1 глава. Электр машиналары орамдарыны рылымы мен схемалары
 Скачать 73.36 Kb.
|
|
ҮШІНШІ ТАРАУ.Электр машиналары орамдарының құрылымы мен схемалары Қазіргі заманғы электр машиналарында ең көп таралған цилиндрлік полюс (барабан) орамалары. Мұндай орамалардың өткізгіштері машинаның ауа саңылауы бойымен орналасады және статор мен ротордың магниттік тізбегін қамтымайды. Орамалардың басқа түрлері тек электр машиналарының кейбір арнайы түрлерінде кездеседі Орамалардың түрлері және оларды оқшаулау Орамалары шоғырланған немесе таратылған. Шоғырланған орамаларда полюсті құрайтын бұрылыстар, әдетте, ферромагниттік өзекке бекітілген көп айналымды катушкаларға біріктіріледі. Катушкалар мен ядродан пайда болған полюсті нақты деп атайды. Тұрақты және айнымалы ток машиналарының шоғырланған орамалары қосылу схемаларында бірдей және тек дизайн ерекшеліктерімен және катушкаларды бекіту тәсілдерімен ерекшеленеді. Барлық дерлік тұрақты ток машиналарының қоздыру орамалары шоғырланған. Айнымалы ток машиналарында айналу жиілігі 1500 айн/мин аспайтын синхронды машиналардың қоздыру орамалары шоғырланған. мұндай машиналар ротордағы айқын полюстері бар машиналар немесе айқын полюсті роторлары бар машиналар деп аталады (сурет. 3.1). Сур. 3.1. айқын көрінетін полюстері бар синхронды машиналардың роторлары: а-көп полюсті; б-төрт полюсті Таратылған орамалар әрқайсысы салыстырмалы түрде аз катушкалардан тұрады (жоғары қуатты машиналарда — катушкаларда бір-екі бұрылысқа дейін). Катушкалар статордың немесе ротордың ойықтарындағы ауа саңылауының бүкіл ұзындығына біркелкі орналастырылады (сурет. 3.2). Белгілі бір схема бойынша өзара байланысқан катушкалар машинаның айқын көрінетін полюстерін құрайды. сурет.3.3. Тік бұрышты сымнан ораманың үлестірілген орамасы бар үлестірілген катушкалар: а—бөлінген;Б—тұтас; 1-ойықты бөліктер; 2-алдыңғы бөліктер; 3-шығару ұштары Сур. 3.2. Айнымалы ток машинасының статоры Бөлінген орамалар асинхронды машиналардың статорлары мен фазалық роторларында, синхронды машиналардың статорларында, тұрақты ток машиналарының зәкірлерінде және айналу жиілігі 3000 айн/мин синхронды машиналардың роторларында (анық емес полюсті роторларда) қабылданады. Тұрақты ток машиналарының бірқатар конструкцияларында қоздыру орамалары да таратылады. Үлестірілген ораманың катушкалары (сурет. 3.3) орамалы сыммен оралған. Магниттік тізбектің ойықтарында орналасқан бұрылыстардың тік сызықты бөліктері ойықтың бөліктері деп аталады; ойықтың бөліктерін бір — бірімен байланыстыратын қисық сызықтар-бұрылыстың алдыңғы бөліктері. Ұқсас атаулар — Ойық және фронтальды бөліктер-катушканың тиісті бөліктері бар. Фронтальды бөліктердің иілу аймақтары катушкалардың бастары деп аталады, катушка оралған орам сымының басы мен соңы катушканың Шығыс ұштары деп аталады. Таратылған орамалардың катушкаларының жақтары бүкіл ойықты немесе тек жартысын алады (сурет. 3.4). Бірінші жағдайда орам бір қабатты, екіншісінде екі қабатты деп аталады, өйткені катушкалардың жақтары екі қабаттағы ойықтарға орналастырылған: біреуі ойықтың төменгі жартысында — төменгі қабат, екіншісі жоғарғы жартысында — жоғарғы қабат.  Сур. 3.4. Дөңгелек сым орамасы бар жартылай жабық статор ойықтарының көлденең қимасы: а-аз қуатты машиналар, бір қабатты орамалар; б-орташа қуатты машиналар, екі қабатты орамалар Сур. 3.5. Катушкалық орамдардың элементтерінің схемалық бейнесі: А-цикл; б-толқын, өзекті орам; в-цикл; г-толқын  Орамалардың кейбір түрлері катушкалардан емес, өзектерден — өзек орамасынан жасалады (сурет. 3.5). Әр өзек-бұл фронтальды бөліктердің жартысына кесілген катушкалар сияқты және әр түрлі фронтальды бөліктердің бір ойығы мен екі жартысынан тұрады. Өзек орамасының бұрылыстары ораманы ойықтарға салғаннан кейін және өзектердің бастарын бір-бірімен байланыстырғаннан кейін пайда болады. Есептеулер мен схемаларда өзек орамасы катушкадағы бір катушкамен катушка ретінде қарастырылады. Катушкалар мен шыбықтардың фронтальды бөліктерінің иілу бағыты бойынша, олардың бір-бірімен қосылыстарының реттілігін анықтайды, ілмектер мен толқындарды ажыратады (суретті қараңыз. 3.5). Электр машиналарының барлық дерлік орамалары оқшауланған орам сымымен оралған. Орамалар үшін оқшауланбаған тікбұрышты сым немесе мыс шиналар аз қолданылады, оларға катушкалар жасау кезінде оқшаулау қолданылады. Тек асинхронды қозғалтқыштар роторларының қысқа тұйықталған орамалары мен синхронды машиналардың демпферлік немесе іске қосу орамаларында оқшаулау болмайды. Бұл орамалардың шыбықтары магниттік тізбектің оқшауланбаған ойықтарына орнатылады, ал қуаты 300...400 кВт дейінгі асинхронды қозғалтқыштардың көпшілігінде алюминий немесе оның қорытпалары ойықтарға құйылады. Электр машиналарын оқшаулауға бірқатар талаптар қойылады, олардың мақсаты машинаны пайдаланудың есептелген мерзімі ішінде сенімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету болып табылады. Оқшаулау, ең алдымен, орамның бұрылыстарының машинаның металл бөліктеріне немесе бір-біріне тұйықталуын болдырмау үшін жеткілікті электрлік беріктікке ие болыңыз. Оқшаулаудың бұл қажеттілігін қамтамасыз ету үшін жақсы жылу өткізгіштігі болуы керек, өйткені әйтпесе ораманың өткізгіштерінде шығарылатын жылу оны рұқсат етілген шектерден жоғары қыздырады, ал оқшаулаудың электрлік беріктігі армандайды. Сонымен қатар, орамаларды оқшаулау оның электрлік қасиеттерін механикалық күштердің әсерінен айтарлықтай нашарлатпауы керек, ол ораманы ойықтарға салу кезінде, сондай-ақ машинаның жұмысы кезінде ылғалдың, май буларының және қоршаған ауаның болуы мүмкін түрлі газдардың әсерінен болады. Бұл талаптар оқшаулауға қажетті жылу және механикалық беріктікті, ылғалға және майға төзімділікті және т. б. анықтайды. Өзінің функционалдық мақсаты бойынша орамдарды оқшаулау корпустық — катушкаларды өзекшелердегі ойықтардың қабырғаларынан (ойықты оқшаулау) және машинаның басқа металл бөліктерінен (катушкалардың алдыңғы бөліктерін оқшаулау) оқшаулайтын сыртқы оқшаулау; ораманың әрбір фазасының катушкаларын басқа фазалардан оқшаулайтын фазааралық; катушканың әрбір айналымын басқа айналымдардан оқшаулайтын Орамалық; өткізгішті — ораманың әрбір өткізгішінің оқшаулауы болып бөлінеді. Оқшаулаудың әр түрінің өзіндік дизайны бар және оларға әртүрлі талаптар қойылады. Жалпы жағдайда оқшаулаудың барлық түрлерінің қалыңдығы мен конструкциясы оның функционалдық мақсатымен, машинаның номиналды кернеуінің деңгейімен, оның түрімен және осы машина арналған пайдалану шарттарымен анықталады. Пайдалану кезінде ең ауыр жағдайларда ораманың катушкаларының ойықтарының бөліктерін корпустық оқшаулау болады. Ойықтың шектеулі өлшемдері жоғарыда аталған Электр машиналарын оқшаулауға қойылатын барлық талаптарға жауап беретін жұқа және механикалық берік қабат түрінде ойық оқшаулауды орындау қажеттілігіне әкеледі, яғни. электрлік және механикалық беріктік, жылу өткізгіштік және т. б. Қазіргі заманғы электр оқшаулау материалдары қалыңдығы 660 В дейінгі номиналды кернеуі бар машиналарды бір жағына миллиметрдің оннан бір бөлігінен аспайтын, ал жоғары номиналды кернеулі машиналарды бір жағына бірнеше миллиметрден аспайтын ойық оқшаулауға мүмкіндік береді. Дизайн бойынша корпустық оқшаулау үздіксіз немесе жеңдік. Үздіксіз оқшаулау катушканың өткізгіштерін бүкіл ұзындығы бойынша оқшаулағыш материалдың таспасымен, мысалы, микалент, шыны талшық немесе шыны слюдинит таспасымен орау арқылы жасалады. Таспа әдетте жартылай қабаттасумен (жартылай қабаттасумен) бірнеше қабатқа қолданылады, олардың саны машинаның номиналды кернеуіне байланысты. Көпшілігінде таспа салынғаннан кейін оқшаулау оқшаулағыш қосылыстармен — лактармен немесе монолитті оқшаулағыш қабат жасау және оның жылу өткізгіштігі мен механикалық беріктігін арттыру үшін қосылыстармен сіңдіріледі. Гильзалық оқшаулау катушкалардың тік сызықты ойықты бөліктерін кең табақты оқшаулағыш материалмен орау арқылы, содан кейін ыстық илектелген қабаттасқан қабаттармен (жұмсақ жең) немесе ыстық илектеу, сығымдау және пісіру (қатты жең) арқылы жасалады. Жеңдік оқшаулағышы бар катушкалардың қисық фронтальды бөліктеріне үздіксіз таспалы оқшаулау қолданылады. Үздіксіз және жеңдік оқшаулау кернеуі 3000 В және одан жоғары барлық машиналардың орамалары үшін, жоғары қуатты тұрақты ток машиналарының якорь орамаларында, асинхронды қозғалтқыштардың фазалық роторларының өзекті толқындық орамаларында, сондай-ақ кез-келген номиналды кернеуде ылғалға төзімді арнайы машиналарда қолданылады. Кернеуі 600 В дейінгі машиналар орамасының ойық бөліктері оқшаулағыш материалдың бір немесе екі қабатынан — пленкалы картоннан, электрониттен, имидофлекстен және т.б. қораптармен оқшауланады. Олар жоғары кернеулі машиналардың орамалары үшін сенімді корпус оқшаулауы ретінде қызмет ете алмайды. Орамалардың оқшаулауын орындау мысалдары орамалардың нақты конструкцияларын сипаттау кезінде келтірілген. 3.4. ОЙЫҚТЫ ТОЛТЫРУ КОЭФФИЦИЕНТІ Тісті аймақ-бұл магниттік тізбектің ең қарқынды бөлігі, сондықтан машиналарды жобалау кезінде олар өткізгіштер мен оқшаулаудың қажетті санын орналастыруды қамтамасыз ететін ойықтардың ең аз мөлшерін таңдауға тырысады. Ораманың мысын орналастыру үшін ойықтың көлемін пайдалану дәрежесі ойықты мыспен толтыру коэффициентімен бағаланады kм, бұл ойықтағы барлық өткізгіштердің көлденең қимасының жиынтық ауданының "в свету" ойығының көлденең қимасының ауданына қатынасы П S :  , (3.1)мұндағы qэл-Элементарлық өткізгіштің көлденең қимасының ауданы; nэл— бір тиімді өткізгіштегі Элементарлық өткізгіштердің саны; uп — ойықтағы тиімді өткізгіштердің саны. kм коэффициенті ойықтағы оқшаулаудың жалпы санына, яғни корпустың, орамның және өткізгіштің оқшаулауының қалыңдығына және әртүрлі оқшаулағыш төсемдердің болуына байланысты. Оқшаулау қалыңдығы жоғарылаған кезде, мысалы, жоғары кернеулі машиналарда немесе нашар оқшаулағыш материалдарды қолданған кезде, ойықты мыспен толтыру коэффициенті төмендейді. Бұл ойық кеңістігін,демек, машинаның бүкіл тіс аймағын пайдаланудың нашарлауына әкеледі. Номиналды кернеуге және орамалардың түріне байланысты қазіргі заманғы электр машиналары үшін kм орташа мәні кестеде келтірілген. 3.12. Кесте3.12.Мыстан жасалған ойықты толтыру коэффициентінің орташа мәні kм
Тікбұрышты сымдардың орамалары бар машина үшін kм дәл есептеуге болады, өйткені жобалау кезінде ойықтағы әр өткізгіштің орны алдын-ала анықталады. Дөңгелек сымның орамаларында ойықтағы әр өткізгіштің орнын алдын-ала анықтау мүмкін емес. Сонымен қатар, ойықтағы өткізгіштердің тығыздығы тұрақты емес. Бұл өткізгіштерді тығыздау кезінде ораманың күш-жігеріне байланысты, өйткені олар ойықтарға салынған. Тәжірибе көрсеткендей, дөңгелек сымдарды төсеу тығыздығы өте жоғары болған кезде, орамалардың күрделілігі негізсіз артады, ал ораманың сенімділігі өткізгіш оқшаулаудың механикалық зақымдалуына байланысты күрт нашарлайды. Өткізгіштерді ойықтарға салу тығыздығы ойықтың көлденең қимасының оқшаулаудан бос ауданын өткізгіштермен толтырудың технологиялық коэффициентімен бағаланады:  . (3.2)Бұл өрнектің алымы-диаметрі dиз-ден оқшауланған элементар өткізгіштің айналасында сипатталған квадраттың ауданы nэлuп ойығындағы барлық элементар өткізгіштердің санына көбейтіндісі, ал бөлгіш-Sп҆ оқшаулауынан босатылған ойықтың көлденең қимасы. kз коэффициенті әдетте ойықты толтыру коэффициенті деп аталады. Ол ораманың өткізгіштерін орналастыру үшін ойықтың көлемін пайдалану дәрежесін емес, дөңгелек сымнан ораманы төсеу тиімділігін сипаттайды. Сонымен, ораманың бірдей тығыздығымен kз әр түрлі қалыңдығы бар немесе өткізгіш оқшаулауы бар, екі қабатты немесе бір қабатты орамалары бар және т. б. машиналардың орамалары үшін бірдей болады. Қазіргі заманғы электр машиналарында орамалардың тығыздығы kз 0,7...0,75 шегінде болатындай етіп жасалады, ал кіші мәндер—полюстер саны екіге тең машиналарда. Айта кету керек, бір элементтік өткізгіштер санының артуы тиімді, яғни тиімді өткізгіштің алдыңғы аймағында кіші диаметрлі орам сымын қолдану толтыру коэффициентінің белгілі бір өсуіне әкеледі және керісінше. Бұл орамалы сымның оқшаулауының қалыңдығы дөңгелек орамалы сымдардың диаметрінде салыстырмалы түрде үлкен өзгерістермен тұрақты болып қалатындығына байланысты . 3.5. СХЕМАЛАР ЭЛЕМЕНТТЕРІ ЖӘНЕ ҮШ ФАЗАЛЫ ОРАМАЛАРДЫҢ ШЫҒУ БЕЛГІЛЕРІ Электр машинасының орамасының негізгі элементі-бұрылыс. Бір ойықтарда орналасқан бірнеше тізбектелген бұрылыстар бір-бірімен жалпы корпус оқшаулауымен біріктіріліп, нәтижесінде ораманың катушкасы пайда болады. Катушканың әр жағы бір ойыққа орналастырылған. Егер бүкіл ойықты тек бір катушканың жағы алса (катушкалардың жақтары бір қабатқа орналастырылған), онда орам бір қабат деп аталады. Егер екі катушканың жақтары әр ойыққа орналастырылса, біреуі екіншісінен жоғары болса, онда орам екі қабатты деп аталады. Көршілес ойықтарға бірнеше рет қосылып, катушкалар тобын құрайды, олар полюстің орамасы немесе машина фазаларының бірінің полюстер жұбы болып табылады. Q катушкалары көрші ойықтарға орналастырылғандықтан, осы катушкалардың сол жақ жақтары машинаның бір фазасының полюстің орамасын құрайтын ойықтардың q-ін алады. Бір катушкалар тобында барлық катушкаларды тек қатарға қосуға болады, өйткені әртүрлі ойықтарда орналасқан катушкалардың ЭҚК векторлары бір-біріне қатысты ойық бұрышына ауысады және параллель қосылу кезінде үлкен теңдестіру токтары пайда болады. Бір топтағы катушкалардың параллель қосылуы үлкен екі полюсті турбогенераторлардың кейбір орамаларында қолданылады. Бір-бірімен байланысқан бірнеше катушкалар ораманың фазасын құрайды. Фазадағы катушкалар топтары қатар, параллель немесе аралас, қатар-параллель қосылады. Әр фазадағы катушкалар тобының саны полюстер санына және орам түріне байланысты. Катушкалар топтарын қосу кезінде параллель бұтақтардың саны орамаларды есептеу кезінде анықталады.  Фазалардың ұштары көп жағдайда машинаның ішіне қосылмайды, бірақ фазалардың барлық бастаулары мен барлық ұштарын терминалдар қорабының қысқыштарына жеткізеді, бұл фазаларды жұлдызға немесе үшбұрышқа жалғап, машиналарды екі кернеуге қосуға мүмкіндік береді. Статор орамасының фазасына келетін кернеу өзгермейді.Сур.3.11. Бір қабатты концентрлік ораманың соңғы тізбегі z=24, 2P = 4, a =1 Орам схемасының бейнесі. Жеке катушкаларды, катушкалар топтарын және Ораманың фазаларын бір-біріне қосу тәртібі техникалық құжаттамада орам схемасы деп аталатын сурет түрінде белгіленеді. Схемаларды салу кезінде бірқатар конвенциялар қабылданды: ораманың сызбасы масштабсыз жасалады және машина мен ораманың және оның бөліктерінің өлшемдерінің ешқандай арақатынасын көрсетпейді; әр катушка ондағы бұрылыстар санына және әр тиімді өткізгіштегі қарапайым өткізгіштерге қарамастан бір сызықпен бейнеленген; барлық катушкалар бір жазықтықта бейнеленген және т. б. Схемаларды бейнелеудің бірнеше әдістері белгілі, олардың ішінде ең кең таралған және соңғы схемалар деп аталады. Торцевая схемасы сияқты ұсынады түрі бүйірінде арналған обмотанный өзек (сур. 3.11). Ол катушкалардың фронтальды бөліктерінің позицияларын жақсы бақылайды, бірақ бірнеше параллель бұтақтары бар күрделі тізбектерде ыңғайсыз болатын интерстициальды және топаралық қосылыстарды бейнелеу үшін жеткілікті орын жоқ. Орналастырылған тізбектер статор немесе ротордың орамасы болып табылады және орам элементтері —катушкалар мен катушкалар топтары арасындағы барлық қосылыстарды көрсетуге мүмкіндік береді Фазалық аймақ.Бір катушкалар тобының катушкаларының жақтары бір-бірінің артында орналасқан Q ойықтарына бөлінеді. Симметриялық m-фазалық орамада мұндай топтардың әр полюсті бөлінуінде m әр полюсте Q ойықтары болады. Сондықтан, бір фазаға жататын катушкалардың жақтары әр полюстің бөлінуінде орналасқан τ оның 1/m бөлігін алатын ойықтарда немесе [πD/(2рм)=τ/m]-фазалық аймақ деп аталатын алшақтық шеңберінің ю бөлігі. Осы принцип бойынша салынған үш фазалы машиналардың орамаларында фазалық аймақ электр бұрышы τ/m = 180°/3 = 60° болатын шеңбер доғасын алады, сондықтан мұндай орамалар 60 градус фазалық аймағы бар орамалар деп аталады. Кейде орамалар қолданылады, онда MQ ойықтары екі полюсті бөлікке орналастырылады. Мұндай орамалардың фазалық аймағы шеңбердің 2τ/m бөлігін алады, ол үш фазалы машиналарда 120° электрлік бұрышқа сәйкес келеді. Мұндай орамалар 120 градус фазалық аймағы бар орамалар деп аталады. Жалпы мақсаттағы үш фазалы машиналардың көпшілігінде 60 градус фазалық аймағы бар орамалар қолданылады. Алайда, 120 градус фазалық аймағы бар орамалары бар машиналар да бар. Мысалы, полюсті-ауыспалы орамасы бар көп жылдамдықты асинхронды қозғалтқыштарда, полюстердің көп санына қосылған кезде, ораманың 60 градустық фазалық аймағы болады, ал полюстердің аз санымен жұмыс істеуге қосылған кезде—120 градус фазалық аймақ. Төменде 60 градустық фазалық аймағы бар орамалардың ең көп таралған схемалары келтірілген. Негізінде, 120 градус фазалық аймағы бар орамалардың схемалары төменде қарастырылғандардан ерекшеленбейді, алайда оларды құрастыру және орам коэффициенттерін есептеу кезінде орамалардың осы түрінің ерекшеліктерін ескеру қажет. |