Обмотки статора: Типы обмоток и область применения

В пазах сердечника статора размешается трехфазная обмотка (в случае однофазных двигателей — двухфазная), которая соединяется с сетью трехфазного (однофазного) переменного тока. Трехфазная симметричная обмотка статора асинхронного двигателя состоит из трех однофазных обмоток, которые соединяются между собой по схеме звезда (У) или треугольник (Д). Между собой оси обмоток смещены в пространстве на электрический угол 360/m=360/3=120° (v— число фаз).

Два проводника, расположенных в пазах, отстоящих друг от друга на расстоянии у, называемом шагом обмотки, образуют простейший контур — виток. Каждый виток может состоять из нескольких параллельных (элементарных) проводников. Витки, уложенные в одну и ту же пару пазов и соединенные между собой последовательно, образуют катушку или секцию обмоткн. Совокупность катушек (секции), лежащих в соседних пазах b соединенных последовательно между собой, называется катушечной группой. Обмотка статора асинхронного двигателя состоит из совокупности катушечных групп, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно.

Параллельно соединенные катушечные группы образуют параллельные ветви обмотки, число которых  обозначается  a1.

Расстояние между осями соседних зубцов (пазов) называется зубцовым делением t (измеряется в единицах длины или в градусах). Шаг обмотки у может измеряться в зубцовых делениих и в градусах. Часть окружности статора, приходящаяся на один полюс магнитного поля, называется полюсным делением τ. Полюсное деление может измеряться в единицах длины, градусах, зубцовых делениях. Для первых двух случаев полюсное деление рассчитывается по формуле

               (5)

где D — диаметр расточки статора, м; 2р —число полюсов магнитного поля двигателя.

Из формулы (5) следует, что геометрический угол, соответствующий полюсному делению, равен 180° для двухполюсной машины, 90° для четырехполюсной, 60° для шестиполюсной и т. д. Но по определению полюсное деление — часть окружности, приходящийся на один полюс. А полюс занимает всегда электрический угол 180°, или половину периода. Отсюда вытекает связь между электрическими и геометрическими углами в электрических машинах в виде

1° (геометрический угол)=р° (электрический угол).    (6)

В частном случае, когда 2р=2, эти углы совпадают.

Шаг обмотки у, равный полюсному делению τ, называется диаметральным (обмотка с диаметральным шагом). Если у<τ, шаг обмотки называется укороченным, если у>τ — удлиненным. Разность τ—у называется укорочением. Относительное значение укорочения β равно:

β=у/τ .       (7)

Расположенные в соседних пазах стороны катушек, занимают q зубцовых делений, называемых числом пазов на полюс и фазу. Зная число пазов на статоре z1, величину q1 для многофазных обмоток можно определить по формуле

q1=z1 (2pm),       (8).

а для трехфазных обмоток

q1=z1/6p.

По -виду катушек обмотка статора асинхронного двигателя подразделяется на всыпные обмотки с мягкими катушками и обмотки с жесткими катушками. Мягкие катушки изготовляются из круглого медного или алюминиевого провода. Такие катушки наматываются на шаблоны, где им придается предварительная форма, и затем укладываются в изолированные трапецеидальние пазы (

рис. 9). После укладки катушек и закрепления их в пазах с помощью клиньев или крышек производится формовка лобовых частей и бандажирование. Междуфазовые изоляционные прокладки устанавливаются в процессе укладки обмоток. Обмотанный таким образом статор подвергается пропитке. Весь процесс изготовления всыпных обмоток может быть полностью механизирован.

Рис. 9. Пазы и обмотки статора: а — полузакрытый паз, обмотка однослойная; б — полузакрытый паз, обмоткаг двухслойная; в — открытый паз. обмотка двухслойная.; г — полуоткрытый паз, обмотка однослойная; 1 — обмоточный провод; 2 — пазовая коробка; 3 — прокладка под клином; 4 — прокладка между слоями; 5 — пазовый клин

Жесткие катушки (или полукатушки) изготовляются из прямоугольного изолированного провода. Окончательная форма придается катушкам до укладки. В двигателях напряжением до 0,66 кВ пазовую изоляцию устанавливают в сердечник до укладки катушек, а сами катушки не изолируют. После укладки катушек в полуоткрытые пазы (

рис. 9) обмотанный статор подвергают пропитке и сушке.

В двигателях напряжением 3 кВ и выше применяются катушки с корпусной изоляцией, которая наносится на катушки до укладки их в открытые пазы (рис. 9). В настоящее время применяется термопластичная изоляция и термореактивная изоляция типа «Монолит».

Всыпные обмотки статора асинхронного двигателя имеют следующие преимущества перед обмотками с жесткими катушками из прямоугольного провода:

  • возможность полной механизации всего процесса изготовления;
  • меньшая длина и вылет лобовых частей, а следовательно, и меньшие потери, более высокий КПД, меньшая длина активной части машины;
  • более благоприятная с точки зрения использования зубцовой зоны трапецеидальная форма паза;
  • меньшее открытие паза, обеспечивающее меньшие пульсации потока в воздушном зазоре, т. е. меньшие добавочные потери и намагничивающий ток;
  • большая производственная технологичность: намотка катушечных групп, в ряде случаев и обмоток фаз, производится без разрыва, т. е. меньшее число паек; возможность укладки обмотки в пазы сердечника без корпуса облегчают и удешевляют обмотку и пропитку.

В силу этих достоинств мягкие всыпные обмотки статора асинхронного двигателя дешевле и менее трудоемки.

Достоинствами жестких обмоток являются больший коэффициент заполнения за счет применения прямоугольных проводов и большая надежность, связанная с меньшей технологической дефектностью, так как в пазы укладываются готовые изолированные и проверенные катушки, которые подвергаются меньшим деформациям.

В силу указанных преимуществ всыпные обмотки статора асинхронного двигателя являются предпочтительными для асинхронных двигателей на напряжение до 1 кВ и мощностью до 100 кВт. В двигателях мощностью выше 100 кВт и в двигателях напряжением 3 кВ и выше обмотки выполняются из прямоугольного провода (из жестких катушек).

По размещению катушек в пазах различаются однослойные и двухслойные обмотки. Сторона катушки однослойной обмотки занимает паз полностью, при двухслойной обмотке в пазу располагаются вместе две стороны различных катушек, одна из которых устанавливается на дне паза, а другая — в части паза, прилегающей к расточке статора.

Механизация укладки обмотки на электромашиностроительных заводах привела к широкому применению однослойных концентрических обмоток в двигателях мощностью до 10—15 кВт. Для двигателей большей мощности (15—100 кВт) применяются более трудоемкие одно-двухслойные и двухслойные всыпные обмотки из круглого провода. Для двигателей мощностью выше 100 квт, обмотка которых укладывается вручную, применяются двухслойные обмотки.

Одно-двухслойные концентрические обмотки сочетают в себе преимущества однослойных в части осуществления механизированной укладки и двухслойных (возможно укорочение шага и уменьшение длины лобовых частей).

При ремонте асинхронных двигателей при отсутствии механизированной укладки обмоток применяют двухслойные обмотки.

Содержание

Типы обмоток и область применения

Страница 39 из 83

ГЛАВА VIII
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОБМОТОК ЯКОРЕЙ, РОТОРОВ И СТАТОРОВ
§ 8-1. Типы обмоток и область их применения
В электрических машинах постоянного и переменного тока применяют три вида обмоток: всыпные, шаблонные и стержневые, отличающиеся друг от друга по конструкции и технологии изготовления.
Всыпные обмотки наматываются из круглого изолированного провода на станках на специальные шаблоны. Формы с точно установленными размерами они не имеют, а укладываются (всыпаются) в полузакрытые пазы сердечников через узкие шлицы по одному проводнику.
Шаблонные обмотки изготовляют из круглых изолированных и прямоугольных проводов различных размеров. Шаблонным обмоткам придается определенная форма, проводники ее изолируются общей изоляцией. В таком виде катушки укладываются в пазы сердечников. Шаблонные обмотки иначе называют жесткими или формованными. Стержневые обмотки применяются в основном в роторах электродвигателей мощностью свыше 100 кВт. Шаблонные обмотки укладывают в открытые и полуоткрытые пазы, а стержневые вставляют в полузакрытые пазы с торца пакета ротора.

Обмотки статоров.

Статоры электрических низковольтных машин мощностью от 0,6 до 100 кВт имеют всыпную, а свыше 100 кВт, шаблонную обмотку из прямоугольного провода. В машинах мощностью до 7 кВт применяется однослойная, а в машинах мощностью свыше 10 кВт — двухслойная обмотка. Наружная изоляция на шаблонные обмотки накладывается лентой, а на пазовые части — лентой или простынкой. К статорным обмоткам высоковольтных асинхронных электродвигателей и синхронных генераторов на напряжение 3300 и 6600 в предъявляются более высокие требования, чем к обмоткам низковольтных машин.
Электрические машины на высокое напряжение работают на ответственных участках, поэтому они должны обладать высокой надежностью, которая обеспечивается главным образом надежностью обмоток. Надежность обмоток определяется конструкцией и технологией изготовления. Витковая и наружная изоляции катушек таких обмоток должны иметь высокую электрическую и механическую прочность. Электрическая прочность собственной изоляции проводов для высоковольтных катушек не является достаточной и, чтобы ее увеличить, на каждый проводник накладывают дополнительную витковую изоляцию.

Для катушек с изоляцией классов А и В, наматываемых проводами марок соответственно ПБД и ПСД, дополнительной витковой изоляцией служит микалента толщиной 0,1—0,13 мм, накладываемая на каждый проводник в один слой в 1/3 нахлеста. Провода марки ПСД катушек класса нагревостойкости В и F дополнительно изолируют стек ломика лентой толщиной 0,13 мм в один слой в 1/2—1/3 нахлеста. Наружная изоляция высоковольтных катушек состоит из нескольких слоев микаленты марки JIM4-11, количество которых принимается большим, чем у низковольтных машин. Статорные катушки пропитываются в битуме. В процессе изготовления изоляцию высововольных обмоток статоров испытывают напряжением, увеличенным против рабочего в три — четыре раза.
Обмотки фазных роторов. Фазные роторы электрических машин мощностью до 10 кВт имеют всыпную однослойную обмотку, машины
мощностью от 10 до 100 кВт — шаблонную обмотку из прямоугольных проводов и машины мощностью свыше 100 кВт — стержневую. Стержни ротора изготовляют из медных проводов прямоугольного сечения. С одной стороны у стержня изгибается лобовая часть, другому концу форма лобовой части придается непосредственно на роторе после укладки стержня в паз сердечника.

Обмотки якорей.

В машинах постоянного тока мощностью до 10 кВт якорные обмотки всыпные и их укладывают в полузакрытые пазы. Наматываются они из тех же марок проводов, что и всыпные обмотки статоров и роторов.
Якоря электрических машин мощностью свыше 10 кВт имеют шаблонную обмотку. В якорях большой мощности применяют стержневые обмотки. Катушки шаблонной обмотки, исходя из технологии изготовления, делятся на многовитковые и одновитковые.

Предотвращение повреждения изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя

Для обеспечения стабильной и долговременной работы агрегата необходимо принять меры по предотвращению повреждения изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя, поскольку именно оно является причиной аварий.

Основные причины повреждения обмотки – это:

  • экстремальные условия эксплуатации;
  • недостаточная стабильность или плохое качество изоляционного материала;
  • попадание грязи на поверхность обмотки;
  • увлажнение обмотки, приводящее к снижению ее электрической прочности;
  • попадание внутрь двигателя металлической пыли и стружки;
  • естественное старение изоляции;
  • долгая работа механизма при высокой температуре обмотки.

Повреждение изоляции может повлечь за собой замыкание между:

  • магнитопроводом и обмоткой;
  • фазными обмотками;
  • витками катушек.

Как предупредить повреждение изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя

Если вы хотите «продлить век» двигателя, следует соблюдать все условия его транспортировки, хранения и эксплуатации. Агрегат не должен находиться в неотапливаемом помещении с повышенной влажностью длительное время, поэтому следите за тем, чтобы в месте его хранения была приемлемая температура и хорошая вентиляция.

При длительной остановке механизма во влажную погоду закройте задвижки воздушных каналов выходящего и поступающего воздуха. В сухую и теплую погоду оставьте все задвижки открытыми.

Обмотки двигателя загрязняются, если для его охлаждения используется недостаточно чистый воздух, вместе с которым внутрь попадают капли или пары разных жидкостей, сажа, металлическая и угольная пыль и т.д. Износ контактных колод и щеток также приводит к образованию и оседанию проводящей пыли. Чтобы этого избежать, нужно тщательно ухаживать за узлами, периодически проводить техосмотр и чистку, ремонтировать изоляцию по мере надобности и очищать охлаждающий воздух.

Сильное нагревание и естественное старение приводит к потере механической стойкости изоляции, она становится гигроскопичной и хрупкой. Вибрация, возникающая вследствие ослабления креплений лобовых и пазовых частей обмотки, также может стать причиной разрушения изоляции.

Состояние изоляции определяется по значению ее сопротивления. Если оно меньше положенного, то обмотку чистят и сушат. Этот процесс состоит из нескольких этапов:

  • Разберите электродвигатель.
  • С помощью деревянного скребка и смоченной в бензине или керосине чистой ветоши удалите грязь и пыль с доступной поверхности обмотки.
  • В случае попадания морской воды на обмотку промойте ее пресной водой, чтобы соль не выделялась на поверхности.
  • Если двигатель закрытый, перед сушкой разберите его. Защищенную модель можно сушить и в собранном, и в разобранном виде.

Двигатель сушится инфракрасными лучами или горячим воздухом. Во втором случае необходимо наличие сушильной камеры, печи или ящика, на которых установлен электрический или паровой нагреватель. В приспособлениях для сушки должны быть два отверстия – вверху (для выхода водяного пара и нагретого воздуха) и внизу (для входа холодного воздуха).

Чтобы в процессе сушки избежать вспучивания изоляции или механических повреждений, температуру агрегата повышают постепенно, до 120 градусов для изоляции класса А и до 150 градусов для изоляции класса В. Сначала сопротивление изоляции и температура обмотки измеряется с интервалом 15-20 минут, затем промежуток увеличивается до 1 часа. Достижение установившегося значения сопротивления означает конец сушки.

Если обмотка увлажнена слабо, возможна сушка за счет тепловой энергии самого двигателя. Самый удобный способ – сушка с помощью переменного тока. Включите обмотку статора на пониженное напряжение, затормозив ротор (следите за тем, чтобы фазная обмотка ротора была замкнута накоротко, а ток в обмотке статора не превышал номинального значения). При однофазном напряжении соедините фазные обмотки последовательно, при пониженном трехфазном напряжении не изменяйте схему соединения обмоток.

Еще один способ сушки – использование энергии потерь в корпусе двигателя и магнитопроводе. Выньте ротор и уложите временную намагничивающую обмотку на статор, не распределяя ее по всей окружности (она должна охватывать только корпус и магнитопровод).

Как определить место повреждения изоляции обмотки

Чтобы узнать место повреждения, разъедините фазные обмотки и измерьте сопротивление изоляции каждой из них. Можно также проверить целостность изоляции с помощью контрольной лампы. Существуют и другие методы:

  • Измерение напряжения между магнитопроводом и концами обмотки. Пониженное постоянное или переменное напряжение подается на фазную обмотку с поврежденной изоляцией. Измерьте напряжение между магнитопроводом и концами обмотки, используя вольтметры V1 и V По соотношению напряжений определите место повреждения относительно концов обмотки.
  • Определение направления тока в частях обмотки. На магнитопровод и соединенные концы обмотки подается постоянное напряжение. Ток регулируется и ограничивается включенным в цепь реостатом R. Коснитесь двумя проводами милливольтметра поочередно концов каждой катушечной группы. Величина напряжения на концах катушечной группы с поврежденной изоляцией будет меньше.
  • Деление обмотки на части. Разделите пополам фазную обмотку, соединенную с магнитопроводом, распаяв междукатушечные соединения. Определите часть обмотки, соединенную с магнитопроводом, с помощью контрольной лампы или мегомметра. Продолжайте деление, пока не найдете катушку с поврежденной изоляцией.
  • «Прожигание». При сильном нагревании места контакта магнитопровода и проводников обмотки в месте повреждения появляется дым и искры.

Зная, как предупредить повреждение изоляции обмотки статора асинхронного электродвигателя и как обнаружить место повреждения, вы можете свести вероятность появления поломок и аварий к минимуму и самостоятельно провести мелкий ремонт механизма.


Обмотка статора - Энциклопедия по машиностроению XXL

Статор, обмотка статора (общее обозначение)  [c.273]

При выборе новой координатной системы следует учесть, что 1) количество переменных (координат) при линейных преобразованиях остается неизменным 2) новые переменные и коэффициенты желательно получить вещественными 3) процесс электромеханического преобразования энергии определяется взаимодействием результирующих электромагнитных полей статора и ротора, оси которых не совпадают друг с другом 4) в силу допущений о линейности идеализированных моделей существует прямая пропорциональность между значениями магнитных полей, токов и напряжений 5) результирующий баланс мощности между обмотками статора и ротора должен быть неизменным в любой системе координат [1].[c.83]


Статор Пакет статора Обмотка статора Пакет статора Обмотка статора  [c.194]

Число фаа обмотки статора Р1  [c.59]

Характеристики строятся при постоянной скорости ведущего вала, поэтому при испытаниях для уменьшения погрешности эта скорость должна поддерживаться постоянной. В электродвигателях постоянного тока это осуществляется проволочными реостатами, один из которых включается в цепь обмотки ротора, а другой (мень-шйй) — в цепь обмотки статора. В двигателях переменного тока используются водяные реостаты. Наиболее совершенной является многомашинная схема (система Леонардо).  [c.301]

Наиболее распространенным типом электродвигателя переменного тока является асинхронный двигатель, действие которого основано на том, что трехфазная обмотка статора, получающая питание от трехфазной сети переменного тока, создает вращающийся магнитный поток Ф, который, пересекая проводники ротора (якоря), наводит в них электродвижущую силу Ея. Если цепь якоря замкнута, то по его проводникам будет проте  [c.288]

Увеличение единичной мощности турбогенераторов сверх 150 тыс. кет было достигнуто применением форсированного охлаждения обмотки ротора водородом при давлении 1,5—2 атм и поверхностным охлаждением обмотки статора. Это дало возможность заводу Электросила построить в 1957 г. турбогенератор мощностью 200 тыс. кет.  [c.100]

Дальнейший прогресс в строительстве турбогенераторов связан с применением водяного охлаждения стержней обмотки статора. Первые машины с водяной системой охлаждения обмотки статора построены заводом Электросила , в 1960 г.—мощностью 165 тыс. кет, а в 1962 г.— мощностью 300 тыс. кет. Харьковский завод тяжелого электромашиностроения в 1962 г. изготовил первый в стране турбогенератор мощностью 300 тыс. кет с водородным охлаждением обмоток статора и ротора.  [c.100]

Каждый гидрогенератор имеет автономную систему охлаждения. Типичная схема водяного охлаждения обмотки статора гидрогенератора приведена на рис. 11.1.  [c.207]

Каждый стержень обмотки статора представляет собой либо набор полых элементов проводников, либо перемежающиеся полые и сплошные проводники, либо сочетание сплошных медных проводников с охлаждающими трубками из нержавеющей стали. После прохождения через обмотку дистиллят собирается в кольцевой сливной коллектор 5 и оттуда, пройдя реле, контролирующее наличие слива, возвращается в бак I. Скорость циркуляции охлаждающей воды выбирается максимально допустимой из соображений возможной коррозии охлаждающих каналов и не превышает обычно 1,5 м/с для меди и 3—5 м/с для нержавеющей стали.  [c.207]


Сельсин аналогичен трехфазному асинхронному двигателю. Он имеет статор и ротор. На статоре размещены под углом 120 три обмотки, соединенные между собой. Другие концы обмоток статора сельсина-датчика 1 соединены с обмотками статора сельсина-приемника 2. Роторы сельсинов имеют по два полюса, обмотки которых соединены между собой последовательно, а вторые концы выведены на контактные кольца на роторе. С помощью щеток через них подводится к роторам напряжение. Если обмотки роторов подсоединить к одному и тому же источнику переменного тока, то в обмотках статоров обоих сельсинов индуктируется э. д. с., равная, но противоположно направленная друг другу. Тока в обмотках при этом не будет и роторы будут находиться в равновесном состоянии. Равно-  [c.207]

Передача включает задающий сельсин 8, источник переменного тока 9, фазовый индикатор 7, усилитель 6, регулируемый двигатель постоянного тока 4, реечные колеса 2 и 5, сельсин обратной связи 1 и рейку 3 стола станка. Как видно из схемы, ротор сельсина обратной связи получает вращение от рейки стола станка во время его перемещения, которое осуществляется электродвигателем 4. Обмотки статоров обоих сельсинов питаются от одного и того же источника переменного тока частотой 200 Гц. Концы обмоток роторов, в которых индуктируется однофазный переменный ток той же частоты, подключены к фазовому индикатору 7. Он непрерывно сравнивает фазы напряжений обоих сельсинов и вырабатывает управляющий сигнал в виде напряжения, пропорционального разности фаз. Это напряжение после усиления используется для управления скоростью вращения электродвигателя 4. Стол станка будет перемещаться до тех пор, пока имеется несовпадение угловых положений роторов. Такой способ управления работой станка носит название способа фазовой модуляции.  [c.208]

Ротор турбины обы ию непосредственно соединяют с ротором электрогенератора, стремительный бег которого происходит в водородной среде, обеспечивающей его быстрое охлаждение и не оказывающей ему большого сопротивления. В переплетении электромагнитных полей в их могучем упругом взаимодействии и родится в обмотке статора электрический ток.  [c.40]

Для анализа электромагнитных переходных процессов в асинхронных электродвигателях обычно принимают следующие допущения все три фазы двигателя строго симметричны кривая намагничивания активной стали прямолинейна, а потери в стали отсутствуют влияние высших гармонических составляющих намагничивающих сил и полей незначительно к обмотке статора приложено симметричное трехфазное напряжение прямой последовательности со строго постоянными амплитудой и частотой [61], [117].  [c.18]

Статическая характеристика асинхронного двигателя с учетом активного сопротивления обмотки статора определяется по формуле  [c.21]

Конструктивное отличие основания ряда и одной производной гидрогенератора от другой состоит главным образом только в разных длинах активной стали генератора, в числе полюсов и в различных комбинациях числа витков обмотки статора.  [c.96]

Линейный шаговый волновой электродвигатель работает следующим образом. При помощи бегущего магнитного поля, создаваемого обмотками статора, гибкое звено  [c.145]

Схема балансировочного станка более совершенного типа показана на рис. 310,6. Опоры 1 балансируемой детали 3 опираются на плоские пружины 2. Колебания опор передаются тягами 4 электрическим устройствам 5, в которых возникает ток. Напряжение этого тока пропорционально амплитудам колебаний опор. Ток от этих электрических устройств после усиления подводится к одной из обмоток ваттметра 6. По показанию ваттметра 6 судят о величине амплитуды, а следовательно, и овеличинедис-баланса. Другая обмотка ваттметра 6 получает ток от генератора 7 переменного тока, ротор которого вращается синхронно с балансируемой деталью и представляет собой двухполюсный магнит. Градуированный статор генератора можно поворачивать при помощи рукоятки 8 или специального маховичка во время вращен я детали. Положение дисбаланса детали определяется по углу поворота обмотки статора, определяемому по лимбу поворачиваемой рукояткой или маховичком при максимальном отклонении стрелки ваттметра. Современные балансировочные станки высокопроизводительны и позволяют балансировать до 60—80 деталей в час.  [c.513]


Таким обазом, при переходе к системе [d, q. О] изменяются только переменные трехфазной обмотки статора. Связь между старыми и новыми переменными устанавливается путем анализа геометрических взаимоотношений двух координатных систем с общим результирующим вектором тока р (рис. 4.1, в). Как известно, результирующий вектор тока (потока) неподвижной трехфазной обмотки вращается в пространстве со скоростью ш и имеет значение, равное Va фазного тока. Для однозначного определения ip в обеих системах координат необходимо, чтобы проекции ip на оси d, q равнялись токам катушек d и q, а проекции на оси а, Ь, с — соответствующим фазным токам. При таком подходе амплитуды фазных токов будут завышены в 2 раза по сравнению с реальными значениями. Чтобы устранить это несоответствие, можно изменить масштабы либо результирующего, либо фазных токов.  [c.84]

Если внутреннее сопротивление источника тока, т. е. сопротивление проводов обмотки статора, значительно меньше сопротивления внешней электрической цепи, то напряжение и на выходе генератора можно считать равным по абсолютному значению ЭДС индукции в п последовательно включенных витках обмотки и = пе = пВЗш sin ot. (68.5)  [c.238]

Обобщенная модель ЭМ в физической интерпретации представляется в виде эквивалентной идеализированной (ненасыщенной, с синусными обмотками и гладким воздушным зазором) двухполюсной и двухфазной явнополюсной ЭМ - рис. 5.1 (любая симметричная многополюсная и многофазная ЭМ с Ш -фазной обмоткой статора и ш 2-фазной обмоткой ротора может быть приведена к эквивалентной двухполюсной и двухфазной ЭМ). Ротор ее имеет три обмотки -  [c.102]

Z- 2i, d22 активные сопротивления и полные индуктивности соответствующих обмоток Afrfi J, M(ji2 qj I й Md2 — взаимные индуктивности между обмотками статора и ротора и между обмотками рюто-ра , М( 1, н 21. м 721 "d22 di [c.104]

Принципиально несложно в обобщенной модели ЭМ также учесть влияние высщих гармоник магнитного поля, вызываемых размещением обмотки I конечном числе пазов и неравномерностью воздушного зазора, если предположить линейность ее параметров (отсутствуют высшие гармоники насыщения). Это позволяет рассматривать действие каждой к-м высшей гармоники независимо от других и использовать принцип суперпозиции. Так, реальный асинхронный ЭД при этом предположении можно заменить системой связанных общим валом ЭД с последовательно соединенными обмотками статоров, в воздушном зазоре каждого из которых присутствует только одна гармоника поля. Каждый такой элементарный ЭД имеет в к раз большее число пар полюсов, а скорость поля в нем в к раз. меньше скорости основной волны, и поэтому ЭДС, индуктируемые в их обмотках, имеют частоту, сети. Описание процессов для каждого ЭД выполняется идентично и при принятой интерпретации система уравнений равновесия АД будет включать уравнение обмотки статора и и (по числу учитываемых гармоник) подобных уравнений ротора.  [c.110]

Для примера в табл. 6.12 представлен фрагмент матрицы коэффициентов влияния таких параметров, как диаметр (1 и длина пакета статора, длина полувитка обмотки статора /ц,,, диаметр провода (1 р, диаметр Дз и длина пакета ротора, диаметр паза ротора с1 2, ширина Дк и высота короткозамкнутого кольца обмотки ротора, значение i/l и частота / питающего напряжения асинхронного двигателя ГМА4П, на основные рабочие показатели этого двигателя. Коэффициенты влияния могут также служить для обоснованного вьще-ления группы параметров, по которым будет проводиться поиск значений допусков. Для параметров, изменение которых оказывает незначительное влияние на уровень показателей, (например, табл. 6.11), допуски должны назначаться по технико-экономическим соображениям.  [c.247]

Следуюн(ий метод регулирования основан на использовании индукционного регулятора (рис. 5-8, г). Простейшим индукционным регулятором может служить заторможенЕ1ый асинхронный двигатель с фазным ротором, устроенный таким образом, чтобы ротор можно было плавно поворачивать на 180°. К тре хфазной сети присоединяются три фазные обмотки либо ротора, либо статора, создающие вращающееся магнитное поле. Если к сети присоединен ротор, то в каждой фазной обмотке статора благодаря вращающемуся магнитному полю индуктируется переменное напряжение. При повороте ротора амплитуда этого напряжения остается одной и той же, а фаза будет изменяться. Первичная обмотка испытательного трансформатора присоединяется к сети последовательно с одной из указанных выше фазных обмоток. Вследствие этого к трансформатору прикладывается геометрическая сумма напряжения сети П] и напряжения фазной обмотки В зависимости от положения ротора сдвиг фаз между напряжениями П, и Пз имеет различное значение. Таким образом, напряжение на первичной обмотке трансформатора Пт при повороте ротора будет плавно и.зменяться от минимума (О1 — С/. ) до максимума (и214 >) Индукционные регуляторы обеспечивают плавное регулирование напряжения, по вызывают искажение кривой напряжения.  [c.106]

Пели обозначить через р число пар полюсов обмотки статора, то синхронная ско[)ость двигателя связана с частотой питающего тока /с соотноилеиием  [c.289]

Область III называется областью режима противовключе-ния, когда угловая скорость вращения магнитного потока меняет знак при неизменном направлении момента на валу двигателя. Скольжение s изменяется от s = 1 до 5 = оо. Этот режим используется для торможения путем переключения на ходу двух фаз обмотки статора.  [c.290]

Дистиллированную воду от общестанционной системы водо-подготовки подают в расплирительный водяной бак /, уровень воды в котором поддерживается регулятором. При снижении уровня в баке из-за протечек в системе охлаждения регулятор добавляет дистиллят из магистрали. В баке / создается либо вакуум за счет работы водяного эжектора 10, либо избыточное давление инертного газа. Из бака 1 с помощью насосов 2 дистиллят подают в теплообменники 4, а затем в фильтры (механический 5, ионообменный 6, магнитный 7), измеритель электропроводимости, расходомер, напорный коллектор 8 обмотки статора, а из него по фторопластовым шлангам — в стержни обмотки статора.  [c.207]


Кроме числа полюсов, угол шагового поворота зависит также от схемы управления двигателем. Она может быть трех- или шеститакт-ной, т. е. полный цикл переключения статорных обмоток может осуществляться за 3 или 6 управляющих импульсов. При шести-тактной системе частота срабатывания в 2 раза выше, чем при трехтактной. При первом такте напряжение в этом случае подается на первую обмотку статора, при втором — на первую и вторую, при третьем — только на вторую, при четвертом — на вторую и третью, при пятом — только на третью, при шестом — на третью и первую.  [c.202]

Гг — активные сопротивления фаз обмоток статора и ротора (последнее приведено к обмотке статора) — индуктив-  [c.20]


ВИДЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗОБРАЖЕНИЯ. - СХЕМЫ ОБМОТОК -



ВИДЫ ОБМОТОК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗОБРАЖЕНИЯ.

Важная составная часть электродвигателей - ее обмотки, в которых происходят основные рабочие процессы по преобразованию энергии. В наиболее распространенных типах электрических машин можно выделить:


трехфазные обмотки машин переменного тока, используемые обычно в статорах трехфазных асинхронных и синхронных машин, а также в роторах асинхронных двигателей с контактными кольцами.

 
однофазные обмотки статоров асинхронных однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором.

 
обмотки якорей коллекторных машин постоянного и однофазного переменного тока.

 
короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных электродвигателей.

 
обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин.


Обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин состоят, как правило, из сравнительно простых полюсных катушек. Несложным является и устройство короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей. Остальные же виды перечисленных выше обмоток представляют собой достаточно сложные системы размещенных в пазах изолированных проводников, соединенных по особым схемам, требующим специального изучения.
Виток обмоток:
Простейшим элементом обмотки является виток, который состоит из двух последовательно соединенных проводников, размещенных в пазах, находящихся, как правило, под соседними разноименными полюсами.
Лежащие в пазах проводники витка являются его активными сторонами, поскольку именно здесь наводится ЭДС от главного магнитного поля машины. Находящиеся вне паза части витка, соединяющие между собой активные проводники и располагающиеся по торцам магнитопровода, называются лобовыми частями.
Проводники, образующие виток, могут состоять из нескольких параллельных проводов. Обычно к этому прибегают, чтобы сделать обмотку мягкой и облегчить ее укладку в пазы.
Один или несколько последовательно соединенных витков образуют катушку или секцию обмотки. Если секция состоит из одного витка, то такую обмотку называют стержневой, так как в этом случае находящиеся в пазах проводники обычно представляют собой жесткие стержни. Обмотка, состоящая из многовитковых секций, называется катушечной.
Катушка обмотки:
Катушка, или секция обмотки, характеризуется числом витков wc и шагом y, т. е. количеством охватываемых ею зубцов магнитопровода. Так, например, если одна сторона катушки (секции) лежит в первом пазу, а вторая - в шестом, то катушка охватывает пять зубцов и шаг ее равен пяти (у = 5). Шаг, таким образом, может быть определен как разность между номерами пазов, в которые уложены обе стороны катушки (у = 6 - 1 = 5). 
Зачастую в обмоточных данных и технической литературе шаг обозначают номерами пазов (начиная с первого), в которые уложены стороны катушки, т. е. в данном случае это обозначение выглядит так: у = 1 - 6. 
Шаг обмотки называют диаметральным, если он равен полюсному делению τ, т. е. расстоянию между осями соседних разноименных полюсов, или, что то же самое, числу пазов (зубцов), приходящихся на один полюс. В этом случае у = τ = z/2p, где z - число пазов (зубцов) сердечника, в котором размещена обмотка; 2р - число полюсов обмотки.
Если шаг катушки меньше диаметрального, то его называют укороченным. Укорочение шага, характеризуемое коэффициентом укорочения ky = у / τ, широко применяется в обмотках статоров трехфазных асинхронных электродвигателей, так как при этом экономится обмоточный провод (за счет более коротких лобовых частей), облегчается укладка обмотки и улучшаются характеристики двигателей. Применяемое укорочение шага обычно лежит в пределах 0,85 - 0,66.
В духполюсной электрической машине центральный угол, соответствующий полюсному делению, равен 180°. Хотя в четырехполюсных машинах этот геометрический угол равен 90°, в шестиполюсных - 60° и т. д., принято считать, что между осями соседних разноименных полюсов во всех случаях угол равен 180 электрическим градусам (180 эл. град.). Иначе говоря, полюсное деление τ = 180 эл. град. 
Различают однослойные обмотки, где каждый паз занят стороной одной катушки (секции), и двухслойные, где в пазах размещены стороны разных катушек (секций) в два слоя.Способы изображения обмоток:
Способы изображения обмоток электрических машин достаточно условны и своеобразны. Обмотки содержат большое число проводников, и изобразить все соединения и проводники на чертеже практически невозможно. Поэтому приходится прибегать к изображению обмоток в виде схем.
Преимущественно пользуются двумя основными способами изображения обмоток на схемах. 
При первом способе цилиндрическую поверхность сердечника вместе с обмоткой (а у коллекторных машин - вместе с коллектором) как бы мысленно разрезают по образующей и разворачивают на плоскость чертежа. Такого типа схемы называются развернутыми, или схемами-развертками (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Развернутая схема трехфазной однослойной концентрической обмотки с z = 24, 2р = 4.

При втором способе обмотку как бы проектируют на плоскость, перпендикулярную оси сердечника, показывая вид обмотки с торца (для коллекторных машин обычно со стороны коллектора). Проводники (или активные стороны секций и катушек), расположенные в пазах па поверхности сердечника, изображают кружочками и показывают торцевые (лобовые) соединения обмотки. При необходимости изображают не только видимые с данной стороны торцевые соединения обмотки, но и размещенные с обратной стороны сердечника невидимые лобовые части, причем их изображение в этом случае выносится за окружность сердечника. Схемы такого типа называют торцевыми, или круговыми (рис. 2.2).


Рис. 2.2. Торцевая схема обмотки m = 3, z = 24, 2р = 4.


Торцевая и развернутая схемы обмоток:
Наиболее распространены схемы, выполненные по первому способу. Они легче читаются и более наглядны. Для облегчения чтения и выполнения торцевых схем их выполняют упрощенным способом (рис. 2.3). Но даже после этого для обмотчика, не имеющего достаточного опыта работы с торцевыми схемами, они кажутся непонятными и неудобочитаемыми. В развернутых схемах расположение катушек и катушечных групп, соединение катушек и катушечных групп выглядит более реально и понятно.

Рис. 2.3. Торцевая схема при 2р = 4, а = 1.

Схемы дают достаточно четкое представление об устройстве и размещении на сердечнике всех элементов обмотки и соединений между ними. На схемах в основном изображают лишь проводники обмотки, стараясь по возможности опустить все остальные детали, загромождающие схему и затрудняющие ее чтение. Необходимые дополнительные технические данные приводятся на схемах в виде надписей. 
Катушка, или секция на схеме изображается одной линией независимо от того, намотана она в один провод или в несколько параллельных проводов, состоит из одного витка или является многовитковой. На развернутой схеме секция или катушка изображаются в виде замкнутой, напоминающей действительную конфигурацию секции (катушки) фигуры, от которой ответвляются выводы.
В развернутых схемах двухслойных обмоток стороны катушек или секций, лежащие ближе к воздушному зазору, т. е. в верхнем слое паза, изображают сплошными линиями, а стороны, лежащие в нижнем слое, - штриховыми (пунктирными). Иногда (в книгах старых изданий) активные стороны катушек в обоих слоях паза изображают сплошными линиями, но те стороны, что лежат в верхнем слое, располагают слева, а те, что лежат в нижнем слое, - справа.
На схемах трехфазных обмоток провода разных фаз могут изображаться различающимися между собой линиями, например сплошными, штриховыми и штрихпунктирными, линиями разной расцветки или разной толщины, двойными линиями с разной штриховкой между ними.
На схемах обычно указывают номера пазов, номера коллекторных пластин, могут быть также обозначены номера секций и их сторон, номера и маркировка выводных концов катушечных групп, фаз обмотки, указаны направления токов, фазные зоны, полюса магнитного поля и т. д. (рис. 2.4 - 2.6).


Рис. 2.4. Развернутая схема двухслойной обмотки при z = 24, 2р = 4, q = 2.
Рис. 2.5. Изображение катушечных групп на схемах: а - развернутой, б – условной.
Рис. 2.6. Условные схемы двухслойной обмотки статора: а - для трех фаз при 2р = 2; б - для одной фазы при 2р = 2, в - для одной обмотки статора при 1р = 4.

Схемы необходимы не только при изучении принципа работы обмоток, их устройства, свойств и особенностей, но также и для выполнения обмоточных работ. Не имея схемы и не сверяясь с ней в процессе работы, трудно выполнить обмотку, поэтому перед началом ремонта обмотки надлежит составить ее схему или найти в справочнике аналогичную.


Упрощенные торцевые схемы:
Следует отметить, что полные развернутые и торцевые схемы сложных многополюсных обмоток с большим числом пазов получаются очень громоздкими и трудными для чтения. 
В этих случаях в процессе выполнения обмоток, элементы которых повторяются, часто используют практические развернутые схемы, где изображена, например, лишь одна фаза (иногда часть фазы) трехфазной обмотки или несколько секций обмотки коллекторной машины. Широко используются также упрощенные торцевые схемы, где целые катушечные группы изображаются в виде части дуги с обозначениями выводов, а более мелкие элементы обмотки не изображают или изображают на схеме отдельно. Упрощенные торцевые схемы удобны при выполнении соединений между катушечными группами в сложных обмотках.


Источник:

Статор турбогенератора и его конструкция

Турбогенераторы - мощные электрические машины (мощность отдельных доходит до пары гигаватт), созданные для того, чтобы вырабатывать электрическую энергию. Важнейшей активной частью ТГ, наравне с ротором, является статор.

Статор является самой массивной частью ТГ и достигает веса в сотни тонн, в зависимости от мощности машины.

Конструкция статора ТГ

Несмотря на разнообразие типов турбогенераторов, можно выделить основные узлы и части, которые встречаются у большинства типов ТГ: корпус, обмотка, сердечник, торцевые щиты, газоохладители, фундамент.

Корпус статора состоит из листов стали, которые свариваются и образуют обшивку корпуса. Кроме обшивки корпус состоит из поперечных и торцевых стенок, ребер для крепления к ним сердечника статора.

Обмотка статора ТГ выполняется двухслойной петлевой стержневого типа. Стержень имеет лобовую и пазовую часть. Лобовые части выполняются корзиночного типа и крепятся к бандажным кольцам специальным шнуром.

Бандажные кольца крепятся к кронштейнам.

Фазы обмоток соединяют в звезду. При соединении в треугольник возникают токи третьих гармоник, которые вызывают потери и в статоре и на поверхности ротора. Стержни обмоток располагаются на дне паза. Стержень состоит из отдельных медных проводников, это необходимо для защиты от вихревых токов. Чем дальше проводник находится от дна паза, тем ниже его индуктивное сопротивление. Для протекания равномерного тока по обмотке, стержни на протяжении длины транспонируют (переворачивают, переплетают) на 360 или 540 градусов. В генераторах с непосредственным охлаждением статора между проводниками вставляют и трубки с охлаждающей средой.

Изоляция обмотки бывает, например, класса F и называется термореактивной. Встречаются такие её виды - “слюдотерм”, “монолит”, “монолит 2” и др.

Сердечник представляет собой бочку, которая состоит из прессованных листов электротехнической стали, которые разделены на пакеты. Ширина пакета составляет порядка 4-5 см. Особые требования предъявляются к крайним пакетам, так как на них производится большее воздействие, чем на остальные пакеты.

Для их защиты устанавливают экраны или магнитные шунты. Между пакетами установлены дистанционные распорки, которые создают вентиляционные каналы, необходимые для охлаждения статора. Чтобы еще сильнее стянуть конструкцию, к первым крайним пакетам установлены нажимные пальцы. Собранный сердечник с двух сторон припирают нажимными плитами с помощью гаек, прикрученных к ребрам корпуса.

Сердечник статора служит для создания переменного магнитного потока, поэтому иногда его называют магнитопровод.

Газоохладители представляют собой горизонтально или вертикально расположенные секции, состоящие из большого количества биметаллических трубок (наружная поверхность - алюминий, внутренняя - латунь). Вода подается через фланцы, проходит через газоохладитель и на выходе охлаждается. Температуры на входе и выходе из газоохладителей контролируются, чтобы предотвратить неприятные события. Например, образование воды при охлаждении водородом при понижении температуры и повышении влажности.

При охлаждении воздухом - воздухоохладитель, при охлаждении водой, водородом - газоохладитель.

Торцевые щиты находятся с торцов статора и закрывают его. В щитах имеется отверстие для ротора. Щиты предназначены для ограничения внутреннего пространства статора от окружающей среды, создания в торцевых частях вентиляционных каналов, защита лобовых частей статора.

Щиты выполняются выпуклыми, они должны быть газоплотными, герметичными и должны выдерживать давление изнутри генератора на свои части.

Фундамент должен выдерживать все механические и динамические нагрузки, которые посылает на него статор. Фундамент отвечает за взаимное расположение генератора, турбины и возбудителя. Статор ставят лапами на опорные плиты, выполненные из стали. Генераторы выше 12 МВт имеют отдельные плиты для лап статора, возбудителя, подшипника.

Системы охлаждения статоров ТГ

Конструкции статоров похожи, но различаются, в зависимости от способов охлаждения обмотки и сердечника. В качестве охлаждающей среды может выступать воздух, водород, вода или масло. Процесс охлаждения может быть непосредственным или косвенным.

Непосредственное (форсированное) охлаждение - охлаждающая среда взаимодействует с обмоткой напрямую, это могут быть вентиляционные трубки внутри стержней.

Косвенное охлаждение - охлаждающая среда циркулирует по статору через вентканалы и не касается с жилами обмотки статора. Между ними изоляция проводников.

Приведем наглядную таблицу, где покажем, в каких генераторах каким образом происходит охлаждение обмотки и сердечника статора.

Тип турбогенератора Система охлаждения обмотки статора Система охлаждения сердечника статора
Т2, ТФ, Т3Ф косвенное воздушное непосредственное воздушное
ТВ2, ТВФ косвенное водородом непосредственное водородом
U В – вольт напряжение
ТВВ непосредственное водой непосредственное водородом
ТГВ непосредственное водородом или водой* (*выше 500МВт) непосредственное водородом или водой* (*выше 500МВт)
Т3В непосредственное водой непосредственное водой
ТВМ непосредственное маслом непосредственное маслом
ТА косвенное воздушное непосредственное воздушное
Т3ВА непосредственное водой непосредственное водой

Каждый пункт и абзац приведенный в данной статье заслуживает отдельной не книги, но статьи точно. В данном материале были кратко и поверхностно представлены основные понятия о статорах турбогенераторов. Более широко раскрывать эту тему буду в других статьях, которые выйдут позже.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Самое популярное



Инструкция по предупреждению повреждения изоляции обмотки

Около 80% аварий электрических машин связано с повреждением обмотки статора. Высокая повреждаемость обмотки объясняется тяжелыми условиями работы и недостаточной стабильностью электрических свойств изоляционных материалов. В результате повреждения изоляции может произойти замыкание между обмоткой и магнитопроводом, замыкание между витками катушек или между фазными обмотками.
Причины повреждения обмоток статора асинхронных электродвигателей
Основной причиной повреждения изоляции является резкое снижение электрической прочности под влиянием увлажнения обмотки, загрязнения поверхности обмотки, попадания в электродвигатель металлической стружки, металлической и другой проводящей пыли, наличия в охлаждающем воздухе паров различных жидкостей, продолжительной работы электродвигателя при повышенной температуре обмотки, естественного старения изоляции. 
Увлажнение обмотки может произойти вследствие продолжительного хранения электродвигателя в сыром неотапливаемом помещении. В установленном электродвигателе увлажнение может произойти при длительном неподвижном состоянии, особенно при повышенной влажности окружающего воздуха или при попадании воды непосредственно в электродвигатель вследствие плохой герметичности.
Для предупреждения увлажнения обмотки во время хранения электродвигателя необходимы хорошая вентиляция складского помещения и умеренное отапливание в холодное время года. В периоды длительных остановок электродвигателя при сырой и туманной погоде следует закрывать задвижки воздушных каналов поступающего и выходящего воздуха. При теплой сухой погоде все задвижки должны быть открыты. 
Загрязнение обмотки электродвигателя происходит главным образом вследствие использования для охлаждения недостаточно чистого воздуха. Вместе с охлаждающим воздухом в электродвигатель могут попадать угольная и металлическая пыль, сажа, пары и капли различных жидкостей. Вследствие износа щеток и контактных колец образуется проводящая пыль, которая при встроенных контактных кольцах оседает на обмотках электродвигателя. 
Предотвращение загрязнения может быть достигнуто внимательным уходом за электродвигателем и тщательной очисткой охлаждающего воздуха. Необходимо периодически осматривать электродвигатель, очищать его от пыли и грязи и в случае необходимости производить мелкий ремонт изоляции. При повышенном нагревании, а также в результате естественного старения изоляция в значительной мере утрачивает механическую прочность, становится хрупкой и гигроскопичной. 
При длительной работе машины крепления пазовых и лобовых частей обмотки ослабляются и вследствие вибрации их изоляция разрушается. Изоляция обмотки может быть повреждена: из-за небрежной сборки и транспортировки электродвигателя, вследствие разрыва вентилятора или бандажа ротора, в результате задевания ротора за статор.
Сопротивление изоляции обмотки статора асинхронных электродвигателей
О состоянии изоляции можно судить по ее сопротивлению. Минимальное сопротивление изоляции зависит от напряжения U, В, электродвигателя и его мощности Р, кВт. Сопротивление изоляции обмоток от магнитопровода и между разомкнутыми фазными обмотками при рабочей температуре электродвигателя должно быть не менее 0,5 МОм. 
При температуре ниже рабочей это сопротивление необходимо удваивать на каждые 20° С (полные или неполные) разности между рабочей температурой и той температурой, для которой оно определяется. 
Измерение сопротивления изоляции электрических машин
Обычно измерение сопротивления изоляции производится специальным прибором - мегомметром. Для обмоток электрических машин с номинальным напряжением до 500 В напряжение мегомметра должно быть 500 В, для обмоток электрических машин с номинальным напряжением свыше 500 В напряжение мегомметра 1000 В. Если измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного, то необходимо произвести очистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и удаляют грязь с доступных поверхностей обмотки с помощью деревянных скребков и чистых тряпок, смоченных в керосине, бензине или четыреххлористом углероде.
Способы сушки асинхронных электродвигателей
Сушку защищенных машин можно производить как в разобранном, так и в собранном виде, закрытые машины необходимо сушить в разобранном виде. Способы сушки зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева. При сушке внешним нагревом используется горячий воздух или инфракрасные лучи. Сушку горячим воздухом проводят в сушильных печах, ящиках и камерах, снабженных паровыми или электрическими нагревателями. Сушильные камеры и ящики должны иметь два отверстия: внизу для входа холодного воздуха и вверху для выхода нагретого воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке. 
Температуру электродвигателя следует повышать постепенно во избежание появления механических напряжений и вспучивания изоляции. Температура воздуха не должна превышать 120°С при изоляции класса А и 150° С при изоляции класса В. 
В начале сушки необходимо измерять температуру обмотки и сопротивление изоляции через каждые 15—20 мин, затем интервал между измерениями можно увеличить до одного часа. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто установившееся значение сопротивления. При слабом увлажнении обмотки сушку можно производить за счет выделения тепловой энергии непосредствено в частях электродвигателя. Наиболее удобна сушка переменным током, когда обмотку статора включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе; при этом фазная обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен превышать номинального значения. 
Изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции в зависимости от времени сушки пониженное напряжение, то схему соединения обмоток статора можно не изменять, для однофазного напряжения целесообразно фазные обмотки соединять последовательно. Для сушки может быть использована энергия потерь в магнитопроводе и корпусе электродвигателя. Для этого при вынутом роторе на статор укладывают временную намагничивающую обмотку, охватывающую магнитопровод и корпус. Нет необходимости распределять намагничивающую обмотку по всей окружности, она может быть сосредоточена на статоре в наиболее удобном месте. Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким образом, чтобы индукция в магнитопроводе составляла (0,8-1) Т в начале сушки и (0,5-0,6) Т в конце сушки. 
Для изменения индукции делают отводы от обмотки или же регулируют ток в намагничивающей обмотке. 
Методы определения места повреждения изоляции обмотки 
Прежде всего необходимо разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода или по крайней мере проверить целость изоляции Определение места повреждения изоляции двумя вольтметрами. Определение катушечной группы с поврежденной изоляцией контрольной лампой. При этом удается выявить фазную обмотку с поврежденной изоляцией. 
Для определения места повреждения могут быть использованы различные методы: метод измерения напряжения между концами обмотки и магнитопроводом, метод определения направления тока в частях обмотки, метод деления обмотки на части и метод "прожигания". При первом методе на фазную обмотку с поврежденной изоляцией подается пониженное переменное или постоянное напряжение и вольтметрами измеряют напряжение между концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее концов. Этот метод не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении обмотки. 
Второй метод заключается в том, что постоянное напряжение подается на объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод. Для возможности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат R. Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой соединения с магнитопроводрм, будут противоположными. Если поочередно касаться двумя проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка милливольтметра будет отклоняться в одном направлении до тех пор, пока провода от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с поврежденной изоляцией. На концах следующих катушечных групп отклонение стрелки изменится на противоположное. 
У катушечной группы с поврежденной изоляцией отклонение стрелки будет зависеть от того, к какому из концов ближе место повреждения изоляции; кроме того, величина напряжения на концах этой катушечной группы будет меньше, чем на других катушечных группах, если повреждение изоляции не находится вблизи концов катушечной группы. Таким же образом производится дальнейшее определение места повреждения изоляции внутри катушечной группы.

Базовые знания обмотки статора

Обмотка статора - это обмотка, установленная на статоре, то есть медная проволока, намотанная вокруг статора. Обмотка - это общий термин для однофазной или всей электромагнитной цепи, состоящей из нескольких катушек или катушек. По форме обмотки катушки и способу встроенной проводки двигатель можно разделить на централизованный и распределенный типы. Намотка и установка централизованных обмоток относительно просты, но их эффективность и рабочие характеристики невысоки.В настоящее время большинство статоров двигателей переменного тока имеют распределенные обмотки. В зависимости от типа машин, моделей и условий процесса намотки катушек для каждого двигателя разрабатываются разные типы и характеристики обмоток. Обмотку статора можно разделить на явный полюсный тип и неявный полюсный тип в соответствии с соотношением между количеством полюсов и распределением обмоток.

Краткое введение :

Статор двигателя - важная часть генератора и стартера.Статор - важная часть двигателя. Статор состоит из трех частей: сердечника статора, обмотки статора и станины машины. Основная функция статора - создавать вращающееся магнитное поле, а основная функция ротора - генерировать (выводить) ток путем резки магнитной проволоки во вращающемся магнитном поле.

Централизованная обмотка :

Централизованная обмотка используется в статоре с явным полюсом. Обычно его наматывают в прямоугольную катушку, оборачивают и формируют лентой основы, затем сушат окунанием краской и заделывают в сердечник выступающего полюса.Как правило, катушка возбуждения коллекторного двигателя (включая двигатель постоянного тока и обычный двигатель) и обмотка главного полюса однофазного двигателя с явнополюсным кожухом имеют централизованную обмотку.

Централизованная обмотка обычно имеет по одной катушке на каждом полюсе, но она также принимает форму общего полюса (скрытого полюса). Например, двигатель рамного типа с закрытыми полюсами - это двигатель, в котором одна катушка образует два полюса.

Распределенная обмотка :

Статор двигателя с распределенной обмоткой не имеет выступа полюсов.Каждый полюс состоит из одной или нескольких катушек, которые встроены и подключены согласно определенным правилам. При электризации образуются полюса разной полярности, поэтому его еще называют скрытыми полюсами. Распределенные обмотки можно разделить на концентрические обмотки и перекрывающиеся обмотки в соответствии с различными формами расположения встроенной проводки.

1. Концентрическая обмотка :

Концентрическая обмотка состоит из нескольких катушек одинаковой формы, но разных размеров, которые встроены в одно и то же центральное положение в группу катушек в форме петли.Концентрические обмотки могут образовывать двойные или тройные обмотки в соответствии с различными режимами подключения. Обмотки статора однофазных двигателей и некоторых трехфазных асинхронных двигателей с малой мощностью или катушками с большим пролетом используют этот тип.

2. Ламинированная обмотка :

Составные обмотки обычно состоят из катушек одинаковой формы и размера, с одним или двумя краями катушек, встроенными в каждый паз и равномерно распределенными на каждом конце паза. Сложенную обмотку можно разделить на однослойную и двухслойную.Каждый паз имеет только одну кромку катушки, встроенную в однослойную обмотку или однослойную обмотку; когда каждый паз встроен в два края катушки, принадлежащие разным группам катушек, они размещаются отдельно в верхнем и нижнем слоях паза, что называется двухслойной обмоткой или двухслойной обмоткой. В соответствии с вариацией режима встроенной проводки перекрывающаяся обмотка может также выводить уравнение перекрестного, концентрического перекрестного и однослойного гибридного. В настоящее время обмотки статора трехфазных асинхронных двигателей большей мощности представляют собой в основном двухслойные обмотки, тогда как в малых двигателях в основном используются производные обмотки однослойных обмоток, но редко используются однослойные обмотки.

Электрогенератор | инструмент | Британника

Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, преобразующая механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередач бытовым, коммерческим и промышленным потребителям. Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.

Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость.Механическая энергия может поступать из ряда источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый за счет тепла сгорания ископаемого топлива или ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели. Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.

Почти все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение полярности в секунду).Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной и той же частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.

Генераторы синхронные

Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую энергию при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд).Конкретная используемая форма переменного тока представляет собой синусоидальную волну, которая имеет форму, показанную на рисунке 1. Это было выбрано, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены и имеют такая же форма возникает в результате. В идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидным, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.

Синусоидальная волна.

Британская энциклопедия, Inc. Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Ротор

Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в пазы, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения.Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора. На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что соответствует синусоидальному распределению.

Элементарный синхронный генератор.

Британская энциклопедия, Inc.

Статор простейшего генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока.В этом случае статор содержит только одну катушку, две стороны которой размещены в пазах в утюге, а концы соединены вместе изогнутыми проводниками по периферии статора. Катушка обычно состоит из нескольких витков.

Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки.Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° из положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже. Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.

Роторная конструкция генератора на рисунке 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора.Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механического напряжения. В этом случае ротор генератора спроектирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °.Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Таким образом, требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов. Возможные значения частоты вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f - частота, а p - количество полюсов.

Разница между статором и ротором (со сравнительной таблицей)

Статор и ротор являются частями электродвигателя. Существенная разница между ротором и статором заключается в том, что ротор является вращающейся частью двигателя, а статор - неподвижной частью двигателя. Другие различия между статором и ротором показаны ниже в сравнительной таблице.

Рама статора , сердечник статора и обмотка статора являются частями статора .Рама поддерживает сердечник статора и защищает их трехфазную обмотку. Сердечник статора несет вращающееся магнитное поле, индуцируемое трехфазным питанием.

Ротор расположен внутри сердечника статора . Беличья клетка и ротор с фазовой намоткой являются типами ротора. Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока. Обмотка возбуждения создает постоянное магнитное поле в сердечнике ротора.

Содержание: Статор против ротора

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Статор Ротор
Определение Это неподвижная часть машины Это вращающаяся часть двигателя.
Детали Наружная рама, сердечник статора и обмотка статора. Обмотка ротора и сердечник ротора
Питание Трехфазное питание Источник постоянного тока
Обмотка Сложная Легкая
Изоляция Тяжелая Меньше
Потери на трение Высокие Низкие
Охлаждение Легко Сложное

Определение статора

Статор - это статическая часть двигателя.Основная функция статора - создание вращающегося магнитного поля. Рама статора, сердечник статора и обмотка статора являются тремя частями статора. Сердечник статора поддерживает и защищает трехфазную обмотку статора. Штамповка из высококачественной кремнистой стали составляет сердечник статора.

Определение ротора

Вращающаяся часть двигателя называется ротором. Сердечник ротора и обмотка ротора являются частью ротора. Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока.Беличья клетка и фазовая намотка - это типы ротора.

Сердечник ротора с короткозамкнутым ротором выполнен из железного цилиндрического сердечника. На внешней поверхности сердечника имеется полукруглая прорезь, на которой размещаются медные или алюминиевые проводники. На концах жилы закорачиваются с помощью алюминиевых или медных колец.

Работа ротора и статора

Статор создает вращающееся магнитное поле из-за трехфазного питания.Если ротор находится в состоянии покоя, то в них возникает электромагнитная сила из-за явления электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция - это явление, при котором ЭДС индуцируется в проводнике с током из-за переменного магнитного поля. В роторе возникает ток, который заставляет ротор двигаться.

Ключевые различия между статором и ротором

  1. Статор - это неподвижная часть машины, а ротор - это подвижная часть машины.
  2. Сердечник статора, обмотка статора и внешняя рама являются тремя частями статора, тогда как сердечник ротора и обмотка возбуждения являются частями ротора.
  3. Трехфазное питание подается на обмотку статора. Ротор возбуждается источником постоянного тока.
  4. Обмотка статора более сложная по сравнению с ротором.
  5. Обмотка статора хорошо изолирована, так как в ней индуцируется высокое напряжение. А у ротора низкая изоляция.
  6. Размер обмотки статора больше для пропускания сильного тока по сравнению с обмоткой возбуждения.
  7. Система охлаждения статора лучше по сравнению с ротором, потому что статор неподвижен.
  8. Потери на трение меньше в роторе по сравнению со статором из-за его небольшого веса.

Заключение

Статическая часть машины известна как статор. А вращающаяся часть машины известна как ротор. Ротор размещен внутри сердечника статора.Трехфазный ток подается на обмотку статора, которая создает вращающееся магнитное поле. Ротор вращается во вращающемся магнитном поле. Таким образом, ЭДС возникает из-за взаимодействия магнитного поля ротора и статора.

Статоры

- обзор | Темы ScienceDirect

Металлические статоры

Металлические статоры, также известные как жесткие статоры, могут поставляться, когда требования, условия эксплуатации и экономия согласованы. Металлические статоры могут выдерживать гораздо более высокое давление на ступень, чем эластомерные статоры, до 500 фунтов на квадратный дюйм на ступень.Они используются при перекачке более 5000 сП и позволяют использовать насосы с гораздо меньшей длиной для работы под высоким давлением, чем это было бы возможно для насосов PC. Посадка ротор-статор выполняется с зазором. Следовательно, снятие, очистка и повторная установка ротора намного проще и быстрее. Это особенно выгодно там, где требуется уборка каждую смену, например, на пищевых предприятиях. Продукты, которые чаще всего перекачиваются в пищевой промышленности, включают мясные эмульсии, начинки для печенья, глазурь для торта и печенья, глюкозу, клеи, пасты, горячую смазку и патоку, а также краски, горячие смолы, лаки и аналогичные высоковязкие материалы.

Металлические статоры доступны из различных нержавеющих сталей, а также из инструментальных сталей. Поскольку практически отсутствует контакт ротора со статором, исключается загрязнение продукта частицами износа эластомера. Насосы ПК с металлическим статором также могут работать при более высоких температурах до 500 ° F с модификациями со стороны привода. Они более устойчивы к истиранию при том же давлении на ступень, что и неметаллический статор, и могут иметь срок службы в десять раз больше, чем эластомерный статор. Они обладают более широкой химической совместимостью, чем это возможно с большинством эластомеров.При использовании в качестве насоса высокого давления с малым числом ступеней начальная стоимость насоса может быть аналогична эластомерной конструкции с большим числом ступеней. Как правило, максимальная скорость для насосов, оснащенных металлическими статорами, составляет 400 об / мин, а максимальный размер частиц - 200 микрон. Использование металлического статора (и соответствующего ротора) с меньшим количеством ступеней снижает вязкое сопротивление ротору, а меньшее трение повышает эффективность работы насоса.

Доступны и другие специальные конструкции, например, полые роторы, показанные на рис.121. Это уменьшает массу ротора и помогает уменьшить силы дисбаланса и вибрации ротора, а также продлевает срок службы.

РИСУНОК 121. Конструкция с полым ротором.

Электромагнитные силы и механические реакции обмоток статора до и после межвиткового короткого замыкания ротора в синхронных генераторах

В данной статье исследуется поведение электромагнитных сил обмотки статора до и после межвиткового короткого замыкания ротора (RISC) в синхронном генераторе. В отличие от других исследований, эта статья не только изучает характеристики электромагнитной силы, но также исследует механические реакции, регулярность повреждений и меры противодействия обмотке статора.Во-первых, получены формулы электромагнитной силы онлайн и торцевой части. Затем применяется трехмерная модель конечных элементов трехполюсного имитационного генератора, чтобы получить электромагнитную силу, и обнаруживается опасный паз статора. Наконец, определяется механический отклик каждой концевой обмотки, и особенно рассчитываются направленные деформации носовой части. Он показывает, что возникновение RISC приведет к влиянию электромагнитных сил на составляющие частоты вращения ротора, но составляющая постоянного тока и 2 p составляющие частоты вращения ротора по-прежнему остаются основными, которые будут уменьшены.Кроме того, износ изоляции обмотки в том же слое более серьезен, чем в другом слое, усталостное разрушение носа начинается с центра, а износ изоляции носа начинается сверху.

1. Введение

С увеличением мощности генератора электромагнитная сила обмотки, которая создает переменные напряжения и стимулирует вибрации, также увеличивается. Следовательно, обмотка будет более подвержена усталостному разрушению и износу изоляции.

Безусловно, ученые приложили много усилий для изучения свойств электромагнитных сил обмотки.Например, Merkhouf et al. предложили квази-трехмерную электромагнитную модель для расчета сил, действующих на токопроводящие шины в гидрогенераторах [1], в то время как Sanosian et al. продемонстрировали, как насыщение зубцов статора, фактическое распределение магнитного поля внутри прорези, вихревой ток в стержнях демпфера и форма выступающих полюсов влияли на электромагнитные силы в прорези [2]. В соответствии с законом Био-Савара для анализа магнитного поля на конце был использован метод зеркального отображения, а электромагнитная сила концевой обмотки была получена с использованием формулы силы Ампера [3].Между тем, Гэмпана и Файз всесторонне рассмотрели методы расчета магнитной силы, действующей на торцевую обмотку статора [4]. Сравнивая метод конечных элементов (МКЭ) с методом Био-Савара, было обнаружено, что МКЭ более эффективен для электромагнитного анализа [5]. Андрей Татевосян и Фокина провели исследование электромагнитного поля синхронного генератора на базе трехфазной индукционной машины [6]. Двухмерный анализ связи «поле – цепь – движение» использовался для расчета тока статора в асинхронных машинах с инверторным питанием, а также в гидрогенераторах.Рассчитано распределение электромагнитной силы по обмоткам статора [7, 8]. Для сравнения Станчева и Ячева использовали трехмерный МКЭ для анализа характеристик распределения электромагнитных сил в обмотке статора в турбогенераторах [9, 10]. Чонг и др. исследовали электромагнитную силу эвольвентной части концевых обмоток с помощью 3D МКЭ на ядерном генераторе и получены уязвимые части двойных обмоток на разных слоях [11]. В исх. В [12] электромагнитные силы обмоток трансформаторов при возникновении шунтов магнитного потока изучались на основе метода конечных элементов, который был подтвержден методом двойных рядов Фурье.В [13] был использован усовершенствованный МКЭ для определения характеристики сверхпроводимости, и результаты показывают эффективность применяемого метода для уменьшения потока утечки и электромагнитных сил обмоток. Было обнаружено, что в установившемся режиме в асинхронном двигателе существуют радиальные, окружные и осевые силы, состоящие из постоянной составляющей и синусоидальной составляющей на удвоенной частоте [14]. Кроме того, свойства обмотки якоря, такие как количество слоев обмотки и коэффициент заполнения паза, будут влиять на гармонические составляющие магнитодвижущей силы, приводя к изменениям магнитного поля.Следовательно, электромагнитная сила на обмотках статора будет подвержена влиянию [15]. Это показывает, что выбор правильного шага катушки может уменьшить содержание гармоник и эффективно улучшить коэффициенты использования проводников [16].

Тем временем Stermecki et al. рассчитали механические деформации торцевой обмотки трехфазных асинхронных машин в условиях рабочей нагрузки с помощью 3D МКЭ [17]. Fang et al. проанализировали электромагнитные силы и напряжения на торцевых обмотках статора погружного электродвигателя во время пускового переходного режима [18].Обычно вершина носа, средняя точка эвольвенты и соединение между линейной частью и концевой частью являются наиболее опасными тремя положениями, поскольку они получают максимальные напряжения и деформации в турбогенераторе мощностью 600 МВт [19]. Между тем, силы, действующие на суставную часть верхней части конца катушки, больше, чем на другие части. Кроме того, постоянные составляющие и амплитуды синусоидальных составляющих сил в одних и тех же положениях разных концов катушек в фазовой ленте на асинхронных машинах практически различаются.

Таким образом, большинство исследований сосредоточено на свойствах электромагнитной силы обмотки в нормальных условиях, и лишь немногие из них рассматривают поведение электромагнитной силы в неисправных случаях. Albanese et al. и Zhao et al. исследованы характеристики спектра электромагнитных сил торцевой обмотки, режимы, напряжения, деформации и формы основных колебаний в условиях межфазного короткого замыкания [20, 21]. Тем не менее, межвитковым замыканием ротора (RISC) обычно пренебрегают, потому что генератор все еще может работать в течение длительного времени до точки планового технического обслуживания, когда степень неисправности мала.На самом деле, это происходит время от времени из-за многих причин, таких как трение остаточными металлическими частицами в пазах и неправильная сборка, и в этом случае возбуждающая электромагнитная сила, а также другие типичные неисправные свойства отличаются. от того в нормальных условиях. Например, Надараджан и др. предложил гибридный подход к моделированию синхронного генератора путем объединения моделирования dq0 с подходом функции обмотки для межвиткового короткого замыкания [22]. Yucai и Yonggang проанализировали разницу между виртуальной мощностью и реальной электромагнитной мощностью при возникновении RISC [23], в то время как Valavi et al.и Yun et al. исследовали влияние повреждения на плотность потока в воздушном зазоре и метод мониторинга, основанный на искаженной плотности потока [24, 25]. Кроме того, электромагнитные характеристики и механические характеристики, а также соответствующее разнообразие электрических параметров, индуцированных после межвиткового короткого замыкания ротора на турбогенераторе, анализируются Wan et al. [26–28]. Затем для диагностики межвиткового замыкания обмотки ротора были предложены метод нейронной сети БП и бессенсорный метод онлайн-обнаружения [29, 30].

Фактически, авторы также предложили предварительное исследование электромагнитной силы, а также механических реакций концевых обмоток статора в случае RISC; более подробную информацию можно найти в [31]. Однако теоретическая модель в этом предварительном исследовании несколько сложна и трудна для понимания, в то время как модель FE, как и результат расчета, недостаточно точны (в модели FE устанавливается только часть статора / ротора / обмотки). Более того, в этой вышеупомянутой работе не было экспериментального исследования для подтверждения.В качестве усовершенствования в этой статье мы улучшаем как теоретическую модель, так и 3D-модель КЭ и представляем экспериментальное исследование, чтобы получить более точный результат. Остальная часть статьи устроена следующим образом. В разделе 2 представлен теоретический анализ электромагнитной силы обмотки многопарного генератора. Раздел 3 рассчитывает распределение электромагнитной силы на линии и торцевой части соответственно с помощью МКЭ, и это более целесообразно для сравнения с экспериментальными результатами, так как вибрация обмотки торцевой части в основном вызывается электромагнитной силой конца.В то же время он проводит экспериментальное исследование и проверяет коррекцию теоретического и смоделированного анализа. Затем анализ механической реакции проиллюстрирован в разделе 4, а подробный анализ направленных деформаций и регулярности износа изоляции проводится специально для носовой части с учетом сложной конструкции и слабых мест. Наконец, основные выводы сделаны в разделе 5.

2. Теоретический анализ
2.1. Электромагнитная сила

МДС в генераторе была получена в работе.[32], но ситуация только для одной пары полюсов. Поскольку есть некоторые различия между однопарными и многопарными полюсами, ниже мы, в частности, выполнили вывод для многопарных генераторов.

Для удобства в этой статье мы игнорируем высшие гармоники, значения которых относительно намного меньше, и нормальный MMF можно записать как где α м - механический угол, указывающий положение по окружности; см. рисунок 1 (d). p - количество пар полюсов, ω - электрическая угловая частота ( ω = r , ω r - механическая угловая частота ротор), Ψ - внутренний угол мощности генератора, F s и F r - MMF 1-й гармоники статора и ротора соответственно, и F c - векторное суммирование F s и F r , как показано на рисунках 1 (a) и 1 (b).

Для пояснения мы предполагаем, что межвитковое короткое замыкание происходит в позиции β ′, как показано на рисунке 1 (d). I f - ток возбуждения, а n m - количество витков короткого замыкания. Воздействие RISC на MMF равно добавлению обратного MMF к нормальному [33, 34]. Для лучшего понимания инвертированная MMF, образованная витками короткого замыкания, также показана на Рисунке 1 (c).Основываясь на принципе сохранения магнитного потока, обратный MMF может быть выражен как где F d может быть расширен рядом Фурье как с

Затем F d может быть уменьшено до

. ротор вращается под углом ω r , обратный MMF в положении α m может быть окончательно описан как

Как показано на рисунке 1 (b), MMF после RISC может быть записан aswhere F cs - векторное суммирование F s , F r и F dp (b), как показано на рисунке.

Сравнение рисунка 1 (c) и уравнения (7) с результатом, приведенным в работе. [32] (Рисунок 2 и уравнение (11) в этой ссылке) показано, что многопарные генераторы будут иметь другое распределение MMF, чем у однопарных генераторов.

Плотность магнитного потока (MFD) складывается из MMF и проницаемости на единицу площади (PPUA), и ее можно получить путем умножения этих двух [33], где Λ 0 - PPUA (Λ 0 = мкм 0 /), представляет собой среднее значение радиальной длины воздушного зазора между сердечником статора и сердечником ротора (как показано на рисунке 1 (d)), а мкм 0 - проницаемость воздуха / вакуума.

Пренебрегая влиянием соединения обмоток, ток обмотки на α м можно записать как где l и - эффективная длина и линейная скорость магнитного потока, пересекающего стержень статора, и Z - реактивное сопротивление обмотки статора.

Согласно закону электромагнитной индукции сила, действующая на обмотку, верхняя линия которой (см. Рисунок 3 (f)) находится в окружном положении α м может быть записана как где F E и F L - силы, действующие на концевую часть и линейную часть, соответственно, и F Ek - электромагнитная сила в произвольной точке K концевой обмотки, а полоса для обозначения вектора пробела. l конец - изгиб концевой части, ( α м + α k ) относится к окружному положению точки K , k e e e e e - коэффициент MFD конечной точки K , а θ k - угол между вектором тока и MFD.

Как указано в уравнениях (10) и (11), в нормальных условиях электромагнитная сила как на линейной части, так и на концевой части включает в основном постоянную составляющую и гармоническую составляющую при 2 r ( т.е. 2 ω ), что согласуется с результатом, приведенным в [2].[9]. Также предполагается, что электромагнитная сила в корпусе RISC имеет гораздо больше компонентов, а частоты этих новых компонентов являются временами механической частоты вращения ротора ω r . Поскольку амплитуда F dn намного меньше, особенно когда гармонический порядок n становится больше, эти новые компоненты в основном являются слабыми гармониками, поэтому постоянный ток и составляющая 2 ω остаются основными. .Однако их амплитуды уменьшаются из-за уменьшения MMF из-за короткого замыкания, как показано на рисунках 1 (a) и 1 (b), и F cs меньше, чем F с .

Хотя RISC уменьшает первичные составляющие (постоянный ток и 2 ω ), он вносит новые гармоники, которые могут быть ближе к собственным частотам обмотки. Следовательно, обмотка потенциально способна выдержать симпатическую вибрацию, которая с высокой вероятностью может повредить обмотку как с точки зрения металлической конструкции, так и с точки зрения изоляционных свойств.Поэтому изучение этих новых компонентов силы имеет большое значение. Для сравнения амплитуды первых 6 гармоник силы трехполюсного синхронного генератора, который является объектом исследования в следующем разделе, перечислены в таблице 1.

Конец: Линия и конец

Компонент Нормальное состояние
(Строка:,
Конец:)
RISC
(Строка:,
Конец:)
Тенденция к изменению амплитуды

Компонент постоянного тока Строка:,
Конец:
Уменьшено
ω r (16.67 Гц) 0 Линия и конец: Увеличенная
2 ω r (33,33 Гц) 0 Линия и конец: 3 Увеличенная
ω r (50 Гц) 0 Линия и конец: Повышенная
4 ω r (66,67 Гц) 0 Увеличено
5 ω r (83.33 Гц) 0 Линия и конец: Увеличенный
6 ω r (100 Гц) Линия и конец: Уменьшенный
2.2. Механический отклик

Конструкция торцевой обмотки статора показана на Рисунке 2 (а). Электромагнитная сила может вызвать вибрацию конца обмотки статора и привести к износу изоляции, а линейная часть обмотки статора зафиксирована в пазу статора и закреплена щелевым клином.Следовательно, влиянием электромагнитной силы линейной части на концевую часть можно пренебречь. Механическая модель системы статор-обмотка показана на рисунке 2 (б). Уравнение динамики может быть представлено следующим образом: где M, - масса концевой части обмотки статора, D, - демпфирование, обеспечиваемое стяжками, K - жесткость, обеспечиваемая как эластичностью материала обмотки, так и связующая линия, а x ( t ) - это матрица смещения / перемещения материальных точек.

В частности, возбуждение электромагнитной силы на концевой обмотке соответствует отклику вибрации первого порядка. Смещение представляет собой амплитуду вибрации. Поскольку электромагнитная сила является периодической, соответствующий отклик также будет периодическим, и эта периодичность смещения концевой обмотки представлена ​​вибрацией. Вибрация усугубит износ изоляции обмотки и сократит срок службы генератора.

Далее мы проведем расчет методом конечных элементов посредством электромагнетико-механической связи и исследования эксперимента.Анализ методом конечных элементов включает в себя расчет как электромагнитной силы, так и механического отклика, в то время как экспериментальное исследование в основном проверяет колебания обмотки (отклик возбуждающих сил). Более подробную информацию можно найти в Разделе 3.

3. FEA и экспериментальное исследование
3.1. FEA и экспериментальная установка

Мы используем прототип генератора типа MJF-30-6 в качестве объекта исследования, как показано на рисунке 3 (а). Он находится в Государственной ключевой лаборатории альтернативных электроэнергетических систем с возобновляемыми источниками энергии, П.Р. Китай. Основные параметры генератора перечислены в таблице 2, а подключение обмотки статора фазы A показано на рисунках 3 (c) и 3 (d).

1000 об / мин ток возбуждения ротор

Параметр Значение

Номинальная мощность 30 кВА Напряжение
Количество пар полюсов 3
Режим подключения обмотки статора 2Y
Шаг катушки 8
Коэффициент мощности 0.8
Рабочая температура 75 ° C
Индексные пазы ротора 42
Реальные пазы ротора 30
Номинальное количество пазов статора 1,8 A
Число витков на паз статора 72 оборота
Число витков на паз ротора 88 витков
Длина ротора 220 мм
Длина стопки 220 мм
Внутренний диаметр статора 1230 мм
Наружный диаметр статора 2400 мм
Внутренний диаметр ротора Диаметр 500 мм 500 мм 1228.3 мм. физическая модель показана на рисунке 3 (е). Обмотка статора включает четыре части, а именно линейную часть, шарнир, эвольвентную часть и носовую часть, из которых последние три образуют концевую обмотку, как показано на рисунке 3 (f).Части линии укладываются в пазы двойными слоями и определяются как верхняя полоса / линия и нижняя полоса / линия соответственно. Концевая часть выступает за пределы сердечника статора и имеет форму корзины. Поскольку каждая катушка состоит из верхней и нижней планок, для пояснения каждая обмотка помечена номером паза верхней планки. Например, обмотка 1 относится к обмотке, которая состоит из верхней планки в гнезде 1, нижней планки в гнезде 9 (см. Рисунок 4) и конечной части, которая соединяет эти две части линии.Кроме того, в цепи связи обмотки якоря установлен ток возбуждения 1,8 А постоянного тока. Как показано на рисунках 3 (g) и 3 (h), существует три типа сеток в сетке, а общее количество элементов сетки составляет 146787. Сетка «на основе длины» используется как для сердечников, так и для обмоток, а сетка «на основе длины» используется как для сердечников, так и для обмоток. сетка на основе аппроксимации поверхности »также выбрана для обмоток с учетом сложности конструкции. Для воздушного зазора между сердечниками ротора и статора принята сетка «на основе цилиндрического зазора» из-за небольшого пространства.Время решения составляет 400 мс, а длина шага - 0,5 мс. Всем концевым обмоткам присваиваются параметры силы, а полевые результаты от 240 мс до 400 мс сохраняются для постобработки.


Во время эксперимента генератор был подключен к электросети. Ток возбуждения был установлен на 1,8 А, линейное напряжение - 380 В, а фазный ток - 30 А. RISC устанавливается путем соединения отводов короткого замыкания C1 и C2 через реохорд, как показано на рисунке 3 (а).Степень короткого замыкания можно изменить, регулируя значение реохорды, и она рассчитывается по тому, где - ток короткого замыкания, а I f - ток возбуждения. В процессе эксперимента она составила 0,09 А, а степень межвиткового замыкания - 1,25%.

Три акселерометра на печатной плате с очень небольшим объемом и массой прикреплены к одной и той же штанге обмотки на конце статора. Один был установлен в радиальном направлении для получения сигнала радиальной вибрации, другой был установлен в тангенциальном направлении для тангенциальной вибрации, а другой был установлен в осевом направлении для получения сигнала осевой вибрации, как показано на рисунке 3 (b).

3.2. Результаты и обсуждение

Поскольку трехфазные обмотки распределены симметрично, электромагнитная сила на трехфазных обмотках также должна быть аналогичной. Ограниченные вычислительным ресурсом, в качестве представления рассчитываются только обмотки фазы А.

MFD на обмотке статора показан на рисунках 5 (a) и 5 ​​(b). Это указывает на то, что MFD на участке линии больше, чем на конце, поскольку магнитное поле в конечной области обычно является полем утечки, которое имеет меньшие амплитуды.Более того, показано, что появление RISC приведет к уменьшению MFD. Этот результат совпадает с ранее проведенным теоретическим анализом, поскольку F cs меньше, чем F c , как указано в уравнениях (1) и (7), а также на рисунках 1 (a) и 1 ( б). И это можно дополнительно проверить по току, который в значительной степени отражает MFD, как показано на рисунках 5 (c) и 5 ​​(d).

Электромагнитные силы показаны на рисунке 6.Предполагается, что электромагнитная сила на суставе является наибольшей, а носовая часть - второй, как показано на рисунках 6 (a) и 6 (b). Этот результат согласуется с [19]. Волны электромагнитной силы подобны до и после RISC; см. рисунки 6 (c) и 6 (d). Однако очевидно, что электромагнитные силы на каждой обмотке в корпусах RISC меньше, чем в нормальных условиях, как показано на рисунках 6 (e) –6 (g). Это легко понять, поскольку F c > F cs и электромагнитная сила F пропорциональна квадрату MMF f , как показано в уравнениях (10) и (11).

Сравнивая рисунки 6 (e) –6 (g) друг с другом, предполагается, что электромагнитные силы на разных обмотках будут различаться. Верхние стержни имеют большее значение, чем нижние стержни, поскольку они ближе к ротору, а магнитное сопротивление меньше (магнитное сопротивление пропорционально длине радиального воздушного зазора). Максимальная электромагнитная сила на линейной части проявляется на верхней линии обмотки 1, в то время как максимальная электромагнитная сила на концевой части возникает на обмотке 2.Следовательно, паз 1 и его клин могут выдерживать большие нагрузки, и на это следует обращать особое внимание при проектировании и производстве. Однако данные в таблице 3 показывают, что максимальное напряжение не возникает на торцевой обмотке 2 из-за сложной формы эвольвенты конца и направления сил.

(с) Тенденция6 9037 WINDOWS /00385 Уменьшение 3 / 0,0380 на рисунках 7 (а) –7 (е). Показано, что как в нормальных, так и в RISC-условиях электромагнитная сила включает явные составляющие постоянного тока и 100 Гц. Однако, когда имеет место RISC, некоторые слабые компоненты, которые в 1-5 раз превышают механическую частоту вращения ротора (16.7 Гц, 1000 об / мин).

Для лучшего сравнения спектры электромагнитных сил обмоток фазы A на верхних участках линии (U1, U2, U3), на нижних участках линии (L1, L2, L3) и на концевых участках (E1, E2, E3). ) показаны на рисунках 7 (g) –7 (i). Поскольку нет таких гармоник с угловыми частотами от ω r до 5 ω r в нормальных условиях, на рисунке 7 (h) распределение силы отображает только случай RISC.Предполагается, что амплитуды компонентов постоянного тока и 100 Гц будут уменьшаться по мере возникновения RISC, как показано на рисунках 7 (g) и 7 (i). Эти выводы согласуются с предыдущим теоретическим анализом в Таблице 1. Между тем, эти слабые компоненты в нижних частях не так ясны, как в других частях; см. рисунок 7 (h).

Результат тестирования вибрации показан на рисунке 8. Показано, что гармоника на частоте 100 Гц имеет выраженную амплитуду. При возникновении RISC амплитуда ключевой составляющей вибрации на частоте 100 Гц будет уменьшаться.Это согласуется с ранее проведенным теоретическим анализом и результатом FEA по электромагнитной силе, как показано в Таблице 1 и на Рисунке 7 (i). Более того, вибрация больше в радиальном, чем в осевом или тангенциальном направлении, и это явление соответствует свойству деформации в моделировании FEA конструкции, как показано на рисунке 9. Поскольку ротор вращается с частотой 16,7 Гц, есть некоторые компоненты. это время частоты вращения, например 50 Гц, 68,4 Гц и так далее.

4.Регулярность повреждения обмотки

Изоляционные свойства будут ухудшаться из-за повышенного переменного напряжения в течение длительного времени, а затем произойдет усталостное разрушение. С другой стороны, деформация обмотки отражает амплитуду вибрации, поскольку вибрация представляет собой периодическое движение (деформацию). Таким образом, изоляционный материал будет поврежден из-за износа из-за чрезмерной деформации. Чтобы изучить влияние RISC на напряжение и деформацию обмотки, физическая модель, а также два цикла данных плотности электромагнитных сил были импортированы в переходный структурный модуль для расчета механического отклика.В качестве материала обмотки используется медный сплав, предел текучести и предел прочности которого составляют 280 МПа и 430 МПа соответственно. Части линии ограничены неподвижными опорами. Принято автоматическое построение сетки, и для каждой конечной обмотки генерируется 1082 узла.

Учитывая, что распределения напряжения и деформации обмотки будут повторяться аналогичным образом, представлены только результаты обмотки 1, как показано на рисунках 10 и 11. Максимальные значения деформации и напряжения вместе с их возникающими моментами равны перечислены в таблице 3.

Как показано на рисунках 10 и 11, шарнир и носик торцевой обмотки являются двумя наиболее опасными положениями, поскольку они испытывают серьезное напряжение и максимальную деформацию. Появление RISC не изменит эти опасные положения. При практическом мониторинге этим двум положениям следует уделять больше внимания, поскольку усталостное разрушение и износ изоляции, скорее всего, начнутся в этих двух местах. Практически в этих двух частях мы также обнаружили несколько изображений повреждений; см. рисунок 12.Существенная мера противодействия повреждению изоляции заключается в том, что во время изготовления / сборки носовая часть экранируется износостойким покрытием, таким как графем, а соединение защищается высокопрочными комплектами для снижения нагрузки.

Из таблицы 3 следует, что обмотка 3 выдерживает самые серьезные напряжения и деформации, а обмотка 1 занимает второе место по величине. Значение на обмотке 2 намного меньше, чем на обмотке 3. Причина в том, что обмотки 1 и 3 находятся на границах фазового сдвига, так как магнитные поля якоря соседних фаз взаимодействуют друг с другом.Кроме того, показано, что RISC снижает максимальное напряжение обмотки 1 и деформацию обмотки 2, увеличивая при этом остальные.

В реальных генераторах, например, генераторах гидроохлаждения, носовая часть - это не только электрическая соединительная деталь, но также соединительная деталь для охлаждающей воды. Так что эта часть всегда является слабым местом. Рисунки 8 и 10 показывают, что для носовой части максимальное напряжение и деформация возникают в центре и вверху, соответственно, поэтому усталостное разрушение носа начнется с центра, а износ изоляции носа начнется с вершины.

Чтобы лучше изучить компоненты деформации в радиальном, осевом и тангенциальном направлениях носовой части, мы проиллюстрируем эти направленные деформации до и после RISC для трех обмоток фазы A, соответственно, как показано на рисунке 9. Было обнаружено, что осевая деформация на передней части обмотки 1 будет увеличиваться за счет RISC, в то время как радиальная и тангенциальная деформации обычно остаются стабильными. Для обмотки 2 все компоненты деформации в трех направлениях будут немного уменьшены.Напротив, радиальная деформация обмотки 3 будет значительно увеличиваться, в то время как тангенциальная и осевая деформации, как правило, останутся неизменными. Кроме того, деформация больше в радиальном, чем в тангенциальном направлении. Фактически, учитывая двухслойную структуру нахлеста концевых обмоток, износ изоляции в одном слое в основном вызывается радиальной и осевой деформациями, в то время как износ изоляции в разных слоях зависит от тангенциальной и осевой деформаций.Следовательно, износ обмотки будет более серьезным в одном и том же слое, чем в разных слоях.

Согласно Таблице 3 и Рисунку 9, в одной фазе носовая часть последней обмотки, которая касается основных силовых линий позже, чем другие вдоль направления вращения ротора, будет наиболее опасным местом для износа изоляции. Наиболее опасные положения для фаз B и C имеют ту же регулярность, что и обмотки, обведенные черным кружком, показанные на рисунке 4.

5. Выводы

В этой статье проводится подробное исследование поведения электромагнитных сил обмоток статора до и после RISC. в многопарном синхронном генераторе.Основные выводы, полученные на основе теоретического анализа, расчета методом конечных элементов и экспериментального исследования, заключаются в следующем.

Математические выражения показывают, что электромагнитная сила включает компоненты постоянного и переменного тока. Обычно гармоника 2 r является наиболее заметной составляющей электромагнитной силы, которая заставляет обмотку вибрировать с частотой 100 Гц. Возникновение RISC уменьшит гармонику 2 r , но внесет новые дробные гармоники, которые являются временами механической частоты вращения ротора ω r .Следовательно, обмотка статора будет иметь больше компонентов вибрации, которые могут быть близки к его собственным частотам и приводить к симпатической вибрации. С помощью этих аналитических формул электромагнитной силы можно быстро оценить тенденцию к развитию вибрации, и, следовательно, их можно использовать для контроля обмотки статора.

Конечно-элементный анализ и экспериментальные исследования выполнены на прототипе генератора MJF-30-6, который имеет 6 полюсов и 1000 об / мин. Установлено, что верхняя планка будет выдерживать большие электромагнитные силы, чем нижняя планка.Есть два положения, в которых наиболее вероятно повреждение изоляции. Одна из них - носовая часть, которая выдерживает как самую большую деформацию, так и вторую по величине нагрузку. Другая - это соединительная часть (соединение между линейной обмоткой и концевой обмоткой), которая выдерживает наибольшие нагрузки. В одной и той же фазе межфазная обмотка (соседняя обмотка между двумя фазами), особенно эти конечные фазы, будут испытывать гораздо большие деформации и напряжения, чем другие обмотки.Чтобы лучше защитить обмотки от повреждения изоляции, мы рекомендуем экранировать носовую часть и стык износостойким покрытием и высокопрочными комплектами для снижения нагрузки соответственно.

Хотя содержание исследования основано на синхронных генераторах, другие типы синхронных машин имеют ту же структуру и принцип работы, что и синхронные генераторы. После длительного периода эксплуатации синхронное оборудование может перейти в состояние RISC из-за вибрации, старения изоляции и других факторов.Таким образом, исследование применяется к наиболее синхронным машинам, в которых используется ротор с фазовой головкой. Поскольку результаты, представленные в этой статье, включают регулярность повреждения изоляции и предлагают возможные меры противодействия, они будут полезны для улучшения технологии производства и удобства контроля. Между тем, результаты исследований, полученные в этой статье, имеют большой потенциал для использования в качестве основы для дальнейших исследований других связанных проблем для подобных электрических машин.

Кроме того, дальнейшие исследования будут основаны на форме обмотки статора [см. Рисунок 3 и (8)] в электромеханических свойствах, и это будет полезно для мониторинга состояния и диагностики неисправностей, а также для улучшения расчетов во время дизайнерская сессия.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Все авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (51777074), Фондом естественных наук провинции Хэбэй (E2020502032), Китайскими фондами фундаментальных исследований для центральных университетов (2017MS146, 2018YQ03) и провинциальным фондом Хэбэй. Программа поддержки молодых талантов ([2018] -27).

Выявление причины отказов трехфазной обмотки статора является ключевым моментом для Acme Armature Works

Acme Armature Works Inc. в Шебойгане, штат Висконсин, стремится предоставить полное раскрытие причины отказов обмоток в трехфазных системах статора, чтобы помочь клиентам избежать аналогичные проблемы для их электродвигателей в будущем. - Ассоциация обслуживания электрических устройств (EASA), фото

Джефф Педерсон - Педаль вниз Promotions

Неблагоприятные условия эксплуатации могут быть очень проблематичными во внутренней работе узла электродвигателя, сокращая оставшуюся мощность трехфазной системы обмотки статора.

Чад Бахрс, владелец Acme Armature Works Inc., будь то электрический, механический или экологический, говорит, что определение потенциально вредных условий эксплуатации играет ключевую роль при диагностике конкретных причин отказа трехфазной обмотки статора.

«Когда заказчик приносит электродвигатель с трехфазным отказом обмотки статора, я думаю, что очень важно объяснить заказчику, почему он вышел из строя», - сказал Барс. «Есть много разных причин такого рода сбоев, поэтому мы всегда копаем глубоко, чтобы выяснить, что же произошло.Знание причины, по которой произошел сбой, может многому нас научить и помочь нашим клиентам принять превентивные меры, чтобы избежать повторения такого рода сбоев ».

Общие отказы обмоток в трехфазных статорах могут иметь широкий диапазон по своей природе, как указано в Ассоциации обслуживания электрооборудования (EASA).

Отказ однофазной обмотки обычно является результатом проблемы с подключением в одной фазе источника питания к двигателю, вызванной перегоревшим предохранителем, обрывом контактора, обрывом линии питания или плохим соединением.

Термическое ухудшение изоляции в одной фазе обмотки статора может быть результатом неравномерного напряжения между фазами, вызванного несбалансированной нагрузкой на источнике питания, плохим соединением на клеммах двигателя или контактом с высоким сопротивлением, например слабой пружиной.

Термическое ухудшение изоляции на всех фазах обмотки статора обычно вызвано нагрузкой, превышающей номинальные параметры двигателя. Кроме того, пониженное и повышенное напряжение, превышающее стандарты NEMA, также приведет к тому же типу ухудшения изоляции.

Сильное термическое повреждение изоляции на всех фазах двигателя обычно вызывается очень высокими токами в обмотке статора из-за состояния блокировки ротора. Это также может произойти в результате частых запусков или реверсирования.

Присутствие загрязнений, истирания, вибрации или скачка напряжения может вызвать нарушение изоляции.

Скачки напряжения, которые часто возникают в результате переключения силовых цепей, ударов молнии, разряда конденсаторов и полупроводниковых устройств питания, могут вызывать нарушения изоляции.

«Каждый раз, когда в трехфазной системе обмотки статора возникает несимметричное напряжение, может произойти повреждение», - сказал Барс. «Когда мы устраняем подобные отказы, мы всегда подчеркиваем важность изучения причин отказа. Всегда полезно держать наших клиентов в курсе и давать им советы, чтобы не столкнуться с подобной ситуацией в будущем. Общение с нашими клиентами является ключевым моментом, и мы всегда придаем этому большое значение ».

Для получения дополнительной информации о том, как Acme Armature Works Inc.может помочь в диагностике причин отказов в трехфазных обмотках статора в вашем узле электродвигателя, отправьте электронное письмо по адресу [email protected], позвоните на круглосуточную сервисную линию по телефону 920-452-3389 или посетите сайт www.acmearmature.com.

Обмотка статора электродвигателя

Настоящее изобретение в целом относится к электродвигателю и, в частности, к обмотке статора электродвигателя.

Обмотки статора для электродвигателей хорошо известны специалистам в данной области техники.Современные подходы к обмотке статора страдают множеством недостатков, ограничений, недостатков и проблем, включая несбалансированную нагрузку на ротор из-за некоторых конфигураций обмотки при определенных рабочих условиях. Соответственно, сохраняется потребность в дальнейшем развитии этой области технологий.

Один вариант осуществления настоящего раскрытия включает электродвигатель, имеющий уникальную конфигурацию обмотки статора. Другие варианты осуществления включают в себя устройства, системы, устройства, аппаратное обеспечение, методы и их комбинации.Дополнительные варианты осуществления, формы, особенности, аспекты, преимущества и преимущества настоящей заявки станут очевидными из описания и фигур, представленных здесь.

Описание в данном документе делает ссылку на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым частям на нескольких видах, и на которых:

Фиг. 1 - вид в перспективе электродвигателя согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия;

РИС. 2 - вид в разрезе электродвигателя согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия;

РИС.3 a –3 c - схематическое изображение парных катушек, расположенных на противоположных сторонах ротора; при этом фиг. 3 a и 3 b иллюстрируют обычную конфигурацию обмотки статора, а фиг. 3 c иллюстрирует конфигурацию обмотки статора согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия;

РИС. 4 - схематическое изображение обычной схемы намотки; и

ФИГ. 5 - схематическое представление схемы обмотки согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия.

В целях содействия пониманию принципов изобретения теперь будет сделана ссылка на варианты осуществления, проиллюстрированные на чертежах, и для их описания будет использоваться конкретный язык. Тем не менее, следует понимать, что этим не предполагается ограничение объема изобретения. Предполагаются любые изменения и дальнейшие модификации в описанных вариантах осуществления, а также любые дальнейшие применения принципов изобретения, как описано в данном документе, как обычно происходит у специалиста в данной области техники, к которой относится изобретение.

Предлагаемая обмотка статора по настоящему раскрытию имеет особенности, которые особенно подходят для обмоток с малым числом витков и высоким соотношением мощность / размер для высокоскоростных электродвигателей, хотя описанные конфигурации обмотки статора могут использоваться в низкоскоростных электрических двигателях. моторы тоже. Обмотка статора обычно разделена на две электрически разделенные системы, которые могут питаться от двух отдельных преобразователей частоты. В одном аспекте обмотки соединены параллельно, так что двигатель может работать только с одним преобразователем частоты.Сплит-системы сконфигурированы таким образом, что каждая фаза обмоток состоит из двух параллельно соединенных ветвей. Все параллельные ветви также разделены на две части и соединены последовательно с соответствующими половинами ответвления в другой ветви обмотки. Выходы обмотки также разделены и выходят через оба конца двигателя, чтобы обеспечить эффективное использование пространства в корпусе двигателя.

Пазовая обмотка электрической машины обычно имеет оптимальный диапазон для числа витков обмотки в пазу.Если количество витков слишком велико, медное поперечное сечение витка может быть слишком низким для тока. Если количество витков слишком мало, есть риск, что даже небольшие отклонения в изготовлении обмотки вызовут магнитную асимметрию. Эта нежелательная асимметрия возникает в основном в машинах с произвольной намоткой, где обмотка сделана из круглых эмалированных проводов, которые трудно собрать в любом контролируемом порядке в прорези. В результате электрический ток не течет равномерно по параллельным цепям обмоток, вызывая чрезмерные потери и горячие точки в обмотке.Теоретически асимметрию можно уменьшить путем аккуратного размещения проводов обмотки и придания формы концам катушек. На практике это, как правило, невозможно, поскольку в прорези часто бывает более 200 проволок диаметром менее 1 мм.

Высокоскоростные двигатели обычно имеют очень малое количество оборотов. Магнитную асимметрию можно определить путем изготовления обмотки и ее испытания, но для улучшения обмоток, не прошедших испытание, можно сделать очень мало. Их необходимо перематывать, что значительно увеличивает стоимость изготовления лома, поскольку обмотка является одной из самых дорогих частей двигателя.

Разницу тока между ветвями из-за асимметрии можно значительно уменьшить, разделив ветви обмотки и запитав их отдельными преобразователями. Однако это решение сопряжено со своими трудностями. Отключение или потеря мощности первого преобразователя, когда второй преобразователь остается в сети, может вызвать большие несбалансированные радиальные силы, действующие на ротор. Эти несбалансированные радиальные силы могут вызвать проблемы с двигателем, особенно с механическими компонентами, такими как вращающийся вал, подшипники вала и т.п.

Теперь обратимся к фиг. На фиг.1 проиллюстрирован примерный электродвигатель 10 согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия. Электродвигатель 10 может включать в себя корпус двигателя 14 , имеющий первый конец 16 и второй конец 18 . Первый набор электрических кабелей 20 может быть подключен рядом с первым концом 16 корпуса двигателя 14 , а второй набор электрических кабелей 22 может быть подключен рядом со вторым концом 18 корпуса двигателя 14 .В этом примерном варианте осуществления электродвигатель 10 приводится в действие трехфазным источником электроэнергии, соответствующим трем отдельным кабелям в каждом из первого и второго наборов кабелей 20 , 22 соответственно. Однако здесь предполагается электродвигатель, работающий с разными фазами. Каждый набор электрических кабелей 20 , 22 может быть подключен к обмоткам статора, которые разделены между первой и второй концевыми обмотками 36 , 38 (лучше всего видно на ФИГ.2), которые доходят до любого конца 16 , 18 корпуса двигателя 14 . Разделенные обмотки преимущественно обеспечивают симметричный корпус 14 двигателя, который позволяет более эффективно размещать внутренние компоненты, такие как охлаждающие каналы и т.п. Кроме того, симметричный корпус двигателя обеспечивает упрощенные производственные процессы, которые могут снизить стоимость производства электродвигателя 10 .

Теперь обратимся к фиг. 2 показан вид в разрезе электродвигателя 10 .Корпус 14 двигателя удерживает статор 30 , который расположен по существу симметрично относительно корпуса 14 двигателя. Корпус , 14, двигателя может быть выполнен из таких материалов, как сталь, чугун, алюминий и т.п. Статор 30 включает сердечник 32 статора и обмотку 34 статора, расположенную вокруг сердечника 32 статора. В одном варианте сердечник 32 статора может быть изготовлен из многослойных стальных листов или аналогичных материалов.Здесь также рассматриваются другие способы производства и материалы. Обмотка статора 34 согласно одному примерному варианту осуществления может быть разделена между первой концевой обмоткой 36 статора и второй концевой обмоткой 38 статора для подключения к первому набору электрических кабелей 20 и второму набору электрические кабели 22 соответственно. В одном варианте обмотка 34 статора может быть сформирована из изолированной медной проволоки, алюминиевой проволоки и т.п.

Сердечник ротора 50 может быть установлен с возможностью вращения внутри статора 30 , как обычно. Сердечник 50 ротора может включать в себя концевое кольцо 52 ротора, расположенное на его дальнем конце. Сердечник 50 ротора может быть выполнен в виде сердечника ротора с короткозамкнутым ротором, как известно специалистам в данной области техники. Здесь также рассматриваются другие типы конфигураций сердечника ротора. В одном аспекте сердечник 50 ротора может быть изготовлен из многослойных стальных листов с литыми алюминиевыми стержнями, образующими части концевого кольца ротора.Настоящее раскрытие также предполагает другие материалы и производственные конфигурации.

Воздушный зазор 58 образован между статором 30 и сердечником ротора 50 . Воздушный зазор , 58, выполнен с возможностью обеспечения минимальной высоты между ними без фактического зацепления вращающегося сердечника 50 и статора 30 во время работы. Вал 60 может проходить через сердечник 50 ротора для передачи крутящего момента от вращающегося сердечника 50 на ведомый компонент (не показан).Между корпусом двигателя 14 и валом 60 на обоих концах 16 , 18 может быть расположен по меньшей мере один комплект подшипников 70 , чтобы обеспечить вращательную опору для вала 60 . Подшипники 70 могут включать традиционные подшипники, такие как шариковые подшипники, роликовые подшипники или подшипники с втулкой, или, альтернативно, могут быть нетрадиционными, такими как магнитные подшипники или жидкостные подшипники в некоторых приложениях. Муфта 80 может быть соединена с одним концом вала 60 для соединения вала 60 с компонентом, приводимым во вращение (не показан).Корпус двигателя 14 может также включать впускное отверстие для охлаждающего воздуха 90 , которое гидравлически соединяется с различными каналами, такими как охлаждающий канал 92 , образованный в осевом направлении через сердечник 32 статора. Охлаждающий канал 92 может работать для подачи охлаждающей жидкости, такой как воздух, к статору 30 , чтобы предотвратить нежелательное накопление тепла или даже выход из строя электродвигателя 10 . Электродвигатель 10 может удерживаться в нужном положении с помощью основания 100 .

Теперь обратимся к фиг. 3 a - 3 c , схематическое изображение обмоток статора показано, чтобы показать, как чистая радиальная сила F, действующая на сердечник ротора 50 парой катушек 110 , может зависеть от конфигурации обмотки электрически соединены с первым преобразователем частоты , 120, и вторым преобразователем частоты , 122, соответственно. Как показано на фиг. 3 a , первый преобразователь частоты 120 может подавать мощность с помощью электрического тока I 1 , а второй преобразователь частоты 122 может подавать мощность с помощью электрического тока I 2 , равного току I 1 через обмотки статора 36 .Преобразователи частоты 120 , 122 могут подавать питание на первую и вторую катушки 112 , 114 , расположенные на противоположных сторонах сердечника ротора 50 , чтобы сформировать пару электромагнитов, которая заставляет сердечник ротора 50 вращать. Поскольку и первый, и второй преобразователи частоты , 120, , , 122, выдают эквивалентную мощность на пару катушек , 110, , результирующая радиальная сила, действующая на сердечник ротора, по существу равна нулю.

РИС. 3 b иллюстрирует конфигурацию, в которой первый преобразователь частоты 120 отключен, неисправен или иным образом не передает мощность на обмотку статора 36 (т.е. I 1 = 0) на первую катушку 112 , но второй преобразователь частоты , 122, все еще подает мощность с определенным электрическим током I 2 на вторую катушку , 114, . В этой конфигурации существует чистая сила F, действующая в направлении стрелки 51 , указывающей на вторую катушку 114 , которая создается из-за отсутствия мощности, передаваемой через первую катушку 112 .Радиальная сила (то есть сила сопротивления) создается, когда существует асимметрия электрического тока, протекающего в катушках статора на противоположных сторонах ротора. Асимметрия токов статора на противоположных сторонах ротора 50 создает асимметрию плотности магнитного потока воздушного зазора, которая создает результирующую радиальную силу, действующую на ротор. Радиальная сила или сила сопротивления является функцией количества витков в обмотке, величины электрического тока, площади поперечного сечения сердечника статора и высоты воздушного зазора, как известно специалистам в области электротехники. искусства.Когда электродвигатель 10 создает чистую радиальную силу, которая действует на ротор 50 , расчетный срок службы некоторых компонентов, таких как подшипники, может быть уменьшен по сравнению с идеально работающим электродвигателем, имеющим незначительную чистую радиальную силу.

РИС. 3 c иллюстрирует конфигурацию обмотки статора, которая устраняет проблемы, связанные с потерей мощности от одного преобразователя частоты во время работы электродвигателя 10 . Пара катушек , 110, может быть разделена на два отдельных электрически изолированных элемента, как показано.Первая катушка , 112, может включать в себя первый элемент , 130, и второй элемент , 132, , которые электрически изолированы друг от друга. Вторая катушка , 114, может включать в себя первый элемент , 134, и второй элемент , 136, , которые также электрически изолированы друг от друга. Первый преобразователь частоты , 120, может быть подключен к первому элементу , 130, через соединение обмотки , 140, и может быть подключен последовательно к первому элементу , 134, второй катушки , 114, .Второй преобразователь частоты , 122, может быть подключен ко второму элементу 132 первой катушки 112 и подключен ко второму элементу 136 второй катушки 114 последовательно через соединение обмотки 142 . Таким образом, если один из первого или второго преобразователей частоты , 120, , , 122, выходит из строя или иным образом отключается, другой преобразователь частоты может управлять сердечником ротора 50 через любой из первых парных элементов 130 , 134 или вторые парные элементы 132 , , 136 , расположенные на противоположных сторонах ротора 50 .Благодаря этой новой конфигурации проводки один преобразователь частоты может отключиться, а другой преобразователь частоты может приводить в действие электродвигатель 10 без создания нежелательной радиальной силы в системе. Чистая радиальная сила или сила сопротивления, действующая на ротор 50 , продолжает оставаться равной нулю при питании только от одного преобразователя частоты, и электродвигатель 10 может продолжать работать практически так же, как он предназначен для работы с двумя преобразователями частоты .

Теперь обратимся к фиг. 4 представлена ​​схематическая диаграмма обмотки обычного статора. Статор может включать в себя множество пазов , 150, с двухслойной обмоткой, представленной двумя буквами A, B и / или C в каждом из пазов. Клеммные соединения , 160, показаны и являются обычными, как легко поймет специалист в данной области техники.

РИС. 5 показывает схему обмотки согласно аспекту настоящего раскрытия. Пазы , 150, сформированы в статоре, как обычно, аналогично тем, которые показаны на фиг.4. Однако обмотка, показанная на фиг. 5 включает электрические последовательные соединения между разделенными элементами 130 , 134 и 132 , 136 первой и второй катушек 112 , 114 соответственно (см. Фиг. 3 c ). Следует отметить, что только одна фаза схемы обмотки показана на обоих фиг. 4 и 5 для ясности, и следует понимать, что схема обмотки будет модифицирована для типичной конструкции трехфазной обмотки или другой конфигурации по желанию.

В одном аспекте электродвигатель включает в себя ротор, имеющий сердечник ротора с проходящим через него вращающимся валом; статор, расположенный радиально снаружи от сердечника ротора, при этом статор включает в себя по меньшей мере одну пару первой и второй катушек, расположенных по окружности на противоположных сторонах ротора; при этом каждая пара из первой и второй катушек включает в себя первый и второй элементы, электрически изолированные друг от друга; первый преобразователь частоты, электрически подключенный к первому токопроводящему проводу; второй преобразователь частоты, электрически подключенный ко второму токопроводящему проводу; при этом первый токопроводящий провод намотан на первый элемент первой катушки и первый элемент второй катушки последовательно; и при этом второй токопроводящий провод намотан последовательно на второй элемент первой катушки и второй элемент второй катушки.

Аспекты уточнения электродвигателя включают в себя статор, имеющий множество спаренных первой и второй катушек, причем каждая из первой и второй катушек имеет первый и второй элементы, электрически изолированные друг от друга; при этом преобразователи частоты электрически подключены параллельно каждой из спаренных катушек; при этом каждый преобразователь частоты электрически соединен последовательно с одним из первого и второго элементов каждой из множества спаренных катушек соответственно; при этом двигатель работает с выключенным одним из первого и второго преобразователей частоты; и в котором результирующая радиальная сила, действующая на ротор, по существу равна нулю, когда один из первого и второго преобразователей частоты выключен.

Другой аспект представляет собой способ формирования статора в электродвигателе, содержащий: электрическое разделение первой ветви обмотки на первую и вторую части; электрическое разделение второй ветви обмотки на первую и вторую части; при этом первая и вторая ветви обмотки расположены радиально наружу от противоположных сторон ротора; электрическое соединение первого преобразователя частоты с первой частью первой ветви обмотки и с первой частью второй ветви обмотки последовательно; и электрическое соединение второго преобразователя частоты со второй частью первой ветви обмотки и со второй частью второй ветви обмотки последовательно.

Аспекты уточнения способа включают формирование множества первых и вторых ветвей обмотки, разделенных на первую и вторую электрически изолированные части; направление множества первой и второй ветвей обмотки к дальним концам корпуса двигателя соответственно; работа электродвигателя только на одном преобразователе частоты; и при этом чистая радиальная сила, действующая на ротор, по существу равна нулю, когда только один преобразователь частоты выдает электроэнергию.

Другой аспект включает электродвигатель, содержащий статор, имеющий пару катушек, расположенных на противоположных сторонах ротора; обмотки катушек разделены на две параллельные ветви, электрически изолированные друг от друга и намотанные на соответствующие сердечники статора; пара электрически изолированных элементов, определяемых каждой катушкой; при этом каждая из двух параллельных ветвей намотана вокруг первого и второго элементов каждой катушки; и в котором первые элементы каждой из спаренных катушек электрически соединены вместе последовательно, а вторые элементы каждой из спаренных катушек соединены вместе последовательно с соответствующими обмотками катушек.

Аспекты усовершенствования электродвигателя включают в себя первый преобразователь частоты, электрически соединенный с каждым из первых элементов последовательно соединенными проволочными обмотками; второй преобразователь частоты, электрически соединенный с каждым из вторых элементов последовательно соединенными проволочными обмотками; ротор, расположенный радиально внутрь статора; при этом электродвигатель работает с одним преобразователем частоты для подачи электроэнергии на один из множества элементов, соединенных последовательно, без создания неуравновешенной радиальной силы на ротор; корпус двигателя с двумя наборами электрических кабелей; при этом первый комплект кабелей входит в зацепление через первый конец корпуса, а второй комплект входит в зацепление через второй конец корпуса; в котором выводы параллельных обмоток статора разделены и выведены на любой конец корпуса двигателя для соединения с соответствующим набором кабелей; при этом катушки статора включают в себя три катушки, каждая из которых разделена на первый и второй элементы; один или несколько каналов для охлаждающей жидкости, образованных в статоре; и по меньшей мере один подшипник вала для поддержки с возможностью вращения вала с корпусом двигателя.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, оно должно рассматриваться как иллюстративное, а не ограничивающее по своему характеру, при этом следует понимать, что были показаны и описаны только предпочтительные варианты осуществления и что все изменения и модификации, которые соответствуют духу изобретений, желательно охранять. Следует понимать, что хотя использование таких слов, как предпочтительный, предпочтительно, предпочтительный или более предпочтительный, используемых в приведенном выше описании, указывает на то, что описанная таким образом функция может быть более желательной, тем не менее, это может быть необязательно, и могут быть рассмотрены варианты осуществления, в которых они отсутствуют. как в пределах объема изобретения, объем определяется следующей формулой изобретения.При чтении формулы изобретения подразумевается, что когда используются такие слова, как «а», «ан», «по меньшей мере один» или «по меньшей мере одна часть», нет намерения ограничивать формулу только одним элементом, если специально не в иске говорится об обратном.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Деформация (10 −7 м) / время (с) Тенденция Напряжение (10 4 период) / время

Обмотка 1 Нормальный 9.187 / 0,0385 Увеличение 5,974 / 0,0620 Уменьшение
RISC 9,188 / 0,0385 5,928 / 00385
2,508 / 0,002 Увеличение
RISC 2,1129 / 0,0555 2,818 / 0,002

125 Обмотка 3 Увеличение 540 / 0,0380 Увеличение
RISC 736,3 / 0,0380 554 / 0,038