Что такое полюсы обмоток асинхронного двигателя

Что такое полюсы обмоток асинхронного двигателя

3-1. ЧИСЛО ПАР ПОЛЮСОВ. ШАГ ВИТКА

Для двигателей переменного тока (асинхронных и синхронных) число пар полюсов определяет скорость вращения, т. е. число оборотов в минуту. Оно определяется из следующей зависимости:

У асинхронных двигателей приведенное выше выражение определяет «синхронную» скорость вращения, которую двигатель развивает без нагрузки.

При нагрузке скорость вращения незначительно замедляется, появляется так называемое «скольжение».

Скольжение представляет собой разность между синхронным и действительным числом оборотов ротора в минуту, разделенную на синхронное число оборотов в минуту:

Величина скольжения при номинальной нагрузке для обычных асинхронных двигателей колеблется в пределах 2—3%, для асинхронных двигателей с повышенным скольжением она может достигать 10% и более при номинальной нагрузке.

Для того, чтобы синхронный генератор мог работать, число пар полюсов индуктора и рабочей обмотки 1 должно быть одинаковым; то же относится к асинхронному двигателю с фазным ротором, у которого обмотки статора и ротора должны иметь одинаковое число пар полюсов.

Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя может работать при различном числе полюсов статорной обмотки.

Для того чтобы в обмотке образовалось требуемое число пар полюсов р, необходимо соединить проводники в витки-катушки (секции) и катушки между собой так, чтобы были выдержаны определенные расстояния — «шаги» между сторонами (проводниками) витка-катушки и между самими катушками или их группами.

Шаг витка должен быть равен полюсному делению (диаметральный шаг) или несколько меньше его (укороченный шаг).

Полюсное деление х выражается числом пазов (или зубцов), приходящихся на полюс:

Шаг витка У также выражается числом пазов, лежащих между проводниками, образующими стороны витка.

Шаг витка должен быть близок к полюсному делению.

Если, например, нужно обмотать статор (ротор), имеющий 48 пазов, так, чтобы получить четырехполюс-ную обмотку, то полюсное деление будет равно:

Шаг катушек, следовательно, может быть взят равным 12 пазам или несколько меньше, например 10 пазам.

1 Рабочей (якорной) обмоткой генератора может быть как статорная, так и роторная. В последнем случае вырабатываемый ток подается через контактные кольца и щегки.

В первом случае стороны катушки расположатся в пазах 1 и 1 + 12=13, во втором случае — в пазах 1 и 1 + 10=11.

В первом случае будем иметь обмотку с диаметральным шагом катушек, во втором случае — обмотку с укороченным шагом, равным 10/12, или 83% диаметрального.

Укорочение составит, следовательно, 17% диаметрального шага.

Укорочение шага приводит к некоторому уменьшению э. д. с. (электродвижущей силы) витка, так как уменьшается его площадь, а следовательно, и охватываемый им магнитный поток, однако оно является весьма полезным, так как уменьшает длину лобовых соединений и в результате расход меди и потери в обмотке и, кроме того, улучшает форму кривой э. д. с.

Наиболее благоприятной формой кривой э. д. с. (т. е. кривой, которая изображает зависимость величины э. д. с. от времени) является синусоида. В этом случае электрические машины имеют минимальные потери и наилучшие характеристики. Форма кривой э. д. с. зависит от формы кривой магнитного потока, который эту э. д. с. индуцирует. Придать точно синусоидальную форму кривой магнитного потока весьма затруднительно, поэтому желательно, чтобы обмотка даже при несинусоидальном магнитном потоке давала бы синусоидальную э. д. с.

Несинусоидальный магнитный поток можно представить себе состоящим из основного изменяющегося точно по синусоиде (он называется потоком первой гармоники) и имеющего заданное для машины число пар полюсоь и наложенных на него также синусоидальных потоков (т. н. высших гармонических) с числом пар полюсов в 2, 3, 4, 5, . . ., п раз больше основного. Соответственно полюсное деление потоков высших гармонических в 2, 3, 4, 5, . . ., п раз меньше основного. В машинах, у которых северные и южные полюсы одинаковы, имеют место только иечетные 3, 5, 7, 9 и т. д. гармонические. Если укорочение шага составляет, напри-мер, 75=20% полюсного деления, то для 5-й гармонической это означает укорочение на 100%, т. е. целиком на однб полюсное деление 5-й гармонической. При этом виток будет охватывать две положительные и две отри-

цательные полуволны 5-й гармоники и, следовательно, общий поток 5-й гармонической, охватываемой витком, и э. д. с. 5-й гармоники будут равны нулю.

Аналогичное положение создается для 3-й гармоники, если укоротить шаг на ‘/з полюсного деления. Поэтому при относительно небольшом уменьшении основной э. д. с. можно в сильной степени уменьшить э. д. с. от высших гармоник и получить, следовательно, близкую к синусоидальной э. д. с. витка.

При слишком большом укорочении шага начинает превалировать уже уменьшение основной э. д. с, что недопустимо. Поэтому укорочение шага обычно не превышает Уз полюсного деления, т. е. шаг не берется менее 0,66 полюсного деления.

Исключения составляют специальные обмотки, например обмотки для переключения на два числа полюсов.

В связи с тем что обмотки размещаются в пазах и проводимость воздушного зазора между зубцами и между пазами статора и ротора для магнитного потока получается различной (в особенности при открытых пазах), в кривой магнитного потока появляются так называемые зубцовые гармоники, отражающие пульсацию потока из-за изменения проводимости воздушного зазора. Очевидно, что исключить эти гармонические за счет укорочения шага нельзя, так как двойное полюсное деление зубцовой гармоники равно зубцовому делению и укорочение шага, равное полюсному делению этой гармоники означает необходимость положить виток, не в паз, а на зубец.

Радикальным способом борьбы с зубцовыми гармониками является скос пазов. Зубцовые гармоники могут быть уменьшены также за счет применения обмоток с дробным числом пазов на полюс и на фазу.

При выполнении обмоток стремятся обычно распределить витки на возможно большее число пазов, которые при этом получаются меньше.

Такое распределение обмотки позволяет получить меньший поток рассеяния, т. е. вредный для работы машины магнитный поток, который не проходит из ста-гора в ротор, а замыкается вокруг паза. Кроме того, сами зубцы и пазы становятся мельче, что уменьшает

зубцовые гармоники (пульсации). Улучшается и отдача тепла от обмотки к активной стали. С другой стороны, поскольку каждую катушку в пазу приходится изолировать, большое число пазов влечет за собой потерю места в пазах на изоляцию и соответственное уменьшение мощности, особенно в машинах с высоким напряжением. Эти соображения определяют выбор числа пазов. Свойства обмотки и ее схема в значительной степени зависят от числа пазов на полюс и фазу — q.

Обмотка асинхронного двигателя

.;: ) , риг 2 S/ е -Vrrr — -Vrrrrf /

Заявлено 19 июля 1940 г. за № 33981/302592 в Народный

Предметом изобретения является обмотка асинхронного двигате ля, допускающая, с целью изменения скорости двигателя переключение числа полюсов в отношении 8л : 6п : 4п : 2л, где л — любое целое число.

Большим недостатком асинхронных двигателей является несовершенство регулирования скорости. Многоскоростной асинхронный двигатель частично разрешает проблему экономичного регулирования скорости у двигателей переменного тока и за последние годы все шире и шире распространяется в промышленности, особенно в станкостроении.

Применение многоскоростного асинхронного двигателя в качестве электропривода для металлорежущих и других, станков значительно упрощает кинематику станка, упрощает конструкцию станка и уменьшает его габариты, повышает к.п.д. станка и увеличивает его надежность , облегчает автоматизацию станка.

В настоящее время многоскоростные двигатели на три и четыре скорости выполняются обычно на двух обмотках (каждая обмотка на одну или две скорости). Это связано со значительным увеличением габаритов двигателей, с перерасходом на 40-60% дефицитной обмоточной меди и на 25-30% динамного железа, с удорожанием на 70-80/о обмоточных работ, сравнительно с многоскоростными двигателями на одной обмотке. Применению же многоскоростного двигателя на одной обмотке препятствует слишком большое число выводов на контроллер, удорожающее и усложняющее его.

Известно, что переключение 8л; 6л представляет значительные трудности как раз из-за слишком большого числа выводов на переключатель .

Предлагаемая обмотка асинхронного двигателя дает возможность получить на одной обмотке четыре скорости, относящиеся как 8л: 6л: : 4л .- 2л, где л — любое целое число.

с2со;с;. лл электропромышленности СССР Ф- плтаНиО т ;; ;ичЕс:;..л <

.1ЯI I |ИШИ1 Ч1Ив ни I

№ 62131— 2 При этом число выводов на контроллер не превышает 21 и сама схема значительно проще по сравнению с известными, в которых четыре скорости (с другими соотношениями чисел полюсов) получаются в лучшем случае при 24 выводах на контроллер и при слолшых схемах переключения.

Хотя в предлагаемой обмотке имеется некоторое увеличение числа выводов сравнительно с двумя обмотками (при двух обмотках имеется 12-14 выводов), однако это увеличение с большим избытком компенсируется уменьшением габаритов двигателя, экономией примерно 50% обмоточного провода, экономией 20-30% динамного железа, удешевлением обмоточных работ на 50%, повышением к.п.д. и cos ф у двигателя на одной обмотке при 6п, 4« и 2п полюсах сравнительно с двигателем , имеюш.им две обмотки.

Как известно, для полюсопереключаемой обмотки величина q (число пазов на полюс и фазу) на низшей скорости занимает 2/Зт, где т-полюсное деление для низшей скорости.

Особенностью настоящего изобретения является то, что при числе полюсов 8п у одной части катушек q занимает больше, чем 2/Зт, а у другой части меньше, чем 2/Зт.

Предлагаемое размещение обмотки дает возможность значительно уменьшить число переключаемых катушек, а следовательно, уменьшить число выводов на контроллер, упрощая помимо этого его схему, так как на каждой скорости переключается только часть выводов.

Обмотка может быть выполнена в виде кйтушек одинаковой или различной ширины, как однослойная, многослойная или какая-либо иная обмотка с любым укорочением или удлинением шага.

В сопряжениях фаз между собой возможны варианты; треугольник, звезда, звезда — треугольник (обмотка расположена на луче звезды и стороне треугольника). Помимо различных вариантов в сопряжениях фаз между собой возможны последовательное, параллельное и последовательно-параллельное соединения частей обмотки внутри фазы. Таким образом, возможности для получения тех или иных соотношений между индукциями, а следовательно, и вращающими моментами, при различных числах полюсов достаточно широки.

Как и обычная двухслойная обмотка, предлагаемая обмотка, принципиальная схема которой показана на фиг. 1, состоит из двенадцати катушек. Однако расположение катушек отличается от обычного. Шесть катушек располагаются в четырех пазах, а остальные шесть в двух пазах, занимая при этом половину площади каждого паза.

Соединение катушек между собой для числа полюсов, равного 8, показано на фиг. 2. При числе полюсов, равном 6 (фиг. 3), шесть катушек со сторонами, расположенными в двух пазах, группируются по две вместе таким образом, что получается расположенная на 2/Зт (для 2л 6) обмотка, состоящая из девяти катушек. Число полюсов, равное 4 (фиг. 4), получаем, меняя направление в половине катушек, соединенных для .

Число полюсов, равное 2 (фиг. 5), образуется катушками, сгруппированными таким образом, что из двенадцати катушек с 4 и (7 2 образуется шесть катушек с , т. е. и в данном случае q является нормальным для данной скорости, расположенным на 1/Зт (для ).

Указанными выше соединениями далеко не исчерпываются возможные комбинации в соединении катушек между собой для получения того или иного числа полюсов.

.Предмет,изобретен и я

Обмотка асинхронного двигателя с переключением числа полюсов в отношении 2n:4n:Gn:8n, где « -любое целое число, состоящая из двенадцати катушек или числа, кратного двенадцати, отличаюш.аяся тем, что у одной половины катушек обмотки число пазов, занимаемых стороной катушки, составляет больше чем 2/3 полюсного деления на низшей скорости, а у другой половины катушек указанное число пазов занимает меньше 2/3 этого полюсного деления.

3-фазные асинхронные двигатели с полюсами, не равными 3x

blindguy

У меня возникают проблемы с поиском диаграмм, показывающих асинхронные двигатели с полюсами, не равными 3x. Все, что я нахожу, это 2 полюса на фазу. Кто-нибудь может объяснить и помочь мне визуализировать, например, 4-полюсный 3-фазный асинхронный двигатель?

транзистор

1. Чтобы не было путаницы: полюса всегда появляются парами. Обмотки генерируют чередующиеся полюса N (север) и S (юг). В результате электродвигатели переменного тока являются 2-полюсными, 4-полюсными, 6-полюсными и т. Д. (Помните, что если бы вы сломали стержневой магнит пополам, чтобы изолировать каждый из полюсов, новые противоположные полюсы появились бы на каждом сторона разрыва, давая вам два стержневых магнита каждый с парой полюсов NS.)
2. На трехфазном двигателе схема полюсов должна повторяться для каждой фазы. Поэтому двухфазный трехфазный двигатель будет иметь шесть полюсов.

Рисунок 1. 2-полюсный, 3-фазный двигатель.

Рисунок 2. 4-полюсный, 3-фазный двигатель.

Рисунок 3. 6-полюсный 3-фазный двигатель.

Изображения со страницы Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами Basil Networks Это стоит прочитать, поскольку показывает последовательное подключение двигателя.

Рисунок 4. Иллюстрация 4-полюсного, 3-фазного асинхронного двигателя переменного тока. Источник Википедия: асинхронный двигатель .

Рисунок 4 немного более понятен относительно пути потока внутри ротора.

Марко Буршич

blindguy

Хит Рафтери

Марко Буршич

Потому что магнитное поле имеет два полюса N и S или одну пару полюсов. Следовательно, число полюсов может быть просто числом 2 * N. И это не полюсы на фазу, а полюса (или пары полюсов). Например, у вас есть двухполюсный двигатель или двигатель с одной парой полюсов, который одинаков. Синхронная скорость асинхронного двигателя составляет N = f / (60 * N_of_pole_pairs).

На рисунке ниже представлен магнитный поток 2-полюсной и 4-полюсной машины. У 2 полюса есть полюсы N и S, в то время как у 4 полюса есть NSN S.

Анимация четырехполюсного асинхронного двигателя:

Изменить: Вы должны искать вращающееся магнитное поле. Ток в трехфазной обмотке генерирует магнитное поле постоянной величины, которое вращается, если токи являются переменными. То же самое можно сделать с двухфазными обмотками с углом наклона 90 градусов, но нам потребуется 4 провода, в то время как в трехфазной системе используется только 3 провода. Поэтому количество фаз не связано с количеством пар полюсов.

Edit2: Специально для пользователя JonRB, который не имеет представления об асинхронных двигателях, см. Есть 2,4,6,8 . полюсов, 3 ПОЛЯ НЕ СУЩЕСТВУЮТ.

Механическая характеристика асинхронного двигателя с переключением пар полюсов

Благодаря простой конструкции, высокой надежности и выгодной цене асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, стал наиболее популярным электродвигателем применяемый в промышленности и быту. В данной статье рассмотрим механическую и пусковую характеристику асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и возможностью переключения пар полюсов.

Переключение числа полюсов – это один из способов регулирования скорости привода. Данный электропривод часто используются в приводных системах подъёмно-транспортного оборудования, станочных приводах. При этом большая частота вращения используется для обеспечения высокой скорости, а низкая – для позиционирования (скорость дотягивания). Асинхронные двигатели с переключением пар полюсов изготавливаются на скорости вращения: 1500/3000 об/мин (число полюсов 4/2 – схема Даландера), 750/3000 об/мин (число полюсов 8/2 – раздельные обмотки), 1000/1500 об/мин (число полюсов 6/4 — раздельные обмотки), 750/1500 об/мин (число полюсов 8/4 — схема Даландера), при частоте питающей сети 50 Гц.

Механическая характеристика асинхронного двигателя

При разгоне асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором изменяется сопротивление обмотки ротора, а следовательно в зависимости от частоты вращения (от величины скольжения) изменяется и вращающий момент. Пусковая характеристика выражается через механическую характеристику асинхронного двигателя.

• MA1 = пусковой момент (8-полюсное включение);
• MA2 = пусковой момент (2-полюсное включение) ;
• MS = минимальный пусковой момент;
• MK = опрокидывающий момент;
• MN = номинальный момент;
• ML = момент нагрузки;
• [1] = двигательный режим;
• [2] = генераторный режим (торможение) ;
• [3] = стабильная рабочая точка;
• 2P = 2- полюсное включение обмотки;
• 8P = 8-полюсное включение обмотки;

Механическая характеристика асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, с переключением числа пар полюсов.

При каждом разгоне двигатель проходит эту механическую характеристику до стабильной рабочей точки, в которой кривая момента нагрузки пересекается с кривой момента двигателя. Стабильная рабочая точка достигается в том случае, если момент нагрузки меньше пускового или минимального пускового момента.

При переключении обмотки статора с 2-полюсного на 8-полюсное включение частота вращения не сразу снижается до синхронной, и двигатель кратковременно работает в генераторном режиме. За счет преобразования кинетической энергии в электрическую, торможение от высокой частоты вращения до низкой выполняется без потерь мощности и износа деталей. При этом торможении достигается вращающий момент, величина которого рассчитывается по следующей формуле:

MU = момент при переключении пар полюсов;

MA1 = пусковой момент двигателя с включением обмотки для меньшей частоты вращения;

Момент при переключении пар полюсов MU – это средняя разность характеристик для 2-полюсного и 8-полюсного включения обмотки в диапазоне частоты вращения, ограниченном соответствующими номинальными значениями (механическая характеристика асинхронного двигателя — заштрихованная область).