1.5. Рабочая (главная) обмотка

Проектирование главной обмотки ОАД принципиально не отличается от проектирования статорной обмотки трехфазного АД. Оно заключается в выборе типа и схемы обмотки, определении числа ее витков, диаметра провода, занимаемой площади, формы паза.

Исходными данными для проектирования рабочей обмотки являются ток, магнитный поток и основные размеры двигателя.

Ток обмотки и магнитный поток пока еще не могут быть известны достоверно, и поэтому их значения предварительно устанавливают на основе прогнозирования свойств будущей машины, а впоследствии уточняют.

Следует помнить, что для вычисления некоторых величин, например числа пазов на полюс и фазу, обмоточных коэффициентов и т.д., используются выражения, отличные от применяющихся для расчета трехфазных АД.

[Л1, с. 103, 286, 307, Л2, с. 127]

1.6. Пазы, зубцы, спинка сердечника статора

Размеры зубцов и спинки сердечника статора ОАД определяются так же, как и у трехфазных АД, т.е. их сечения устанавливаются такими, чтобы при прохождении по ним заданного магнитного потока обеспечивались желаемые значения магнитных индукций. Оставшаяся часть поперечного сечения сердечника отводится под пазы.

После сравнения площади пазов с сечением обмотки (с учетом коэффициента заполнения паза) при необходимости корректируют размеры зубцов и спинки, изменяя тем самым площадь пазов и обеспечивая рациональное размещение в них обмотки (0,65<k_зп <0,72).

Если в результате корректировок размеров значения магнитных индукций в зубцах и спинке выходят за рекомендуемые пределы, изменяют сечение провода обмотки. Если и после этого не удается обеспечить приемлемые значения магнитных индукций и плотности тока, изменяют основные размеры двигателя.

[Л1, с. 291,Л2, с.130]

1.7. Расчет магнитной цепи

При расчете магнитной цепи определяются МДС, требуемые для проведения магнитного потока через воздушный зазор, зубцы и спинки статора и ротора, а также суммарная МДС и коэффициент насыщения магнитопровода.

Исходными данными для расчета являются размеры элементов магнитной цепи, магнитные индукции на ее участках и магнитные свойства используемых сталей, задаваемые в виде кривых намагничивания для зубцов и спинок.

Расчет проводится относительно основной пространственной гармоники прямовращающегося магнитного поля в предположении, что обратновращающееся поле не влияет на насыщенность магнитопровода.

Методика расчета практически не отличается от применяемой для трехфазных симметричных машин.

[Л1.с.168, Л.2, с.149]

1.8. Схемы замещения

В отличие от симметричных АД, АД описываются не одной, а несколькими схемами замещения. Их число определяется количеством конструктивно различающихся обмоток (фаз), каждой из которых соответствуют две схемы (для систем величин прямой и обратной последовательностей). Так для ОАД, работающего в двухфазном режиме, используются четыре схемы замещения, причем в общем случае параметры каждой пары схем рассчитываются отдельно.

Часто расчеты параметров схем замещения одной из обмоток, обычно вспомогательной или пусковой, можно существенно упростить, если воспользоваться результатами расчетов параметров схемы другой обмотки (главной или рабочей). При этом удобно использовать отношение чисел эффективных витков обеих обмоток, получившее название коэффициента трансформации (k).

Однако следует помнить, что применение k возможно не всегда. Им нельзя пользоваться, например, если обмотки имеют конструктивные различия: расположены в пазах разной формы или размеров, занимают различное их число, имеют разные конфигурации или размеры лобовых частей и пр.

При практических расчетах целесообразно пользоваться параметрами преобразованных схем замещения. На рис.1. показаны возможные варианты преобразования схемы замещения главной обмотки (обмотки А) для системы величин прямой последовательности с обозначениями, принятыми в настоящих МУ.

Рис.1. Основная (а) и последовательно преобразованные (б, в, г, д) схемы замещения.

Схемы для обмотки В отличаются наличием фазосмещающего элемента (конденсатора или активного сопротивления), а схемы для системы величин обратной последовательности образуются подстановкой (2-S) вместо S. Соответственно в обозначениях заменяются индексы А на В и 1 на 2.

Фазосмещающие элементы могут не вводиться в схемы замещения как самостоятельные параметры. В этих случаях их присутствие учитывается добавлением их сопротивлений к сопротивлениям самой обмотки.

Значения всех элементов схем рассчитывают по общепринятым методикам.

Наибольшие трудности связаны с определением главного индуктивного сопротивления – х_т. Это обусловлено тем, что на его значение влияет магнитное состояние (насыщение) магнитопровода, которое зависит от магнитного потока машины. Магнитный же поток определяется через наводимую им ЭДС в обмотке (или падение напряжения на х_т), следовательно, может быть рассчитан только в случае, если известны все параметры схемы замещения (в том числе и х_т). Расчет х_т проводится методом последовательных приближений (итерациями).

Задавшись основным магнитным потоком и значением наводимой им ЭДС (обычно в виде Е₁' = k_ЕU) рассчитывают обмоточные данные, магнитную цепь, параметры схемы замещения (включая х_т), падение напряжения на х_т.

В случае значительного (более, чем на 5%) отличия падения напряжения на х_т от принятой первоначально Е₁' уточняют k_Е и повторяют расчеты.

Описанный процесс может быть представлен схемой (рис.2):

Рис.2. Схема расчета

В трехфазных АД средней и большой мощности ЭДС, наводимая основным магнитным потоком, составляет 0,96…0,99 от напряжения сети, поэтому магнитный поток уже первоначально устанавливается весьма достоверно и при определении х_т итерации могут не потребоваться или может оказаться достаточным сделать всего один повторный расчет.

В малых несимметричных АД различие между Е₁ и U может достигать 30 и более процентов, что обусловлено относительно большими значениями активного (R_А) и индуктивного сопротивления рассеяния (х_А) обмотки, а также тем, что напряжение, подводимое к схеме замещения (напряжение прямой последовательности), отличается от напряжения сети, причем может быть как меньше, так и больше последнего.

В связи с этим вероятность необходимости итерационных расчетов значительно выше, чем при проектировании симметричных АД средней и большой мощности.

[Л1, с.93, 133, Л2, с.156, Л4, с.40]