расчёт обмоток. Фгбоу впо уральский государственный горный университет Горномеханический факультет Кафедра электротехники

• Название: Фгбоу впо уральский государственный горный университет Горномеханический факультет Кафедра электротехники
• Дата: 31.01.2023
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: расчёт обмоток.docx
• Тип: Документы; #914070

М инистерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО

«Уральский государственный горный университет

Горно-механический факультет

Кафедра электротехники

Дисциплина: «Электрические машины»

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

«Расчёт и конструирование трёхфазных обмоток»

Вариант № 7

Студент гр. Фулга Е К
Дата выполнения практического занятия Преподаватель	Полузадов Владимир Николаевич

г. Екатеринбург

2022 г.

1. Расчет и конструирование трехфазной однослойной концентрической оболочки.

Известно:

• 
  m₁ = 3 – число фаз обмотки;
  
• 
  2p = 4 число полюсов вращающегося магнитного поля;
  
• 
  Z₁ = 48 паз. - число пазов в магните статора;
  
• 
  а = 2 – число параллельных ветвей.
  

1.1 Расчет трехфазных однослойных обмоток

1.1.1 Кол-во катушек из которых собирается трехфазная однослойная обмотка:



1.1.2 Кол-во катушек в фазе:



1.1.3 Полюсное деление в пазах:



1.1.4 Число пазов на полюс и фазу (число катушек в одной катушечной группе):



1.1.5 Кол-во катушечных групп в фазе:



В однослойных обмотках кол-во катушечных групп в фазе всегда равно числу пар полюсов ( .

1.1.6 Наружный шаг обмотки:



1.1.7 Внутренний шаг обмотки



1.1.8 Смещение катушечных групп фазы относительно друг друга



1.1.9 Смещение начал фаз относительно друг друга:



1.1.10 Возможные варианты соединения катушечных групп фазы. Количество параллельных ветвей однослойной фазной обмотки можно выбрать только при соблюдении условия целое число, так как во всех параллельных ветвях должно быть одинаковое число катушечных групп. Возможные варианты параллельных ветвей для данного случая: а = 1, 2.



Рисунок 1.1. Условная схема фазы А однослойной концентрической обмотки:





Рисунок 1.2. Схема однослойной концентрической обмотки:


Таблица 1.

Схема-таблица укладки в пазах катушек однослойной концентрической обмотки

Фаза А	Фаза Б	Фаза С

1.2 Расчет коэффициентов укорочения , распределения и обмоточный для номеров гармоник 1, 3, 5, 7, 9, 11.

1.2.1 Коэффициент укорочения:



где – коэффициент укорочения шага,

где – шаг обмотки, – полюсное деление.





1.2.2 Коэффициент распределения:



где – количество фаз, 3 фазы, q – число пазов на полюс и фазу, 4 паз.;







1.2.3 Обмоточный коэффициент:









1.3 Вывод об эффективности подавления высших гармонических ЭДС

Укладка обмоток в полный шаг является не эффективным методом подавления высших гармоник. При полном шаге , эл.рад. векторы ЭДС высших гармонических проводников смешаны по фазе на угол и при нечётном порядке гармоники находятся в противофазе. Следовательно, действующее значение ЭДС витка для каждой гармоники равны арифметическим суммам действующих значений ЭДС активных проводников соответствующих гармоник.

2. Расчет и конструирование трехфазной двухслойной обмотки с укороченным шагом и целым числом пазов на полюс и фазу.

Известно:

• 
  m₁ = 3 – число фаз обмотки;
  
• 
  2p = 6 число полюсов вращающегося магнитного поля;
  
• 
  Z₁ = 36 паз. - число пазов в магните статора;
  
• 
  а = 1 – число параллельных ветвей.
  

2.1 Расчет трехфазных однослойных обмоток

2.1.1 Кол-во катушек из которых собирается трехфазная двухслойная обмотка:



2.1.2 Кол-во катушек в фазе:



2.1.3 Полюсное деление в пазах:



2.1.4 Число пазов на полюс и фазу (число катушек в одной катушечной группе):



2.1.5 Кол-во катушечных групп в фазе:



В двухслойных обмотках кол-во катушечных групп в фазе всегда равно числу пар полюсов ( .

2.1.6 Выбор предварительного значения относительного шага обмотки:





Принимаем

Предварительное значение шага обмотки:



2.1.7 Выбор шага обмотки. Шаг обмотки в пазах может быть только целым числом, округляем получение значение до целого:



2.1.8 Относительный шаг обмотки:



2.1.9 Смещение катушечных групп фазы относительного друг друга:



2.1.10 Смещение начал фаз относительно друг друга:



2.1.11 Возможные варианты соединения катушечных групп фазы. Варианты сведения катушечных групп в фазную обмотку выбирается, исходя из условия, что во всех параллельных ветвях должно быть одинаковое число катушечных групп целое число. Возможные варианты параллельных ветвей для данного случая: а =



Рисунок 2.1. Условная схема фазы А двухслойной концентрической обмотки с укороченным шагом и целым числом пазов на полюс и фазу:

Рисунок 2.2. Схема трехфазной двухслойной обмотки с ускоренным шагом и целым числом пазов на полюс и фазу:

Таблица 2

Схема-таблица укладки в пазы катушек двухслойной обмотки с укороченным шагом и целым числом пазов на полюс и фазу

Фаза А		Фаза Б		Фаза С
Верх	Низ	Верх	Низ		Верх	Низ

2.2 Расчет коэффициентов укорочения , распределения и обмоточный для номеров гармоник 1, 3, 5, 7, 9, 11.

2.2.1 Коэффициент укорочения:



где – коэффициент укорочения шага, 0.83;







2.2.2 Коэффициент распределения:



где – количество фаз, 3 фазы, q – число пазов на полюс и фазу, 2 паз.;







2.2.3 Обмоточный коэффициент:









2.3 Вывод об эффективности подавления высших гармонических ЭДС

Укладка обмоток с укороченным шагом является более эффективным (по сравнению с полным шагом) методом подавления высших гармоник. Величина ЭДС первой гармоники снижается незначительно, а значение высших гармонических уменьшились весьма значительно, особенно пятой и седьмой.

Подавлению высших гармонических ЭДС способствует и распределение обмотки по пазам фазной зоны. Величина ЭДС первой гармоники также уменьшится незначительно, по сравнению с уменьшением значения ЭДС высших гармонических.

Основные преимущества и недостатки однослойных обмоток перед двухслойными.
Преимущества:

• 
  Однослойные обмотки более технологичны, что дает возможность полностью механизировать процесс укладки обмотки в пазы;
  
• 
  Более высокое значение коэффициента заполнения раза медью, что позволяет получить большую мощность при том же объёме электромагнитного ядра электрической машины.
  

Недостатки:

• 
  Повышенный расход меди (до 20%) из-за более длинных лобовых соединений и ограниченные возможности подавления высших гармонических.
  

3. Ответы на вопросы

1. Почему при конструировании трёхфазных обмоток принимают меры по подавлению высших гармоник ЭДС не кратных трём?

Фазы А, В, С трёхфазной обмотки сдвинуты относительно друг друга по отношению к гармоникам на v120° эл., где v - номер гармоники. На те же углы сдвинуты соответствующие гармоники ЭДС. Таким образом, ЭДС третьих гармонических и кратных им совпадают по фазе во всех фазных обмотках и при соединении фазных обмоток в звезду в линейных напряжениях эти гармоники отсутствуют. Поэтому принимают меры по подавлению высших гармоник не кратных трём.

2. Какие порядковые номера имеют зубцовые гармоники ЭДС? Почему их нельзя подавить путём укорочения шага и распределения обмотки? Какой способ подавления этих гармоник применяют при конструировании асинхронных машин?

Зубцовые гармоники имеют порядковые номера: , где .

Укорочение шага и распределение обмотки не влияют на величины ЭДС зубцового порядка потому, что углы между векторами ЭДС зубцовых гармоник и первой гармоники отличаются на величину, кратную . Поэтому для этих гармоник значения коэффициентов укорочения шага и распределения получаются такими же, как и для первой гармоники при любых укорочениях шага и любом числе пазов на полюс и фазу.

Для подавления гармоник ЭДС зубцового порядка выполняют скошенные пазы, т.е. пазы статора и ротора располагают под углом скоса, а не параллельно оси машины.

Коэффициент скоса пазов обмотки характеризует уменьшение ЭДС в витке вследствие применения скоса. Коэффициент определяется отношением геометрической суммы ЭДС элементарных участков активной части витка к их арифметической сумме:



где – величины скоса и полюсного деления, выраженные в пазовых делениях.

3. Почему при работе асинхронной машины в режиме двигателя необходимо подавлять седьмую гармонику вращающегося магнитного поля, а в режиме электромагнитного тормоза – пятую?

Седьмая гармоника магнитного поля вращается в том же направлении, что и первая . В момент пуска в режиме двигателя т.е. действует согласно с моментом первой гармоники Когда ротор начинает вращаться , скорость вращения поля седьмой гармоники относительно вращающегося ротора уменьшается и при обращается в 0. При этом седьмая гармоника магнитного поля оказывается неподвижной относительно вращающегося ротора и не индуцируется ЭДС в его обмотке, поэтому

При скоростях момент , изменяет направление и становится тормозящим. При этом происходит ослабление электромагнитного момента, поэтому может возникнуть ситуация, когда злектромагнитный момент будет равен стопорному моменту и двигатель становится происходит «застрянет» - аварийный режим.

Пятая гармоника магнитного поля вращается в обратном направлении. Синхронное вращение ротора относительно пятой гармоники наступает при . При этом аналогичный процесс, когда двигатель может «застрять», происходит в режиме динамического торможения.