что амплитуда первой гармоники результирующей МДС при распределенной обмотке отличается от соответствующей величины при сосредоточенной обмотке только множителем

= sin (gal2)/[q sin (а/2)], (2.6)

называемым коэффициентом распределения обмотки для первой гармоники. Этот коэффициент равен отношению векторной суммы МДС, создаваемых катушками, расположенными во всех пазах данной фазы, к их алгебраической сумме. Если увеличить число q в пределах некоторого заданного угла e=qa, то в идеализирован-

асинхронный двигатель для низкоскоростного безредукторного электропривода

Изобретение относится к области электротехники, а именно — к электрическим машинам, и может быть использовано для низкоскоростных безредукторных асинхронных электроприводов, механизмов и установок различного назначения. Сущность изобретения состоит в том, что каждая фаза обмотки статора состоит из двух последовательно-встречно соединенных частей, одна к из которых выполнена из катушек с диаметральным шагом, а другая — с относительным шагом , определяемым по формуле: b=1-1/k, где К — натуральное нечетное число больше 3, определяющее коэффициент понижения частоты вращения двигателя. Данное изобретение обеспечивает повышение степени тихоходности асинхронных двигателей органического диаметра. 2 ил.

Формула изобретения

Асинхронный двигатель для низкоскоростного безредукторного электропривода, содержащий статор с фазными обмотками и короткозамкнутый ротор, отличающийся тем, что каждая фазная обмотка состоит из двух последовательно-встречно соединенных частей, при этом одна часть выполнена из катушек с диаметральным шагом, а другая часть с относительным шагом , который рассчитан по формуле:

где К натуральное нечетное число больше трех, определяющее коэффициент понижения частоты вращения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам. Оно может быть использовано для низкоскоростного безредукторного асинхронного электропривода механизмов и установок различного назначения.

Читать еще:  Влияние смазки на работу двигателя

Известен асинхронный двигатель для низкоскоростного безредукторного электропривода, содержащий статор с фазными обмотками в короткозамкнутый ротор.

Данное устройство является наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту.

Недостаток указанного технического решения состоит в ограниченной возможности увеличения числа полюсов статорной обмотки двигателя.

Цель изобретения состоит в повышении степени тихоходности асинхронного двигателя ограниченного диаметра.

Для этого каждая фазная обмотка состоит из двух последовательно встречного соединенных частей, при этом одна и часть выполнена из катушки с диаметральным шагом, а другая часть с относительным шагом , который рассчитан по формуле:

где K натуральное нечетное число больше 3, определяющее коэффициент понижения частоты вращения.

Изобретение иллюстрирует фиг. 1, на которой представлена конструктивная схема двигателя. Здесь 1 статор, содержащий фазные обмотки, 2 — короткозамкнутый ротор. Каждая фазная обмотка (показана одна фаза) состоит из двух последовательно-встречно соединенных частей 3, 4, пространственные углы между осями 5 и 6 которых составляют 180 электрических градусов. Одна часть 3 обмотки выполнена с диаметральным шагом, другая часть 4 с относительным шагом .

В качестве примера конкретного выполнения асинхронного двигателя для низкоскоростного безредукторного электропривода на фиг. 2 показана схема статорной обмотки при числе фаз, равном трем. Части фазных обмоток, выполненные с диаметральным шагом y=, где t полюсное деление, обозначены A-X, B-Y, C-Z соответственно для первой, второй и третьей фазы. Соединенные с ними последовательно части обмоток, выполненные с относительным шагом b=1-1/K, обозначены a-x, b-y, c-2. Требуемая кратность понижения частоты вращения K 5, в связи с чем вторые части обмоток выполнены с шагом

Направления токов в фазных обмотках соответствуют моменту времени, когда ток в первой фазе i a I m , а в двух других i b i c -I m /2.

Асинхронный двигатель работает следующим образом. При подведении к статору трехфазного напряжения создается вращающееся магнитное поле, образующее 5 пар полюсов. Следовательно, синхронная частота вращения понижается со значения n f/p 50/1 50 об/с до значения n 50/5 10 об/с, т.е. в 5 раз.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства состоит в повышении степени тихоходности асинхронного электродвигателя. Известно, что в воздушном зазоре любого двигателя содержатся нечетные пространственные гармонические порядка =1,3,5,7 .
При выполнении обмотки с относительным шагом

n-я гармоническая поля уничтожается.

Так, для уничтожения 5-й гармонической (y 5) достаточно выполнить обмотку с b=1-1/5=4/5. Поэтому, если разделить обмотку на две части, первую часть выполнить с диаметральным шагом, вторую с относительным шагом , а оси обеих частей развернуть друг относительно друга на 180 электрических градусов, т. е. направить поля от этих частей обмотки встречно, то гармоники соответствующих порядков будут направлены также встречно. Следовательно, они будут взаимно компенсироваться и в воздушном зазоре двигателя их не будет. Однако поскольку первая часть обмотки (с диаметральным шагом) создает все гармоники, а вторая часть (с относительным шагом b=4/5) все кроме гармоники порядка =5,, то в зазоре двигателя будет присутствовать нескомпенсированная пятая гармоника поля, образованная частью обмотки с диаметральным шагом.

Такая 5-я гармоника поля образует, как известно, 5 пар полюсов и вращается в 5 раз медленнее первой гармонической. Следовательно, степень тихоходности двигателя повышается в данном случае в 5 раз.

В зависимости от требуемой кратности понижения частоты вращения к двигателя (по отношению частоты вращения первой гармонической поля) вторую часть обмотки каждой фазы следует выполнять с тем или иным относительным шагом =1-1/K,, где K может принимать только целые нечетные значения, больше 3, так как в воздушном зазоре симметричной асинхронной машины присутствуют нечетные высшие гармонические поля.

Обмотка статора электродвигателя

обмотке якоря машины постоянного тока число витков секции стремятся сделать по возможности небольшим. Причина этого в том, что секция якоря при коммутации размыкается и замыкается и в ней возбуждается нежелательная э. д. с. самоиндукции, тем больше, чем больше число витков.

Статор асинхронного двигателя не имеет коллектора, размыканий секций при работе не происходит и их число витков можно брать значительным, что особенно важно для получения большой э. д. с. обмотки.

На рис. 10-9 показана секция обмотки статора, имеющая четыре витка. Однако, если число витков секций велико, то паз получается большим, а поверхность сердеч ника б лагодаря этому число пазов увеличивается, величина паза уменьшается, а сталь сердечника используется лучше.

Рис. 10-9. Секция обмотки статора.

Все провода секций изолируются вместе и в дальнейшем секция будет изображаться одновитковой, независимо от числа ее витков (рис.10-11).

При постоянной, частоте тока, проходящего в обмотке, скорость вращения магнитного потока зависит только от того числа пар полюсов, на которое построена обмотка статора.

Рис. 11-10. Соединение двух секций обмотки статора.

Так, при f = 50 гц и при р — 1,2, 3, 4 и т. д. скорости вращения потока будут соответственно п1 = 3 000, 1 500, 1 000, 750 об/мин и т. д. Кроме того, при заданном р на каждый полюс от каждой фазы должно, очевидно, приходиться некоторое число пазов. Тогда все число пазов статора должно быть равно:

z = 2pmq,

где 2 р — число полюсов или полюсных делений (полюсное деление — расстояние между серединами двух разноименных, рядом лежащих полюсов всегда равное 180 эл. град);

Рис. 10-11. Обозначение секций.

m — число фаз обмотки;

q — число пазов на полюс и фазу, т. е. число пазов, занятых каждой фазой на каждом полюсном делении.

Читать еще:  Ваз 2110 глохнет при запуске холодного двигателя

Пусть 2p = 2, т — 3, q = 2. Число пазов статора согласно формуле (10-2) получается 12. В каждом пазу находятся две активные стороны секции и, следовательно, число секций тоже 12. Так как обмотка трехфазная, то каждая фаза состоит из четырех секций, образующих две катушки, имеющие каждая по две секции, соединенные последовательно (рис. 10-11). Обмотка, как обычно принято, изображена на рис. 10-12 в развернутом виде, так как дисковое изображение (рис. 10-8), даже для простейших схем, чертить затруднительно.

На развертке окружности (рис. 10-12) показаны зоны двух полюсных делений т. На каждом полюсном делении каждая фаза занимает два паза, т. е. q — 2, поэтому легко разметить пазы, принадлежащие отдельным фазам. Если произвольно принять, что пазы 1, 2 принадлежат фазе A, то следующие два паза этой же фазы могут быть только на втором полюсном делении, т. е. сдвинуты на 180 эл. град. Это будут пазы 7, 8. Разметка делается по верхнему слою активных сторон секций.

Рис. 10-12. Развертка двухслойной обмотки

Так как э. д. с. секций 1, 2 и 7, 8, соединенных в катушки, должны складываться, то соединение сделано так, как показано на рис. 10-10 и 10-11. Теперь эти две катушки должны быть соединены в обмотку фазы А. Однако катушки размещены на разных полюсных делениях, и, следовательно, их э. д. с. сдвинуты по фазе на 180°. Таким образом, чтобы получить э. д. с. фазы

надо конец катушки 7—2 соединить с концом катушки 7—8, что и сделано на рис. 10-12. Если принять за начало фазы А провод, выходящий из паза 1, то конец фазы X будет выходить из паза 7.

Начало фазы В будет в пазу 5, т. е. сдвинутым относительно начала фазы А на 2 /3 , или 120 эл. град. Фазе BY принадлежат пазы 5, 6 и 11—12. Начало фазы С располагается в пазу 9, т. е. со сдвигом еще на 2/3 т. Фазе CZ принадлежат пазы 9, 10 и 3, 4. Соединения второй и третьей фаз на рис. 10-12 не показаны, а размечены только начала В, С и концы Y, Z. Для присоединения к питающей сети обмотки статора соединяются, как и у трансформатора, в звезду или в треугольник.

Статья на тему Обмотка статора электродвигателя

Что такое полюсное деление асинхронного двигателя

Обмотка статора электродвигателя выполняется несколько сложнее, чем было показано на рис. 10-1.

Рис. 10-4. Секция обмотки статора.

Рис. 10-5. Соединение двух секций.

Рис. 10-6. Обозначение секций.

Каждая фаза трехфазной обмотки состоит из отдельных секций, подобных секциям якоря машины постоянного тока (см. рис. 4-9).

На рис. 10-4 показана секция, состоящая из четырех, витков, которой на статоре будут заняты два паза.

Эти же четыре витка можно разбить на две секции, как показано на рис. 10-5. Их соединяют последовательно для того, чтобы э. д. с. секций складывались. Все провода секций изолируются вместе и в дальнейшем каждая секция будет изображаться одновитковой независимо от числа ее витков (рис. 10-6).

Активные стороны секций могут помещаться в пазах в один слой (рис. 10-1) или, чаще, в два слоя, как в якоре машины постоянного тока (рис. 4-8, 4-10).

Рис. 10-7. Развертка двухслойной обмотки.

Покажем, как подсчитывается число пазов статора для трехфазной обмотки электродвигателя. Если число полюсов машины число фаз то от каждой фазы на каждый полюс должно приходиться некоторое число пазов , которым задаются при расчете машины. Тогда все число пазов статора равно:

Пусть задано, что Все число пазов Если обмотка двухслойная, то число секций тоже равно 12. Такая обмотка показана на рис. 10-7. На каждую фазу приходится секции, сгруппированные в две катушки, расположенные в сфере действия разноименных полюсов, т. е. на двух полюсных делениях т. Полюсное деление всегда равно 180° эл.

Разбивка пазов по фазам производится следующим образом. Так как то произвольно можно считать, что на первом полюсном делении фазе А принадлежат пазы 1, 2. На втором полюсном делении фазе А принадлежат пазы

Рис. 10-8. Статор асинхронного двигателя без обмотки.

Рис. 10-9. Стальной лист сердечника статора.

Рис. 10-10. Трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель.

7, 8, так как зубцов. Фаза В сдвинута в пространстве на 120° или на , т. е. на зубца, и занимает пазы 5, 6 и 11, 12. Разметка ведется по верхнему слою активных сторон. Очевидно, фаза С расположена в остальных пазах — 8, 9 и 3, 4. Для того чтобы э. д. с. фазы складывались, секции соединяют в катушки последовательно — конец первой с началом второй, а щтушки встречно — конец первой с юнцом, второй. (рис. 10-7), например:

Для присоединения обмотки к трехфазной сети ее соединяют в звезду или в треугольник.

Статор асинхронного электродвигателя без обмотки показан на рис. 10-8. Он имеет внешний чугунный, алюминиевый или стальной корпус 1 с запресованным в него сердечником 2, собранным из штампованных стальных, листов (рис. 10-9). Листы изолированы друг от друга специальным лаком.

У двигателей закрытого типа внешняя ребристая поверхность статора обдувается вентилятором для лучшего охлаждения. Двигатель в собранном виде показан на рис. 10-10.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector