Пример выполнения однослойной обмотки

Дано:

Чередование фазных зон

(1 ¸ 7)

2) Двухслойные обмотки

Особенностью двухслойной обмотки является то, что в пазу укладывается обмотка в два слоя.

Недостатки: неудобство ремонта.

Преимущества: 1) меньше расход меди; 2) В обмотке с укороченным шагом, можно избавиться от высших гармоник ЭДС.

Расположение фазных зон по пазам Z₁ = 24

(1 ¸ 6)

a = 30° q₁ = 2

Расположение фаз по пазам.

В двухслойной обмотке число катушечных групп в фазе равно числу полюсов (2P = 4). У катушечных групп чередование катушечных групп по фазам А, С, В, таких чередований будет равно числу полюсов (2P = 4) АСВ, АСВ, АСВ, АСВ.

Каждая фаза состоит из четырех катушечных групп их соединение в фазу: Н – К – К – Н – Н – К – К – Н (Х)

В данной обмотке чередование катушечных групп с 2 катушками, т.е.

2 – 2 – 2 – 2 – при q – целом.

Имеются обмотки с дробным q, например, в многоскоростных обмотках, когда в одних пазах укладываются две обмотки на разное число полюсов.

Дробное

Пример.

q₂ ® число 5 означает, что в чередовании участвует пять катушечных групп – d; числитель с = 2, говорит о том, что катушечные группы имеют катушек на одну больше; b – остальные катушки группы имеют по две катушки, т.е. чередование катушечных групп будет следующее:

2 – 3 – 2 – 3 – 2 – q – дробное.

Роторные обмотки

4. Привидение параметров роторной обмотки к статорной

Под приведенной роторной обмоткой понимается такая эквивалентная роторная обмотка, которая имеет такое же число фаз, такое же число витков, как и обмотка статора.

Приведение параметров делают для того, что наглядно можно было представить все вектора токов и напряжений на векторной диаграмме и произвести количественный анализ процессов, которые происходят в асинхронной машине.

1)

- коэффициент трансформации по ЭДС

2) (полная мощность ротора до и после привидения должна быть неизменной)

,

где - коэффициент трансформации по току.

3) (потери в роторе до и после приведения должны быть неизменными)

,

где . Для двигателей с фазным ротором

,

4) (угол сдвига между ЭДС и током ротора до и после приведения должен быть неизменным)

,

Соответственно . Далее во всех схемах замещения и на векторных диаграммах будем использовать приведенные параметры ротора.

5. Явления, связанные с вращением ротора

При рассмотрении этого вопроса мы увидим, что частота ротора, ЭДС и индуктивное сопротивление с изменением скорости вращения ротора не остаются постоянными. Запишем выражение ЭДС неподвижного ротора:

, для вращающего ротора

, где f₂ – частота ЭДС ротора

тогда

т.е. ЭДС ротора при вращении равна ЭДС неподвижного ротора на скольжение и частота ротора равна частоте неподвижного ротора (f₁) на скольжение.

Индуктивное сопротивление ротора при неподвижном состоянии

, где L₂– индуктивность фазы ротора

при вращающемся роторе

т.е. индуктивное сопротивление вращающегося ротора равно индуктивному сопротивлению при неподвижном роторе на скольжение.

Таким образом, видим, что частота, ЭДС и индуктивное сопротивление ротора зависят от скольжения. Теперь можно записать выражение для тока ротора:

Ток ротора будет создавать магнитный поток.

1) Посмотрим, с какой скоростью будет вращаться магнитный поток созданный током ротора I₂ по отношению к ротору.

2) Посмотрим, с какой скоростью будет вращаться магнитный поток ротора по отношению к неподвижному статору т.к.

Видим, что поле ротора независимо от скольжения по отношению к неподвижному статору вращается с синхронной скоростью, а поле статора так же вращается с синхронной скоростью по отношению к неподвижному статору. Поэтому в пространстве поле статора и ротора неподвижны между собой. Только при этом условии возможно взаимодействие. Ток ротора создает намагничивающую силу , по закону Ленца она направлена против намагничивающей силы статора. Поэтому уравнение н.с. запишется

.

При холостом ходе ток равен I₀, по мере нагрузки E₂ увеличивается, растет и I₂, увеличивается F₂ и поток ротора, который размагничивает поток статор, что приводит к уменьшению ЭДС Е₁ и к увеличению тока I₁ до такой величины, чтобы скомпенсировать размагничивающий поток ротора и обеспечить постоянство потока.

Дополнительно к 5. Режимы работы асинхронной машины

Пусть в начале ротор не вращается. Магнитное поле, пересекая проводники ротора индуктируют в них ЭДС. При замкнутой цепи ротора по обмотке его потечет ток.

Взаимодействие потока статора и тока ротора вызовет усилие, действующее на проводник, под действием которого ротор начнет вращаться. Вращение будет в ту же сторону, что магнитный поток. Скорость ротора будет меньше скорости вращения магнитного поля статора. Скольжение

.

Разберемся, в каких пределах будет изменяться скольжение.

1. Момент зависит от потока Ф и тока I₂ при U = const, поток также постоянен. Если увеличивается момент на валу, то увеличивается и момент двигателя за счет увеличения тока I₂, а I₂­ Е₂­ S­, S за счет увеличения интенсивного пересечения проводников ротора.

При неподвижном роторе n = 0, S = 1

Если ротор будет вращаться с n = n₁, S = 0

Это диапазон скольжений соответствует двигательному режиму. Мощность потребляемая из сети будет преобразована в механическую на валу.

2. Но если под действием спускаемого груза раскрутить ротор до скорости больше синхронной, то машина перейдет в генераторный режим

n > n₁, S < 0 - скольжение отрицательное

При этом режиме механическая мощность будет преобразована в электрическую, которая будет отдаваться в сеть Р₁, а реактивная будет потребляться для создания магнитного потока - Q.

3. Режим противовключения.

Если например в приводе имеется большой маховик, то если отключить двигатель, то маховик будет вращаться длительное время до остановки, но если же мы переключим две фазы асинхронного двигателя, то его момент будет направлен против вращения маховика и время останова его резко сократиться. При этом режиме мощность будет потребляться из сети и механическая мощность будет теряться в роторе. Это тяжелый режим для асинхронной машины. Поэтому, если используется двигатель с фазным ротором, то на период работы в цепь ротора включают значительное сопротивление для ограничения тока. Если же используется короткозамкнутый двигатель, то пускают его при пониженном напряжении. Ниже на рисунке представлены все три режима работы асинхронной машины.

Режим двигателя

Рассмотрим два крайних режима двигателя:

а) холостой ход двигателя

При холостом ходе нет нагрузки на валу, ротор под действием вращающего магнитного поля статора разгонится до скорости близкой к синхронной, а ток статора равен току холостого хода. Мощность, потребляемая из сети пойдет на покрытие потерь, т.е.

Р_о = Р_эл1 + Р_мг + Р_мех + Р_доб

Разница между тр-м и двигателем будет только конструктивная. В двигателе имеется воздушный зазор. Поэтому ток холостого хода двигателя равен 20 ¸ 30% от номинального.

б) режим короткого замыкания

При этом режиме ротор механически заторможен, а обмотка ротора закорочена. К статору подводится пониженное напряжение, при котором ток имеет значение близкое к номинальному. Мощность короткого замыкания пойдет на покрытие потерь в стали и обмотках. При номинальном напряжении пусковой ток

I_п = (5 ¸ 7)I_н.

Используя данные режима холостого хода и короткого замыкания можно построить круговую диаграмму, а по ней определить рабочие характеристики двигателя при нагрузке.

6. Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору

По физическому смыслу работа асинхронного двигателя аналогична трансформатору, поэтому его работу и приводят к режиму трансформатора. Но у асинхронного двигателя имеются отличия от трансформатора:

1) Ротор асинхронного двигателя вращается, а трансформатор неподвижный статический аппарат. Поэтому первой задачей будет приведение асинхронного двигателя к неподвижному состоянию.