Шпоры (Асинхронные машины)

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ (АМ).

29. АМ. Общее устройство, особенности конструкции.

Устройство:

1) Неподвижный статор.

1. Корпус (литой с рёбрами для теплоотвода и жёсткости).

а. Лапы (для крепления)

б. Фланец

в. Рёбра жёсткости

г. Клеммная коробка

2. Сердечник (магнитопровод) из отдельных стянутых вместе листов эл/техн стали.

3. Пазы, в которые укладываются распределённые трёхфазные обмотки со сдвигом фаз на 120 эл. градусов.

2) Вращающийся ротор.

1. Сердечник из листов эл/техн стали.

2. Подшипниковые щиты.

3. Вентилятор.

На поверхности КЗР – пазы, в которые заливаются алюминиевые стержни короткозамкнутой обмотки.

У ФР в пазы укладывается обмотка по типу обмотки статора (обычно в звезду Y), а свободные концы выводятся на медные кольца на валу, изолированные друг от друга и от вала. На эти кольца накладываются щётки, которые соединены с пусковым реостатом.

30. Принцип действия асинхронного двигателя (АД).

Режим двигателя: _поля > _рот.

На обмотку статора подаётся напряжение U, под действием которого в обмотке протекает ток I, создающий вращающееся магнитное поле B_I в зазоре между статором и ротором. Это поле в свою очередь порождает ЭДС самоиндукции e_си в обмотке статора и взаимной индукции e_ви в обмотке ротора. Результирующее поле B вращается в ту же сторону и с той же угловой скоростью.

При взаимодействии B и I_ви возникает э/м сила и момент, под действием которого ротор вращается в сторону вращения магнитного поля.

Угловая частота вращения ротора _рот не может превысить _поля  частота и амплитуда ЭДС и тока в обмотке ротора меньше.

31. МДС сосредоточенной катушки.

[Магнитное поле в зазоре между статором и ротором.]

Ток катушки:

i_к = I_кmsin wt

Пусть магнитная проницаемость стали  = , тогда вдоль силовой линии H_ = const, и силовые линии полюса параллельны друг другу и перпендикулярны линии, соединяющей соответствующие полюса, тогда зависимость B_(x) имеет вид:

[Прямоугольная зависимость B_d, F_k (x).]

Это поле вращается во времени

t - полюсное деление, Т_п – пространственный период.

Закон полного тока:

ℓ - любая силовая линия.

_ - удельная проводимость воздушного зазора.

F_к и B_ называют пульсирующей, так как F_кm=F_кm∙sint.

Разложим в ряд Фурье:

[Симметрия 4-го рода, б.]

Так как все высшие гармоники являются составляющими прямоугольника МДС, то они изменяются во времени (пульсируют) с одной и той же частотой, равной частоте тока в обмотке.

Значение МДС первой гармоники на расстоянии x вдоль расточки статора.

При синусоидальном токе МДС в любой точке на статоре изменяется синусоидально во времени с амплитудой F_к1m(x).

32. Пульсирующие и бегущие волны МДС.

Уравнение пульсирующей волны МДС:

F = 0 в узлах, F = F_m в пучностях.

Пульсирующую волну можно разложить на две одинаковые встречно бегущие волны.

wt = 0; wt = p/2

1. - правобегущая волна МДС

2.: - левобегущая волна МДС

Пульсирующую волну МДС можно разложить на две одинаковые встречно бегущие волны МДС.

Три пульсирующих поля, сдвинутые в пространстве и времени на 120 электрических градусов, образуют вращающееся синусоидальное магнитное поле.

_{Суммарная первая гармоника – правобегущая волна:}

В результате, МДС каждой гармонической составляющей может быть получена сложением гармоник всех трёх фаз.

 = 6k-1 = 5, 11, 17, … - левобегущие волны (+)

 = 6k+1 = 1, 7, 13, … - правобегущие волны (-)

 = 6k+3 = 3, 9, 15, ... – волны отсутствуют.

33. ЭДС проводника обмотки. Скос пазов.

Вращающееся со скоростью  = 2f магнитное поле индуцирует в каждом проводнике витка ЭДС

Для улучшения формы кривой ЭДС применяют скос пазов относительно осевой ротора.

Угол скоса пазов:

Результирующая ЭДС проводника равна геометрической сумме элементарных ЭДС.

Коэффициент скоса - отношение длины хорды к длине дуги - показывает, во сколько раз ЭДС проводника со скосом меньше проводника без скоса:

Неравномерность воздушного зазора (из-за наличия пазов) приводит к появлению высших гармонических кривых зубцового порядка.

Если b_c = , то высшие гармонические зубцовых порядков на краях проводника находятся в противофазе (при скосе) и взаимно уничтожаются.

34. ЭДС витка, катушки. Укорочение шага обмотки.

ЭДС витка равна геометрической сумме ЭДС проводников.

Коэффициент укорочения:

y = 

Укорочение шага обмотки нужно для уничтожения 5-й гармонической. Подбирая , можно убить и другие гармоники. На практике подавляют (не полностью) 5-ю и 7-ю.

ЭДС катушки:

35. ЭДС катушечной группы. Коэффициент распределения.

Катушечная группа имеет полный шаг .

В катушечной группе ЭДС катушек сдвинуты на угол:

g = 2pp/z

p – число пар полюсов;

z – число пазов.

q катушек занимает угол:

- угол фазной зоны

ЭДС катушечной группы E_q равна геометрической сумме ЭДС катушек E_q.

Коэффициент распределения показывает во сколько раз ЭДС катушечной группы меньше ЭДС сосредоточенной катушки.

Обмотку делают распределённой из-за того, что прямоугольная МДС при этом больше соответствует синусоиде. Амплитуды высших гармоник для кривой МДС катушечной группы будет меньше, чем амплитуды для кривой сосредоточенной обмотки.

36. ЭДС фазы обмотки.

В многополюсной машине каждая фаза обмотки содержит ряд катушечных групп, лежащих под разными полюсами. Как правило, число витков катушечных групп одинаковое; и они занимают одинаковые фазные углы a и сдвинуты относительно друг друга на целое число t. Такие катушечные группы можно соединять последовательно или параллельно. ЭДС фазы обмотки

где n – число катушечных групп в фазной обмотке.

37. Обмотки машин переменного тока, общее устройство.

Классификация обмоток машин переменного тока:

1) Применение обмотки: обмотки статора, ротора

2) Расположение в пазах: однослойные, одно-двухслойные, двухслойные

3) Форма катушек: концентрические, равнокатушечные (шаблонные)

4) Форма лобовых частей: двухплоскостные, трёхплоскостные, корзиночные

5) Форма сечения провода: мягкие всыпные – из круглого провода, жёсткие – из прямоугольного провода

Пазы бывают открытыми, полуоткрытыми, полузакрытыми и закрытыми.

6) Расположение вывода катушек: петлевые, волновые.

7) Шаг обмотки:

а. С диаметральным шагом (y = ) – расход меди

б. С укороченным шагом (y<) – часто используется

в. С удлинённым шагом (y>)

8) Число пазов на полюс и фазу: q – число катушек в катушечной группе

9) Способ укладки в пазы: вкладываемые со стороны цилиндрической поверхности, протягиваемые с торца

Концы фаз в клеммной коробке:

1-я фаза – С1-С4

2-я фаза – С2-С5

3-я фаза – С3-С6

Общая характеристика якорных обмоток.

К якорным обмоткам машин переменного тока относятся трёхфазные обмотки якорей СМ и трёхфазные обмотки статоров и роторов АМ.

Многофазные симметричные обмотки с числом фаз m, состоят из m идентичных фазных обмоток, которые соединяют либо в многоугольник, либо в Y.

Обмотки фаз взаимно смещены на эл. угол, равный 360º/m. Если машина имеет p пар полюсов, то по окружности якоря размещается p синусоид магнитной индукции. В угловом измерении полная синусоида соответствует 360º в электрическом соответствии p·360º.

Обмотка фазы образуется из отдельных катушек и катушечных групп, которые соединяют либо последовательно, либо параллельно.

Катушка - один или несколько последовательно соединённых витков, расположенных в одних и тех же пазах, и имеющих общую изоляцию от стенок паза.

Пазовые части (катушечные стороны) - прямолинейные части катушек, которые укладываются в пазы.

Лобовые части - части катушек, выходящие за пределы сердечника якоря.

Катушечная группа – последовательно соединённые (обычно) катушки одной фазы обмотки, расположенные в соседних пазах. Из катушек и катушечных групп образуется параллельные ветви.

y - шаг катушки, расстояние между катушечными сторонами, которое измеряется либо в долях полюсного деления, либо в зубцовых делениях.

Зубцовое деление t_Z – расстояние между серединами двух соседних пазов, измеренное по поверхности сердечника якоря.

Расположенные в соседних пазах, сторона однокатушечной группы занимает q зубцовых делений и образуют фазную зону:

38. Однослойные обмотки.

p = 2; q = 2; z = 2mpq = 2·3·2·2 = 24;

В однослойной концентрической обмотке катушки, образующие каждую катушечную группу, расположены концентрично. Различна длина катушек, принадлежащих соседним группам, малым и большим.

Если же число пар полюсов чётное, то в каждую фазу входит одинаковое число больших и малых катушечных групп. Если p - нечётное, то число больших и малых катушечных групп в фазах будет неодинаковое. Чтобы выровнять сопротивление фаз, применяют переходную или «кривую» катушечную группу, у которой одна катушечная сторона равна длине малой катушечной группы, а вторая - большой.

39. Двухслойные обмотки.

Двухслойные обмотки с целым числом q являются наиболее распространёнными обмотками для машин средней и большой мощности. Каждая фаза обмотки образуется из групп одинаковых катушечных групп. В группу входят q катушек. Катушки всех фаз имеют одинаковую форму и размеры.

Выполняются вручную (чтобы заложить под уже имеющуюся обмотку конец обмотки).

Двухслойная обмотка позволяет укоротить шаг, что благоприятно сказывается на гармоническом составе магнитного поля.

Для механизации укладки обмотки в пазы выполняют одно-двухслойные.