ЭДС обмотки от высших гармоник поля и способы их уменьшения

 

Выше отмечалось, что кривая поля в воздушном зазоре кроме первой содержит высшие гармоники (третью, пятую, седьмую…). Каждая из них наводит в обмотке ЭДС соответствующего порядка. Если порядок гармоники обозначить через ν, то ЭДС от ν-той гармоники записывают в виде

,

где – коэффициент скоса для ν-той гармоники

.

Обмоточный коэффициент для ν-той гармоники

,

где .

.

При этом – поток ν-той гармоники,

причем – полюсное деление ν-той гармоники;

– частота ЭДС ν-той гармоники.

Все гармоники поля вращаются в рассматриваемом случае с одинаковой частотой вращения. Поэтому частота ЭДС ν-той гармоники с учетом ее числа пар полюсов будет

.

Для уменьшения высших гармоник применяют:

а) укорочение шага,

б) распределение обмотки,

в) скос пазов.

В машинах переменного тока обмотки обычно соединяются в звезду или треугольник, в этом случае линейные ЭДС не содержат третьих гармоник, поэтому не возникает необходимость их подавления. Рассмотрим укорочение шага.

При укорочении на , т. е. при , коэффициент укорочения для пятой гармоники равен нулю. Действительно

т. е. ЭДС пятой гармоники полностью подавляется.

При – подавляется седьмая гармоника.

.

На практике обычно выбирают такое укорочение, при котором максимально подавляются пятая и седьмая гармоники, т.е. .

б) Распределение обмотки.

. Это вызвано тем, что соседние пазы, в которых размещены катушечные стороны по отношению к ν-той гармонике поля сдвинуты на угол больше угла α. Следовательно, геометрическое сложение высших гармоник ЭДС катушек катушечных групп будут геометрически складываться под большим углом, чем первые гармоники ЭДС. Это означает, что геометрическая сумма ЭДС высших гармоник будет уменьшаться в большей степени по отношению к арифметической сумме, чем геометрическая сумма первых гармоник.

в) Скос пазов.

Магнитное поле МПрТ может содержать так называемые зубцовые гармоники порядка , где

При порядок этих гармоник близок к числу пазов на пару полюсов. Эти гармоники наводят в обмотке зубцовые гармоники ЭДС. Их особенность в том, что они имеют обмоточные коэффициенты одинаковые с обмоточным коэффициентом основной гармоники. Их нельзя подавить при целом q ни укорочением, ни распределением обмотки. ЭДС зубцовых гармоник катушек катушечных групп оказываются сдвинутыми на тот же угол, что и первые гармоники ЭДС. Действительно,

– равносильно сдвигу на угол α.

Следовательно, зубцовые гармоники в контуре витка и в катушке катушечной группы складываются так же, как и первые гармоники ЭДС. Радикальное средство подавления зубцовых гармоник при целом q является скос пазов.

Допустим . Как следует из рис. 1.14, ЭДС отдельных участков проводника направлены встречно и, следовательно, они компенсируют друг друга.

На практике обычно делают скос на одно зубцовое деление.

Обмотки машин переменного тока

Классификация обмоток

 

В машинах переменного тока применяются следующие виды обмоток.

1. Обмотки, расположенные в пазах статора или ротора, и подключенные к внешней цепи.

2. Обмотки, расположенные в пазах статора или ротора и замкнутые накоротко.

3. Обмотки, по которым протекает постоянный ток, например, обмотки возбуждения синхронной машины, создающие магнитное поле.

Простейшим элементом обмотки является виток, представляющий совокупность двух последовательно соединенных проводников находящихся на расстоянии близком или равном – шагу обмотки. Совокупность нескольких последовательно соединенных витков образуют катушку или секцию. Нередко катушкой называют несколько секций, объединенных общей изоляцией. В машинах переменного тока применяются катушечные и стержневые обмотки, петлевые и волновые.

Катушечные обмотки изготавливаются в виде катушек вне машины, а затем укладываются в пазы.

Стержневые обмотки выполняются из стержней – полукатушек. Они также могут укладываться через отверстия в пазы. Если пазы полузакрытые, то стержни укладываются в них с торцов.

 

Пазы могут быть:

· открытыми (рис.1.15,а);

· полуоткрытыми (рис.1.15,б);

· полузакрытыми (рис.1.15,в,г);

· закрытыми (рис.1.15,д).

 

 

По форме:

· прямоугольными (рис.1.15,а,б);

· трапециевидными (рис.1.15,в);

· овальными (рис.1.15,г);

· круглыми (рис.1.15,д).

Обмотки АМ могут быть однослойными и двухслойными.

Однослойные обмотки

 

При изучении обмоток переменного тока, как и при изучении обмоток якоря машины постоянного тока, удобно пользоваться развёрнутыми схемами.

Под схемой-развёрткой понимают цилиндрическую поверхность статора или ротора, видимую со стороны пазов, разрезанную по одной из образующих цилиндра и развёрнутую в плоскость.

При построении развертки обмотки, задаются следующие данные:

z – число пазов; – число плюсов; m – число фаз; y – шаг обмотки; – число пазов на полюс и фазу.

Рассмотрим принцип образования схемы трёхфазной однослойной обмотки при следующих данных: ; ; ; ; (рис. 1.16).

 

На каждом полюсном делении размещены пазы, принадлежащие трём фазам, причем каждой фазе принадлежит одинаковое число пазов q=2.

Все 24 паза делятся равномерно на 3 фазы. На каждую фазу приходится по 8 пазов: фазе , N=8

В пределах каждой фазы катушечные стороны расположены в восьми пазах и могут соединяться по-разному (рис. 1.17). В связи с этим возможно несколько вариантов обмотки. Рассмотрим некоторые из них.