Поняття про намагнічувальні сили обмоток змінного струму

Типи та характеристики статорних обмоток

Найбільш широковживаними є наступні типи статорних обмоток: циліндрична (барабанна) різнойменнополюсна обмотка, тороїдальна різнойменнополюсна обмотка, кільцева обмотка з кігтеподібним магнітопроводом, кільцеподібна однойменнополюсна (уніполярна) обмотка і зубчастий магнітопровід.

Надалі будем розглядати циліндричну обмотку, яка використовується в більшості електричних машин. В залежності від віддалі між зонами А і Х, в яких лежать провідники з різними напрямками струмів, обмотка створює поле з тим чи іншим числом періодів, або числом пар полюсів р.

Якщо віддаль між зонами з різним напрямком струмів, взяту по середній поверхні проміжка з радіусом R і названу полюсним діленням позначити, то число пар полюсів поля визначиться за формулою.

Найбільш простою є обмотка, яка утворює одну пару полюсів (р=1). Така обмотка називається двополюсною, якщо p > 1, то така обмотка називається багатополюсною.

Якщо по висоті паза розташовується одна котушечна сторона, то така обмотка називається одношаровою, якщо по дві – двошаровою; якщо по дві котушечні сторони розміщені по ширині паза, то така обмотка називається дворядною.

Число пазів, яке зайняте фазною зоною одношарової обмотки, називається число пазів обмотки на полюс і позначається. Якщо число пазів на полюс, то обмотка називається зосередженою, якщо - розподіленою. В пазах магнітопроводу може бути розміщено декілька однакових різнойменнополюсних обмоток, які утворюють поля з одним і тим же ж числом просторових періодів і живляться від багатофазної електричної мережі. При числі фаз число пазів на полюс і фазу буде визначатися за формулою,

де - загальне число пазів магнітопровода

Як приклад розглянемо трифазну чотириполюсну машину з кількістю пазів на полюс, для якої кількість пазів.

Кут зсуву за фазою ЕРС становить дві взаємно накладені зірки ЕРС, кожна з

яких складається із 12 векторів. Схема такої обмотки може бути реалізована в шаблонній концентричній обмотці з триплощинним розташуванням лобових частин, або у простій петлевій обмотці. Крім згаданих типів обмоток в статорах машин широко використовуються проста хвилева обмотка, а також петлеві та хвилеві обмотки з дробовим числом пазів на полюс і фазу.

Якщо маєм два магнітопроводи і і при цьому на магнітопроводі, в

Пазах розміщена обмотка, по якій протікає повний струм, то за законом повного струму, або для нашого випадку - справа від осі паза - зліва від осі паза

В теорії електричних машин різницю магнітних потенціалів, рівну лінійному інтегралу напруженості магнітного поля в проміжку або повному струмові, що приходиться на проміжок прийнято називати магніторушійною силою

Напруженість магнітного поля в проміжку, де - - коефіцієнт питомої магнітної провідності проміжку для області з рівномірним полем.

Магнітна індукція в проміжку.

Нормальна складова напруженості поля, яка знаходиться з умови збереження магнітного потоку через переріз зубцевого ділення

При наявності зубчастості реальний проміжок заміняється розрахунковим, де - коефіцієнт проміжку (коефіцієнт Картера) рівний,

де

Якщо зубчастість двостороння, то

Записавши - миттєвий струм паралельної вітки фази.

Амплітуда МРС періодичної системи котушок

Утворена періодичною системою котушок, по яких протікає змінний за гармонічним законом в часі струм, МРС являє собою нерухому в просторі пульсуючу з коловою частотою хвилю.

Для гармоніки з врахуванням коефіцієнта укорочення обмотки можна записати

, де - коефіцієнт укорочення кроку обмотки.

Переходимо від МРС котушки до МРС фази необхідно враховуючи, що - число витків в паралельній гілці фази, і від зосередженої обмотки переходимо до розподіленої, що враховується коефіцієнтом розподілу

і тоді.

Лекція 9

Електрорушійні сили статорної обмотки машини змінного струму.

На приведеному рисунку показано, що на полюсному кроці є шість пазів. У чотирьох пазах розміщена однофазна обмотка, так що q=4. Приймемо, що магнітна індукція розподілена під полюсом за законом синусоїди. З рисунку видно, що переміщенню ротора на один полюсний крок відповідає один період ЕРС. Якщо машина має пар полюсів, то за один повний поворот ротора одержимо періодів ЕРС. Отже, кількість періодів за секунду, тобто частота ЕРС, де - частота обертання магнітного поля в обертах за хвилину.

Згідно із законом електромагнітної індукції середнє значення ЕРС у провіднику

, де -,,.

Врахуємо, що, де - ефективне (діюче) значення ЕРС у провіднику, а - коефіцієнт форми кривої ЕРС. Для синусоїдної форми ЕРС

Тоді.

У загальному випадку магнітна індукція, і, відповідно, ЕРС мають несинусоїдну форму і їх можна розкласти в ряди Фур’є на просторові гармоніки. Тоді повний потік,

де,

бо -та гармоніка має частоту і полюсний крок.

Відповідно до цього

А ЕРС паза для гармонік

А так як

звідки

де - коефіцієнт гармонік.

Вищі гармоніки магнітної індукції мало впливають на величину ЕРС у провіднику, а сильніше впливають на її форму, бо коефіцієнт гармонік близький до 1.

У випадку розподілу обмотки у пазах ЕРС сусідніх провідників зміщені за фазою на кут, тому сума ЕРС всіх провідників за першою гармонікою

, а ЕРС одного провідника, звідки

Тоді, де - коефіцієнт розподілу обмотки для першої гармоніки.

При, отже розподіл обмотки приводить до зменшення ЕРС, але покращує її форму. Для -ої гармоніки ЕРС коефіцієнт розподілу

ЕРС витка з повним кроком вдвічі більша від ЕРС провідника, тобто. Якщо виток має укорочений крок, то перші гармоніки ЕРС у провідниках витка мають однакові діючі значення і зміщені за фазою на

кут де.

Тоді діюче значення першої гармоніки ЕРС витка,

де - коефіцієнт укорочення кроку для першої гармоніки. Відповідно для -ої гармоніки отримуємо де. ЕРС витка з укороченим кроком менша від ЕРС витка з повним кроком, бо. Укороченням кроку можна значно зменшити декілька вищих гармонік або ліквідувати вплив одної з них. Для зменшення -ої гармоніки необхідно, щоб, звідки.

Остаточно при;

якщо розподілена обмотка складається з витків і виконана з укороченим кроком, то діюче значення першої гармоніки ЕРС, яка наводиться в обмотці визначається за формулою,

де - обмотковий коефіцієнт для першої гармоніки ЕРС.

Аналогічно ЕРС -ої гармоніки

У загальному випадку при несинусоїдній індукції магнітного поля результуюча ЕРС

В однофазних розподілених обмотках укороченням кроку добиваються послаблення (знищення) п’ятої гармоніки, а відповідним розподілом обмотки знищення сьомої гармоніки. Тоді форма кривої ЕРС близька до синусоїди навіть при сильно виражених вищих гармоніках у кривій магнітної індукції.

У трифазних розподілених обмотках третя гармоніка ЕРС відсутня, а п’ята і сьома гармоніки послаблюються розподілом і вкороченням кроку обмотки.

Дата добавления: 2014-01-04