Конструирование схемы двухслойной обмотки статора

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

Введение

1. Предварительный расчет параметров обмотки

1.1 Полюсное деление ф

1.2 Число пазов на полюс и фазу q

1.3 Шаг обмотки y

1.4 Угол сдвига ЭДС в соседних пазах б

1.5 Конструирование схемы обмотки

2. Расчет результирующей ЭДС витка с учетом высших гармонических составляющих

2.1 Методика расчета ЭДС витка

2.2 Расчет гармонических составляющих и результирующей ЭДС витка

3. Оценка качества и улучшение гармонического состава ЭДС вариантным методом

3.1 Методика оценки качества ЭДС

3.2 Улучшение гармонического состава ЭДС

3.2.1. Конструирование схемы двухслойной обмотки

3.2.2. Расчет 1,3,5 и 7 гармонических составляющих и результирующей ЭДС витка

3.2.3. Оценка качества и улучшение гармонического состава ЭДС вариантным методом

4. Расчет и конструирование окончательного варианта обмотки статора

4.1 Составление схемы-таблицы, схемы-развертки и звезды пазовых ЭДС окончательного варианта обмотки

4.2 Расчет числа витков секции, катушечной группы, фазы и ЭДС обмотки

Литература



Введение

Целью учебной дисциплины «Электрические машины и аппараты» является подготовка специалиста высшей квалификации, способного выполнять задачи, связанные с использованием электрических машин в сельском хозяйстве.

В результате изучения этой дисциплины студент должен узнать устройство, принципы действия, характеристики, режимы работы и области применения электрических машин, уметь подключать и испытывать, рассчитывать, измерять параметры, строить необходимые характеристики электрических машин, выбирать пусковую и регулировочную аппаратуру. Специалист должен быть подготовлен к решению задач, связанных с выбором, монтажом и рациональной эксплуатацией электрических машин в сельском хозяйстве.

Электрические машины широко применяются во всех отраслях народного хозяйства, в том числе в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения в качестве основных элементов энергетических установок, технологического оборудования различных машин и механизмов. Производство, передача, распределение и потребление электрической энергии, связаны с широким использованием электрических машин.

Знания по дисциплине «Электрические машины и аппараты» формируются у студента на лекционных, практических и лабораторных занятиях, во время самостоятельной работы над индивидуальными заданиями и курсовой работой. В процессе курсового проектирования студент совершенствует навыки применения теоретических знаний для решения задач возникающих в практике инженера-электрика занимающегося проектированием, монтажом и эксплуатацией энергетического оборудования.



1. Предварительный расчет параметров обмотки

Приведем исходные данные по варианту:

Вариант № 56

Фазное напряжение U_ф=127 В;

Число пар полюсов р=2;

Тип обмотки концентрическая А1=1;

Число пазов Z=24;

Диаметр статора D=154мм;

Длина пакета статора L=144мм;

Условное число витков фазы W=1;

Число параллельных ветвей А=1;

Коэффициент укорочения в=1;

Индукция 1-й гармоники В₁=0,98 Тл;

Индукция 3-й гармоники В₃=0,23 Тл;

Индукция 5-й гармоники В₅=0,09 Тл;

Индукция 7-й гармоники В₇=0,03 Тл.

1.1 Полюсное деление ф

Полюсным делением называется число пазов статора, приходящихся на один полюс:

ф= (1.1)

ф===6 пазов.



1.2 Число пазов на полюс и фазу q

q= (1.2)

q==2 паза.

1.3 Шаг обмотки y

Шагом обмотки называется расстояние между первой и второй активными сторонами секции, выраженное в пазах.

Для однослойных обмоток шаг рассчитывается по формуле:

y_n=2•(N+q)-1 (1.3)

y₁=2•(1+2)-1=5 пазов.

y₁=2•(2+2)-1=7 пазов.

Так как обмотка концентрическая вычислим средний шаг обмотки:

y= (1.4)

y==6 пазов.

1.4 Угол сдвига ЭДС в соседних пазах б

a= (1.4)

a==30⁰.



1.5 Конструирование схемы обмотки

По рассчитанным параметрам в соответствии с правилами конструирования схем однослойных обмоток, составим схему-таблицу и по ней строим схему-развертку обмотки.

Схема-таблица однослойной обмотки по данным Z=24; 2p=4; ф=6; y=6; тип обмотки однослойная.

Рис. 1 Схема-таблица предварительного варианта обмотки статора Z=24; 2p=4; ф=6; y=6; тип обмотки однослойная



2. Расчет результирующей ЭДС витка с учетом высших гармонических составляющих.

2.1 Методика расчета ЭДС витка.

Расчет выполняем по следующей формуле:

обмотка статор электрический двухслойный

Е= (2.1)

где Е_н - действующее значение фазной ЭДС для н - гармоники.

Из бесконечного спектра гармонических составляющих в данной работе учитываем только значения н = 1, 3, 5 и 7 гармоники.

Расчет ЭДС для любой гармоники проводится по следующей формуле:

Е_н=4,44•W•K_oн•f_н•Ф_н (2.2)

Составляющие последней формулы рассчитываются следующим образом:

W=1 виток.

§ K_oн - обмоточный коэффициент по н - гармонической составляющей:

K_oн=K_yн•K_pн (2.3)

§ K_yн - коэффициент укорочения по н - гармонической составляющей, рассчитывается по формуле:

K_yн=sin (2.4)



§ K_pн - коэффициент распределения по н - гармонической составляющей, рассчитывается по формуле:

K_pн= (2.5)

§ Частота любой гармоники рассчитывается по формуле:

f_н=н•f

где f - частота сети, f=50 Гц.

§ Ф_н - магнитный поток гармонической составляющей:

Ф_н= (2.7)

§ При расчете Ф_н полюсное деление ф следует измерять в линейных единицах, м:

ф= (2.8)

2.2 Расчет 1,3,5 и 7 гармонических составляющих и результирующей ЭДС витка

Рассчитаем ЭДС 1-й гармонической составляющей.

Учитываем, что по условию W=1 и рассчитываем коэффициент укорочения 1-й гармонической составляющей:

K_y1=sin=1.



Рассчитаем коэффициент распределения 1-й гармонической составляющей:

К_р1==0,96592.

Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о1=1•0,96592=0,96592.

Частота ЭДС f₁=1•50=50 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,12089 м.

Магнитный поток 1-й гармонической составляющей:

Ф₁==0,0116 Вб.

Действующее значение ЭДС 1-й гармонической составляющей:

Е₁=4,44•1•0,96592•50•0,0116=2,4919 В.

Рассчитаем ЭДС 3-й гармонической составляющей.

Коэффициент укорочения:

K_y3=sin=1.

Рассчитаем коэффициент распределения 3-й гармонической составляющей:

К_р3==0,7071.

Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о3=1•0,7071=0,7071.

Частота ЭДС f₁=3•50=150 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,0403 м.

Магнитный поток 3-й гармонической составляющей:

Ф₃==0,0003 Вб.

Действующее значение ЭДС 3-й гармонической составляющей:

Е₃=4,44•1•0,7071•150•0,0003=0,1427 В.

Рассчитаем ЭДС 5-й гармонической составляющей.

Рассчитаем коэффициент укорочения:

K_y5=sin=1.

Рассчитаем коэффициент распределения 5-й гармонической составляющей:

К_р5==0,2588.

Рассчитаем обмоточный коэффициент: К_о5=1•0,2588=0,2588.

Частота ЭДС f₁=5•50=250 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,0242 м.

Магнитный поток 5-й гармонической составляющей:

Ф₅==4,27•10^-5 Вб.

Действующее значение ЭДС 5-й гармонической составляющей:

Е₅=4,44•1•0,2588•250•4,27•10^-5=0,01226 В.

Рассчитаем ЭДС 7-й гармонической составляющей.

Рассчитаем коэффициент укорочения:



K_y7=sin=1.

Рассчитаем коэффициент распределения 7-й гармонической составляющей:

К_р7==0,2588.

Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о7=1•0,2588=0,2588.

Частота ЭДС f₁=7•50=350 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,01727 м.

Магнитный поток 7-й гармонической составляющей:

Ф₇==7,26•10^-6 Вб.

Действующее значение ЭДС 7-й гармонической составляющей:

Е₇=4,44•1•0,2588•350•7,26•10^-6=0,00375 В.

Тогда действующее значение фазной ЭДС 1-го витка обмотки с учетом высших гармонических составляющих равен:

Е==2,496 В.



3. Оценка качества и улучшение гармонического состава ЭДС вариантным методом

3.1 Методика оценки качества ЭДС

Качество индуктируемой ЭДС оценивается по коэффициенту формы, который показывает долю высших гармонических составляющих по отношению к первой гармонической. Расчетная формула следующая:

К_ф=•100% (3.1)

В соответствии с ГОСТ 183-66 доля высших гармоник не должна превышать 5%, т.е. К_ф<5%.

Рассчитаем коэффициент формы:

К_ф=•100=5,75 %

Так как К_ф=5,75>5%, то есть необходимость внести изменения в исходные данные, считая, что они определены не верно.

3.2 Улучшение гармонического состава ЭДС

Проведем работу по улучшению гармонического состава ЭДС. Первоначально мы выполнили контрольный расчет основного варианта задания. Внесем изменения в исходные данные, изменим значение в=1 на в=0,8. Двухслойная обмотка с укороченным шагом.

y=в•ф (3.2)



y=0,8•6=4,8?5 пазов.

3.2.1 Конструирование схемы двухслойной обмотки.

По рассчитанным параметрам в соответствии с правилами конструирования схем двухслойных обмоток, составим схему-таблицу и по ней строим схему-развертку обмотки.

Схема-таблица двухслойной обмотки по данным Z=24; 2p=4; ф=6; y=5; тип обмотки двухслойная.

Рис. 2 Схема-таблица предварительного варианта обмотки статора Z=24; 2p=4; ф=6; y=5; тип обмотки двухслойная

3.2.2 Расчет 1,3,5 и 7 гармонических составляющих и результирующей ЭДС витка

Рассчитаем ЭДС 1-й гармонической составляющей.

Учитываем, что по условию W=1 и рассчитываем коэффициент укорочения 1-й гармонической составляющей:



K_y1=sin=0,96592.

Рассчитаем коэффициент распределения 1-й гармонической составляющей:

К_р1==0,96592.

Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о1=0,96592•0,96592=0,93301.

Частота ЭДС f₁=1•50=50 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,12089 м.

Магнитный поток 1-й гармонической составляющей:

Ф₁==0,0116 Вб.

Действующее значение ЭДС 1-й гармонической составляющей:

Е₁=4,44•1•0,93301•50•0,0116=2,4070 В.

Рассчитаем ЭДС 3-й гармонической составляющей.

Коэффициент укорочения:

K_y3=sin=-0,7071.

Рассчитаем коэффициент распределения 3-й гармонической составляющей:

К_р3==0,7071.



Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о3=-0,7071•0,7071=-0,5.

Частота ЭДС f₁=3•50=150 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,0403м.

Магнитный поток 3-й гармонической составляющей:

Ф₃==0,0003 Вб.

Действующее значение ЭДС 3-й гармонической составляющей:

Е₃=4,44•1•(-0,5)•150•0,0003=-0,1009 В.

Рассчитаем ЭДС 5-й гармонической составляющей.

Рассчитаем коэффициент укорочения:

K_y5=sin=0,2588.

Рассчитаем коэффициент распределения 5-й гармонической составляющей:

К_р5==0,2588.

Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о5=0,2588•0,2588=0,06698.

Частота ЭДС f₁=5•50=250 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,0242м.

Магнитный поток 5-й гармонической составляющей:

Ф₅==4,27•10^-5 Вб.

Действующее значение ЭДС 5-й гармонической составляющей:

Е₅=4,44•1•0,06698•250•4,27•10^-5 =0,0032 В.

Рассчитаем ЭДС 7-й гармонической составляющей.

Рассчитаем коэффициент укорочения:

K_y7=sin=0,2588.

Рассчитаем коэффициент распределения 7-й гармонической составляющей:

К_р7==-0,2588.

Рассчитаем обмоточный коэффициент:

К_о7=0,2588•(-0,2588)=-0,06698.

Частота ЭДС f₁=7•50=350 Гц.

Полюсное деление выраженное в линейных единицах:

ф==0,01727 м.

Магнитный поток 7-й гармонической составляющей:

Ф₇==7,26•10^-6 Вб.

Действующее значение ЭДС 7-й гармонической составляющей:

Е₇=4,44•1•(-0,06698)•350•7,26•10^-6 =-0,00097 В.

Тогда действующее значение фазной ЭДС 1-го витка обмотки с учетом высших гармонических составляющих равен:

Е==2,41 В.



3.2.3 Оценка качества и улучшение гармонического состава ЭДС вариантным методом

В соответствии с ГОСТ 183-66 доля высших гармоник не должна превышать 5%, т.е. К_ф<5%.

Рассчитаем коэффициент формы:

К_ф=•100=4,19 %

Так как К_ф=4,19<5%, исходные данные определены верно.

Принимаем окончательный вариант: тип обмотки - двухслойная, с укороченным шагом, коэффициент укорочения в=0,8.



4. Расчет и конструирование окончательного варианта обмотки статора

4.1 Составление схемы-таблицы, схемы-развертки и звезды пазовых ЭДС окончательного варианта обмотки

В соответствии с результатами расчета, параметры окончательного варианта обмотки следующие:

Полюсное деление ф=6;

Шаг обмотки y=5;

Коэффициент укорочения в=0,8;

Число пазов на полюс и фазу q=2;

Угол сдвига ЭДС соседних пазов а=30 эл. градусов.

В соответствии с правилами конструирования обмотки строим схему-таблицу:

Рис. 3 Схема-таблица окончательного варианта обмотки статора Z=24; 2p=4; ф=6; q=2; y=5; в=0,8; а=30⁰ тип обмотки двухслойная



По рассчитанной схеме-таблице строим схему развертку:

Рис. 4 Схема-развертка окончательного варианта - обмотка статора



Данные обмотки: статора Z=24; 2p=4; ф=6; q=2; y=5; в=0,8; а=30⁰ тип обмотки двухслойная.

Рис. 5 Звезда пазовых ЭДС

Рис. 6 Звезда фазных ЭДС обмотки



3.3 Расчет числа витков секции, катушечной группы, фазы и ЭДС обмотки

Рассчитаем предварительное число витков фазы:

W_П= (4.1)

W_П==52,91 витков.

Рассчитаем число эффективных витков секции W_Э для двухслойных обмоток, оно определяется по формуле:

W_Э= (4.2)

W_Э==6,61 витков.

Округляем до ближайшего большего целого числа и получаем W_Э=7.

Рассчитаем число витков катушечной группы:

W_К=q•W_Э (4.3)

W_К=2•7=14 витков.

Найдем окончательное число витков фазы:

W_Ф=2•p•W_К (4.4)

W_Ф=2•2•14=56 витка.

По окончательному числу витков фазы определим величину индуктируемой ЭДС:



Е=Е•W_Ф (4.5)

Е=2,41•56=135 В.

Так как Е>U_Ф, то расчет можно считать законченным.



Литература

Основная

1. И.Ю. Лошкарев, В.А. Трушкин, Ю.В. Иванкина. Методическое указание к курсовой работе.

2. В.И. Сечин, О.В. Моисеева «Обмотки электрических машин и трансформаторов». Издательство ДВГУПС 2008г. - 166с.

3. В.И. Сукманов. Электрические машины и аппараты. Учебник. - М.; Высш. школа, 2001г.

4. И.Ю. Лошкарев. Электрические машины. Машины постоянного тока. Мет. указания к лабораторным работам.; Сарат. гос. агр. ун-т им. Н.И. Вавилова. Саратов. 2003г.

5. И.Ю. Лошкарев. Электрические машины. Асинхронные машины. Мет. указания к лабораторным работам.; Сарат. гос. агр. ун-т им. Н.И. Вавилова. Саратов. 2003г.

Дополнительная

1. И.Ю. Лошкарев. Терминологический словарь по электрическим машинам для студентов ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2003г.

Размещено на Allbest.ru