1 лекция.

Принцип выполнения обмоток машин переменного тока.

Типы машин переменного тока:

- асинхронные;

- синхронные;

- коллекторные.

Наиболее широкое распространение имеют асинхронные и синхронные машины. Асинхронные машины применяются в основном в виде двигателей. Синхронные машины применяются в виде генераторов переменного тока, а так же в виде двигателей.

Общий принцип работы этих двух типов машин: вращающееся магнитное поле взаимодействует с проводником. Статор – неподвижная часть, ротор – подвижная часть.

Асинхронный двигатель очень надежная машина, нет скользящего момента.

Коллекторные машины переменного тока конструктивно похожи на машины постоянного тока с наборной обмоткой.

Принцип выполнения обмоток машин переменного тока.

Рассмотрим машину постоянного тока, где число секций равно числу коллекторных пластин.

ЭДС можно представить в виде потенциального многоугольника. Каждая сторона потенциального многоугольника характеризует мгновенное значение ЭДС секции.

В том случае, если число секций будет равно бесконечности, то потенциальный многоугольник превращается в потенциальную окружность, каждая ее точка характеризует мгновенное значение ЭДС секции.

Сделаем следующую модернизацию якоря машины переменного тока – сделаем надрезы под углом 120 градусов. Каждая результирующая ЭДС будет характеризоваться хордой. Затем соединим все начала в одну точку, в центре окружности на якорь оденем три кольца и поставим на них щетки, подсоединяем концы к кольцам. На выходе с колец будем иметь трехфазную симметричную ЭДС, таким образом, мы обмотку постоянного тока преобразовали в обмотку переменного тока. В якорной обмотке индуктируется переменный ток и переменная ЭДС.

А, В, С – фазные зоны.

Мерой использования обмотки является коэффициент распределения

Хорда характеризует ЭДС (напряжение), которое выдается в сеть, а дуга характеризует алгебраическую сумму ЭДС, которая индуктируется в фазной зоне. Для того чтобы улучшить использование меди обмотки фазную зону берут равной 60 электрическим градусам.

Мы потенциальную окружность делим на 6 фазных зон.

Условно выбираем направление ЭДС фазных зон. Нарисуем секцию:

П о фазе сдвиг на 180 градусов мы соединяем концы ЭДС проводников – это равносильно повороту на 180 градусов.

Из приведенной схемы (машины постоянного тока) следует, что фазные зоны АХ, ВХ, СZ. Для того чтобы по контуру фазы их ЭДС действовали согласно, нужно соединить концы с концом, такое соединение позволяет произвести поворот векторов XYZ на 180 градусов. Таким образом, чтоб последовательно соединить фазные зоны АХ надо соединить конец с концом.

Параллельное соединение:

Для того чтобы построить схему обмотки необходимо знать число пазов на полюс фазы, которое обозначается q.

- число зубцов;

- число полюсов;

- число фаз.

Как следует из приведенного выражения q – это число пазов, принадлежащее одной фазной зоне.

В нашем случае m=3; 2р=2.

Обмотки укладываются в пазы – прямоугольные открытые, полуоткрытые, полузакрытые, полузакрытые и т.д.

Пример открытого паза:

Обмотка выполняется из катушек, предположим петлевая обмотка:

Катушка Катушечная группа

Катушечная группа – когда имеется несколько катушек.

Обмотки бывают однослойные и двухслойные. При механизированной обмотке применяют однослойные и двухслойные концентрические.

По типу обмотки бывают тепловые и волновые.

ЭДС обмоток машин переменного тока.

Общие положения.

ЭДС переменного тока характеризуется величиной, частотой, формой кривой.

Первые два параметра обеспечиваются довольно просто, в третьем приходится сталкиваться с большими трудностями.

Не синусоидальность напряжения приводит к увеличению потерь в самом генераторе, приемниках энергии, вызывает перенапряжение в линиях электропередач, оказывает индуктивное действие на ближайшие линии слабого тока.

ЭДС проводника при синусоидальном распределении индукции в воздушном зазоре.

Этот вопрос будем разбирать па примере синхронного генератора

- коэффициент формы поля, для синусоиды .

- магнитный поток.

- ЭДС проводника.

Кривая распределения.

Кривая индукции раскладывается на гармоники.

2 Лекция.

ЭДС проводника при учете высших гармоник индукции.

В этом случае:

- порядок гармоники.

- полный магнитный поток с учетом высших гармоник.

- окончательное выражение ЭДС проводника.

Из этого выражения видно, какое влияние оказывают высшие гармоники на ЭДС проводника. Из анализа полученного выражения можно сделать вывод, что высшие гармоники оказывают незначительное влияние на величину ЭДС проводника, а в основном искажают форму кривой ЭДС.

ЭДС витка сосредоточенной обмотки с полным диаметральным шагом.

Сосредоточенной обмоткой называется обмотка, у которой число пазов на полюс фазы равно 1.

Обмотка однослойная. ЭДС определяется по правилу левой руки: магнитные линии входят в ладонь, большой палец направлен против направления вращения магнитного поля и тогда 4 пальца покажут направление ЭДС.

- ЭДС сосредоточенной обмотки.

- число витков катушки.

- число пар полюсов.

ЭДС распределенной обмотки с диаметральным шагом.

Параметры обмотки: обмотка однослойная, однофазная, , , .

ЭДС которая индуктируется в витках обмотки можно представить в виде системы векторов вращающихся против часовой стрелки. Проекции этих векторов характерезует мгновенное значение ЭДС секции в рассматриваемый момент времени и может быть представлена следующим образом:

Д ля того чтобы найти результирующую ЭДС обмотки необходимо произвести геометрическое сложение ЭДС катушек, из которых состоит обмотка.

- действующее значение ЭДС фазы.

- угол между двумя соседними пазами.

- ЭДС катушки.

Из находим отрезок .

Из находим отрезок .

- ЭДС распределенной обмотки первой гармоники.

- коэффициент распределения первой гармоники.

Коэффициент распределения показывает, как изменяется ЭДС обмотки в случае, когда катушки распределены по рядом расположенным пазом.

ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки и это уменьшение определяется коэффициентом распределения.

Коэффициент распределения для высших гармоник:

Для ой гармоники

Если , то

Таким образом, за счет распределения обмотки можно избавиться от некоторых высших гармоник.

3 Лекция.

Распределение обмотки позволяет избавиться от некоторых гармоник в кривой выходного напряжения, однако распределение обмоток приводит к уменьшению результирующей ЭДС каждой гармоники, включая первую.

ЭДС сосредоточенной обмотки с укороченным шагом.

По правилу правой руки определяем ЭДС вращения.

- относительный шаг обмотки.

у – ширина секции.

Поскольку проводник штрих находится под центром полюса, его ЭДС может быть обозначена вектором направленным вертикально; проводник два штриха будет вектором, смещенным относительно на .

Из находим отрезок .

ЭДС витка с укорочением.

ЭДС витка с диаметральным шагом.

коэффициент укорочения.

коэффициент укорочения первой гармоники.

порядок гармоники.

коэффициент укорочения -ой гармоники.

Если , то .

если действуют встречно.

Укорочение обмотки позволяет уменьшить, либо полностью избавиться от некоторых гармоник кривой выходного напряжения синхронного генератора. Однако укорочение шага приводит к уменьшению результирующей ЭДС каждой гармоники, включая первую.

Зубцовые гармоники.

Гармоники, порядок которых равен:

Называются зубцовыми и обусловлены зубчатостью статора.

Для них характерно, что коэффициент распределения и укорочения такой же как для первой гармоники. На сколько процентов мы уменьшаем зубцовую гармонику, настолько же и уменьшаем первую гармонику. Поэтому с этими гармониками распределение и укорочение шага не применяют.

Для уменьшения зубцовых гармоник применяют 2 способа:

- применение обмоток с дробным числом на полюс фазы.

- делают скос пазов на одно зубцовое деление.

Произведем скос пазов на одно зубцовое деление

пространственная координата.

Поскольку в скошенном проводнике ЭДС будет создаваться «+» и «-» индукцией пятой гармоники и соответственно ЭДС будут действовать встречно, следовательно, результирующая ЭДС в пятой гармонике будет уменьшаться.

коэффициент скоса.

ЭДС проводника со скосом.

поэтому обмотка, у которой присутствует скос позволяет получить меньшие напряжения, чем обмотка без скоса.

Общее выражение ЭДС фазы.

действующее значение ЭДС фазы.

обмоточный коэффициент для 1 гармоники.

число витков в фазе.

Для высших гармоник:

Магнитодвижущая сила обмоток машин переменного тока.

Уравнение пульсирующей волны.

пространственная координата.

величина, которая распределена в пространстве по закону косинуса.

пространственный период.

временной период.

Рассматриваемая функция представляет собой волну, которая распределена в пространстве по косинусоидальному закону и изменяется во времени по синусоидальному закону, т.е пульсирующую волну, которая неизменна в пространстве (по расположению), но максимум при определенных временных координатах превращается в 0.

Уравнение бегущей волны.

Для простоты будем использовать выражение:

, .

это величина, которая распределена в пространстве по синусоидальному закону.

Таким образом, в момент времени значение функции с пространственной координатой х=0 будет равно максимуму.

Если бы мы провели дальнейшие исследования, то мы бы пришли к выводу, что перед нами левобегущая волна.

Рассматриваемое выражение характеризует собой левобегущую волну, которая с течением времени перемещается в пространстве и ее максимум никогда не превратится в 0.

Если бы перед стоял минус, то это была бы правобегущая волна.