МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Донецький державний технічний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни «Електричні машини»

розділ «Асинхронні машини»

Донецьк - ДонДТУ – 2001

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Донецький державний технічний університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт

з дисципліни “Електричні машини”

розділ “Асинхронні машини”

Присвячується 80-річчю ДонДТУ

Затверджено

на засіданні кафедри

“Електромеханіка і ТОЕ”.

Протокол №2 від 12.10.2000р.

Рекомендовано

до видавання навчально-видавничою радою ДонДТУ.

Протокол №________

від_________________ 2001р.

Донецьк - ДонДТУ – 2001

УДК 621.313 (071)

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “Електричні машини”. Розділ “Асинхронні машини” (для студентів спеціальностей 7.090601 “Електричні станції”, 7.090602 “Електричні системи та мережі”, 7.090603 “Електротехнічні системи електроспоживання”, 7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації і електропривод”)

Наведені основні рекомендації щодо виконання обмоток статора і ротора асинхронного двигуна, а також дослідження асинхронної машини в режимах двигуна і генератора.

У розробці методичних вказівок до окремих лабораторних робіт взяли участь студенти електротехнічного факультету Красік П.І., Леоненко К.Є., Терещенко С.О.

Укладачі: М.З. Дудник, д.т.н., професор

А.О. Гусаров, к.т.н., доцент

Г.В. Демченко, к.т.н., доцент

Рецензент: К.П. Донченко, старший викладач

Лабораторна робота 1 виконання обмоток статора і ротора асинхронного двигуна

Мета роботи - ознайомлення зі способами розрахунку і практичного виконання обмоток асинхронного двигуна.

Обладнання і прилади

Обмотка статора виконується на макеті статора, а обмотка ротора на макеті ротора.

Зміст роботи

1.На основі отриманого завдання виконати розрахунок обмотки.

2.Накреслити зірку пазових ЕРС і зробити розподіл пазів за фазами.

3.Виконати розгортку кожної фази окремо і приступити до їх намотки.

4.Перевірити функціювання виконаної обмотки на стенді.

5.Розрахувати обмоткові коефіцієнти.

Пояснення до роботи

На базі відомостей про конструкцію різних видів обмоток і відповідно до завдання приступити до практичного виконання обмотки статора або ротора.

Обмотки статора і ротора асинхронної машини виконують дві функції:

1.Створюють МРС і магнітне поле в машині.

2.Служать тим елементом, в якому індукується ЕРС машини.

Одна і та ж обмотка здатна виконувати і ту, і іншу функцію.

Будь-яка обмотка статора або ротора складається з наступних елементів: активний провідник, виток, секція (котушка), кoтушечна група.

Два активних провідники, розташовані на відстані полюсного кроку і з’єднані послідовно, утворюють виток.

Декілька послідовно з’єднаних витків, що мають загальну ізоляцію, утворюють секцію (котушку).

Декілька послідовно з’єднаних і розташованих в сусідніх пазах секцій утворюють котушечну групу.

Кожна фаза обмотки створюється однією або декількома котушечними групами.

Обмотки машин змінного струму бувають одношарові або двошарові.

Якщо активна сторона секції повністю заповнює паз, то така обмотка називається одношаровою. У такій обмотці число секцій (S) вдвічі менше числа пазів (Z).

Якщо в одному пазу вміщуються активні сторони двох різних секцій, то обмотка називається двошаровою.

Число секцій (S) у двошаровій обмотці дорівнює числу пазів (Z) статора або ротора.

Розрахунок обмоток

Розрахунок обмоток усіх типів виконується з використанням певних формул, ілюструється зіркою пазових ЕРС і завершується схемою (розгорткою) відповідної обмотки.

Як відмічалося вище, ширина секції обмотки повинна приблизно дорівнювати полюсному поділу статора або ротора:

,

де Z - число пазів статора або ротора;

p - число пар полюсів машини.

Фактична ширина секції називається кроком обмотки (y). Якщо y=τ обмотка має діаметральний крок; при y<τ – зкорочений крок.

,

<1 - відносний крок.

Зкорочення кроку призводить до зменшення ЕРС обмотки пропорційно величині коефіцієнта зкорочення:

де - номер гармоніки: 1,3,5...

Провідники обмотки, розташовані в сусідніх пазах, мають зсув за фазою

Саме за цим кутом зсуваються вектори зірки пазових ЕРС.

Число пазів на полюс і фазу (q), або число секцій в одній котушечній групі

,

де m - число фаз обмотки.

При q=1 обмотка називається зосередженою, при q>1 розподіленою.

У випадку, коли обмотка розподілена і її провідники розташовані у різних пазах, ЕРС обмотки зменшується пропорційно коефіцієнту розподілу:

Обмотковий коефіцієнт враховує зкорочення кроку і розподіл обмотки:

.

Знаючи кут пазового зсуву , легко визначити число пазів, відповідне куту 120°

Саме на це число пазів фаза В зміщена від фази А, а фаза С від фази В.

Одношарові обмотки

За формою виконання секцій одношарові обмотки поділяють на рівносекційні (або шаблонні) і концентричні.

У рівносекційних обмотках усі секції однакові і виконуються на одному шаблоні.

За формою вигину лобових частин рівносекційні обмотки можуть бути евольвентні і ланцюгові (рис.1.4).

У концентричних обмотках секції, що входять до котушечної групи, мають різну ширину (крок) і вкладаються концентрично одна в іншу.

За числом вигинів лобових частин концентричні обмотки бувають двоплощинні і триплощинні.

При парному числі пазів на полюс і фазу (q) є можливість і концентричні, і рівносекційні обмотки виконувати «врозряд». У цьому випадку q/2 секцій мають лобові частини, направлені в один бік, а інші q/2 секцій мають лобові частини, направлені в протилежний бік.

Розрахунок концентричної двошарової обмотки:

Дано Визначити

Z=24;

p=2;

m=3;

Обмотка концентрична

k_об1; k_об3; k_об5; k_об7.

На рис.1.1 показана зірка пазових ЕРС, що виконується для однієї пари полюсів. Оскільки в завданні вказані дві пари полюсів, у зірці пазових ЕРС кожному вектору відповідає два номери пазів.

Якщо одна з сторін секції (рис.1.2) буде укладена в паз 1, то протилежна сторона секції рівносекційної обмотки повинна зайняти паз (1+у)=7, друга секція повинна зайняти пази 2 і 8.

Однак в концентричній обмотці секції мають різну ширину і займають пази 1 і 8, 2 і 7.

У відповідності з зіркою пазових ЕРС фазі А будуть належати і пази 13,14,19,20, де буде розміщена друга котушечна група фази А-Х (рис.1.2).

Для виконання другої фази необхідно здійснити зсув на 120°, або на 4 пази, тобто фаза В буде мати початок в пазу 5 і займати пази 5,6,11,12 і 17,18,23,24.

Фаза С повинна мати початок в пазу 9. Повна схема одношарової концентричної обмотки приведена на рис1.3.

На рис1.4 показана ланцюгова рівносекційна обмотка за даними попереднього прикладу. Зірка пазових ЕРС залишається тією ж, що і в попередньому випадку. Однак усі секції мають однаковий розмір і форму.

Двошарові обмотки

Двошарову обмотку можна отримати з одношарової з повним кроком, якщо кожну секцію розділити на дві і застосувати до них принцип «розрядки».

Звичайно в двошарових обмотках ліві сторони секцій займають верхню частину паза, а праві сторони - нижню.

На розгортці (на схемі) обмотки кожний паз зображується двома лініями. Верхня частина паза зображується суцільною лінією, нижня частина паза - штриховою.

Відповідно до цього ліва частина секції зображується суцільною лінією, а права - штриховою (рис.1.5).

За способом з'єднання секцій між собою двошарові обмотки діляться на петльові і хвильові. На (рис.1.5) представлено фрагмент петльової обмотки.

Принципово, розрахунок двошарової обмотки нічим не відрізняється від розрахунку одношарової обмотки і тому, як приклад, можна використати ті ж дані, що в прикладі одношарової обмотки.

Розрахунок двошарової петльової обмотки:

Дано: Визначити:

Z=24;

p=2;

m=3;

Z₁₂₀=120^o/_ел=120°/30=4; k_об1; k_об3; k_об5; k_об7.

Z

N

F

15

16

17

B

4

5

18

3

2

6

14

A

1

7

13

19

D

8

12

20

X

9

10

11

24

S

21

22

23

Y

C

Рисунок 1.1 – Зірка пазових ЕРС.

Рисунок 1.2 - Схема однієї фази одношарової двоплощинної обмотки

Рисунок 1.3-Схема трифазної одношарової двоплощинної обмотки

Рисунок 1.4. – Схема трифазної ланцюгової рівносекційної обмотки

Рисунок 1.5. – Схема однієї фази двошарової петльової обмотки

Рисунок 1.6. – Схема трифазної двошарової петльової обмотки

Зірка пазових ЕРС показана на рис.1.1. Але потрібно мати на увазі, що в двошаровій обмотці крім верхніх частин паза: 1,2,3..., є ще і нижні частини:1`,2`,3`... .

Зазначати нижні частини пазів на зірці пазових ЕРС не обов'язково, однак необхідно твердо пам'ятати, що нижні сторони секцій відстають від верхніх на відстані кроку y.

На рис.1.5 показана фаза А двошарової петльової обмотки для указаних вище даних.

У зв'язку з тим, що в двошаровїй обмотці кількість секцій вдвічі більше, ніж в одношаровій, вдвічі більше виявляється і секційних груп. Дивись рис.1.2 і рис.1.5 у порівнянні.

Якщо крок обмотки повний (діаметральний) , то нижні сторони секцій знаходяться в пазах «своєї» фази, тобто в пазах, де розташовані верхні сторони секцій тієї ж фази.

Якщо крок укорочений , то частина нижніх сторін секцій однієї фази будуть розташовані в пазах іншої (подальшої) фази.

На рис.1.5 показаний спосіб виконання петльової двошарової обмотки з діаметральним кроком. Характерною особливістю двошарової обмотки є те, що парні (друга, четверта) секційні групи вмикаються в схему у «вивернутому» стані.

Схема виконання обмотки фази А-х, може бути записана таким чином: А, 1-7`, 2-8`, 7-13`, 8-14`, 13-19`, 14-20`, 19-1`, 20-2`, Х.

На рис.1.6 показана повна схема трифазної двошарової петльової обмотки з діаметральним кроком.

Після виконання обмотки статора або ротора, проводиться перевірка працездатності відповідної обмотки на стенді (рис.1.7).

M

Рисунок 1.7-Схема для перевірки правильності виконання обмотки