wyklad maszyny indukcyjne, PK Energetyka, Maszyny elektryczne
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
3. MASZYNY INDUKCYJNE
3.1. Obwód magnetyczny maszyny
Znamionową mocą maszyny indukcyjnej jest moc czynna uŜyteczna („moc na wale”),
ograniczona przez warunki odprowadzenia wydzielanego ciepła oraz przez nasycenie rdzenia.
Moce maszyn trójfazowych od ~1kW do kilku MW.
Rdzenie stojana (statora) i wirnika (rotora) pakietowane są z blach wykonanych ze stali
elektrotechnicznej o niskiej stratności ok. 2
W
/
kg
(wąska pętla histerezy - materiał magne-
tycznie miękki) i grubości 0,5
mm
(maszyny małe) , 1÷2
mm
(maszyny o
P
>
20
kW
).
Wykroje blach stojanów i róŜne kształty Ŝłobków:
śłobki stojanów
silników wysokiego napięcia 6kV
są otwarte. śłobki zamknięte stosuje się rzadko, bo
powiększają rozproszenie, ale silnik jest cichszy.
Szczelina powietrzna między stojanem i wirnikiem
powinna być jak najmniejsza (
d
=
0
¸
0
mm
, dla
dla maszyn duŜych
mocy), bo przewodność magnetyczna stali jest ok.
2000 razy większa od przewodności powietrza
P
<
20
kW
d
=
1
¸
3
mm
i
m
.
0
Wykroje blach wirnika i kształty Ŝłobków dla
silnika:
a) klatkowego głębokoŜłobkowego,
b) dwuklatkowego,
c) pierścieniowego
3.2. Budowa silnika indukcyjnego pier
ś
cieniowego
Silnik indukcyjny pierścieniowy jest maszyną prądu przemiennego, w której w Ŝłobkach
wirnika umieszczone jest uzwojenie o liczbie faz i biegunów takiej samej jak w stojanie.
Końcówki połączonego w gwiazdę uzwojenia wirnika przyłączone są do pierścieni
ślizgowych wirujących razem z wirnikiem i stąd przez szczotki wyprowadzone do tabliczki
zaciskowej. Istnieje zatem moŜliwość włączenia w obwód wirnika zewnętrznej impedancji.
Uzwojenie stojana silnika trójfazowego, połączone w gwiazdę albo w trójkąt, jest zasilane
trójfazowym układem napięć i wytwarza wirujące pole magnetyczne (strumień główny),
przenikające przez szczelinę powietrzną do wirnika. JeŜeli obwód wirnika jest zamknięty, pod
wpływem napięcia indukowanego w wirniku płynie prąd, a wywołany przezeń strumień -
współdziałając ze strumieniem głównym stojana wytwarza moment obrotowy. Oprócz
1
strumienia głównego w maszynie występują takŜe strumienie rozproszenia, skojarzone
jedynie z uzwojeniami odpowiednio stojana i wirnika.
PoniŜej jest przedstawiony poglądowy przekrój silnika pierścieniowego (silnika z uzwojonym
wirnikiem).
3.3. Budowa silnika indukcyjnego klatkowego
Silnik indukcyjny klatkowy jest prostszą i tańszą odmianą silnika indukcyjnego. Zasada
działania jest identyczna jak silnika pierścieniowego, a róŜnice w budowie sprowadzają się do
innej konstrukcji wirnika. Uzwojenie wirnika nie jest wyprowadzone na zewnątrz, lecz jest
zwarte bezpośrednio na czołach wirnika pierścieniami zwierającymi. Zwoje mają postać nie-
izolowanych prętów z aluminium lub miedzi ułoŜonych w Ŝłobkach wykrojonych w pakiecie
blach. Pręty te stanowią wraz z pierścieniami zwierającymi tzw. klatkę. Odstępy między
prętami są jedną z przyczyn powstawania pulsacji w przebiegu momentu elektrycznego.
Eliminuje się je przez skręcenie klatki wzdłuŜ osi wirnika (tzw. skos Ŝłobków wirnika) lub
przez dodanie trzeciego pierścienia (tzw. pierścienia pośredniego) zwierającego pręty w
połowie długości wirnika i częściowy obrót tak powstałych półklatek względem siebie.
W zaleŜności od mocy silnika wyróŜnia się wirniki:
z klatką miedzianą, z masywnych, nie
izolowanych prętów umieszczonych w
Ŝłobkach bez skosu, wykonuje się dla
maszyn duŜych mocy, powyŜej 50-
100
kW
. Pręty przyspawane są do
miedzianych pierścieni zwierających.
Czasami celem zwiększenia sprawności
silnika stosuje się klatki miedziane dla
mniejszych maszyn;
z klatką aluminiową odlewaną w skośnych Ŝłobkach, dla maszyn o mocy
< 50
kW
. Pierścienie zwierające odlewa się łącznie ze skrzydłami
wentylatora.
2
KaŜda faza uzwojenia stojana ma wyprowadzone na tabliczkę zaciskową oba końce, co
umoŜliwia przez przestawienie zworek na połączenie faz w gwiazdę albo w trójkąt.
PoniŜej jest przedstawiony poglądowy przekrój silnika indukcyjnego klatkowego z klatką
odlewaną.
3.4. Budowa uzwojenia stojana
Uzwojenie trójfazowe umieszczone w stojanie wytwarza pole wirujące. Pod wpływem
róŜnicy prędkości tego pola i wirnika w wirniku indukuje się siła elektromotoryczna.
W wyniku jej działania w wirniku płynie prąd i wytwarza własne pole magnetyczne, które
współdziała z polem od stojana. Zostaje wytworzony moment elektromagnetyczny.
Uzwojenie łączy się z cewek (zezwojów) rozmieszczonych w Ŝłobkach rdzenia stojana i
połączonych w pasma fazowe.
3
a)
b)
c)
d )
UłoŜenie cewek w Ŝłobkach: a) jednowarstwowe, b) dwuwarstwowe oraz kształty połączeń
czołowych uzwojeń: c) dwupiętrowych i d) uzwojeń wzornikowo-grupowych
Z racji konstrukcji połączeń czołowych cewek (boków cewek poza rdzeniem) rozróŜniamy
uzwojenie wzornikowe (pętlicowe, faliste) i koncentryczne (piętrowe).
Z racji wartości poskoku uzwojenia
Y
czyli odległości między bokami cewki (zezwoju)
liczonej w Ŝłobkach, wyróŜnia się:
Q
s
-
uzwojenie średnicowe, gdy
Y
=
t
, gdzie podziałka biegunowa
t
=
, przy czym
p
p
2
p
Q
-
liczba Ŝłobków
stojana,
2
p
-
liczba
biegunów
pola
magnetycznego,
wytworzonych przez przepływ
Q
fazy uzwojenia stojana;
-
uzwojenie skrócone (cięciwowe), gdy
Y
<
t
.
p
Q
Sąsiednie cewki są łączone w grupy, określone przez parametr
q
=
s
- liczbę Ŝłobków na
2
pm
biegun i fazę (tu liczba faz
m
=
3
). RozróŜniamy uzwojenia o całkowitej i ułamkowej
wartości
q
.
Przestrzenny rozkład uzwojenia wzdłuŜ obwodu maszyny powoduje, Ŝe kształt przepływu
wypadkowego Q nie jest sinusoidą. Dla prostoty analizy rzeczywiste cewki danej grupy
fazowej, określającej strefę bieguna magnetycznego, zastępuje się jedną cewką średnicową.
Przepływ takiej cewki i dalej indukowane w niej napięcie jest sumą geometryczną tych
wielkości, która jest mniejsza od ich sumy algebraicznej
k
razy.
Liczbę
k
nazywamy współczynnikiem uzwojenia.
k
=
k
k
(3.1)
u
g
s
a
=
p
a
el
U
1
U
t
g
U
p
q
a
2
/
2
2
el
Y
a
/
U
el
3
a
=
p
a
a
el
gdzie:
-
współczynnik grupy sprowadzający grupę cewek rozłoŜonych przestrzennie do zastępczej
2
Q
p
cewki o osi umieszczonej w osi geometrycznej tej grupy, przy czym:
a
=
s
4
p
a
a
el
sin
q
sin
q
U
2
2
g
k
=
=
=
(3.2)
g
p
a
a
qU
q
sin
q
sin
el
2
2
-
współczynnik skrótu sprowadzający cewkę o poskoku skróconym (cięciwową) do
zastępczej cewki średnicowej
Y
p
k
=
sin
(3.3)
s
t
p
2
Uzwojenie kaŜdej fazy powinno być tak skonstruowane, aby wytwarzało pole magnetyczne,
którego rozkład wzdłuŜ obwodu szczeliny powietrznej będzie miał kształt zbliŜony do
sinusoidy. W tym celu uzwojenie kształtuje się przez odpowiedni dobór liczby Ŝłobków na
biegun i fazę -
q
(wyznacza on współczynnik grupy
k
, im większe
q
tym lepiej) i przez
stosowanie cewek o poskoku
Y
mniejszym niŜ podziałka biegunowa
t (wyznacza on
współczynnik skrótu
k
). Pojedyncze cewki (zezwoje) łączone są w pasma fazowe.
W małych maszynach wszystkie cewki danej fazy łączy się szeregowo, dla duŜych maszyn
cewki łączone są w gałęzie równoległe.
p
Uzwojenia jednowarstwowe
mogą zawierać cewki o stałej rozpiętości i tej samej długości
czół albo cewki koncentryczne o róŜnej rozpiętości i róŜnej długości czół.
t
t
p
p
d
t
t
p
p
t
p
cewki
o stałej
rozpiętości
t
p
cewki
koncentryczne
PoniŜej
przedstawiony
jest
schemat
rozwinięty
uzwojenia
jednowarstwowego
koncentrycznego o dwupiętrowych połączeniach czół i danych:
m
=
3
,
p
=
2
,
Q
=
24
,
q
=
2
. Mimo róŜnych rozpiętości cewek uzwojenie jest średnicowe, gdyŜ średnia wartość
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]