Обновлено: 05.07.2024

Полюсное деление МДС высших пространственных гармоник обратно пропорционально номеру гармоники: τ_v = τ /v. Поэтому пространственная периодичность этих гармоник растет пропорционально номеру гармоники (см. рис. 9.1). Учитывая изложенное, запишем уравнение МДС третьей гармоники фазных обмоток:

f_3C = F_3C sin(ω₁t– 240 )cos3α (α – 240 ) = F_3A sin (ω₁t – 240 ) cos3α.

откуда МДС третьей гармоники трехфазной обмотки

т. е. результирующая МДС третьей гармоники в трехфазной об­мотке статора при симметричной нагрузке фаз равна нулю. Это распространяется также и на высшие гармоники, кратные трем (9, 15 и др.). МДС высших гармоник оставшихся номеров (5, 7 и др.) ослабляются распределением обмотки в пазах, укорочением шага катушек и скосом пазов.

МДС высших гармоник многофазной обмотки статора - вращающиеся. При этом частота их вращения n_v в раз меньше частоты вращения МДС основной гармоники:

Направление вращения этих МДС зависит от номера гармоники: МДС гармоник порядка 6х + 1 вращаются согласно с МДС основной гармоники — прямовращающиеся МДС, а МДС порядка 6х - 1 вра­щаются встречно МДС основной гармоники — обратновращающиесяМДС (здесь х= 1, 2, 3. ).

Вращающиеся магнитные поля, созданные высшими гармони­ческими составляющими МДС, индуцируют в обмотке статора ЭДС основной частоты). Действительно, частота ЭДС, наведен­ной магнитным полем любой пространственной гармоники,

Контрольные вопросы

1. Почему гармонические составляющие МДС обмотки статора называют про­странственными?

2. Какие методы подавления высших пространственных гармоник применяют и машинах переменного тока?

3. Какова зависимость частоты вращения МДС обмотки статора от частоты то ка и числа полюсов в обмотке статора?

4. Как изменить направление вращения МДС обмотки статора?

5. Каково относительное значение магнитной индукции обратной составляю щей поля статора при круговом, эллиптическом и пульсирующем магнитных полях?

Раздел

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Режимы работы и устройство асинхронной машины

Магнитная цепь асинхронной машины

Рабочий процесс трехфазного асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

Опытное опреде­ление параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей

Пуск и регулиро­вание частоты вращения трех­фазных асинхронных двигателей

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели

Асинхронные машины специального назначения

Основные типы серийно выпускаемых асинхронных двигателей

Асинхронные машины полу­чили наиболее широкое при­менение в современных элек­трических установках и явля­ются самым распространен­ным видом бесколлекторных электрических машин пере­менного тока. Как и любая электрическая машина, асин­хронная машина обратима и может работать как в генера­торном, так и в двигательном режимах. Однако преоблада­ющее применение имеют асинхронные двигатели, со­ставляющие основу совре­менного электропривода. Об­ласти применения асинхрон­ных двигателей весьма широ­кие — от привода устройств автоматики и бытовых элек­троприборов до привода круп­ного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мель­ниц и т. п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых элек­тромашиностроительной про­мышленностью, составляет диапазон от долей ватт до ты­сяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфаз­ные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двига­тели специального примене­ния изготовляются на повы­шенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более). Основное внимание в данном разделе уделено изучению трехфазных асинхронных дви­гателей общего применения. Но в конце раздела рассмот­рены однофазные и конден­саторные (двухфазные) асин­хронные двигатели, а также двигатели специального на­значения — линейные, испол­нительные и др.

В трехфазных обмотках МДС отдельных фаз сдвинуты в пространстве на или на 120°эл. Поскольку по фазам обмотки проходит трехфазный переменный ток, фазные токи которого сдвинуты во времени также на 120°эл (или на 1/3 периода), то и синусоидальные пульсации МДС фаз обмотки также сдвинуты по фазе во времени на 1/3 периода. В результате сложения синусоидально распределенных в пространстве и синусоидально пульсирующих во времени МДС трех фаз создается результирующая МДС трехфазной обмотки, которая имеет постоянную не пульсирующую амплитуду синусоидальной волны МДС, которая перемещается по окружности статора. Возникает вращающееся магнитное поле трехфазной обмотки.

Действительно, если мгновенные значения МДС фаз А, В и С равны: фаза А: ;

то результирующая МДС трехфазной обмотки равна:

где: при m = 3.

Это и есть амплитуда волны МДС, постоянная по величине.

МДС трехфазной обмотки перемещается от фазы к фазе так, что её амплитуда F_3Ф совпадает с осью той фазы, в которой в данный момент ток имеет максимальное значение.

Поскольку токи в фазах устанавливаются поочередно в порядке следования фаз А: В: С, то и направление перемещения МДС будет таким же. Чтобы изменить направление перемещения МДС, надо изменить чередование фаз.

За целый период изменения тока МДС обмотки переместится на двойное полюсное деление 2t. Следовательно, линейная скорость перемещения равна: = 2t₁∙f₁, а частота вращения определяется известной уже формулой: .

Рассмотрим картину вращения магнитодвижущей силы в другой форме. Будем использовать простейшую модель статора с трехфазной обмоткой, состоящей из трех витков фаз.

Из рисунков видно, что за счет изменения токов в фазах по величине и направлению результирующая МДС F_3Ф трехфазной обмотки перемещается в пространстве, осуществляя вращательное движение. Если токи в фазах изменяются несимметрично, т.е. у них будут неодинаковые амплитуды, то и амплитуда МДС F_3Ф, будет непостоянной. В этом случае говорят, что вращающееся магнитное поле является не круговым, а эллиптическим. Такое может случится при несимметричной нагрузке генератора или даже при обрыве цепи одной из фаз. Если работает только одна фаза, то магнитное поле будет не вращающимся, а пульсирующим.

Таким образом, для создания вращающегося магнитного поля необходимо размещение в пазах статора не менее двух фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве относительно друг друга, и протекание по ним переменных токов, сдвинутых по фазе во времени.

МДС высших гармоник также создают вращающиеся магнитные поля. Поскольку они создаются одним и тем же током I₁основной частоты f₁, а число пар полюсов у них равно p_m = m p₁, то частота вращения высших гармонических магнитных полей в m раз меньше, чем у основного поля: .

Направление вращения высших гармонических полей зависит от номера гармоники. Если номер гармоники равен m = 6к + 1,

где к = 1, 2, 3,¼, то поле гармоники вращается в ту же сторону, что и первая. Если номер гармоники равен m = 6к – 1, то в обратную сторону (например, у 5-ой гармоники).

При этом все гармоники МДС, кратные трем (3-я, 9-я, 15-я и т.д.) отсутствуют, поскольку фазные токи этих гармоник совпадают по фазе во всех трех фазах и взаимоуничтожаются.

ЭДС, которые индуктируют магнитные поля высших гармоник, имеют основную частоту f₁, поскольку:

Обмотки статора и ротора электрических машин переменного тока

Обмотка электротехнического изделия (устройства) - совокупность определенным образом расположенных и соединенных витков или катушек, предназначенная для создания или использования магнитного поля, или для получения заданного значения сопротивления электротехнического изделия (устройства). Катушка обмотки электротехнического изделия (устройства) - обмотка электротехнического изделия (устройства) или ее часть, выполненные в виде отдельной конструктивной единицы (ГОСТ 18311-80).

В статье рассказано про устройство обмоток статора и ротора электрических машин переменного тока.

Пространственное расположение обмоток статора:

Статор с двенадцатью пазами, в каждый из которых уложено по одному проводнику, схематично показан на рис. 1, а. Соединения между проводниками, уложенными в пазах, указаны только для одной из трех фаз; начала фаз А, В, С обмотки обозначены С1, С2, С3; концы — С4, С5, С6. Части обмотки, уложенные в пазах (активная часть обмотки), условно показаны в виде стержней, а соединения между проводниками, находящимися в пазах (лобовые соединения),— сплошной линией.

Сердечник статора имеет вид полого цилиндра, представляющего собой пакет или ряд пакетов (разделенных вентиляционными каналами) из листов электротехнической стали. Для машин малой и средней мощности каждый лист штампуется в виде кольца с пазами вдоль внутренней окружности. На рис. 1,б дан лист статора с пазами одной из применяемых форм.

Рис. 1. Расположение обмотки в пазах статора и распределение токов в проводниках

Пусть мгновенное значение тока iA первой фазы в некоторый момент времени максимально и ток направлен от начала С1 фазы к ее концу С4. Будем считать такой ток положительным.

Определяя мгновенные токи в фазах как проекции вращающихся векторов на неподвижную ось ON (рис. 1, в), получим, что токи фаз В и С в данный момент времени отрицательны, т. е. направлены от концов фаз к началам.

Проследим по рис. 1, г образование вращающегося магнитного поля. В рассматриваемый момент времени ток фазы А направлен от ее начала к концу, т. е. если в проводниках 1 и 7 он идет от нас за плоскость чертежа, то в проводниках 4 и 10 он идет из-за плоскости чертежа к нам (см. рис. 1, а и г).

В фазе В ток в этот момент времени идет от конца фазы к ее началу. Соединив проводники второй фазы по образцу первой, можно получить, что ток фазы В проходит по проводникам 12, 9, 6, 3; при этом по проводникам 12 и 6 ток идет от нас за плоскость чертежа, а по проводникам 9 и 3 — к нам. Картину распределения токов в фазе С получим по образцу фазы В.

Направления токов даны на рис. 1,г; штриховыми линиями показаны магнитные линии поля, создаваемого токами статора; направления линий определены по правилу правого винта. Из рисунка видно, что проводники образуют четыре группы с одинаковыми направлениями тока и число полюсов 2р магнитной системы получается равным четырем. Участки статора, где магнитные линии выходят из него, представляют собой северные полюсы, а участки, где магнитные линии входят в статор, — южные полюсы. Дуга окружности статора, занятая одним полюсом, называется полюсным делением.

Магнитное поле в различных точках окружности статора различно. Картина распределения магнитного поля вдоль окружности статора повторяется периодически через каждое двойное полюсное деление. Угол дуги 2 принимается за 360 электрических градусов. Так как вдоль окружности статора размещается р двойных полюсных делений, то 360 геометрических градусов равны 360р электрическим градусам, а один геометрический градус равен р электрическим градусам.

На рис. 1, г показаны магнитные линии для некоторого фиксированного момента времени. Если же рассмотреть картину магнитного поля для ряда последовательных моментов времени, можно убедиться в том, что поле вращается с постоянной скоростью.

Найдем скорость вращения поля. По истечении времени, равного половине периода переменного тока, направления всех токов изменяются на обратные, поэтому магнитные полюсы меняются местами, т. е. за половину периода магнитное поле поворачивается на часть оборота. Скорость вращения магнитного поля статора, т. е. синхронная скорость, равна (в оборотах в минуту)

Число р пар полюсов может быть только целым, поэтому при частоте, например, 50 Гц синхронная скорость может равняться 3000; 1500; 1000 об/мин и т. д.

Рис. 2. Развернутая схема трехфазной однослойной обмотки

Обмотки машин переменного тока можно разделить на три группы:

К специальным обмоткам относятся:

а) короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки;

б) обмотка асинхронного двигателя с переключением на разные числа полюсов;

в) обмотка асинхронного двигателя с противосоединеннями и т. д.

Кроме вышеуказанного деления, обмотки отличаются по ряду других признаков, а именно:

1) по характеру исполнения — ручные, шаблонные и полушаблонные;

2) по расположению в пазу — однослойные и двухслойные;

3) по числу пазов на полюс и фазу — обмотки с целым числом q пазов на полюс и фазу и обмотки с дробным числом q .

Витком называется контур, образованный двумя последовательно соединенными проводниками. Секция, или катушка, представляет собой ряд последовательно соединенных витков, лежащих в двух пазах и имеющих общую изоляцию от корпуса.

Секция имеет две активные стороны. Левую активную сторону называют началом секции (катушки), а правую - концом секции. Расстояние между активными сторонами секции называют шагом секции. Его можно измерять или числом зубцовых делений или в долях полюсного деления.

Шаг секции называют диаметральным, если он равен полюсному делению и сокращенным, если он меньше полюсного деления, так как шаг секции больше полюсного деления не делают.

Характерной величиной, определяющей выполнение обмотки, является число пазов на полюс и фазу, т. е. число пазов, занимаемых обмоткой каждой фазы в пределах одного полюсного деления:

где z— число пазов статора.

Обмотка, приведенная на рис. 1, а, имеет следующие данные:

На предыдущем рисунке было для простоты показано, что часть фазы А обмотки, уложенная в пазах 1 и 4, состоит всего из двух проводников, т. е. из одного витка. В действительности же каждая такая часть обмотки, приходящаяся на один полюс, состоит из w витков, т. е. в каждой паре пазов помещается по w проводников, объединенных в одну катушку. Поэтому при обходе по развернутой схеме, например, фазы А от паза 1 нужно w раз обойти пазы 1 и 4, прежде чем перейти к пазу 7. Расстояние между сторонами витка одной катушки, или шаг обмотки, у показан на рис. 1, г; он обычно выражается в числах пазов.

Рис. 3. Щиток асинхронной машины

Приведенная на рис. 1 и 2 обмотка статора называется однослойной, так как она укладывается в каждом пазу в один слой. Для того чтобы разместить лобовые части, пересекающиеся на плоскости, их изгибают по разным поверхностям (рис. 2, б). Однослойные обмотки выполняются с шагом, равным полюсному делению (рис. 2, а), или этот шаг равен в среднем полюсному делению для разных катушек одной фазы, если y > 1 , y . В настоящее время более распространены двухслойные обмотки.

Начало и конец каждой из трех фаз обмотки выводятся на щиток машины, где имеется шесть зажимов (рис. 3). К верхним зажимам C1, С2, СЗ (начала фаз) подводятся три линейных провода от трехфазной сети. Нижние зажимы С4, С5, С6 (концы фаз) либо соединяются в одну точку двумя горизонтальными перемычками, либо каждый из этих зажимов соединяется вертикальной перемычкой с лежащим над ним верхним зажимом.

В первом случае три фазы статора образуют соединение звездой, во втором — треугольником. Если, например, одна фаза статора рассчитана на напряжение 220 В, то линейное напряжение сети, в которую включается двигатель, должно быть 220 В в случае включения статора треугольником; при включении его звездой линейное напряжение сети должно быть

При соединении статора звездой нейтральный провод не подводится, так как двигатель является для сети симметричной нагрузкой.

Ротор асинхронной машины набирается из штампованных листов изолированной электротехнической стали на валу или на специальной несущей конструкции. Радиальный зазор между статором и ротором делается возможно меньшим для обеспечения малого магнитного сопротивления на пути магнитного потока, пронизывающего обе части машины.

Наименьший зазор, допустимый по технологическим требованиям, составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров в зависимости от мощности и габаритов машины. Проводники обмотки ротора располагают в пазах вдоль образующих ротора непосредственно у его поверхности с тем, чтобы обеспечить наибольшую связь обмотки ротора с вращающимся полем.

Асинхронные машины выпускаются как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором.

Рис. 4. Фазный ротор

Фазный ротор имеет, как правило, трехфазную обмотку, выполняемую, подобно статорной, с тем же числом полюсов. Обмотка соединяется звездой или треугольником; три конца обмотки выводятся на три изолированных контактных кольца, вращающихся вместе с валом машины. Через щетки, укрепленные на неподвижной части машины и скользящие по контактным кольцам, в ротор включается трехфазный пусковой или регулировочный реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводится активное сопротивление. Внешний вид фазного ротора представлен на рис. 4, на левом конце вала видны три контактных кольца. Асинхронные двигатели с фазным ротором применяются там, где требуется плавное регулирование скорости приводимого в движение механизма, а также при частых пусках двигателя под нагрузкой.

Конструкция короткозамкнутого ротора значительно проще, чем фазного. Для одной из конструкций на рис. 5, а показана форма листов, из которых набирается сердечник ротора. При этом отверстия вблизи наружной окружности каждого листа составляют в сердечнике продольные пазы. В эти пазы заливается алюминий, после его затвердения в роторе образуются продольные токопроводящие стержни. По обоим торцам ротора заодно отливаются алюминиевые кольца, замыкающие накоротко алюминиевые стержни. Полученная при этом токопроводящая система обычно называется беличьей клеткой.

Рис. 5. Короткозамкнутый ротор

Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой представлен на рис. 5,б. На торцах ротора видны вентиляционные лопатки, отливаемые заодно с короткозамыкающими кольцами. В данном случае пазы скошены на одно пазовое деление вдоль ротора. Беличья клетка проста, не имеет скользящих контактов, поэтому трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее дешевы, просты и надежны; они наиболее распространены.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

На статоре трехфазной машины располагаются три фазные обмотки, смещенные в пространстве относительно друг друга на электрический угол, равный 120°, и по этим обмоткам протекают переменные токи, сдвинутые во времени также на 120°. Обмотки каждой фазы одинаковы и создают пульсирующие МДС. Расположим начало координат по оси фазы А. Тогда для основных гармоник пульсирующих МДС обмоток фаз А, В и С с учетом пространственного и временного сдвига будем иметь

;

;

.

Разложив пульсирующие МДС каждой фазы на две вращающиеся волны, получим

;

;

. (2.7)

Результирующая МДС трехфазной обмотки f₁ равна сумме МДС фаз.

При сложении МДС по (2.7) сумма МДС обратных волн будет равна нулю. Поэтому результирующая МДС трёхфазной обмотки равна:

(2.8)

Как следует из (2.8), трехфазная обмотка при протекании по ней трехфазного тока создает вращающуюся МДС. Амплитуда этой МДС неизменна и в 1,5 раза больше амплитуды МДС одной фазы; с учетом (2.2) она будет равна:

. (2.9)

В общем случае симметричная m-фазная обмотка при включении ее в m-фазную симметричную сеть создаёт вращающуюся МДС с постоянной амплитудой

. (2.10)

Магнитное поле, как и МДС, вращается при неизменной амплитуде с частотой n=60f/p.

На рис. 2.5 показаны развёрнутые на плоскости расположения волны вращающейся МДС по окружности статора машины (координата х) для двух моментов времени t=0 и t=T/2 (Т=1/f – период переменного тока).

Рис. 2.5. Положение вращающейся волны МДС по окружности статора (координата х) для двух моментов времени

Направление вращения магнитного поля в трехфазной обмотке зависит от порядка следования токов в фазах.

Изменить направление вращения магнитного поля можно изменением порядка чередования фаз путем перемены между собой двух любых проводов, подводящих ток к обмотке статора.

Читайте также:

  
• Михаил ромм биография кратко
  
• Народная музыка евреев кратко
  
• Круговорот воды в организме человека кратко и понятно
  
• Вращение плоскости поляризации кратко
  
• Период камакура в японии кратко