CC BY
25
УДК 621.313
В.Д. Лущик, І.М. Береда
ТИПОВІ ПОМИЛКИ ПРИ ВИГОТОВЛЕННІ ОБМОТОК ДВООБМОТКОВНХ АСИНХРОННИХ МАШИН
Розглянуті електромагнітні процеси в чотириполюсній обмотці, виконаній двома паралельними гілками в кожній фазі, при наявності шестиполюсного поля. Видані рекомендації щодо технології виготовлення чотириполюсних обмоток в двообмоткових асинхронних машинах.
Рассмотрены электромагнитные процессы в четырехполюсной обмотке, выполненной двумя параллельными ветвями в каждой фазе, при наличии шестиполюсного поля. Выданы рекомендации по технологии изготовления четырехполюсных обмоток в двухобмотковых асинхронных машинах.
Вступ. Питання будови, теорії та роботи обмоток є найважливішими в електричних машинах. Недостатня увага до цієї складної та найбільш уразливої частини електричної машини, яка практично повністю визначає якість машини, здатна привести до аварійних режимів під час роботи
Актуальність проблеми. Останнім часом почастішали випадки аварійної роботи після капітального ремонту обмоток двообмоткових асинхронних машин, у яких одна обмотка - чотириполюсна з двома паралельними гілками у фазах. Це асинхронний вітрогенератор М2Св400ХЬ4/6, у якого шестиполюсна обмотка розрахована на 120 кВт корисної потужності, а чотириполюсна обмотка - на 600 кВт, а також асинхронні багатошви-дкісні двигуни серії 4А100-250/8/6/4 та серій ВАО і А02-61-92/8/6/4, які під час експлуатації використовують тільки дві швидкості: чотириполюсну і шестиполю-сну, тому під час ремонту полюсоперемикальну 8/4-полюсну обмотку замінюють стандартною чотириполюсною обмоткою, виконаною з двома паралельними гілками в кожній фазі. При цьому паралельні гілки утворюють із поряд розміщених котушкових груп, це загальноприйнята практика при виготовленні таких обмоток [1]. Але при такій схемі виготовлення фазних обмоток при наявності шестиполюсного поля, створеного шестиполюсною обмоткою, в кожній фазі чотириполюсної обмотки виникають зрівняльні струми, які роблять роботу шесгиполюсної обмотки неможливою. По відношенню до шесгиполюсної обмотки чотириполюсна обмотка в такому виконанні є трифазною короткозамкне-ною обмоткою.
Аналіз попередніх досліджень і публікацій. В опублікованих раніше книгах і монографіях про обмотки відсутня повноцінна і достатня інформація з цього питання.
В [2, §3.6] є вказівка, що якщо з’єднати будь-яку обмотку в паралельні гілки, то в обмотці можуть з’явитися зрівняльні струми від магнітного поля іншої полюсності.
В [3, §2-11д] з питання, що нас цікавить, є така вказівка: "В багатошвидкісних двигунах з двома обмотками в статорі при роботі вмикається тільки одна обмотка. Якщо не ввімкнена обмотка з’єднана трикутником або має паралельні гілки, то її коло виявляється замкнутим, і обертове магнітне поле працюючої обмотки може визвати в ній ЕРС і струм, що, звичайно, небажано. В таких випадках непрацюючу обмотку рекомендується розмикати". Така рекомендація призводить до ускладнення комутаційної апаратури та до збільшення капітальних і експлуатаційних витрат і, зрозуміло, не може нас задовольнити.
Мета роботи - дослідити фізику електромагнітних процесів, що виникають в двообмоткових асинхронних машинах, і дати рекомендації щодо правильного виконання обмоток в цих машинах.
Матеріал і результати досліджень. В чотириполюсних обмотках можливі два варіанти виконання двох паралельних гілок в фазах: паралельні гілки утворюють із поряд розміщених котушкових груп
(рис. 1а,б, перший варіант), або котушкові групи фази з’єднують через одну (рис. 1в,г, другий варіант). На рис. 1,а,в показані схеми чотириполюсної зосередженої з діаметральним кроком обмотки, паралельні гілки якої виконані по різному. На рис. 1,б,г, на яких котушкові групи позначені як індуктивні елементи, показані схеми з’єднань цих котушкових груп в паралельні гілки. На рис. 1,д зображено шестиполюсне магнітне поле, що утворюється шестиполюсною обмоткою. Це поле рухається відносно нерухомої чотириполюсної обмотки в якомусь напрямі і наводить ЕРС в активних провідниках обмотки, що лежать в пазах. Ця ЕРС показана в нижній частині пазів стрілками, напрями яких визначаються полярністю шестиполюсного поля, що в дану мить перетинає провідники. ЕРС показана стрілками і на рис. 1б,г.
Рис. 1. Фази чотириполюсної обмотки: а) паралельні гілки, утворені із поряд розміщених котушкових груп (перший варіант); б) принципова схема першого варіанту; в) паралельні гілки, утворені із котушкових груп, з’єднаних через одну (другий варіант); г) принципова схема другого варіанту; д) шестиполюсне магнітне поле
Як видно із рис. 1,6, ЕРС котушкових груп 1 і 2, що складають паралельну гілку, направлені узгоджено. Також узгоджено направлені ЕРС котушкових груп 3 і 4, що складають другу паралельну гілку. Але найприємнішим є той факт, що ЕРС паралельних гілок направлені узгоджено в замкненому контурі, який утворюється двома паралельними гілками. Обмотковий коефіцієнт для цієї ЕРС, утвореної шестиполюсним полем,
1 5т
^Іп-— 90° = 8Іи135° = 0,707. т т
В фазах чотириполюсної обмотки, паралельні гілки якої утворені по першому варіанту, утворюється потужний зрівняльний струм, який можна назвати струмом короткого замикання і який неважко підрахувати в кожному конкретному випадку.
В обмотці, виконаній по другому варіанту, ЕРС котушкових груп 1 і 3, що складають одну паралельну гілку,
к
об
' к р ■ кс,
-1 * 8ІИ У 90°
ISSN 2074-272Х. Електротехніка і Електромеханіка. 2012. №4
41
і ЕРС котушкових груп 2 і 4, що складають другу паралельну гілку, направлені зустрічно (рис. 1,в,г) і зрівняльний струм в чотириполюсній обмотці буде відсутній.
Такий спосіб знаходження ЕРС в фазах розподіленої, виконаної зі скороченим кроком обмотки від поля іншої полюсності є недостатній, потрібні числові методи розрахунків високої точності і достовірності. Таку можливість надає універсальна методика розрахунку обмот-кових коефіцієнтів, в якій геометричну суму ЕРС одержують з допомогою комплексних чисел [4].
Відповідно до нашої задачі геометричну суму ЕРС 2рі -полюсної обмотки від дії 2р2-полюсного поля визначають так:
E = V(cos na2 + j sin na2)-
n=1,2,...n
(1)
- ^(cos ka2 + j sinka2),
к=1+уі2+У 2 +■■■«+yn
де n - позитивні значення ЕРС активних сторін, які при обході обмотки направлені знизу вгору; k - від’ємні значення ЕРС активних сторін, які при обході направлені зверху вниз, а2 - кут в електричних градусах для 2р2-полюсного поля між поряд розміщеними пазами:
а2 =(360° • Р2 )/z , (2)
де р2 - число пар полюсів 2р2-полюсної обмотки; z -число пазів, в яких розміщена 2р1-полюсна обмотка.
Ілюструємо користування формулами (1) і (2) на прикладі фази розподіленої чотириполюсної обмотки, q = 2, у = 5-х/6 = 5, виконаної двома паралельними гілками різними способами (рис. 2, 3).
Рис. 2. Фаза чотириполюсної обмотки з паралельними гілками, утвореними із поряд розміщених котушкових груп
Рис. 3. Фаза чотириполюсної обмотки з паралельними гілками, утвореними із котушкових груп, з’єднаних через одну
У верхній частині обмоток стрілками показаний напрям струму ІІ, що створює чотириполюсне поле (2рі=4). Оскільки нас цікавить ЕРС, що утворюється в замкнутому колі, утвореному двома паралельними гілками від 2р2-полюсного поля (2р2=6), то при обході обмотки в першій гілці ми йдемо за струмом, а в другій гілці - проти струму. Цей напрям обходу показаний стрілками в нижній частині пазів. У відповідності до цих стрілок для обмотки на рис. 2:
п = 1,2,12,13,18,19,19,20; к =1,6,7,7,8,13,14,24;
а = -
360°•3
24
= 45°
Підставляючи п, к і а в формулу (1), одержимо геометричну суму ЕРС в комплексному вигляді:
Е = -6,828 + /6,828.
Обмотковий коефіцієнт вираховуємо як відношення модуля комплексної величини Е до арифметичної суми активних провідників обмотки [4]. Сума активних провідників:
,, , 2z 2 • 24
N =у n +у к = — =--= 16;
m3
коб.
E 7(- 6,828)2 + 6,8282
= 0,604.
N 16
Обмотковий коефіцієнт по чотириполюсному полю для обмотки на рис. 2:
- для першої гілки
О/ГГ\° ^
п = 1,2,12,13; к = 6,7,7,8; а=---------— = 30°; N = 8;
24
Е = 6,464 + /3,732 ;
Е д/6,4642 + 3,7322
коб.
N
= 0,933;
- для другої ГІЛКИ
О/ГГ\° ^
n = 13,14,24,1; к = 18,19,19,20; а=----------— = 30°;
24
N = 8; E = 6,464 + j3,732 ; коб = 0,933 .
Геометрична сума ЕРС для обмотки на рис. 3 по шестиполюсному полю:
n = 1,2,13,14,19,20,7,8; к = 1,6,7,12,13,18,19,24;
а= 45°; E = 0 ; коб. = 0 .
Як бачимо, в обмотці з паралельними гілками, утвореними із котушкових груп, з’єднаних через одну, ЕРС від шестиполюсного поля відсутня.
Висновки. В двообмоткових асинхронних машинах фази обмотки, виконуваної із паралельних гілок, потрібно перевіряти на відсутність ЕРС від магнітного поля, створеного іншою обмоткою. В разі наявності ЕРС у всіх варіантах, можливих для виконання паралельних гілок, потрібно виготовляти обмотку без паралельних гілок.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Андрієнко В.М., Куевда В.П. Електричні машини: Навч. посіб. - К.: НУХТ, 2010. - 366 с.: іл.
2. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. - Л.: Энер-гоатомиздат. Ленингр. отд. 1989. - 400 с.: ил.
3. Обмотки электрических машин / В.И. Зимин и др. Л.: Энергия, 1975.
4. Лущик В.Д. Універсальна методика розрахунку обмот-кових коефіцієнтів // Електротехніка і електромеханіка. -2011. - № 1. - С. 28-31.
Bibliography (transliterated): 1. Andrienko V.M., Kuevda V.P. Elektrichni mashini: Navch. posib. - K.: NUHT, 2010. - 366 s.: il. 2. Zherve G.K. Obmotki 'elektricheskih mashin. - L.: 'Energoatomizdat. Leningr. otd. 1989. - 400 s.: il. 3. Obmotki 'elektricheskih mashin / V.I. Zimin i dr. L.: 'Energiya, 1975. 4. Luschik V.D. Universal'na metodika rozrahunku obmotkovih koeficientiv // Elektrotehnika і elektromehanika. - 2011. - № 1. - S. 28-31.
Надійшла 27.01.2012
ЛущикВ’ячеславДанилович, д.т.н., проф.
Донбаський державний технічний університет кафедра електричних машин та апаратів,
94204, Алчевськ, пр. Леніна, 16,
тел.: (06442) 2-31-23, e-mail: [email protected]
Береда Ігор Миколайович,
ТОВ ВО "Індустріал-Сервіс"
Нікополь, пр. Трубників, 56
тел.: (05662) 25073, e-mail: [email protected]
Lushchyk V.D., Bereda I.N.
Common mistakes at dual-winding asynchronous machine winding manufacturing.
Electromagnetic processes in a 4-pole winding made with two parallel branches in each phase are considered in the presence of a 6-polar field. Recommendations for 4-pole windings manufacturing techniques in dual-winding asynchronous machines are given.
Key words - asynchronous machines, windings, stator, parallel branches, equalizing currents.
42
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2012. №4
