Расчет обмоток машин постоянного и переменного тока

Размещено на http://allbest.ru

1. Расчет обмоток якоря машин постоянного тока

Данные для построения схем

Тип обмотки	2а	2р	Zе
Простая петлевая (ПО)	4	4	16
простая волновая (ПВО)	2	4	15

По данным таблиц 1.1 - 1.2 для различных типов обмоток необходимо:

1. Рассчитать частичные у₁, у₂ и результирующий у шаг обмоток по якорю и коллектору, выраженные в элементарных пазовых делениях. Определить величину сокращения шага обмоток.

2. Составить схемы соединения секционных сторон обмоток по якорю и коллектору.

3. Проверить обмотки по условиям симметрии.

4. Построить схемы-развертки обмоток, схему петлевой обмотки построить целиком, волновой - в пределах (2-3) р в каждом заходе. Показать на схеме положение геометрической нейтрали, размещение полюсов и положение щеток на коллекторе.

5. Составить схемы параллельных ветвей.

6. Построить звезды ЭДС секций обмоток.

Z_е - число элементарных пазов обмотки якоря (в задании Z_е=Z=S=K);

Z - число реальных пазов (Z_е/Z=U_п=1);

S - число секций обмотки якоря;

K - число коллекторных пластин;

2p - число полюсов;

2a - число параллельных ветвей обмотки якоря;

ф- полюсное деление;

у₁ - первый частичный шаг обмотки якоря;

у₂ - второй частичный шаг обмотки якоря;

у - результирующий шаг обмотки якоря,

у_к - шаг обмотки якоря по коллектору;

- ширина полюсного наконечника;

- ширина щетки;

- ширина коллекторной пластины.

В табл. 1.3 сведены формулы для расчета частичных шагов указанных обмоток.

Таблица 1.3

Шаги ОЯ МПС

Тип ОЯ	2а	y1	y	yк	Свойства
ПО 2а=2р	2р	Zе/2p	1	1	Ставят уравнители I рода.
ПВО 2а=2	2	Zе/2p	(К1)/p	(К1)/p	ПВО симметрична только при у = целое число уравнители не ставят

1.1 Простая петлевая обмотка (ПО)

Данные простой петлевой обмотки:

- число элементарных пазов Z_e=16;

- число полюсов 2p=4;

- число параллельных ветвей 2а=4.

Вычисляем

- первый частичный шаг:

y₁=Z_е/2p, y₁=16/4, =4

(где -- некоторая величина, меньшая единицы, вычитая или суммируя которую получают значение шага , равное целому числу.

- результирующий шаг и шаг по коллектору:

;

- второй частичный шаг:

y ₂= y- y₁=1-4=-3

- полюсное деление:

ф= Z_е/2p=16/4=4

- ширина полюсного наконечника:

b_p=0,65?42,6

- шаг щеток по коллектору:

y_щ=K/2p= Z_e/2p=4;

- ширина щеток в простых ПО равна ширине коллекторной пластины:

;

- угол сдвига между ЭДС секций:

б=360?2/16=45 эл град.

С учетом значений шагов обмотки (y1, y2, y) построим схему соединения секционных сторон обмотки, или иначе схему шагов обмотки (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема соединения секционных сторон простой ПО

Каждую секцию условно обозначаем вертикальной линией с номерами пазов на расстоянии у₁. Сверху записываем номера пазов, в которых секция лежит в верхнем слое паза, а снизу номера пазов, в которых секция лежит в нижнем слое паза.

Косая линия соединяет секции между собой и соответствует второму частичному шагу у_2. После обхода всех пазов якоря получим замкнутую обмотку.

По рис. 1.1 можно построить схему - развертку простой ПО (рис. 1.2).

Присоединим начало первой секции к первой коллекторной пластине и верхнюю активную сторону секции уложим в первый элементарный паз, тогда вторая активная сторона этой секции займет нижнюю часть пятого элементарного паза. Так мы сделаем первый шаг у₁=4 по якорю.

После первого шага сделаем второй шаг по якорю у₂=- 3, то есть из пятого паза к второй пластине коллектора и к этой же пластине присоединим начало второй секции.

Затем сделаем снова шаг у₁ и вторую активную сторону уложим в нижнюю часть шестого паза и т.д. Наконец, последнюю секцию укладываем в верхнюю часть 16 паза и в нижнюю часть пятого паза.

После этого необходимо сделать шаг у₂, чтобы прийти к первой коллекторной пластине и замкнуть обмотку.

Затем на схеме проводят линии геометрической нейтрали и изображают контуры полюсов. Ширина полюсного наконечника равна 3 пазовым делениям (п.д.): b_п = 3 п.д.

Поэтому полюса, которые показаны на рис. 1.2, отступают от границ полюсного деления на 0,5 п.д.

Рис. 1.2. Схема-развертка простой ПО

Направления ЭДС, индуцированной в секциях обмотки, определенные по правилу правой руки (большой палец указывает направление тока, тогда пальцы направление магнитной индукции) при принятом направлении вращения якоря - .

Рис. 1.3. Образование параллельных ветвей

Щетки расставляют так, чтобы при замыкании щеткой секции в этой секции приводилась минимально возможная ЭДС. Это условие выполняется для секций, проводники которых расположены на линии геометрической нейтрали (или вблизи нее), то есть в данном примере для первой секции. Поэтому щетку располагают так, чтобы она примыкала к первой коллекторной пластине.

Шаг щеток по коллектору y_щ= = 4, следовательно, вторая щетка должна примыкать к 5-й коллекторной пластине, третья к 9 и четвертая к 13-й коллекторной пластине. Однополярные щетки соединяются параллельно.

Пользуясь схемой развертки, на схеме соединения секционных сторон обмотки следует указать направление тока в секциях и расставить щетки (рис. 1.3). Это позволяет определить полярность щеток.

Если МПТ работает в режиме генератора, то направление тока якоря совпадает с направлением ЭДС, если - в режиме двигателя, то наоборот.

Положительными считают те щетки, из которых ток якоря выходит во внешнюю обмотку. В данном примере при работе МПТ в режиме генератора положительными являются щетки, что замыкают 5-ю и 13-ю коллекторные пластины.

При вращении ОЯ (обмотки якоря) секции переходят из одной параллельной ветви в другую, причем при этом происходит изменение направления тока в секции. На основании рис. 1.3 строят схему соединения параллельных ветвей обмотки. Для рассматриваемого момента времени в параллельные ветви входят: I ветвь - секции 2, 3,4; II ветвь - секции 6,7,8 ; III - 10, 11,12; IV - 14, 15.16

Условно присвоим секции номер того элементарного паза, где лежит ее верхняя активная сторона, то есть это верхний ряд цифр в схеме на рис. 1.3. Изобразив каждую секцию кружочком, составим схему параллельных ветвей (рис. 1.4). Последовательность секций на рис. 1.4 соответствует схеме обмотки. Стрелками показано направление тока якоря в секциях, входящих в данный момент времени в параллельные ветви обмотки.

Секции 1, 5, 9, 13, которые в данный момент времени закорочены щетками, изображены на рис. 1.4 вертикально и показано их соединения с коллекторными пластинами соответствующих номеров.

Рис. 1.4. Схема параллельных ветвей простой ПО



Рис. 1.5. Диаграмма ЭДС

Звезду пазовых ЭДС (рис. 2.5) построим с учетом сдвига векторов ЭДС соседних пазов

= 45 эл. град.

1.2 Простая волновая обмотка

В простых волновых обмотках число параллельных ветвей всегда 2а = 2. Результирующий шаг вычисляется по формуле

.

где К-число коллекторных пластин, yk - шаг по коллектору

При этом в выражении знак "-" соответствует левоходовой (неперекрещенной) обмотке, знак "+" - правоходовой (перекрещенной).

На рис. 1.6 показаны секции волновой обмотки. Верхняя сторона первой секции шириной присоединена к первой коллекторной пластине, а конец - к коллекторной пластине, расположенной на расстоянии результирующего шага .

Верхняя сторона второй секции находится в пазу, что отстоит от первого паза также на величину результирующего шага - у.

Второй частичный шаг исчисляется по выражению

у₂ = у - у₁> 0.

Рис. 1.6. шаги ПВО

При левоходовой обмотке после обхода якоря секция присоединяется к коллекторной пластине, которая находится слева от исходной.

Правоходовые обмотки не получили практического применения.

В симметричной простой волновой обмотке результирующий шаг всегда должен быть целым числом (ц.ч.).

Поскольку для результирующего шага должно выполняться соотношение y ==ц.ч., то для получения симметричной ВО при четном "р" необходимо, чтобы число элементарных пазов (Z_е) было нечетным числом.

Данные симметричной простой ВО:

- число элементарных пазов - Z_e=15; число полюсов - 2p = 4; число параллельных ветвей - 2а = 2.

Вычисляем

- первый частичный шаг:

;

- результирующий шаг и шаг по коллектору:

;

- второй частичный шаг:

;

- полюсное деление:

;

- ширина полюсного наконечника:

;

- шаг щеток по коллектору:

;

- ширина щеток в ПВО равна ширине коллекторной пластины.

На рис. 1.7 приведена схема соединения секционных сторон ПВО.

Рис. 1.7. Схема соединения секционных сторон ПВО

Используя рис. 1.7, построим схему-развертку обмотки

(Рис. 1.8). После первого обхода переместимся слева на одно зубцовое деление и при этом соединим последовательно секции, расположенные под одноименными полюсами.



Рис. 1.8. Схема-развертка простой ВО

Таким образом, есть две части ОЯ с встречными направлениями ЭДС. Эти части ОЯ образуют параллельные ветви (рис. 1.9).

Простая ВО имеет две параллельные ветви: 2а = 2.

Каждая параллельная ветвь проходит под всеми полюсами, магнитная несимметрия не вызывает неровности ЭДС, отпадает необходимость в уравнительных сочетаниях. Кроме того, потенциальный шаг y_п = K/p № ц.ч, т.е обмотка не имеет равнопотенциальних точек.

Рис. 1.9. Схема параллельных ветвей простой ВО

2. Обмотки статора машин переменного тока

В работе необходимо выполнить однослойную трехфазную обмотку с целым числом пазов на полюсе и концентрическую фазу (обмотка с целым числом пазов на полюс и фазу АД)

Данные для построения схем трехфазных однослойных обмоток статора с целым числом пазов на полюс и фазу.

m	2р	Zе
3	4	24

По данным табл. 2.1 для обмотки переменного тока необходимо:

1. Рассчитать число пазов на полюс и фазу.

2. Записать числовой ряд обмотки.

3. Сделать таблицу распределения пазов в пазах и фазах.

4. Изобразить звезду пазовых ЭДС обмотки.

5. Разработать схему развертку однослойной трехфазной концентрической обмотки

2.1 Теория

Основным элементом обмотки статора является виток.

Ряд последовательно соединенных витков образуют секцию или катушку.

Катушки, расположенные в соседних пазах, соединенные последовательно и принадлежат к одной фазе, образуют катушечную группу.

Стороны катушек одной катушечной группы занимают q пазов.

Число пазов на полюс и фазу определяется по выражению

Число может быть как целым, так и дробным. При q = 1 под каждым полюсом расположено по одной катушке каждой фазы. Такую обмотку называют сосредоточенной. При q> 1 обмотку называют распределенной.

При целом числе q все катушечные группы одинаковы и содержат одинаковое число катушек. Числовой ряд обмотки состоит из одинаковых цифр, которые равны q. Число членов числового ряда равно 2pm.

Однослойные обмотки наиболее пригодны для механизированной укладки. Чаще всего используют концентрические и шаблонные обмотки.

Концентрические обмотки подразделяются на двухплоскостных и трехплоскостные. В двухплоскостных обмотках приходится изготавливать катушечные группы двоякой формы, условно можно назвать «малыми» и «большими».

При четном числе пар полюсов (p= 2, 4, и т.д.) половина катушечных групп имеет длинные лобные части, располагаются в одной плоскости, а вторая половина - короткие лобовые части, располагаются во второй плоскости.

При нечетном числе пар полюсов обмотка каждой фазы содержит нечетное число катушечных групп. В этом случае (кроме p= 1) одну из катушечных групп делают изогнутой, то есть ее стороны будут разной длины и лежать в разных плоскостях. Такую катушечную группу называют «кривой».

Формирование распределений активных катушечных сторон (АКС) обмотки с помощью числовых рядов следует осуществлять в такой последовательности:

- по заданным значениям Z₁, p,m определяют число пазов на полюс и фазу q ;

- записывают числовой ряд обмотки, состоящий из 2pm одинаковых цифр, которые равны q при целом его числе:

- под каждой цифрой числового ряда указывают фазу в соответствии с последовательностью чередования фазных зон.

2.2 Решение

Число пазов статора Z₁ = 24, число полюсов 2р = 4, m = 3. Определяем:

- число пазов на полюс и фазу:

;

- число пазов на периоде повторения обмотки:

;

- числовой ряд для периода повторения: 2, 2, 2, 2, 2, 2;

- чередование фаз: А,С',В, а',с,в'.

Распределение активных катушечных сторон (АКС) обмотки по пазам и фазным зонам приведено в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Распределение пазов в фазных зонах (Z₁ = 24, 2р = 4, m = 3)

По табл. 2.2 сначала создана схема соединения АКС обмотки (рис. 2.1).



Рис. 2.1. Схема соединения АКС обмотки (Z₁ = 24, 2p = 4)

По этой схеме можно сконструировать концентрическую двухплоскостную обмотку, схема-развертка которой приведена на рис. 2.2. Катушки каждой фазы образованы путем соединения между собой АКС, расположенных в пазах, имеющих маркировку (А, В, С,) и (А ', В', С '), соответственно.

Рис. 2.2. Схема-развертка однослойной концентрической двухплоскостных обмотки (Z₁ = 24, 2p = 4)

Например, первая катушечная группа фазы А образуется путем соединения АКС 1-го паза (А) с АКС 8-го паза (А ') (большая катушка) и путем соединения АКС 2-го паза (А) с АКС 7 го паза (А ') (малая катушка) и т.д. (Рис. 2.1, рис. 2.2).

Катушечные группы соединены между собой последовательно, создают фазы обмотки.

Каждая катушечная группа состоит из двух катушек: большой с шагом у₁ = 7 и малой с шагом у₂ = 5:

.

Средний шаг обмотки равен полюсному делению :

На рис. 2.3 изображена векторная диаграмма пазовых ЭДС обмотки.

Угол эл. град.

Рис. 2.3 Векторная диаграмма пазовых ЭДС (Z₁=24, 2p=4)



Рис. 2.4. Векторная диаграмма ЭДС фаз (Z₁=24, 2p=4)

обмотка статор коллектор катушечный

Согласно схеме соединения АКС обмотки (рис. 2.1) на рис. 2.4 построена векторная диаграмма ЭДС фаз.

Размещено на Allbest.ru

...