Общие вопросы теории электрических машин переменного тока

Электрическая машина имеет статор и ротор, разделенные воздушным зазором. Активные части - магнитопровод и обмотки; остальные конструктивные, обеспечивающие необходимую жесткость, прочность, вращение, охлаждение.

Магнитопровод – по которому замыкается переменный магнитный поток, выполняет шихтованным из листов электротехнической стали, как у трансформатора. Если магнитный поток Ф - const, то магнитопровод можно выполнить массивным (он осуществляет конструктивные функции).

Статор асинхронной и большинства синхронных машин состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину, которая выполняется из немагнитного или слабомагнитного материала (алюминий или чугун).

Ротор асинхронной машины состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали. В пазах, размещенных на наружной поверхности ротора (сходных по форме с пазами статора), располагают обмотку ротора. В синхронных машинах ротор выполняют массивным, т.к. в нем расположены полюсы с обмотками возбуждения, магнитный поток которого неподвижен относительно ротора. При изготовлении листов ротора и статора в них штампуют пазы для укладки проводников обмотки ротора и статора, а также вентиляционные каналы для прохождения охлажденного воздуха.

Лист ротора Лист статора

**

Обмотки статора и ротора. Конфигурация зубцов и пазов зависит от типа машины и ее мощности. В машине большой мощности обмотки статора и ротора выполняют из проводников прямоугольного сечения, позволяющих более качественно разместить их в пазы квадратной формы с надежной изоляцией. В машине малой мощности обмотки ротора и статора выполняют из провода круглого сечения, в этом случае пазы полузакрытые овальной или трапециевидной формы.

При укладке проводников в пазы дно и стенки покрывают изоляционным материалом. Проводники, а также нижние и верхние слои изолируют друг от друга. Чем выше напряжение, при котором работает машина, тем большую электрическую прочность должна иметь изоляция проводников от сердечника ротора или статора. Укрепляют клиньями.

Контактные кольца служат для подвода тока к обмотке ротора или подключения к ней реостата. (3 кольца при трехфазном токе и 2 при постоянном). Для асинхронных машин с короткозамкнутым ротором контактные кольца не требуются. Токосъем с контактных колец осуществляется с помощью щеток - призматических брусков из смеси угля, графита и порошка металла. Щетки размещаются в специальных щеткодержателях и прижимаются к контактной поверхности пружинами.

Принципы выполнения многофазных обмоток

В электромашинах переменного тока проводники обмотки размещают в пазах, расположенных на внутренней поверхности статора и на внешней поверхности ротора. Периодическое чередование направления токов в проводниках на поверхности магнитопровода, обращенной к зазору, обуславливает перодическое изменение в пространстве магнитного поля.

Число периодов изменения поля (число пар полюсов) обозначают p. Обмотка, образующая поле с одним периодом (р=1) называется двухполюсной или однопериодной. Обмотка, образующая поле с несколькими периодами называется многопериодной или многополюсной.

Несколько (в общем случае m) одинаковых разноименнополюсных обмоток с одним и тем же числом пар полюсов р, питающихся от многофазной электрической сети, называются многофазной обмоткой.

Каждая фаза обмотки включает в себя ряд катушек, образованных из одного или нескольких витков. Простейший элемент обмотки – виток, состоящий из двух (1 и 2) проводников, размещенных в пазах, находящихся друг от друга на некотором расстоянии y.

Это расстояние называют шагом обмотки, оно приблизительно равно полюсному делению τ под которым понимают длину дуги, соответствующую одному полюсу , где D – диаметр ротора (для обмотки ротора) или внутренней расточки статора (для обмотки статора); 2р – число полюсов.

Полюсное деление τ выражают не только через единицы длины, но и через число пазов , Z – общее число пазов магнитопровода.

Если у = τ, то шаг называют диаметральным или полным; при у< τ - укороченным, при у> τ - удлиненным. Разность (τ – у) – называют укорочением. Часто шаг выражают в относительных единицах , а укорочение (1- ).

Проводники, находящиеся в пазах, соединяют между собой, при этом образуется ряд катушек. Расположенные в соседних пазах катушки, соединенные последовательно и относящиеся к одной фазе и паре полюсов образуют катушечную группу (аналогично АВС – начала фаз, ХУZ – концы фаз).

Каждая фаза обмотки АХ, ВУ, СZ состоит из нескольких соединенных последовательно или параллельно катушечных групп.

Расположенные в соседних пазах стороны катушек одной катушечной группы занимают q пазов и образуют фазную зону с углом . Число пазов приходящихся на полюс и фазу , где m – число фаз.

Обычно витки, образованные проводниками, лежащими в одних и тех же пазах, объединяют в одну или две катушки, называемые секциями. Катушки укладывают таким образом, чтобы в каждом пазу были размещены одна сторона катушки или две стороны разных катушек одна над другой: различают одно- и двухслойные обмотки.

При q = 1 под каждым полюсом расположено только по одной катушке каждой фазы – сосредоточенная обмотка. Чаще q >1, при этом обмотка – распределенная.