Обмотки асинхронного двигателя

Метод трансформации

Метод трансформации заключается в том, что в одну из фазных обмоток (III обмотка на рис. 1,а,б) включают контрольную лампу или вольтметр на 60-90 В, а две других соединяют последовательно и включают в сеть 220 В. Контрольная лампа (КЛ) загорится в том случае, если конец одной из фазных обмоток окажется соединенным с началом другой (в точке О). Их общий магнитный поток в этом случае суммируется и наводит ЭДС в третьей фазной обмотке, что и вызовет свечение лампы или отклонение стрелки вольтметра (рис. 1,а).
Если же контрольная лампа не загорелась — в общей точке соединенных фазных обмоток оказались два «конца» или два «начала. В этом случае магнитные потоки гасят друг друга (рис. 1,б), поэтому в третьей обмотке ЭДС отсутствует — лампа не горит, стрелка вольтметра не отклоняется. Выводы одной из фазных обмоток меняют местами и включают схему снова.
Если лампа или вольтметр зафиксировали наличие напряжения в третьей обмотке, то вывод одной из соединенных в точке О обмоток помечают как «конец», вывод другой — как «начало».
Затем собирают схему, приведенную на рис. 1,в. Лампу (или вольтметр) включают на одну из двух обмоток с уже согласованными выводами и определяют начало и конец третьей обмотки, как было описано выше.

Метод подбора выводов

Методом подбора выводов удобно пользоваться при определении «начал» и «концов» у двигателей мощностью до 3…5 кВт. Для его осуществления не нужны ни лампа, ни вольтметр, что наиболее приемлемо для В. И. Бондаренко, т. к. он проживает в деревне, где, наверное, сложно найти вольтметр.
Выводы по одному от каждой обмотки соединяют в общую точку, а другие выводы включают в трехфазную сеть, соответствующую номинальному напряжению электродвигателя по схеме «звезда» (рис. 2,а). Если в общей точке оказались все три «начала» или «конца» (для работы электродвигателя это неважно, т.к. «начало» и «конец» обозначения весьма условные), то электродвигатель будет работать нормально. Тогда выводы, подведенные к сети, помечают, например, как «концы», а выводы, объединенные в общую точку, как «начало» (рис. 2,6).
Если в общей точке оказались, например, два «начала» и один «конец» (рис. 2,в), то электродвигатель натужно гудит, его ротор не сразу трогается с места и плохо вращается. В этом случае не следует надолго (более чем на 2..:3 с) оставлять двигатель включенным.

Необходимо как можно быстрее его отключить и поменять выводы одной из обмоток. Если и на этот раз двигатель не работает, то выводы этой обмотки возвращают на прежнее место и меняют местами выводы следующей обмотки. Максимальное число проб при этом методе — всего три.

Определение принадлежности выводов к одной обмотке

На рисунке 1, а условно изображены обмотки трехфазного электродвигателя, выведенные на зажимы щитка 1. На щитке может не оказаться надписей, например 1Н, 2Н, 3Н (начала) и 1К, 2К и 3К (концы), а если надписи и есть, то, во всяком случае, полезно убедиться в том, что они правильны.

Рисунок 1. Определение выводов обмоток трехфазного двигателя.

Для этого вначале проверяют изоляцию каждого вывода относительно земли (рисунок 1, а), пользуясь мегаомметром 2. Один провод 3 от мегаомметра заземляют (присоединяют к корпусу электродвигателя), другой 4 поочередно присоединяют к каждому из шести зажимов щитка и, вращая рукоятку мегаомметра, убеждаются в исправности изоляции.

Затем провод 3 присоединяют к одному из выводов на щитке, например к выводу 2К (рисунок 1, б), и, вращая рукоятку мегаомметра, поочередно прикасаются к остальным пяти зажимам проводом 4. В нашем примере на зажимах 1Н, 3Н, 1К и 3К мегаомметр покажет «изоляцию» и только в одном случае, а именно при присоединении к зажиму 2Н,– «короткое». Отсюда следует, что зажимы 2К и 2Н принадлежат одной и той же обмотке. Так проверяют каждый вывод относительно всех остальных, и в итоге должны обнаружиться три пары зажимов, принадлежащих соответствующим обмоткам.

Если начала и концы обмоток выводятся на щиток электродвигателя, то расположение зажимов таково, что при установке вертикальных перемычек (рисунок 1, в) получается соединение в треугольник. Если установить перемычки горизонтально (рисунок 1, г), электродвигатель будет соединен в звезду.

Если сопротивление обмоток невелико, то аналогичную проверку можно выполнить с помощью лампочки и батарейки, тестера, звонка, от сети через лампочку и тому подобного.

Предупреждение. Нужно иметь в виду следующее: а) обмотки электрических машин обладают большой индуктивностью, поэтому при испытании их даже от батарейки при ее отсоединении от обмотки может возникнуть импульс в несколько десятков вольт; б) обмотки имеют общий стальной магнитопровод, то есть представляют собой своеобразный трансформатор.

Значит, при работе с одной обмоткой не исключено появление напряжения на выводах других обмоток. При испытании постоянным током это будут импульсы, которые возникнут при включении и отключении, при испытании переменным током – напряжение переменного тока. Одним словом, прикасаясь к зажимам, нужно провод держать за изоляцию.

Начала и концы обмоток

Обмотки могут навиваться в двух направлениях: по часовой стрелке и против часовой стрелки 1. Как они фактически навиты, не видно, но тем не менее при помощи простого опыта легко определить, какие выводы являются их началами, какие – концами.

Допустим, что обмотки навиты в одном, безразлично каком, направлении (рисунок 2, а). Переменный магнитный поток Ф индуктирует в каждой из них электродвижущие силы (э. д. с.) E1 и E2, пропорциональные соответственно числам витков. Так как направление намотки одинаково, то нетрудно себе представить, что одна обмотка как бы является продолжением другой и, стало быть, в каждый момент направления э. д. с. в них совпадают. Это значит, что верхние их выводы A и a или нижние X и x имеют потенциал одного и того же знака – положительный или отрицательный, что и обозначено на рисунке 2, а знаками + и –.

Рисунок 2. Определение взаимного направления намотки двух обмоток, расположенных на одном стержне.

Ясно, что при различном направлении намотки (рисунок 2, б) направления э. д. с. E1 и E2 прямо противоположны, то есть сдвинуты на 180°.

Отсюда следует практический вывод. Чтобы определить взаимное направление намотки двух обмоток, их соединяют между собой как показано на рисунке 2, в, а к свободным концам подводят переменное напряжение. Для предотвращения чрезмерно большого тока в схему введено добавочное сопротивление R. Измеряют общее напряжение UAa между выводами A и a, напряжение UAX на одной обмотке и напряжение на другой обмотке Uax и сравнивают их.

Рисунок 3. Меры безопасности при разметке зажимов.

Если UAa равно разности UAX и Uax, то обмотки навиты в одном направлении в их э. д. с. изображаются векторной диаграммой на рисунке 2, г, например UAa = 40 В, UAX = 100 В, Uax = 60 В.

Если UAa равно сумме UAX н Uax, то обмотки навиты в разных направлениях, например UAX = 100 В; Uax = 60 В; UAa = 160 В. Векторная диаграмма дана на рисунке 2, д.

Обращается внимание на необходимость подводить напряжение к свободным выводам обеих обмоток (A и a, если X и x соединены; X и x, если A и a соединены; A и X, если a и x соединены; a и x, если A и X соединены и так далее) и на недопустимость подводить напряжение только к одной обмотке 2. Почему? Потому что, подводя напряжение к одной обмотке, мы рискуем получить на других обмотках высокое напряжение. Рассмотрим пример. На рисунке 3 показано распределение напряжений при определении направления обмоток трансформатора с обмоткой низшего напряжения из 50 витков и с обмоткой высшего напряжения из 1500 витков.

Если напряжение 100 В подведено к свободным выводам, а обмотки навиты в одном направлении (рисунок 3, а), то при испытании напряжения будут равны примерно 3,3; 96,7 и 100 В. Если обмотки навиты в разных направлениях, напряжения будут примерно 3,4; 103,4 и 100 В (рисунок 3, б).

Если же напряжение 100 В подведено к обмотке низшего напряжения (рисунок 3, в), то между выводами обмотки высшего напряжения получится 3000 В, что, безусловно, опасно.

На рисунке 4, а показана схема определения взаимного направления обмоток с помощью постоянного тока. К обмотке, имеющей больше витков (по соображениям безопасности), подводят напряжение 2 – 12 В от батареи. При включении рубильника Р следят за отклонениями гальванометров Г1 и Г2. Если их стрелки отклоняются в одну и ту же сторону, значит, направление обмоток одинаково. Отклонения в разные стороны указывают на разные направления обмоток.

Рисунок 4. Определение взаимного направления обмоток с помощью постоянного тока.

Постоянным током удобно пользоваться для определения начал и концов обмоток электродвигателей. С этой целью предварительно определяют принадлежность выводов к той или другой обмотке.

Затем выводы одной обмотки условно обозначают 1Н (начало) и 1К (конец) и присоединяют к ним через рубильник Р источник постоянного тока напряжением 2 В, как показано на рисунке 4, б. К выводам другой обмотки присоединяют милливольтметр mV.

Если к условному началу 1Н присоединен плюс источника тока и если стрелка милливольтметра при отключении рубильника отклоняется вправо, то вывод обмотки, к которому присоединен зажим милливольтметра » + «, также является ее началом и должен быть обозначен 2Н.

Однако если к условному началу 1Н присоединен плюс источника постоянного тока, но стрелка гальванометра при отключении рубильника отклоняется влево, то вывод обмотки, к которому присоединен зажим милливольтметра «+», является ее концом и должен быть обозначен 2К. Этот случай на рисунке 4, б не рассматривается.

Определив начало 2Н и конец 2К второй обмотки, тем же способом определяют начало 3Н и конец 3К.

1 Иногда говорят «левая намотка» и «правая намотка».
2 На специальные испытания, проводимые персоналом электролабораторий, эти ограничения не распространяются.

Источник: Каминский Е. А., «Звезда, треугольник, зигзаг» – 4-е издание, переработанное – Москва: Энергия, 1977 – 104с.

Перейти на главную страницу справочника.

Расчёт обмотки трёхфазного односкоростного асинхронного двигателя.

Расчёт однослойной обмотки трёхфазного электродвигателя с напряжением питания 380 вольт, частотой тока 50 герц, соединение фаз «Y», количество параллельных ветвей а=1.

  • Размеры сердечника статора.Di — внутренний диаметр сердечника статора в см. L — длина сердечника статора в см. h — высота спинки статора в см. b — ширина зубца статора в см.

Определение основных параметров.

  • Формула для определения числа полюсов (максимально допустимых оборотов) сердечника статора. Результат округлить до ближайшего целого чётного числа. Di — внутренний диаметр сердечника статора в см. h — высота спинки статора в см.

  • Число пазов на полюс и фазу.Z1 — число пазов статора, 2р — число полюсов, m — количество фаз.
  • Шаг однослойной обмотки по пазам.Z1 — число пазов статора, 2р — число полюсов.

Расчёт числа витков в пазу.

Расчёт площади паза.

Расчёт диаметра провода.

  • Диаметр провода с изоляцией, мм.kп — коэффициент заполнения паза по таблице №1. F — площадь паза. N — число витков пазу.

Таблица №1.

Обмотка Паз kп при мощности, кВт.
до 1,0 1 — 10 10 — 100
Однослойная Трапецеидальный 0,37 0,40 0,43
Грушевидный 0,42 0,46 0,50
Двухслойная Трапецеидальный 0,36 0,37 0,40
Грушевидный 0,37 0,40 0,43
  • При известных обмоточных данных старой обмотки, для расчёта сечения провода воспользуйтесь этой формулой, где Nс — число витков в пазу старой обмотки, Sс — сечение провода старой обмотки, N — число витков в пазу новой обмотки.
  • Расчёт сечения провода с помощью стальных спиц.Nsp — число спиц поместившихся в паз, Ssp — сечение спицы (Диаметр спицы, условно диаметр провода с изоляцией), N — число витков в пазу новой обмотки.

Расчёт максимального тока.

Расчёт мощности электродвигателя.

Обмотки асинхронных машин

Основное требование, предъявляемое к обмотке статора, заключается в образовании вращающего поля при питании обмотки трехфазным, двухфазным напряжениями или при питании обмотки от источника однофазного напряжения. В зависимости от питающего напряжения статорная обмотка может быть трехфазной, двух­фазной или однофазной. Асинхронные машины большой мощности выполняются в соответствии с описанной ранее конструкцией. Конструкции асинхронных двигателей малой мощности могут в значительной степени отличаться от приведенной ранее конструкции.

В классической конструкции двигателя статор имеет пазы, в которые укладывается обмотка. У трехфазного двигателя количество фазных статорных обмоток три. Основное требование к конструкции обмотки заключается в обеспечении синусоидального распределения индукции вращающегося поля в зазоре машины
при прохождении по обмотке электрического тока. Последнее возможно в том случае, когда эффективное количество витков, или ампервитков при прохождении тока по обмотке, распределено по статору в соответствии с синусным законом. Обмотки статоров состоят из катушек или секций, имеющих определенное количество витков медного провода. Несколько катушек, уложенных в соседние пазы, объединяются в катушечные группы. Одна фаза может содержать одну или несколько катушечных групп. Одна катушка имеет естественно две активных стороны и две лобовые. Последние не участвуют в процессе преобразования энергии.

Катушки или секции изготавливаются перед укладкой в пазы статора по специальным шаблонам. В простейшем случае в один паз статора укладывается одна активная сторона катушки. Тогда обмотка статора называется однослойной. У двигателей с улучшенными характеристиками в пазу укладывается две активные стороны секций. Такие статорные обмотки называют двухслойными.

Рассмотрим расположение активных сторон секций обмотки статора трехфазного двухполюсного двигателя, имеющего 12 пазов. Для простоты активные стороны будем обозначать в соответствии с ранее выбранной системой: катушек обмотки фазы , фазы и катушек фазы .

Рис. 6.15

На рис. 6.15 представлена двухвитковая катушка фазы для получения двухполюсного магнитного поля. При наличии 12 пазов на статоре трехфазного двигателя и однослойной обмотке на каждую фазу приходится 4 паза, в которые можно расположить 2 катушки или секции.

Рис. 6.16

Секции одной фазы располагаются в соседних пазах. Если в пазах 1 и 2 расположить активные стороны катушек фазы , тогда активные стороны этой же фазы должны быть уложены в противоположные пазы 7
и 8.

Фазные обмотки двухполюсной машины должны быть расположены в пространстве под углом 120 °. Поэтому активные стороны катушек фазы должны быть уложены в пазы 5 и 6 и стороны — в па-
зы 11 и 12. Аналогично распределяем оставшиеся пазы для активных сторон фазы (рис. 6.16). Следует запомнить последовательность распределения пазов. Если следовать по статору по часовой стрелке, то последовательность пазов, в которых расположены активные проводники обмоток соответствующих фаз, следующая: .

Пусть имеется статор с 24 пазами. В этом случае для получения поля с одной парой полюсов при однослойной обмотке на одну фазу приходится пазов и распределение пазов будет таким, как показано на рис. 6.17. В данном случае уже в четырех соседних пазах должны быть расположены одноименные активные стороны катушек.

Рис. 6.17

При таком же количестве пазов статора можно получить и четырехполюсное магнитное поле. Как и прежде, на одну фазу приходится 8 пазов. На одну же фазу на одну паров полюсов приходится 4 паза и, следовательно, одноименные активные стороны катушек должны располагаться в двух соседних пазах. Следуя порядку распределения пазов , получаем следующую картину обозначения пазов (см. рис. 6.17, б).

Проводя аналогичные рассуждения, можно распределить пазы любого статора для получения магнитного поля с любым возможным количеством пар полюсов.

В общем случае число пазов по окружности статора обозначим буквой . Если под полюсным шагом подразумевать количество пазов, приходящихся на один полюс, то при пазах статора на один полюс приходится

Каждый полюсный шаг должен включать пазы трех фаз обмотки. Количество пазов на полюс и на фазу равно .

На рис. 6.18 дано распределение в пазах статора обмотки, образующее две пары полюсов при трех секциях в каждой группе обмоток. В приведенном примере , , .

Рис. 6.18

При укладке катушек и катушечных групп в пазы статора возникают некоторые трудности с расположением лобовых сторон катушек, от чего зависит и геометрическая форма отдельной катушки и ее геометрические размеры.

В зависимости от этого различают концентрические, шаблонные и цепные обмотки. Для исключения ошибок при монтаже составляются схемы обмоток.

На рис. 6.19, a представлена схема расположения лобовых сторон секций обмотки статора асинхронного двигателя, имеющего
2 пары полюсов при 36 пазах. На рис.

6.19, б и 6.19, в представлена электрическая схема соединений катушек обмоток. Обмотка относится к разряду концентрических обмоток, т. е. таких катушек одной катушечной группы, которые входят друг в друга при укладке. Катушечные группы одной фазы могут соединяться как последовательно (см. рис. 6.19, б), так и параллельно (см. рис. 6.19, в).

Катушки катушечных групп отдельных фаз могут располагаться более равномерно по окружности статора. Это достигается расположением катушек «вразвалку». На рис. 6.20 представлена схема концентрической обмотки «вразвалку».

Рис. 6.19 Рис. 6.20

Недостатком концентрических обмоток является необходимость изготовления катушек различных размеров. В двигателях малой мощности обычно используют так называемую шаблонную обмотку. Схема расположения катушек такой обмотки в пазах статора изображена на рис. 6.21. Расстояние между пазами, в которые уложены активные стороны катушек, одинаково, поэтому все катушки обмотки статора имеют одинаковые геометрические размеры и могут быть изготовлены по одному шаблону.

Для более равномерного распределения лобовых сторон катушек по статору можно использовать шаблонную обмотку «вразвалку». Схема такой обмотки двухполюсной машины при показана на рис. 6.22.

Рис. 6.21 Рис. 6.22

Распределение индукции в воздушном зазоре магнитного поля обмотки одной фазы ближе к синусоидальному в том случае, если используется цепная схема обмотки (рис. 6.23).

Рис. 6.23

В этом случае активные стороны катушек одной фазы располагаются не в соседних пазах как в предыдущих обмотках, а через паз, как это показано на рис. 6.24. Катушки такой обмотки имеют различные размеры. Однако двигатель с такой статорной обмоткой имеет лучшие электромеханические характеристики.

Рис. 6.24

Для улучшения электромеханических характеристик иногда используют двухслойные обмотки статора асинхронных двигателей (см. рис. 6.24). Использование в двухслойной обмотке секций с нормальным шагом не дает значительного улучшения характеристик двигателя. В двигателях малой мощности распространена двухслойная шаблонная обмотка с укороченным шагом.

Обмотка ротора асинхронных машин может быть выполнена двояко. Существуют асинхронные машины с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. У трехфазных асинхронных машин с фазным ротором обмотка ротора конструктивно выполнена по тем же правилам, что и обмотка статора. Обычно обмотка ротора соединяется «звездой» и выводы обмоток отпаяны на три контактных кольца, расположенные на оси ротора и позволяющие с помощью щеток подключить к роторной обмотке дополнительные устройства.

Наиболее надежными и дешевыми являются двигатели с короткозамкнутыми роторами. Как уже говорилось ранее, ротор представляет собой сплошной цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, с пазами по образующей, предназначенными для укладки обмотки. Роторы двигателей помещаются в специальные формы и заливаются алюминием.

После заливки и последующей обработки обмотка ротора представляет собой два алюминиевых кольца, расположенных
по торцам магнитопровода и соединенных между собой алюминиевыми стержнями. Если рассматривать обмотку без сердечника
(без стали), то она напоминает беличье колесо.

6.6. Электродвижущие силы статорной
и роторной обмоток

Если во вращающееся магнитное поле поместить неподвижный виток обмотки, то на нем будет наводиться электродвижущая сила величиной

,

где — магнитный поток, сцепленный с витком. Среднее значение ЭДС, наводимой в витке в течение полупериода

Магнитный поток, сцепленный с одним витком, изменяется по синусоидальному закону.

Связь между средним и действующим значениями синусоидальной функции определяется коэффициентом формы . Для синусоидальной функции коэффициент формы .

Тогда действующее значение ЭДС, наводимой в одном витке статорной обмотки, или .

Для получения суммарной ЭДС обмотки статора, имеющей витков, необходимо учесть уменьшение ЭДС из-за геометрического расположения обмотки и из-за уменьшения ширины секций

,

где — коэффициент, учитывающий расположение секций обмотки в пазах статора.

Пока ротор остается неподвижным, его обмотка относительно вращающегося магнитного поля находится в тех же условиях, что и обмотка статора. Если поле делает оборотов в минуту и имеет пар полюсов, тогда частота ЭДС будет равна

и ЭДС неподвижного ротора определяется формулой

Поскольку в работающем двигателе ротор вращается в ту же сторону, что и магнитное поле, частота вращения поля относительно ротора определяется разностью частот вращения поля и рото-
ра . Следовательно, частота ЭДС ротора уменьшается до значения

Достаточно просто выразить частоту ЭДС ротора через частоту сети

Введем величину , которая выражает перемещение ротора относительно вращающегося магнитного поля и называется скольжением.

Таким образом, с учетом того, что и . Следовательно, ЭДС обмотки вращающегося ротора равна ЭДС обмотки неподвижного ротора, умноженной на скольжение. При неподвижном роторе и скольжение равно единице. При частоте вращения ротора, равной скорости магнитного поля, скольжение равно нулю.

Следует еще раз подчеркнуть, что частота тока обмотки ротора
не равняется частоте питающей сети. В двигателях, работающих в номинальном режиме, скольжение достаточно мало и составляет несколько процентов . Частота тока ротора при Гц составляет единицы Герц. Так при Гц.

В приведенных соотношениях и — частота тока статора
и ротора, и — количество витков фазных обмоток статора
и ротора, и — частота вращения магнитного поля и ротора,
а — скольжение.

Рекомендуемые страницы:


Добавить комментарий

Закрыть меню