Расчет обмотки трехфазного асинхронного двигателя (стр. 2 из 6)

3. ВЫБОР ТИПА ОБМОТКИ

Выбор делается исходя из:

- технические возможности выполнения обмотки в данных условиях;

- минимального расхода обмоточного провода;

- номинальных мощности и напряжения;

- типа паза;

- достоинств и недостатков обмоток;

- экономической целесообразности.

Схема статорных обмоток трёхфазных электрических машин разделяют:

- по числу активных сторон секций в пазу на однослойные (у которых активная сторона одной катушки занимает весь паз) и двухслойные (активная сторона занимает половину паза),

- по размеру шага на обмотки с полным шагом (при y=y’) и с укороченным шагом (при y<y’),

- по частоте вращения магнитного поля статора на односкоростные и многоскоростные,

- по числу секций в катушечных группах (фазных катушек) на обмотки с одинаковым числом секций в группе (q равно целому числу) и равным (q равно дробному числу).

По способу выполнения обмоток их ещё разделяют на:

- шаблонно рассыпные (или всыпные), они же называются обмотками с мягкими секциями. У таких обмоток секции укладываются по одному проводнику через прорезь (шлиц) полузакрытого паза. Применяется для машин малой мощности, напряжением до 500 В;

- протяжные, выполняются протяжкой провода через пазы, используются для машин напряжением до 10000 В при закрытых или полузакрытых пазах. Способ укладки обмоток трудоёмок. В настоящее время используются в основном при частичном ремонте обмоток.

- обмотки с жёсткими секциями, готовые, изолированные секции, несущие на активных частях пазовую изоляцию, укладываются в открытые пазы.

Используются для машин средней и большой мощности с напряжением до 5000 -10000 В и более.

По способу размещения секций катушечных групп в расточке статора, а так же размещения лобовых частей подразделяются на:

концентрические, с размещением катушек (секций) одна внутри другой и расположением лобовых частей в двух или трёх плоскостях, такие обмотки выполняются вразвалку;

шаблонные, с одинаковыми секциями катушечных групп. Они могут выполняться и простыми и вразвалку. Если в шаблонной однослойной обмотке развалку выполнить не по полугруппам, а по отдельным катушкам получим схему цепной обмотки.

Однослойные обмотки главным образом выполняются простыми шаблонами, шаблонными в «развалку», цепными, концентрическими.

Основные достоинства однослойной обмотки:

1. Отсутствие межслоевой изоляции, что повышает коэффициент заполнения паза, а следовательно, ток и мощность двигателя.

2. Простота изготовления.

3. Большая возможность применения автоматизации при укладке обмоток.

Недостатки:

1. Повышенный расход проводникового материала.

2. Сложность укорочения шага, а следовательно, компенсации высших гармоник магнитного потока.

3. Ограничение возможности построения обмоток дробным числом пазов на полюс и фазу.

4. Более трудоёмкое изготовление и монтаж катушек для крупных электродвигателей высокого напряжения.

Двухслойные обмотки в основном выполняются с одинаковыми секциями: петлевые и цепные, реже принимают концентрические.

Основные достоинства двухслойной обмотки по сравнению с однослойной:

1. Возможность любого укорочения шага, что позволяет:

а) снизить расход обмоточного провода за счет уменьшения длины лобовой части секции;

б) уменьшить высшие гармонические составляющие магнитного потока, то есть снизить потери в магнитопроводе двигателя.

2. Простота технологического процесса изготовления катушек (многие операции можно механизировать).

3. Возможность выполнения обмотки почти с любой дробностью q, что обеспечивает изготовление обмотки при ремонте асинхронных двигателей с изменением частоты вращения ротора. Кроме того, это является одним из способов приближения формы поля к синусоиде.

4. Возможность образования большего числа параллельных ветвей.

К недостаткам двухслойных обмоток следует отнести:

1. Меньший коэффициент заполнения паза (вследствие наличия межслоевой изоляции).

2. Некоторая сложность при укладке последних секций обмотки.

3. необходимость поднимать целый шаг обмотки при повреждении нижней стороны секции.

По приведенным соображениям, в настоящее время, в ремонтной практике машин переменного тока двухслойные обмотки получили наибольшее применение. Следовательно, выбираем двухслойную петлевую обмотку.

4. РАСЧЁТ ОБМОТОЧНЫХ ДАННЫХ

Обмотка асинхронного двигателя, размещённая в магнитопроводе его статора состоит из трёх самостоятельных фазных обмоток (А, В, С). Обмотка трёхфазной машины переменного тока характеризуется следующими обмоточными данными:

у – шаг обмотки;

q – число пазов на полюс и фазу (равно числу секций в катушечной группе);

N – число катушечных групп;

a - число электрических градусов, приходящихся на один паз;

а – число параллельных ветвей.

1. Шаг обмотки

Шаг обмотки (у) – это расстояние выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции:

где y’ - расчётный шаг (равен полюсному делению, выраженному в зубцах);

x - произвольное число меньше единицы, доводящая расчётный шаг (y’) до целого числа.

На практике принято шаг определять в пазах, поэтому при раскладке вторая сторона секции ложится в паз у+1.

Двухслойные обмотки выполняют с укорочением шага.

у=у’×Ку

где Ку – коэффициент укорочения шага обмотки

На практике и расчётами установлено, что наиболее благоприятная кривая изменения магнитного потока получается при укорочении диаметрального (расчётного) шага на Ку=0,8: у=0,8×18=14,4 , принимаем у=14

2. Число пазов на полюс и фазу.

Число пазов на полюс и фазу (q) определяет число секций в катушечной группе:

где m - число фаз

Каждая катушка обмотки участвует в создании двух полюсов, так как активные проводники одной её стороны имеют одно направление тока, а другие - противоположные.

При q>1, обмотка называется рассредоточенной, при этом фазные катушки должны быть разделены на секции, число которых равно q.

3. Число катушечных групп

В двухслойных обмотках число катушечных групп механически увеличивается в два раза, однако по сравнению с однослойной обмоткой с числом витков в каждой секции меньшим в два раза, тогда:

2×1=2

где N_1ф⁽²⁾ - число катушечных групп в одной фазе двухслойной обмотке. Так как каждую пару полюсов создают все три фазы переменного тока, следовательно:

4. Число электрических градусов на один паз

В расточке статора асинхронного двигателя одна пара полюсов составляет 360⁰эл. Это наглядно видно на рисунке 2.

Рис. 2. Изменение ЭДС под полюсами.

При прохождении проводника под одной парой полюсов в расточке статора полностью за один оборот ЭДС в нём (возникает) изменяется по синусоиде. При этом происходит полный цикл изменения, который составляет 360 электрических градусов (рисунок. 2).

Число электрических градусов, приходящихся на паз, или угловой сдвиг между рядом лежащими пазами:

5. Число параллельных ветвей

Параллельные ветви в обмотке асинхронного двигателя делаются для сокращения сечения обычного провода, кроме того, это даёт возможность лучше загрузить магнитную систему машины.

Все катушечные группы данной фазы мы соединяем последовательно, тогда число параллельных ветвей 1 (а=1) (рис. 3). На рисунке буквами Н и К обозначены соответственно начала и концы катушечных групп.

Рис. 3. Соединение катушечной группы

При их параллельном подключении число параллельных ветвей в принципе может равняться числу катушечных групп в одной фазе N_1ф.

Катушечные группы фазы можно соединить и комбинированно (часть последовательно и часть параллельно), но при этом, в любом случае число катушечных групп в каждой параллельной ветви должно быть одинаковым, а=2.

Число параллельных ветвей вводится тогда, когда необходимо уменьшить сечение провода. Максимальное число параллельных ветвей:

а_max=2×p=2×1=2,

принимаем а=1.

6. Принцип построения схемы статорной обмотки трёхфазного асинхронного двигателя

Для получения вращающегося магнитного поля трёхфазного асинхронного двигателя, при любой схеме обмотки, требуется:

1. Смещение в пространстве расточки статора асинхронного двигателя фазных обмоток, одна относительно другой на 120⁰эл.

2. Смещение во времени токов, протекающих по этим обмоткам, на

периода.

Первое условие выполняется соответствующей укладкой катушечных групп трёхфазной обмотки, второе – подключением асинхронного двигателя к сети трёхфазного тока.

При построении схемы, обмотка первой фазы может в общем начинаться с любого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз. Вторую активную сторону секции помещаем через десять зубцов в одиннадцатый паз.

Одна катушечная группа имеет четыре секции, тогда вторая и последующие секции занимают соответственно 2 и 12, 3 и 13, 4 и 14 пазы.

Число катушечных групп одной фазы будет четыре (просчитано выше)

В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в создании первой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов, следовательно, расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т. е. 360 электрических градусов.