Главная Обмотки для микроэлектродвигателей



Таблица 1-1

Тип двигателя

Снихронный реактивный

Синхронный с радиальным

электромагнитным возбуждением

Синхронный с аксиальным электромагнитным возбуждением

Синхронный .двойного питания

Асинхронный с многофазной вторичной обмоткой

Число зубцов ротора

Скорость вращения

ротора Q, рад/с

Количество и способ соединения обмоток

Z,±p,,±P,

VPs:

,±Ps

± (1-s) a/Z

/if/ j ~U,




КИХ конкретных типов двигателей. В частности, синхронный реактивный двигатель имеет только одну возбужденную систему обмоток на статоре, которая при симметричном питании создает вращающуюся н. с. F = Fmi X X cos (Wji - Р»м)- Эта и. с, обусловливает в воздушном зазоре при зубчатом статоре и роторе согласно (2-1) и (1-1) индукцию

Be = Jieowi cos (toii -реСм) +0,5)1,,,1 cos {щ + ZQ;.) < -

- (Z, - + p) ам + Z,Y,o] + 0,5WiF„,i cos [(a>i - Z,Q,) < +

-f (Z,-Z,-p)a„-Z,YJ. (1-2)

Это поле (1-2), так же как и в нормальных синхронных реактивных двигателях [78], состоит из составляющих, одна из которых не зависит от углового положения ротора - первый член (1-2), Эта составляющая может взаимодействовать с остальными и образовывать совместно с ними электромагнитный момент при равенстве их числа пар полюсов, т, е, - Zg + р = = + р, откуда получим для выбора числа зубцов ротора условие Zr = = Zs ± 2р. Синхронная скорость вращения ротора Q«. при которой возникает синхронный момент, определяется из равенства - (Wj ± ZQrc) = = tuj, откуда имеем Qrc ± 2(!)jZr, рад/с, -При знаке «плюс» ротор вращается в направлении основной гармоники н, с. обмотки статора, а при знаке «минус» - в противоположном направлении, причем эти знаки «плюс» или «минус» соответствуют знакам в выражении Zr = Zs ± 2р при определении числа зубцов ротора.

На основе аналогичных рассуждений в [50] получены условия для определения Zf и Q„ для всех основных типов тихоходных безредукторных двигателей. Они представлены в табл, I-I для двигателей, имеющих распределенную зубцовую зону прн двусторонней зубчатости. При почтп закрытых пазах на статоре и зубчатом роторе остаются в спле вышеприведенные соотношения, если в ннх положить 2=0, Коэффициент электромагнитной редукции представляет собой отношение синхронной скорости магнитного поля первичной обмотки статора к синхронной скорости ротора, т, е, йр =•

в табл, 1-1 показано также количество и способ соединения обмоток. Естественно, что сами обмотки переменного тока могут быть выполнены в об-urcM случае с любым число.м фаз. Все эти двигатели в принципе могут иметь как синхронный, так и асинхронный режимы работы,

1-3. Зубцовые зоны и схемы обмоток тихоходных безредукторных двигателей

Основные требования к обмоткам и синтез их схем. В нормальных типах электрических машин выполнение двухслойной симметричной обмотки обеспечивает симметричную систему самоиндуктивностей и взаимоиндуктивно-стей обмоток, В тихоходных безредукторных двигателях из-за зубчатости статора и ротора отдельные фазы обмоток могут оказаться в различных магнитных условиях. Поэтому в общем случае возникает амплитудная и фазовая асимметрия э, д, с, н н, с, а следовательно, п соответствующих индуктивностей отдельных фаз. Поэтому применение обычных .распределенных обмоток без предварительного анализа нецелесообразно.

При выборе и составлении схем обмоток встречаются две характерные задачи. При использовании стандартных штампов уже имеющихся машин требуется осуществить выбор типа обмотки и ее анализ для составления схемы обмотки, при которой асимметрия взаимных индуктивностей будет наименьшая. Назовем этот процесс синтезом обмоток. Под синтезом здесь следует понимать последовательность действий по определению числа катушек первичной и вторичной обмоток, их пространственного расположения и схемы соединения отдельных катушек с целью обеспечения наиболее оптимальных электромагнитных связей между отдельными обмотками.



H. Н, Левин [56] сформулировал вторую задачу синтеза схем обмоток, при которой за основу приняты условия обеспечения требуемых электромагнитных связей между /Пд,- и тдз-фазными первичными и вторичными обмотками. Полученные при этом зубцовые зоны статора часто довольно сложные и требуют специальных штампов. Подробное изложение метода синтеза двух-зубцовых обмоток дано в fSG]. Здесь приводим лишь основные его положения. Необходнмые условия для получения т- фазных симметричных обмоток, расположенных на зубчатом статоре, следующие:

I. Четное чпсло катушек в каждой обмотке при симметричном их расположении относительно друг друга на статоре.

2. Равенство общего числа катушек обмоток количеству полюсных выступов статора, определяемому при многофазных первичных и вторичных, цепях удвоенным произведением чисел фаз первичной и вторичной обмоТок, При наличии же одной однофазной системы обмоток.

Т. е. Zj = 2 mjA

число катушек должно равняться учетверенному, числу фаз многофазной системы обмоток, Т. е. Zj = 4 m,.

3. Охват каждого полюсного выступа статора катушками, принадлежащими различным системам обмоток. При этом целесообразно, чтобы в каждом пазу лежали стороны катушек, принадлежащие одной системе обмоток.

4. Выбор шагов по зубцам смежных полюсных выступов статора, обеспечивающих Требуемый закон изменения индуктивностей обмоток согласно выражениям:

Выполнение вышеперечисленных требований не обеспечивает еще полную амплитудную и фазовую симметрию взаимных индуктивностей обмоток. Поэтому окончательное оформление схемы обмоток можно выполнить только после соответствующего анализа.

Разнообразие зубцовых зон, типов машин и обмоток не позволяет в настоящее время дать общую методику расчета. В каждом конкретном случае необходимо учитывать специфические требования. Можно лишь рекомендовать примерную методологию выбора и составления схем обмоток, изложенную ниже.

Зубцовые зоны и схемы обмоток при многофазной первичной и однофазной вторичной обмотках. «Классическая» зубцовая зона (зубчатый ротор и гладкий статор) для трехфазной обмотки показана на рис. 1-3, а.

При аксиальном возбуждении (рис. 1-13) распределение индукции Be и ее основной гармоники показано на рис. 1-3, б. Магнитное поле основной гармоники возбуждения получается над пазом одного знака, а под зубцом ротора - другого. Поэтому зубец н паз ротора относительно первой гармонической поля можно рассматривать как полюсы разноименной полярности, т. е. р = Z,.. Полный период изменения поля и индуктированной его э. д. с. , в обмотке статора соответствует повороту ротора на одно зубцовое деление. При вращении ротора с угловой скоростью угловая частота индуктированной э. д. с. будет ZrQf или = Z-n, где - скорость вращения ротора, об/с.

В этом случае для полного использования магнитного потока шаг обмотки статора целесообразно принять равным полюсному делению т поля возбуждения, т. е. у = т,. = Обмотка якоря состоит из отдельных катушек, охватывающих при qs целом числе пазов статора на полюс и фазу mqs пазов статора. Число пазов статора и ротора связаны здесь соотношением

Zs = 2Zrmsqs илн Zr= Zs/{2msqs).

«Элементарная» m-фазная обмотка при q = 1 имеет ZJ = 2mZl. пазов статора.

Возможно также выполнение/я-фазной обмотки с уменьшенным числом пазов статора. На рис. 1-4 показана схема трехфазной обмотки при =

=т2г. В этом случае имеем укороченный шаг обмоткн Ру = 2/3.

При радиальном (разноимен-нополюсном) возбуждении статор имеет четное число пазов для обмотки возбуждения (рис. 1-5). Рабочая »г,5-фазная обмотка с q пазами на полюс и фазу укладывается в пазах с зубиовым деле, нием tg = trl(2msq). Если под полюсом находится Zn зубцов ротора, то число пазов на полюс



-SC-

Рис. 1-3. Рис. 1-4.

Zs„ = 2msqZrn- Под полюсом возбуждения должно быть четное число зубцовых делений статора, тогда полный поток при вращении ротора не нзме-. няется. Отступленне от этой рекомендации возможно при чпсле полюсов


7 1r-i- г-t


7г77777т.

ггггтлтп гг7777777л /W/z a

5777777777/ \/W W/7/ V.

Рис. 1-S.

возбуждения, кратном четырем. Для исключения постоянной трансформатор-ои связи с обмоткой возбуждения необходимо, чтобы секции обмотки статора соединялись последовательно, как это показано на рис. 1-5, б

Преимуществом разноименнополюсных машин является то, что вал н pпyc могут быть выполнены из немагнитного материала. Вследствие этого



уменьшается масса двигателя. Из-за отсутствия массивных участков На пути основного магнитного потока увеличивается быстродействие в переходных режимах работы.

Возможности выполнения классической зубцовой зоны весьма ограничены, так как при необходимости увеличения числа зубцов на роторе чрезмерно уменьшается зубцовое деление статора. По технологическим соображениям минимальное значение зубцового деления 4~>2,5 мм.

«Гребеночная» зубцовая зона. Для увеличения числа пазов ротора при небольшом количестве обмотанных пазов статора можно использовать зубцовую зону гребеночного типа (рис. 1-1, б). По внутренней поверхности активных зубцов статора (охваченных обмоткой), которые называются полуполюсами, делаются пазы с шагом, равным или близким к зубцовому шагу ротора. Рациональное число пазов в гребенке обычно составляет 2-3. Рабочие пазы, размещенные между гребенками, могут быть открытыми или полузакрытыми. Последние дают возможность уменьшить потери, связанные

Попупо/т N, N

Рис. 1-6

Рис. 1-7.

с пульсацией потока в зубцах ротора, и улучшают использование стали статора. Однако магнитное поле рассеяния увеличивается.

При аксиальном возбуждении (одноименнополюсная машина) на каждый рабочий паз приходится одна зубцовая гребенка (рис. 1-6). В разноименно-полюсной машине с радиальным возбуждением зубцовую зону под полюсом возбуждения тоже можно представить в виде «элементарных» полуполюоов (рис. 1-7). В каждом полуполюсе число зубцов, совпадающих и не совпадающих в данный момент с роторными зубцами, должно быть одинаковым. У крайних гребенок, примыкающих к пазам возбуждения, число зубцов Zq обычно вдвое меньше, чем у средних больших гребенок г-.

Магнитный поток в активном зубце статора пульсирует с частотой = - Zftif, причем суммарный поток в двух соседних зубцах остается постоянным. Благодаря наличию открытых пазов в статоре магнитное состояние зубцов ротора при движении его в пределах одного полюса изменяется с частотой /s = ZUr. Это является причиной дополнительных потерь в стали ротора.

Для образования ms-фазиой обмотки зубцы соответствующих полуполюсов должны быть сдвинуты на угол 2я/т5. эл. рад. Минимальное количество полуполюсов равно 2ms.

Распределенная зубцовая зона с двухзубцовыми обмотками. Весьма пер-, спектнвными для применения в тихоходных безредукторных двигателях яв- ляются обмотки статора, называемые обмотками двойного шага или двухзубцовыми. Для машин с этими обмотками могут применяться распределенные зубцовые зоны с открытыми пазами на статоре и роторе, причем зубцовые шаги статора и ротора различны.

Каждая фаза «элементарной» машины с двухзубцовыми обмотками состоит из двух катушек, каждая из которых охватывает по два зубца. Общее количество статорных пазов (зубцов) должно быть кратно четырем. Поэтому /п-фазная «элементарная» машина имеет = 4 зубцов статора. Для симметричной ms-фазной обмотки статора, если угол сдвига э. д. с. двух соседних катушек составляет 2ix/ms эл. рад, то число пазов статора Z и ротора Zr связано с числом пар полюсов обмотки статора pj и возбуждения р следующей зависимостью: Z = Z + р , ± Рс Для «элементарной» машины при

р = 3 и Pj, = 2 имеем = 7, 11, 13, 17. Если угол сдвига э. д. с. соседних катушек будет я/3, то для рассматриваемой «элементарной» машины при р = 3 и pj, ;= 1 имеем Z = 8, 10, 14, 16.

Соответствующие этим двум случаям схемы соединения двух катушек одной фазы якоря показаны иа рис. 1-8. Случаю последовательно согласного соединения катушек (рис. 1-8, а) соответствует четное число пазов иа роторе, а при встречном их включении (рис. 1-8, б) число пазов ротора будет нечетным.

Обычная двухзубцовая обмотка имеет большое укорочение шага: р = = 2p/Zs, что приводит к значительному недоиспользованию потока и габаритной мощности машины. Поэтому, выполняя обмотку якоря в виде более широких катушек, кратных по ширине целому числу элементарных катушек, можно увеличить поток, сцепляющийся с обмоткой, и ее э. д. с. Если выполнить обмотку с диаметральным шагом ух = т = Zj(2p), то получается обмотка с максимальным обмоточным коэффициентом для первой гармонической э. д. с; катушкн же обмотки возбуждения по-прежиему должны охватывать,по два зубца статора.

ai При а2п/3 Флра «=д/з

Рис. 1-8.

Распределенные обмотки для нониусной зубцовой зоны при осевом возбуждении. В тихоходных безредукторных двигателях с нониусной (распределенной) зубцовой зоной распределение магнитной индукции вдоль длины воздушного зазора представляет собой интерференционное явление (биение), состоящее в периодическом изменении амплитуды результирующего колебания магнитной индукции, составленного пз двух колебаний с неравны.ми пространственными частотами, каждое из которых соответствует односторонней зубчатости соответственно на статоре и на роторе. Главное преимущество распределенных зубцовых зон в генераторном режиме состоит в хорошей форме кривой э. д. с. и в отсутствии колебаний магнитного потока, пронизывающего обмотку возбуждения, несмотря на открытую форму пазов. Но-ниусная (распределенная) зубцовая зона в принципе является многофазной. Этот, пожалуй, единственный тип тнхоходиого безредукторного двигателя, где в открытых пазах статора может быть размещена обычная ms-фазная одно- или двухслойная обмотка.

Если ms-фазная обмотка имеет пазов на полюсе и фазу, то при числе 2ps полюсов количество открытых пазов на статоре будет Zj = 2psnsqs< а число пазов на роторе выбирается по зависимости Zr = Zs + Ps- Для увеличения числа зубцов ротора при неизменио.м числе обмотанных пазов можно на статорных зубцах выполнить равномерную «гребенку» из зубчиков. При равномерной гребенке расстояние между осями всех зубцов гребенки одинаковое. Тогда эффективное число зубцов статора Zsr = kZ, число зубцов на роторе Z, = Z, ± р,.

Многофазные первичные и вторичные обмотки при распределенной зубцовой зоне. На практике часто возникает необходимость использовать готовые штампы статора для изготовления тихоходных безредукторных двигателей с многофазными первичными и вторичными обмотками. Как уже указывалось ранее, применение в этом случае распределенных обмоток может привести к значительной асимметрии взаимоиндуктивностей отдельных фаз первичной и вторичной обмоток. Поэтому в каждом конкретном случае необхо-



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22


0.0088