Методические рекомендации для студентов по организации лабораторного практикума по дисциплине
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
OK, после чего исправьте ошибку и продолжите работу. После проведения лабораторной работы результаты, сохраненные в формате MS EXCEL будут также содержать регистрационные данные студента. Студент может начать лабораторную работу без регистрации. В таком случае позиции EXCEL файла, предназначенные для регистрационных данных, останутся пустыми. Для перехода к исполнению конкретной лабораторной работы необходимо выбрать вменю соответствующую строку и открыть ее двойным щелчком мыши. Появится лицевая панель выбранной лабораторной работы с сообщением, предлагающим вызвать интерфейс ПЧ для ввода настроек, соответствующих данной работе. Перед тем, как приступить к выполнению лабораторной работы, студент должен 47 1. Внимательно ознакомиться с требованиями по технике безопасности. 2. Ознакомиться с теоретическими материалами по теме. 4. Изучить методику проведения лабораторных работ. 5. Понимать принципы работы электрических схем. Лабораторная работа 8 Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением будет содержать эксперимент Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением из главного меню пункт 3 Свойства генератора постоянного тока (рисунок 8.8). 1 Эксперимент Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Приборы и компоненты 1. Испытуемый ГПТ с НВ (Г 2. Приводной двигатель ДПТ с НВ (Д 3. Источник питания якорной обмотки приводного двигателя (управляемый выход К УВ); 4. Источник питания обмотки возбуждения приводного двигателя неуправляемый выход К УВ); 5. Источник питания обмотки возбуждения нагрузителя (К РН); 6. Блок переменного сопротивления R-нагр2 (Variable Load R- load2); 7. Сопротивление нагрузки Rнагр. (R-Load); 8. Датчик скорости (n); 9. Вольтметры (Г, UВГ); 10. Амперметры (Г, IВГ). Подготовка к проведению эксперимента Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением. Двойным щелчком в главном меню откройте пункт 3.3 Внешняя характеристика ГПТ с независимым возбуждением. 2. Соберите схему в соответствии с Рисунок 8.9. 3. Убедитесь, что фиксатор находится в разомкнутом. Пригласите инструктора для проверки схемы перед тем, как продолжить работу. 4. Включите стенд. 5. Установите положительную полярность замеряемого напряжения генератора 1) Замок на иконке Тест должен быть замкнут. Если нет - щелкните по иконке чтобы привести изображение замка в замкнутое положение. 48 Рисунок 8.9 – Схема электрической цепи эксперимента 2) Включите К и, по показаниям амперметра IВД, проверьте ток в обмотке возбуждения приводного двигателя (не ниже 0.2 А. 3) Включите К, нажмите Пуски ползунком Задание установите скорость приводного двигателя (Д, примерно 600об/мин. 4) Проверьте знак скорости на датчике скорости, и нажмите Стоп. Если скорость была отрицательная – поменяйте полярность питания приводного двигателя (Д. 5) Снова запустите приводной двигатель (пункты 2-3). 6) Включите K3 и ползунком Задание подайте возбуждение на генератор примерно А. 7) Проверьте знак напряжения якоря генератора (Г, и нажмите Стоп. Если напряжение было отрицательное – поменяйте полярность возбуждения на коробке питания генератора (Г. 8) Щелкните по иконке Тест чтобы привести изображение замка в разомкнутое положение Пошаговый порядок выполнения эксперимента Внешняя характеристика генератора постоянного тока с независимым возбуждением. 49 1. Включите K2 и К. При этом подается питание на обмотки возбуждения приводного двигателя Д (ток возбуждения не менее Аи подготавливается подача тока возбуждения испытуемого генератора (Г. Ползунок Задание должен быть в положении 0. 2. Убедитесь, что ползунок Задание находится в положении 100%. 3. Включите К и Пуск, затем, ползунком Задание задайте номинальную скорость вращения двигателя (примерно 3000об/мин). 4. Ползунком Задание поднимите ток возбуждения генератора так, чтобы напряжение якоря генератора составило UГ=UЯном (Табл. 8-1). Запомните значения Г и I Г. 5. Ползунком Задание пошагово уменьшайте сопротивление цепи якоря генератора. Записывайте значения измеряемых величин на каждом шаге. Таким образом, снимите 5-6 точек до достижения током якоря генератора значения Яном Табл. 8-1). 6. По окончании нажмите Стоп, если было вызвано окно Графики, зафиксируйте картинку (правый щелчок по окну График > Фиксация > Вкл.), сохраните ее в выбранной папке (Сохранить > выбор папки > ОК), вызовите файл сданными (кнопка Таблицы Excel) и сохраните. 7. Нажмите Сброс, установите в окне для оси Y максимальное значение -В, для оси X: - А. Сделайте правый щелчок по окну Графики, Фиксация > Выкл. 8. Повторите пункты 1-5, стой разницей, что скорость вращения, устанавливаемая в пункте 3, должна быть отрицательной, примерно -3000об/мин для этого следует перевести Задание в сторону отрицательных значений, вниз от нулевого положения. Имейте ввиду, что в данном опыте напряжения и токи отрицательные, те. напряжению ном соответствует -нома току ном соответствует -ном. 9. По окончании нажмите Стоп, если было вызвано окно Графики, зафиксируйте картинку (правый щелчок по окну График, Фиксация > Вкл.), сохраните ее в выбранной папке (Сохранить > выбор папки > ОК), вызовите файл сданными (кнопка Таблицы Excel), сохраните и выйдите изданной лабораторной работы (кнопка Выходи выключите стенд. Пример картинки, полученной по окончании данных замеров показан на рисунках 8.10, 8.11. Рисунок 8.10 – Экспериментальный график Рисунок 8.11 – Экспериментальный график Обработка экспериментальных данных 1. Необходимо представить таблицу 8.1 на каждом шаге измерений. Необходимые формулы напряжение на зажимах генератора при нагрузке 0 a a a a a a U E R I E E R I ; номинальное изменение напряжения - по кривой 51 разгрузки % 0 100% ном ном ном U U U U , по кривой нагрузки % 0 1 100% ном ном U U U U Таблица 8.1 2. Представить графики характеристик, полученных методами нагрузки и разгрузки, полученных входе эксперимента. Содержание, форма и правила оформления отчета по лабораторной работе Аналогично лабораторной работы 1. Вопросы для защиты работы 1. Поясните устройство машины постоянного тока. 2. Поясните принцип генератора постоянного тока независимого возбуждения. 3. Назовите самый слабый узел в машине постоянного тока 4. Назовите и изобразите графики известных вам характеристик генератора постоянного тока. 5. Какие способы пуска двигателя постоянного тока вызнаете. Какие существуют способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока Кратко охарактеризуйте каждый из них. 7. Как классифицируются машины постоянного тока по способу возбуждения 8. Что такое коммутация в машинах постоянного тока 9. Как улучшить коммутацию в машинах постоянного тока Список литературы, рекомендуемый к использованию поданной теме Основная учебная литература 52 1. Немцов МВ. Электротехника и электроника (е изд, стер) учебник. М Академия, 2013. – 480 с. – ISBN: 9785446804320. 2. Электротехника и электроника Учебное пособие для вузов / В.В. Кононенко и др под ред. В.В. Кононенко. – Изд. е – Ростов н/Д: Феникс, 2010. – 784 с. Серия Высшее образование. – ISBN 978-5-222-17568-2. Дополнительная литература 1. Вольдек, АИ. Электрические машины машины переменного тока учебник / АИ. Вольдек, В. В. Попов. - СПб. и др Питер, 2008. – 349 с. – (Учебник для вузов) – ISBN 978-5-469-01381-5. МИНИ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРОКАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ для студентов по организации самостоятельной работы по дисциплине ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ Ставрополь, 2015 ВВЕДЕНИЕ Современные стандарты подготовки бакалавров предусматривают значительный объем внеаудиторной работы. Освоение программы курса предполагает получение как теоретических знаний по электротехнике, таки формирование навыков практической работы. Поэтому самостоятельная работа в рамках курса ориентирована как на теоретический, таки на практический аспект. Самостоятельная работа студентов – это выполнение теоретических и практических заданий студентами по усвоению изучаемой дисциплины Электротехника. Специалист в области нефтегазового дела, как в процессе проектирования нефтегазового оборудования, таки в процессе его эксплуатации должен знать основные принципы работы электротехнических схем. Это позволит грамотно и эффективно использовать электроэнергетических установки, выбирать оптимальные и экономически обоснованные режимы их работы, избегать возникновения нештатных и аварийных ситуаций при эксплуатации подобного оборудования. В настоящее время идет активное развитие электротехнической отрасли, появляются новое сложное оборудование. Поэтому инженер должен уметь его использовать как при проектировании электроэнергетического оборудования, таки в процессе эксплуатации. Используя теоретические знания и пользуясь настоящими методическими указаниями, студент может самостоятельно выполнить домашнюю работу, усвоить методы расчета электрических цепей, что поспособствует более глубокому усвоению дисциплины Электротехника. Целью самостоятельной работы является закрепление и углубление знаний, полученных студентами на лекциях, подготовке к текущим лабораторными практическим занятиям, промежуточным формам контроля знаний и к итоговому контролю. Дидактические цели самостоятельных занятий формирование профессиональных умений формирование умений и навыков самостоятельного умственного труда мотивирование регулярной целенаправленной работы по освоению специальности развитие самостоятельности мышления формирование убежденности, волевых черт характера, способности к самоорганизации овладение технологическим учебным инструментом. Самостоятельная работа включает те разделы курса, которые не получили достаточного освещения на лекциях по причине ограниченности лекционного времени и большого объема изучаемого материала. Методическое обеспечение самостоятельной работы по дисциплине состоит из 1) Определения учебных вопросов, которые студенты должны изучить самостоятельно 2) Подбора необходимой учебной литературы, обязательной для проработки и изучения 3) Поиска дополнительной научной литературы, к которой студенты могут обращаться пожеланию, если у низ возникает интерес в данной теме 4) Определения контрольных вопросов, позволяющих студентам самостоятельно проверить качество полученных знаний 5) Организации консультаций преподавателя со студентами для разъяснения вопросов, вызвавших у обучающихся затруднения при самостоятельном освоении учебного материала. Самостоятельная работа студента – это особым образом организованная деятельность, включающая в свою структуру такие компоненты, как уяснение цели и поставленной учебной задачи четкое и системное планирование самостоятельной работы поиск необходимой учебной и научной информации освоение собственной информации и ее логическая переработка использование методов исследовательской, научно-исследовательской работы для решения поставленных задач выработка собственной позиции по поводу полученной задачи представление, обоснование и защита полученного решения проведение самоанализа и самоконтроля Виды самостоятельных работ по учебной дисциплине • работа с понятийным аппаратом • поисковая работа с различными источниками • составление аннотированного списка литературы по проблеме • работаирование фрагментов исследовательской деятельности • анализ научных исследований по психологической проблематике • подготовка домашней работыпо теме. Контроль знаний студентов включает формы текущего и итогового контроля. Текущий контроль осуществляется в процессе изучения курса и включает в себя оценку работы студентов на лабораторных и практических занятиях (собеседование, тестирование, а также подготовку домашнего задания. ПЛАН-ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Код реализуемой компетенции Вид деятельности студентов Итоговый продукт самостоятельной работы Средства и технологии оценки Объём часов 6 семестр Подготовка к лабораторным работам отчет защита 15 Самостоятельное изучение источников и литературы по темам № 2, № 4,№ 10, № 14, № 16 конспект собеседование 10 Выполнение домашней работы по темам № 2, № 6, № 13, отчет собеседование 15 Подготовка к тестированию по темам № 1-6 тест тестирование 4 Подготовка к тестированию по темам № 7-14 тест тестирование 4 Подготовка к тестированию по темам № 15-17 тест тестирование 2 Итого за 6 семестр 40 1. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Комплексное изучение предлагаемой студентам учебной дисциплины Электротехника предполагает овладение материалами лекций, учебников, программы, творческую работу студентов входе проведения практических и лабораторных занятий, а также систематическое выполнение заданий для самостоятельной работы. Входе лекций раскрываются основные вопросы в рамках рассматриваемых тем, делаются акценты на наиболее сложные и интересные положения изучаемого материала, которые должны быть приняты студентами во внимание. Материалы лекций являются основой для подготовки студентов к лабораторными практическим занятиям. Работа с конспектом лекций Просмотрите конспект сразу после занятий. Отметьте материал конспекта лекций, который вызывает затруднения для понимания. Попытайтесь найти ответы на затруднительные вопросы, используя предлагаемую литературу. Если самостоятельно не удалось разобраться в материале, сформулируйте вопросы и обратитесь на текущей консультации или на ближайшей лекции за помощью к преподавателю. Каждую неделю отводите время для повторения пройденного материала, проверяя свои знания, умения и навыки по контрольным вопросами тестам. Выполнение лабораторных и практических занятий по дисциплине Электротехника На первом занятии получите у преподавателя задания по курсу, планы подготовки к практическими лабораторным занятиям. Обзаведитесь всем необходимым методическим обеспечением. Перед лабораторными практическим занятиями изучите теорию вопроса, предполагаемого к исследованию, ознакомьтесь с опытом других исследователей в этом направлении, подготовьте протокол проведения работы, в который занесите - название работы цель работы ход работы. Оформление лабораторных работ часто требует наличия справочной литературы, которую необходимо иметь при себе на занятии. Оформление отчетов должно производиться после окончания работы непосредственно на занятии, при наличии свободного времени или дома. Для подготовки к защите отчета следует проанализировать экспериментальные результаты, сопоставить их с известными теоретическими положениями или эмпирическими справочными данными, обобщить результаты исследований в виде лаконичных выводов по работе. Целью лабораторных занятий является закрепление методов приложения теории к решению практических задач анализа и синтеза психологического знания проверка уровня понимания студентами вопросов, рассмотренных на лекциях и по учебной литературе, степени и качества усвоения материала обучение навыкам освоения методики эксперимента и работы с нормативно- справочной литературой восполнение пробелов в пройденной теоретической части курса и оказание помощи в его усвоении. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ С ЛИТЕРАТУРОЙ Изучение и анализ литературных источников является обязательным видом самостоятельной работы студентов. Изучение литературы по избранной теме имеет своей задачей проследить характер постановки и решения определенной проблемы различными авторами, аргументацию их выводов и обобщений, провести анализ и систематизировать полученный материал на основе собственного осмысления с целью выяснения современного состояния вопроса. Проработка отобранного материала обязательно должна идти с одновременным ведением записей прочитанного и своих замечаний. Запись может иметь как форму конспекта, таки выписок, а также картотеку положений, тезисов, идей, методик, что в дальнейшем облегчит классификацию и систематизацию полученного материала. Такого рода записи являются лучшим способом накопления и первичной обработки материал, одной из обязательных форм организации умственного труда. Планом удобно пользоваться при подготовке к устному выступлению по выбранной теме. Каждый пункт плана должен раскрывать одну из сторон избранной темы, а весь план должен охватывать ее целиком. Тезисы предполагают сжатое изложение основных положений текста в форме утверждения или отрицания. Они являются более совершенной формой записей и представляют основу для дискуссии. К тому же их легко запомнить. Аннотация – краткое изложение содержания – дает общее представление о работе. Резюме кратко характеризует выводы, главные итоги произведения. Конспект является наиболее распространенной формой ведения записей. Основную ткань конспекта составляют тезисы, дополненные доказательствами и рассуждениями. Конспект может быть текстуальным, свободным или тематическим. Текстуальный представляет собой цитатник с сохранение логики работы и структуры текста. Свободный конспект основан на изложении материала в том порядке, который боле удобен автору. В этом смысле конспект представляет собирание воедино мыслей, разбросанных по всей книге. Тематический конспект может быть составлен по нескольким источникам, где за основу берется тема, интерпретируемая по-разному. Экономию времени дает использование при записях различного рода сокращений, аббревиатуры и т.д. многие используют для регистрации исследуемых тем систему карточек. Преимущество карточек в том, что тема там излагается очень сжато, и они очень удобны в использовании, т.к. их можно разложить на столе, перегруппировать и без труда найти искомую тему. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Дают студенту возможность оперативной оценки своей подготовленности поданной теме и определения готовности к изучению следующей темы. Контрольные вопросы направлены на то, чтобы студент мог проверить понимание понятийного аппарата учебной дисциплины, смог воспроизвести фактический материал, раскрыть причинно-следственные, временные связи, атак же мог выделять главное, сравнивать, доказывать, конкретизировать, обобщать и систематизировать знания. 2.1 Общая характеристика методических указаний Методические указания позволяют изучить конструкцию и особенности существующих видов обмоток статора синхронных и асинхронных машин переменного тока, получить практические навыки расчета и выполнения якорной обмотки, проанализировать основные характеристики ЭДС и намагничивающих сил обмотки. Методические указания предназначены для студентов электроэнергетического профиля дневной и заочной форм обучения, выполняющих самостоятельную работу (РГР, домашнее задание, контрольную работу) по курсу Электрические машины. Структурная схема методических указаний представлена на рисунке 2.1. 2.2 Задание на самостоятельную работу 1. Выполнить расчет трехфазной двухслойной обмотки статора машины переменного тока. В качестве исходных данных, согласно таблице 2.1, принять Z – число пазов р – число полюсов а – число параллельных ветвей у – шаг обмотки схема соединения – звезда (Y) или треугольник (∆). Обмотка распределенная, петлевая, с укороченным шагом, с целым числом пазов на полюс и фазу. 2. Построить таблицу заполнения пазовых сторон. 3. Выполнить развернутую схему обмотки статора. 4. Построить звезду пазовых ЭДС и векторную диаграмму фазных ЭДС. 5. Построить кривые распределения намагничивающих сил обмотки для двух моментов времени а) ток в фазе А максимальный б) ток в фазе А равен нулю. 2.3 Порядок выполнения работы 2.3.1 Классификация и основные свойства обмоток машин переменного тока Обмотки статора машин переменного тока являются важнейшей частью их конструкции, определяющей длительную работоспособность машины и условия ее применения. В техническом отношении обмотки должны удовлетворять определенным требованиям по нагревостойкости и электрической прочности их изоляции как относительно корпуса машины, таки между отдельными витками и элементами обмотки. Вместе с этим при работе синхронной машины в режиме генератора конструкция обмотки ее должна обеспечивать кривую выходного напряжения во времени по возможности синусоидальной формы. Наконец, в крупных машинах обмотка статора должна обладать достаточной механической прочностью, предохраняющей ее от возможного разрушения при аварийных режимах работы машины под действием значительных электродинамических сил. Обмотки статора можно классифицировать последующим основным признакам по способу соединения проводников между собой способу укладки их в пазы статора по форме обмоточного провода по форме паза по числу фаз по способу конструктивного исполнения. По способу соединения проводников обмотки статора могут быть катушечными, петлевыми (параллельными) и волновыми (последовательными. Эти типы обмоток могут быть выполнены ас целым числом q 1 пазов на полюс и фазу с нормальным или укороченным шагом б) с дробным числом q 1 пазов на полюс и фазу обмотки специального типа. Таблица 2.1 – Данные для расчета обмотки статора машины переменного тока Число пазов z, полюсов р, параллельных ветвей аи шагу обмотки статора МПТ Примечание. Для чётных последних цифр (в том числе и нуля) соединение обмотки - звезда, для нечётных - треугольник. Пример. Шифр 154278. Число пазов z =72; соединение - звезда р = 8; ау Последняя цифра шифра Число пазов z Предпоследняя цифра шифра 0 1 2 3 4 5 6 7 8 р ара р ара р ара р ара р а y 0,1 36 2 2 14 2 2 13 4 4 7 4 4 6 6 3 5 6 3 4 4 2 7 4 2 6 6 3 5 2,3 48 2 1 19 2 1 17 4 1 10 4 1 9 8 2 5 8 2 4 4 2 10 4 2 9 8 8 5 4,5 54 2 1 20 2 1 19 6 2 7 6 2 6 2 2 21 2 2 20 6 3 7 6 3 6 6 6 7 6,7 60 2 1 24 2 1 22 4 1 12 4 1 11 2 2 24 2 2 22 4 2 12 4 2 11 4 4 12 8 72 2 2 27 2 2 25 4 2 14 4 2 13 6 3 10 6 3 9 8 2 7 8 2 6 8 4 7 По способу укладки в пазы обмотки статора выполняются а) однослойными, к которым обычно относятся катушечные и обмотки стержневого типа б) двухслойными (петлевые и волновые. Обмотки статора выполняются из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Сечение паза статора, в который укладывается обмотка, бывает прямоугольное (открытое, полуоткрытое, полузакрытое, трапецеидальное и овальное. Обмотки статора малых машин переменного тока по числу фаз можно подразделить на одно, двух- и трехфазные. По своей конструкции обмотки разделяются на всыпные из мягких катушек, обмотки из полужестких и жестких катушек и стержневые обмотки. Всыпная обмотка укладывается в полузакрытые пазы, имеющие узкий шлиц, через который поочередно каждый из проводников катушки опускают всыпают) в паз. При машинной укладке каждый из витков обмотки либо укладывают непосредственно в паз без предварительной намотки заготовок, либо наматывают заготовки нескольких катушек, а затем втягивают их с торца машины в нужные пазы. Конструкция изоляции всыпной обмотки (многослойная изоляция паза) не обеспечивает электрической прочности при напряжениях выше 660 В, а малая механическая прочность катушек, не позволяет применять всыпную обмотку в машинах мощностью более 100 кВт, так как при динамических процессах броски тока в таких машинах вызывают большие ударные нагрузки на обмотку. Поэтому всыпная обмотка применяется в машинах мощностью до 100 кВт при номинальной напряжении до 660 В. Обмотки из полужестких и жестких катушек в машинах мощностью более 100 кВт для придания большей механической прочности выполняют из прямоугольного обмоточного провода. Катушки наматывают на фигурных шаблонах и уже до укладки в пазы придают им окончательную форму. После укладки лобовые части соседних катушек связывают между собой, а при больших вылетах лобовых частей закрепляют к бандажным кольцам. Упорядоченное расположение лобовых частей катушек позволяет создать с помощью различных прокладок и бандажей жесткую систему, выдерживающую большие ударные механические нагрузки. При этом обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха между лобовыми частями соседних катушек, что существенно улучшает условия охлаждения по сравнению со всыпной обмоткой. При высоких номинальных напряжениях (3 кВ и выше) или в машинах специальных исполнений (влагостойком, химостойком, тропическом и др) при любых напряжениях катушки имеют непрерывную или гильзовую изоляцию и укладываются в открытые прямоугольные пазы. Такую обмотку называют обмоткой из жестких катушек. Если номинальное напряжение машины мощностью более 100 кВт не превышает 660 В и к ее изоляции не предъявляются какие-либо специальные требования, то применяют так называемую положительную обмотку. Катушки такой обмотки также наматывают из прямоугольного провода, корпусная изоляция имеет конструкцию, принятую во всыпной обмотке, те. изолируют не катушки, а пазы машины. Обмотки из полужестких катушек применяют в машинах мощностью более 100 кВт с номинальным напряжением не выше 660 В обмотку из жестких катушек применяют во всех машинах с напряжением 3 кВ и выше или при специальных требованиях, при которых изоляция обмоток должна быть непрерывной или гильзовой. Отдельным элементом стержневой обмотки является не катушка, а стержень, представляющий собой как бы половину катушки одну пазовую часть и две половины лобовых. Стержни укладываются в пазы поочередно и только после укладки соединяются между собой в лобовых частях, образуя витки обмотки. Стержневая обмотка может быть выполнена по схеме как петлевой, таки волновой. В зависимости от этого меняется направление отгиба лобовых частей стержня. Область применения стержневых обмоток статорные обмотки крупных электрических машин и фазные обмотки роторов асинхронных двигателей средней и большой мощности. Стержневую обмотку на статорах применяют в основном в мощных синхронных турбо- и гидрогенераторах, однако необходимость ее выполнения может возникнуть и при проектировании синхронных и асинхронных машин мощностью в несколько тысяч киловатт, те. в машинах с большими номинальными токами и большим потоком. Классификацию обмоток статора МПТ проиллюстрирована на рисунке 2.2. 2.3.2 Расчет обмотки Число пазов на полюс и фазу вычисляется по формуле где m = 3 - число фаз. Угол электрического сдвига соседних пазов Z p 360 , эл. град Полюсное деление p Z 2 Относительный шаг обмотки y Угол фазной зоны q эл. град. Обмоточный коэффициент по основной гармонике 1 1 1 р у об k k k , где k y1 - коэффициент укорочения 2 sin 1 y k k p1 - коэффициент распределения 2.3.3 Построение таблицы заполнения пазовых сторон Таблица должна содержать 2 строки, так как обмотка двухслойная и Z столбцов. Строки соответствуют сторонам (слоям) обмотки (верхний и нижний слои, столбцы - пазам. Сначала распределяются верхние слои (стороны) катушек (пазов) по полюсами фазным зонам. На каждый полюс приходится τ пазов, из них на каждую фазу m q пазов. Таким образом, в первых q пазах (от паза 1 до паза q) находятся верхние стороны катушечной группы фазы А. Поскольку фаза В должна быть сдвинута относительно фазы А на 120 эл. град, то верхние стороны катушечной группы фазы В распределяются в пазах от 2q + 1 до го. Соответственно верхние стороны фазы С находятся в пазах от 4q + 1 до го. Таким образом распределяется половина фазных зон и пазов верхнего слоя в пределах двухполюсных делений 2τ (на й паре полюсов. На остальных полюсных делениях распределение фазных зон выполняется аналогично. Оставшаяся половина фазных зон также распределяется по фазам А,В и Си обозначается соответственно X,Y и Z. При этом для зон Х, принадлежащих фазе А, отводятся пазы, сдвинутые относительно зон А на τ пазов, те. на 180 эл. град. На первых двух τ это пазы от 3q + 1 до го. Аналогично для фазной зоны Y отводятся пазы от 5q + 1 до го, для фазной зоны Z - пазы от q +1 до го. Далее следует распределить нижние стороны катушек (пазов) по фазным зонами полюсам. Для этого индексацию элементов распределение по фазам) нижней строки необходимо выполнить также, как индексацию элементов верхней строки, но со сдвигом влево на величину укорочения шага у = τ - у. 2.3.4 Выполнение развернутой схемы обмотки. Развернутая схема строится в соответствии с таблицей заполнения пазовых сторон. При этом необходимо соблюдение следующих правил Пазовая часть обмотки якоря изображается в виде двух линий (на каждый паз) - сплошной и штриховой, соответствующих верхнему и нижнему слою (стороне) паза. Линии располагаются под центрами ячеек таблицы распределения пазов и нумеруются в соответствии с номером паза. Каждая катушка укладывается одной стороной в верхний слой паза, другой - в нижний слой через шаг, равный у. Укладка (или намотка) катушек при вычерчивании схемы обмотки осуществляется снизу вверх в пазах, соответствующих обозначениям А,В и Си сверху вниз - в пазах X,Y и. Катушки одной фазы в пределах одной фазной зоны соединяются последовательно в катушечные группы, число которых в каждой фазе при двухслойной обмотке равно числу полюсов. Катушечные группы каждой фазы соединяются последовательно, параллельно или по смешанной схеме в зависимости от числа параллельных ветвей обмотки. На рис. 2.3 показано соединение катушечных групп фазы А для различных значений числа полюсов и числа параллельных ветвей. Рисунок 2.3 – Соединение катушечных групп фазы А для различных 2p = 2 a = 1 a = 2 A 1 X 1 X 2 X A 2 A A 1 A 2 A X 1 X 2 X a) a = 1 A X A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 X A a = 2 2p = 4 A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A X a = б = 2 a = 1 2p = 6 A X A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A 5 A 6 X 5 X 6 a = 3 A X A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A 5 A 6 X 5 X 6 a = в = 1 A X A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A 5 A 6 X 5 X 6 A 7 A 8 X 7 X 8 a = 2 2p = 8 A X A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A 5 A 6 X 5 X 6 A 7 A 8 X 7 X 8 a = 4 A X A 1 A 2 A 3 A 4 X 1 X 2 X 3 X 4 A 5 A 6 X 5 X 6 A 7 A 8 X 7 X 8 a = г значений числа полюсов и числа параллельных ветвей обмотки В соответствии с заданием фазные обмотки соединяются в звезду или треугольник. 2.3.5 Построение звезды пазовых ЭДС и векторной диаграммы фазных ЭДС Звезда пазовых ЭДС представляет собой векторную диаграмму ЭДС проводников, лежащих в пазах. Звезда имеет р векторов, сдвинутых друг относительно друга на угол γ и пронумерованных в соответствии номерам пазов. Каждый вектор будет пронумерован р раз, т.к. после обхода векторов пазовых ЭДС на протяжении 2τ звезда этих ЭДС будет повторяться, поскольку ЭДС пазов, расположенных идентично на различных парах полюсов, совпадают по фазе. Векторная диаграмма фазной ЭДС строится в соответствии со звездой пазовых ЭДС с учетом соединения катушечных групп в пределах одной параллельной ветви. Так как ЭДС всех параллельных ветвей одной фазной обмотки равны, то достаточно построить векторную диаграмму ЭДС одной ветви. При этом необходимо учитывать, что ЭДС фазы определяется векторной суммой ЭДС катушек, которые совпадают по фазе с пазовой ЭДС соответствующего паза. Вектора катушек, входящих в фазные зоны с обозначениями А,В и С принимаются со знакома фазным зонами- со знаком "-". Векторная диаграмма ЭДС х фазной обмотки строится согласно схеме ее соединения (звезда или треугольник. 2.3.6 Построение кривых распределения намагничивающих сил обмотки Распределив пазы по фазам (см. п) необходим вычертить проводники обмотки в разрезе и поменять в них направление токов, те. установить токораспределение в верхнем и нижнем слоях обмотки с учетом положения звезды векторов тока фаз А,В и С для каждого из моментов времени t 1 и t 2 Векторная диаграмма для момента времени t 1 (ток в фазе А максимален) показана на риса. При этом мгновенные значения токов катушек в зонах А,В и С равны 1 1 Im 2 1 ; Im a i i a i C B A , а в зонах X,Y и Z они равны этим величинам с обратным знаком, те. 1 1 Im 2 1 ; Im a i i a i z y x Аналогично, для момента времени t 2 (ток в фазе А равен нулю, показанного на рисунке б, 1 1 Im 2 3 ; Im 2 3 ; 0 a i a i i C B A , 1 1 Im 2 3 ; Im 2 3 ; 0 a i a i i Z Y X При вычерчивании кривой распределения намагничивающей силы вдоль окружности якоря откладываются в соответствующих направлениях ступеньки, равные величинам полных токов пазов с учетом нижнего и верхнего слоя паза и знаков протекающих токов. Полученную кривую намагничивающей силы разделяют осью абсцисс таким образом, чтобы сумма площадей положительных полуволн (полюсов) равнялось сумме площадей отрицательных полуволн (полюсов, т.к. из-за непрерывности магнитных линий суммы потоков противоположных полярностей должны быть равны. а) i A = i max б) i A = 0 Рисунок 2.4 - Векторная диаграмма намагничивающих сил 2.4 Пример расчета Проиллюстрируем порядок построения трехфазной двухслойной обмотки статора со следующими исходными данными - число пазов Z = 24; - число полюсов р = 4; - шаг обмотки у = 5; - число параллельных ветвей а = 2; - схема соединения – треугольник. 1) Определяем расчетные параметры а) полюсное деление τ и относительный шаг β 6 4 24 2 p Z , 83 , 0 6 5 y ; +j I A I B I C +1 +j I A I C I B +1 б) число пазов на полюс и фазу q: 2 3 4 24 2 pm Z q ; в) угол электрического сдвига соседних пазов 30 24 2 360 360 град эл Z p ; г) угол фазной зоны 60 30 2 град эл q ; д) коэффициент укорочения 966 , 0 2 83 , 0 sin 2 sin y k ; е) коэффициент распределения 966 , 0 2 30 sin 2 2 60 sin 2 sin 2 sin q p k ж) обмоточный коэффициент 93 , 0 966 , 0 об) Строим таблицу распределения пазовых сторон (рис. Таблица содержит 2 строки (2 слоя) и 24 столбца (24 паза. На каждый полюс приходится 6 пазов, на каждую фазу под одним полюсом – 2 паза. Для обеспечения электрического сдвига 120 эл. град. между фазными обмотками, верхний слой (первая строка таблицы) распределяется в следующем порядке АА – ZZ –BB – XX – CC – YY – и т.д. Распределение пазов нижнего слоя (я строка таблицы) выполняется аналогично, но со сдвигом влево (в сторону укорочения шага) относительно верхнего слоя на τ – y = 6 – 5 = 1 паз. 3) Выполняем развернутую схему обмотки. Рисунок 2.5 – Таблица распределения пазовых сторон Пазы развернутой схемы располагаются снизу под соответствующими ячейками таблицы распределения пазовых сторон и нумеруются от 1 до 24. Каждая фазная обмотка имеет 4 катушечные группы. Например, для фазы А АХАХ, АХ и А 4 Х 4 .Так как обмотка состоит из х параллельных ветвей (а = 2), то катушечные группы в пределах одной фазы соединяются согласно рис АХ и АХ, а также АХ и АХ – последовательно, а между собой – параллельно (АХАХ и АХАХ. Аналогично соединяются катушечные группы других фаз. В соответствии со схемой соединения фазных обмоток (треугольник, фазные зажимы соединяются Ас В с Х С с. 4) Построение звезды пазовых ЭДС. На рис. 2.6 показана векторная диаграмма катушечных сторон, лежащих в пазах с 1 по 24. Для простоты вектора пронумерованы без указания ЭДС, то есть Ė 1 = 1 и т.п. Вектора сдвинуты друг относительно друга на угол γ = 30 эл.град. Поскольку р = 4, то каждый вектор имеет два обозначения, соответствующие ЭДС катушечных сторон, лежащих под разными парами полюсов (1 и 13, 2 и 14 и т.п.) Рисунок 2.6 – Векторная диаграмма ЭДС. катушечных сторон 1 13 2 14 3 15 12 24 11 23 10 22 4 16 9 21 5 17 20 8 18 6 19 7 5) Построение векторной диаграммы фазных ЭДС (рис. 2.7). Вектор ЭДС каждой фазы строится согласно звезде пазовых ЭДС и схеме обмотки. ЭДС каждой фазы определяется величиной ЭДС параллельной ветви (любой. Таким образом, А = АХАХ В = Ė В 1 Х 1 + Ė В 2 Х 2 = Ė 5 – Ė 10 + Ė 6 – Ė 11 + Ė 17 – Ė 12 + Ė 16 – С = Ė С 1 Х 1 + Ė С 2 Х 2 = Ė 9 – Ė 14 + Ė 10 – Ė 14 + Ė 21 – Ė 16 + Ė 20 – Ė 15 Вектора пазов, соответствующих зажимам А, В и С берутся со знаком “+”, зажимам Хи со знаком “-“. На рис. 2.7 размеры векторов для удобства построения уменьшены в 4 раза по сравнению с рис. 2.6. Рисунок 2.7 – Векторная диаграмма фазных ЭДС. 6) Построение графиков распределения намагничивающих сил вдоль пространственной координаты α для двух моментов времени +1 -6 +13 -7 +2 -8 +12 -7 +9 -14 +10 -15 +21 -16 +20 -15 +5 -10 +6 -11 +17 -12 +16 -11 A,Z B,X C,Y E A t 1 – ток в фазе А максимальный (рис. 2.8) t 2 – ток в фазе А равен нулю (рис. 2.9). Каждый график состоит из отдельных ступеней, высота каждой из которых равна в относительных единицах суммарной нс. каждого паза, с учетом суммарного тока в пазу (ток нижнего слоя плюс ток верхнего слоя. Например, для 1 паза высота ступеньки I A + I A = 2 о.е.; го паза I A + I Z = 1 + 0,5 = 1,5 о.е. и т.п. На протяжении паза величина нс. (высота ступеньки) не изменяется. Высота ступеньки для каждого следующего паза отсчитывается от ступеньки предыдущего паза. Начало построения графика (для го паза) выбирается произвольно. Рисунок 2.8 – График распределения намагничивающих сил при максимальном токе в фазе А A A A Z Z Z Z B B B B X X X X C C C C Y Y Y Y A A A A Z Z Z Z B B B B X X X X C C C C Y Y Y Y A i A = 1 (I d max ) t = t 1 +1,5 +1 0 -1 -1,5 -2 -1,5 -1 0 1 1,5 2 1,5 1 0 -1 -1,5 -2 -1,5 -1 0 1,5 1 Рисунок 2.9 – График распределения намагничивающих сил притоке в фазе А равным нулю A A A Z Z Z Z B B B B X X X X C C C C Y Y Y Y A A A A Z Z Z Z B B B B X X X X C C C C Y Y Y Y A i A = 0 t = t 2 0 -0,9 -1,73 -0,9 0 0,9 1,73 0 -1,73 -1,73 1,73 1,73 0,9 |