АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

По своей конструкции и схемам соединения обмотки фазных роторов машин переменного тока. В роторах машин мощностью до 80...100 кВт обычно применяют катушечные обмотки. Конструктив­но катушечные обмотки фазных роторов отличаются от статорных только расположением лобовых частей и наличием на них бандажей. В схемах отличие состоит в выборе начал фаз обмотки. Если расстояние между началами фаз обмотки статора выбирается минимально возможным для обеспечения большей компактности расположения выводных концов, то в обмотке ротора их стремятся расположить равномерно по окружности, чтобы облегчить баланси­ровку обмотанного ротора.

С увеличением размеров машины уменьшается число витков в обмотке статора. Соответственно должно уменьшиться и число вит­ков обмотки ротора, так как иначе напряжение на контактных коль­цах возрастает, что может послужить причиной пробоя изоляции во время пуска машины. Поэтому в машинах больших габаритов об­мотку ротора выполняют стержневой, имеющей всегда два эффек­тивных проводника в пазу. Число витков в обмотке ротора при этом уменьшается, а ток ротора возрастает. Поэтому обмотку вы­полняют из прямоугольной меди или медных шин с площадью попе­речного сечения, много большей, чем сечение проводников обмотки статора.

Стержневую обмотку ротора, как правило, делают волновой, так как в волновой обмотке меньше межгрупповых соединений, ко­торые технологически трудновыполнимы при большом сечении проводников.

Основные закономерности соединений схем волновых обмоток фазных роторов рассмотрим на следующем примере. Составим схе­му стержневой волновой обмотки ротора, имеющего число пазов Z₂= 24 и число полюсов 2р₂= 4. На рис. 3.40, а показаны 24 линии пазов, в которых расположены проводники верхнего слоя обмотки. Разметим эти пазы по фазам, предварительно определив полюсное деление τ₂ = Z₂ / 2p₂ = 24/ 4 = 6 пазовым делениям и число пазов на полюс и фазу q₂ = Z₂/ (2p₂m₂) = 24/ (4∙3) = 2.

Рис. 3.40. К построению схемы стержневой волновой обмотки фазного ротора

асинхронного двигателя, Z = 24, 2р = 4:

а – схема соединений одной фазы; б – последовательность соединения стержней

Стрелками на линиях ука­жем для первой фазы направления мгновенных значений токов в стержнях (одинаковые в пределах каждого полюсного деления и изменяющиеся на обратные при переходе на соседние полюсные деле­ния) и начнем построение схемы обмотки, приняв за начало первой фазы (К1)верхний стержень, лежащий в первом пазу.

Обмотку выполняют с диаметральным шагом. В данной схеме шаг обмотки по пазам у= τ₂ = 6 зубцовых делений. Обмотка двух­слойная, поэтому верхний стержень из паза 1 должен быть соединен с нижним стержнем паза 1 + у= 1 + 6 = 7. Далее нижний стержень паза 7 соединяется с верхним стержнем паза 7 + у = 7 + 6= 13 и т. д. Одновременно с вычерчиванием схемы целесообразно записывать последовательность шагов обмотки (рис. 3.40, б).

Проделав таким образом 2р₂ — 1 = 4 — 1 = 3 шага, убеждаемся, что при следующем — четвертом (по числу полюсов) шаге обмотка замкнется сама на себя, так как 2р₂τ₂ = Z₂. При построении схемы этот шаг укорачивают или удлиняют на одно зубцовое деление, т. е. делают его равным у - 1 или у + 1. Чаще встречаются схемы с укоро­ченными переходными шагами, так как они приводят к некоторой экономии меди обмотки. При удлиненном шаге возникают допол­нительные перекрещивания лобовых частей верхнего и нижнего сло­ев у выхода стержней из паза.

Укороченным (или удлиненным) шагом завершается первый об­ход обмотки по окружности ротора. После q₂таких обходов (в рас­сматриваемом примере — после двух обходов) изменение последне­го шага производить нельзя, так как это приведет обмотку данной фазы к стрежням соседней. Для соединения оставшихся после пер­вых q₂ обходов стержней фазы последний стержень, на котором занимающим такое же положение в пазу на расстоянии шага от него в направле­нии обхода, т. е. нижний стержень паза 18соединяют с нижним стержнем паза 18 + 6 =24. Далее продолжают обход в том же порядке, но изменив его направление. Построение обмотки заканчивается после q₂ обходов в обратном направлении.

Начала других фаз обмотки располагают симметрично через 2р₂q₂пазовых делений, т. е. через 1/3 окружности ротора (см. § 3.5).

Полная схема обмотки, построение которой начато в примере на рис. 3.40, приведена на рис. 3.41. За начала фаз приняты верхние стержни, расположенные в пазах 1, 9 и 17.Рассмотренная обмотка является типичной для стержневых волновых обмоток фазных рото­ров асинхронных двигателей.

Отметим некоторые особенности обмоток данного типа. В стерж­невой волновой обмотке имеется только по одной перемычке на фазу независимо от числа полюсов, в то время как в катушечных двух­слойных обмотках таких перемычек — межгрупповых соединений — необходимо установить 2p - 1 на каждую фазу. Это обстоятельство существенно облегчает соединение схемы, особенно в многополюс­ных машинах. При симметричном расположении начал фаз также симметрично располагают перемычки и концы фаз. Если за начала фаз приняты верхние стержни пазов, то концами фаз также будут верхние стержни, а перемычки соединяют с нижними стержнями.

Рис. 3.41. Схема стержневой волновой обмотки фазного ротора, Z = 24, 2p = 4, a = 1

Находят применение также некоторые модификации рассмот­ренных схем обмоток роторов. Иногда в схемах выполняют укоро­ченные переходные шаги по обходу ротора в одну сторону и удли­ненные — в другую. В таких схемах перемычки смещаются на несколько пазовых делений, поэтому конструктивно выводные кон­цы фаз не пересекаются с перемычками, что облегчает крепление ло­бовых частей.

Распространены также схемы обмоток фазных роторов, выпол­няемых без перемычек. В таких обмотках в каждой из фаз на месте последнего при прямом обходе стержня, который в обычных схемах соединяют с перемычкой (см., например, на рис. 3.41 нижние стерж­ни в пазах 2, 10, 18),устанавливают изогнутый переходной стер­жень. На схеме одной фазы обмотки без перемычек (рис. 3.42) пере­ходной стержень размещен в 26-м пазу (отмечен кружком на схеме). Переходной стержень изгибается так, что одна половина его по дли­не находится в нижнем слое паза, а другая — в верхнем. Обе лобовые части стержня отгибают в одну и ту же сторону. После установ­ки переходного стержня направление обхода меняется на обратное так же, как после установки перемычек в рассмотренных ранее схе­мах. В такой обмотке концы фаз располагают на противоположной от начал фаз стороне ротора.

Отсутствие перемычек упрощает конструкцию обмоток и тех­нологию соединения схемы. Расположение начал и концов фаз на разных торцах ротора облегчает установку выводных концов и соединительной шины на конечных выводах обмотки для соеди­нения ее в звезду.

Рис. 3.42. Схема (а) и последовательность соединения (б) одной фазы

стержневой волновой обмотки фазного ротора с

переходным стержнем, Z = 36, 2p = 4

В то же время наличие переходных, изогнутых по длине стержней требует их дополнительного крепления в пазах (рис. 3.43).

Волновую стержневую обмотку выполняют с одной и, реже, с двумя параллельными ветвями. Образование большего числа парал­лельных ветвей технологически сложно. Для получения двух парал­лельных ветвей перемычку между половинами фаз убирают и каж­дую часть обмотки соединяют с начальным и конечным выводами фаз сохраняя в них направление тока.

Рис. 3.43. Положение переходного стержня в пазу ротора: 1 – переходный стержень; 2 – уплотняющие клинья; 3 – сердечник ротора

В большинстве случаев стержневые волновые обмотки роторов выполняют с целым число пазов на полюс и фазу. Однако на прак­тике встречаются обмотки и с дробным q2. При q2 = b + с/d по­люсное деление τ2 = m2q2содер­жит дробное число пазовых деле­ний (обмотки с d,кратным трем, в трехфазных машинах не применяют) и шаг обмотки не может быть диаметральным. Такие обмотки выполняют с различны­ми шагами:

Рис. 3.44. Схема и последовательность соединения одной фазы

стержневой волновой обмотки фазного ротора, Z = 30, 2p = 4, q =

большими, равными у' = τ₂ + ε₁ пазовых делений, и малыми, равными у'' = τ₂ – ε₂ пазовых делений, где ε₁ и ε₂ — наименьшие дробные числа, при которых y' и у"выражаются целыми числами. Количество больших и малых шагов, а также последовательность соединений стержней в схеме зависят от числа q₂ и находятся аналогично числу и чередованию бо­льших и малых катушечных групп в двухслойных катушечных об­мотках с дробным q. Наиболее часто дробные обмотки фазных роторов выполняют при знаменателях дробности d = 2, т. е. с q₂ = , и т. п. В таких обмотках большие шаги равны у' = τ₂ + 1/2, а малые у" = τ₂ - 1/2 пазовых делений. Схему обмотки строят так же, как и при целом q₂, но большие шаги чередуют с малыми. Последовательность чередования шагов до перемычки и после изме­няется на обратную.

На примере схемы обмотки с q₂ = ,приведенной на рис. 3.44, видно, что две (прямая и обратная) ветви обмотки располагают та­ким образом, что в каждой фазной зоне занято стержнями фазы q₂ = 2 + 1/2 паза (три верхние половины паза и две нижние либо наоборот). В оставшейся свободной половине паза размещают стержень, принадлежащий соседней фазе.