Эта формула показывает, что при неизменной частоте вращения ротора форма кривой

 

Рис. 6.1. Упрощенная модель синхронного генератора

 

переменной ЭДС обмотки якоря опреде­ляется исключительно законом распределения магнитной индукции B , в зазоре. Если бы график магнитной индукции в зазора представлял собой синусоиду (B = В_max sin α ), то ЭДС генератора была бы синусоидальной. Однако получить синусоидальное распределение индукции в зазоре практически невозможно. Так, если воздушный зазор постоянен (рис. 6.2), то магнитная индукция B , в воздушном зазоре распределяется по трапецеидальному закону (кривая 7), а, следовательно, и график ЭДС генератора представляет собой трапецеидальную кривую. Если края полюсов скосим так, чтобы зазор на краях полюсных наконечников был равен _max (как это показано на рис. 6.2), то график распределения магнитной индукции в зазоре приблизится к синусоиде (кривая 2), а следовательно, и график ЭДС, наведенной в обмотке генератора, приблизится к синусоиде.

Частота ЭДС синхронного генератора f₁ (Гц) прямо пропорциональна частоте вращения ротора n₁ (об/мин), которую принято называть синхронной частотой вращения:

f₁ = pn₁/60 (6.2)

Здесь р — число пар полюсов; в рассматриваемом генераторе два полюса, т. е. р = 1.

Для получения промышленной частоты ЭДС (50 Гц) ротор та­кого генератора необходимо вращать с частотой n₁ = 3000 об/мин, тогда f₁ = 1 3000/60 = 50 Гц.

Постоянные магниты на роторе применяются лишь в синхронных генераторах весьма малой мощности (см. § 23.1), в боль­шинстве же синхронных генераторов для получения возбуждающего магнитного поля применяют обмотку возбуждения, располагаемую на роторе. Эта обмотка подключается к источнику постоянного тока через скользящие контакты, осуществляемые посредством двух контактных колец, располагаемых на валу и

 

 

 

 

Рис. 6.2. Графики распределения магнитной индукции в воздушном зазоре синхронного генератора

 

изолированных от вала и друг от друга, и двух неподвижных щеток (рис. 6.3).

Как уже отмечалось, привод - двигатель (ПД) приводит во вращение ротор синхронного

генератора с синхронной частотой n₁ при этом магнитное поле ротора также вращается с частотой n₁ и индуцирует в трехфазной обмотке статора переменные ЭДС Е_А, Е_В, Е_С, которые, будучи одинаковыми по значению и сдвинутыми фазе друг относительно друг друга на периода (120 эл. град), образуют трехфазную симметричную систему ЭДС.

С подключением нагрузки в фазах обмотки статора появляются токи I_А, I_B, I_C. При этом

трехфазная обмотка ста­тора создает вращаю­щееся магнитное поле. Частота вращения этого поля равна частоте вра­щения ротора генерато­ра (об/мин):

n₁ = f₁60/p. (6.3)

Таким образом, в синхронном генераторе поле статора и ротор вращаются синхронно, отсюда и название — синхронные машины.

Рис. 6.3. Электромагнитная схема син­хронного генератора

Принцип действия асинхронного двигателя

 

Неподвижная часть асинхронного двигателя — статор — имеет такую же конструкцию, что и статор синхронного генератора (рис. 6.3). В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя — ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки (рис. 6.4). Обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию (см. § 10.2), состоящую из восьми

алюминиевых стержней, расположенных в продольных пазах сердечника ротора, замкнутых

с двух сторон по торцам ротори алюминиевыми кольцами (на рисунке эти кольца не показаны). Ротор и статор разделены воздушным зазором. При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле статора, частота вращения которого n₁ определяется выражением (6.3).

Вращающееся поле статора (полюсы N₁ и S₁) сцепляется как с обмоткой статора, так и с

 

 

Рис. 6.4. К принципу действия асинхронного двигателя

 

обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает значение тока в обмотке. Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС ротора создает в стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на роторе электромагнитные силы F_эм, направление которых определяется по правилу «левой руки». Из рис. 6.4 видно, что силы F_эм стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил F_эм создает на роторе электромагнита момент М, приводящий его во вращение с частотой n₂. Вращение ротора посредством вала передается исполнительному механизму.

Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую энергию вращения ротора двигателя.

Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора зависят от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора, вращения ротора n₂, называемая асинхронной, всегда меныше частоты вращения поля n₁, так как только в этом случае происходит наведение ЭДС в обмотке ротора асинхронного

двигателя.

Таким образом, статор синхронной машины не отличается от статора асинхронной машины, и выполняют они одинаковую функцию: при появлении в обмотке статора тока возникает вра­щающееся магнитное поле и в этой обмотке наводится ЭДС. Именно по этой причине изучение принципа выполнения и конст­рукции обмоток статора, а также изучение электромагнитных про­цессов, связанных с наведением в обмотке статора ЭДС и возник­новением вращающегося магнитного поля, должно предшествовать изучению специфических вопросов теории асинхронных и синхронных машин.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия генератора переменного тока.

2. Чем определяется форма графика ЭДС синхронного генератора?

3. Каково назначение контактных колец и щеток в синхронном генераторе?

4. Объясните принцип действия асинхронного двигателя.

5. Может ли ротор асинхронного двигателя вращаться синхронно с вращаю­щимся полем?

6. Какие функции выполняет обмотка статора в синхронном генераторе и в асинхронном двигателе?

 

 

ГЛАВА 7

• Принцип выполнения обмоток статора

§ 7.1. Устройство статора бесколлекторной машины и основные понятия об обмотках статора

 

Статор бесколлекторной машины переменного тока (рис. 7.1) состоит из корпуса 1, сердеч-ника 2 и обмотки 3. Сердечник статора имеет шихтованную конструкцию, т. е. представляет собой пакет пла­стин, полученных методом штамповки из листовой электротехнической стали. Пластины предваритель­но покрывают с двух сторон тонкой изоляционной пленкой, например слоем лака. На внутренней по­верхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются проводники обмотки статора. Обмотка статора выполняется из медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения.

Требования к обмотке статора в основном сво­дятся к следующему: а) наименьший расход обмо­точной меди; б) удобство и минимальные затраты н изготовлении — технологичность; в) форма кривой ЭДС, наводимой в обмотке статора, должна был. практически синусоидальной.

Применительно к генераторам переменного тока это требование обусловлено тем, что при несинусоидальной ЭДС генератора в электрической цепи появляются высшие гармоники тока, оказывающие вредное влияние на работу всей энергосистемы: возрастают потери, возникают опасные перенапряжения, усиливается вредное влияние линий электропередачи на цепи связи. Применительно к двигателям переменного тока требование к синусоидальности ЭДС обмотки статора также весьма актуально, так как несинусоидальность ЭДС ведет к росту потерь и уменьшению полезной мощности двигателя.

Многофазная обмотка статора состоит из m₁ - фазных обмоток. Например, трехфазная обмотка (m₁ = 3) состоит из трех фазных обмоток, каждая из которых занимает Z₁\3 пазов, где Z₁ - общее число пазов сердечника статора. Каждая фазная обмотка представляет собой разом- кнутую систему проводников. Элементом обмотки является катушка, состоящаяиз одного

или нескольких витков. Элементы катушки, располагаемые в па­зах, называют пазовыми сторонами 1, а элементы, расположенные вне пазов и служащие для соединения пазовых сторон, называют лобовыми частями 2 (рис. 7.2). Часть дуги внутренней расточки статора, приходящаяся на один полюс, называется полюсным делением (м):

τ = π D₁ /(2р), (7.1)

 

 

Рис. 7.1. Статор бесколлектор­ной машины переменного тока

 

где D₁ — внутренний диаметр статора, м; 2р — число полюсов.

Расстояние между пазовыми сторонами катушки, измеренное но внутренней поверхности стато­ра, называется шагом обмотки по пазам у₁. Шаг обмотки выражают в пазах. Шаг обмотки называется полным или диаметральным, если он равен полюсному делению:

y₁ = Z₁/(2p) = τ . (7.2)

В этом случае ЭДС витка определяется арифметической суммой ЭДС, наведенных в сторонах этого витка (рис. 7.3):

е = е₁ + е₂.

Если же шаг обмотки меньше полюсного деления (у₁ < τ ), то он называется уко­роченным. У катушки с укоро­ченным шагом ЭДС меньше, чем у катушки с полным ша­гом.

Обмотка статора состоит, как правило, из большого чис­ла катушек, соединенных ме­жду собой определенным об­разом. Для удобного и наглядного изображения ка­тушек и их соединений поль­зуются развернутыми схема­ми обмоток. На такой схеме цилиндрическую поверхность статора вместе с обмоткой условно развертывают на плоскости, а все катушки

изображают одновитковыми в виде прямых линий.

Простейшая трехфазная обмотка статора двухполюсной машины состоит из трех катушек (А, В, С), оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на 120 эл. град, т. е. на

 

Рис 7.2. Расположение катушек в пазах сердечника статора

 

полюсного деления (рис. 7.4). Такая обмотка называется сосре­доточенной. Каждая катушка здесь представляет собой фазную обмотку.

 

 

 

Рис. 7.3. При диамет­ральном шаге ЭДС в

пазовых сторонах ка­тушки направлены согласно

 

В соответствии с ГОСТом выводы трехфазных обмоток стато­ра обозначают следующим образом:

 

Первая фаза......начало С1 — конец С4

Вторая фаза..... » С2 — » С5

Третья фаза...... » СЗ — » С6

Конструкция обмотки статора в значи­тельной мере влияет на свойства машины переменного тока, в первую очередь на ее стоимость, КПД и рабочие характеристики.

12345Следующая ⇒

Поделиться: