Введение

В настоящих методических указаниях содержится описание пяти лабораторных работ, выполняемых по курсу «Электрические машины и электропривод» студентами очной и заочной форм обучения.

Порядок выполнения лабораторных работ для студентов конкретной специальности определяется преподавателем в соответствии с графиком лабораторных работ.

При подготовке к выполнению лабораторной работы студенты должны заранее ознакомиться с рекомендуемой литературой, целью и порядком проведения испытаний. Для проверки своей подготовленности следует ответить на контрольные вопросы, приведенные в конце описания каждой лабораторной работы, только в этом случае будет достигнуто усвоение теоретического материала, знание которого необходимо для практической деятельности.

В процессе подготовки к испытаниям и обработки экспериментальных данных нужно четко соблюдать порядок проведения эксперимента, уяснить взаимосвязь между отдельными измеряемыми и расчетными параметрами, закрепить теоретические знания, научиться применять их на практике. С целью развития самостоятельности у студентов некоторые вопросы в разделах «Расчеты и построения» подробно не комментируются.

Перед сборкой схемы экспериментальной установки необходимо ознакомиться с паспортными данными исследуемой машины и предлагаемой монтажной схемой проведения испытаний на стенде. Существующие в лаборатории установки способствуют быстрой сборке исследуемой схемы, так как они содержат встроенные схемы соединения измерительных приборов и выводы узлов электрических машин, которые подсоединяются к измерительным приборам путем объединения, как правило, одноименных зажимов с помощью соединительных проводов.

Измерительные приборы на стендах подобраны так, чтобы их пределы измерений соответствовали диапазонам изменения измеряемых величин. При сборке схемы необходимо внимательно выбирать (по роду тока) прибор для подключения в цепь электрической схемы, правильно определить цену деления прибора, тщательно провести отсчет измеряемой величины.

Перед включением любой схемы движки регулирующей аппаратуры (автотрансформаторов, потенциометров и реостатов) должны стоять в положении, обеспечивающем минимум напряжения и тока в схеме.

Схему разрешается включать только после проверки правильности монтажа преподавателем. По окончании проведения испытаний напряжение на стендах необходимо отключить, предоставить преподавателю результаты испытаний для проверки и после разрешения преподавателя разобрать схему привести стенд в первоначальный порядок.

Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ представлены в первой части методических указаний [7].

5. Асинхронные машины Лабораторная работа 12

ТРЕХФАЗНЫЕ ДВУХСЛОЙНЫЕ ОБМОТКИ СТАТОРА МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Ц е л ь р а б о т ы: изучить принцип построения трехфазных обмоток, рассчитать и построить развернутую схему двухслойной петлевой обмотки статора машины переменного тока [ 1, гл. 3; 2, гл. 21; 5, гл. 2; 4, гл. 19].

12.1. Основные положения теории

Среди машин переменного тока в настоящее время наибольшее применение получили асинхронные двигатели и синхронные генераторы. Обмотки статоров промышленных машин по способу соединения проводников в катушке разделяются на волновые и петлевые (в основном применяются последние). Обмотки машин переменного тока выполняются одно- и двух-слойными. В современных машинах чаще используются двухслойные статорные обмотки, их широкое применение объясняется следующими преимуществами:

возможностью укорочения шага на любое число зубцовых делений;

одинаковыми катушками, что упрощает изготовление обмоток;

простой и удобной формой лобовых соединений.

Двухслойными называются обмотки, у которых в пазу лежат стороны двух катушек, в верхнем слое – одной катушки, в нижнем – другой. Один слой обмотки укладывается на дно паза, а другой располагается над ним. Лобовые части катушек также занимают два слоя, и переход из слоя в слой обмотки осуществляется в головках катушки. Расстояние между сторонами одной катушки называется шагом обмотки . Если равен числу пазов на один полюс (полюсному делению), т. е. , то шаг обмотки называется диамет-ральным, если – укороченным. Двухслойные обмотки с диаметральным шагом почти не применяются, так как они не обеспечивают создания синусоидального распределения магнитного поля в воздушном зазоре, что является одним из основных требований, предъявляемых к обмотке статора. Несинусоидальное поле ухудшает условия работы машины.

При укорочении шага катушек можно устранить нежелательную высшую гармонику магнитного потока и намагничивающей силы и получить более синусоидальное ее распределение. На практике стремятся к ослаблению наиболее сильных гармоник: пятой и седьмой. Для этого принимают относительный шаг обмотки, который определяют по формуле: . Однако укорочение шага возможно только на целое число зубцовых делений, поэтому обычно выбирают равным 0,8 – 0,86.

Трехфазные машины переменного тока имеют и обмотку статора трехфазную. Обмотка статора разомкнута. Каждая фазная обмотка имеет два вывода – начало и конец, которые подсоединяются к выводам клеммной коробки. Фазные обмотки могут соединяться звездой (Y) или треугольником () в зависимости от значения питающего напряжения. Если фаза обмотки рассчитывается на напряжение 220 В, то при напряжении сети 380 В фазы включаются звездой (к обмотке прикладывается фазное напряжение, которое в раз меньше линейного и равно 220 В), при напряжении сети 220 В – треу-гольником (фазное напряжение равно линейному).

Каждая фаза обмотки состоит из катушечных групп, определенным образом соединенных между собой. Число катушечных групп равно числу полюсов машины: . Катушечные группы состоят из катушек, соединенных в группу последовательно, при этом значение q определяет число пазов на полюс и фазу и рассчитывается по формуле: , где – число элементарных пазов обмотки; – число фаз; – число полюсов машин.

При целых значениях проводники каждой фазы на каждом полюсном делении занимают объем, равный пазам, а при дробных значениях на разных полюсных делениях проводники данной фазы обычно занимают разные объемы. В большинстве случаев получается дробным, так как в целях экономии при производстве асинхронных двигателей на различные числа пар полюсов используются одинаковые штампы вырубки листов стали с одним и тем же значением . Дробное значение выбирают намеренно для улучшения формы кривой ЭДС в мощных тихоходных гидрогенераторах, однако не при всяких дробных значениях возможно выполнение обмоток симметричными по всем фазам.

Катушечные группы в фазы соединяются таким образом, чтобы ЭДС всех групп складывались друг с другом, сохраняя при этом направление тока в фазе.

Последовательное соединение катушечных групп для одной фазы показано на рис. 35, а, где , . Эта обмотка фазы выполнена с числом параллельных ветвей , равным единице.

В

Рис. 34. Схема обмотки фазы при а = 1;

2р = 4; q= 2

машинах со значительным током в фазе выполняют не последо-вательное (см. рис. 35, а), а параллельное соединение катушечных групп. Обмотка одной фазы, схема которой приведена на рис. 35, б, имеет две парал-лельные ветви, а на рис. 35, в – четыре. Параллельные ветви обмотки должны быть выполнены так, чтобы направление тока и полярность полюсов оста-вались такими же, какими они были при последовательном соединении. В двух-слойной обмотке число параллельных ветвей зависит от числа полюсов .

Наиболее распространенным способом изображения схемы обмоток является развертка на плоскости. На развертке в двухслойных обмотках паз изображают двумя линиями, расположенными рядом, обозначая верхний слой сплошной линией, нижний – пунктирной. Исходные данные для составления схемы обмотки – число пазов статора , полюсов , фаз , параллельных ветвей .

Процесс выполнения схемы обмоток упрощается при использовании таблицы алгоритма укладки. Порядок составления алгоритма и развертки обмотки рассмотрим на примере.

Д а н о:

;

;

;

;

.

Для построения обмотки рассчи-таем параметры по следующим формулам:

полюсное деление в пазах – ,

число пазов на полюс и фазу –

шаг обмотки, измеренный в пазах –

угол между соседними пазами – эл. гра-дусов.

Угол сдвига между фазами должен составлять 120 эл. градусов, в пазах для рассматриваемого примера паза.

Следовательно, начала фаз располагаются так: 1-я фаза – 1-й паз; 2-я – 5-й; 3-я – 9-й паз.

Выполняем схему обмотки по алгоритму табл. 20. Схема двух-

слойной петлевой обмотки при-ведена на рис. 36. Указанное нап-равление ЭДС в пазах четко раз-делило окружность статора на четыре полюса (полюсное деление), между которыми имеется паз с различным

направлением тока в верхнем и нижнем слоях обмотки. Можно представить себе, что эти полюсы перемещаются по внутренней расточке железа статора с линейной скоростью, м/с, .

Т а б л и ц а 20