Обмотки асинхронных машин

Вращающееся поле в асинхронных машинах, как правило, создается обмоткой статора, которая подключается к сети. Большинство асинхронных машин имеют трехфазные симметричные обмотки.

Обмотки статора и фазные обмотки ротора асинхронных машин выполняются одно- и двухслойным. В зависимости от мощности и напряжения применяются петлевые и волновые обмотки.

Статорные обмотки асинхронных двигателей серии 4А выполняются только петлевыми. Применяются всыпные обмотки с мягкими катушками и обмотки с жесткими катушками.

Всыпные обмотки применяются в низковольтных машинах до 100 кВт. Мягкие катушки перед укладкой в пазы наматываются на шаблоне из круглого медного или алюминиевого провода. После опрессовки и получения определенной формы секции укладываются в пазы, в которые помещается пазовая изоляция 1 (рисунок 3.7,а). Затем вводятся в паз проводники обмотки и укладывается изоляционная прокладка между верхним и нижним слоями обмотки 2 (рисунок 3.7, б, в). После заполнения паза обмотка в пазу закрепляется клином 3 (рисунок 3.7,а).

Рисунок 3.7. Процесс укладки мягких секций в пазы

После укладки катушек в пазы производятся формовка лобовых частей и их бандажирование. Далее статор вместе с обмоткой подвергается пропитке.

Жесткие катушки изготовляются из прямоугольного изолированного провода. Корпусная и межфазовая изоляции частично выполняются вместе с катушками, которые компаундируются или пропитываются до укладки в пазы. Затем катушки помещаются в полуоткрытые или открытые пазы, которые имеют пазовую изоляцию. Уложенные в пазы катушки соединяют между собой и окончательно пропитывают.

Обмотки с жесткими секциями обеспечивают больший коэффициент заполнения паза, они более надежны. При применении жестких обмоток пазы прямоугольные, а зубцы имеют трапецеидальную форму. Обмотки с жесткими секциями применяются в машинах мощностью свыше 100 кВт.

Механизация обмоточных работ — один из основных путей снижения трудоемкости изготовления электрических машин. В последние годы на электр- машиностроительных заводах широко применяются статорообмоточные станки. В большинстве статорообмоточных станков применяется концентрическая обмотка с одновременной укладкой обеих сторон секций в пазы. Применение всыпных обмоток обеспечивает полную механизацию изготовления об-моток. Поэтому обмотки с мягкими секциями применяются при изготовлении асинхронных машин наиболее массового выпуска. Такими машинами являются двигатели серии 4А мощностью до 100 кВт.

Обмотки с мягкими секциями имеют меньший вылет лобовых частей, трапецеидальные пазы обеспечивают лучшее использование зубцовой зоны за счет зубцов равномерного сечения. К недостаткам обмоток с мягкими секциями следует отнести их меньшую надежность по сравнению с обмотками с жесткими секциями. При изготовлении асинхронных двигателей единой серии 4А однослойные концентрические обмотки применяются в двигателях мощностью до 15 кВт.

Двухслойные обмотки с жесткими секциями применяются в двигателях мощностью свыше 100 кВт.

В диапазоне 15—100 кВт применяются одно-двухслойные обмотки, которые сочетают преимущества одно- и двухслойных обмоток. Эти обмотки допускают укорочение шага и укладываются в пазы статорообмоточными станками.

Одно-двухслойная обмотка состоит из концентрических катушек. Катушечная группа состоит из одной большой катушки и q-1 малых катушек (q —число пазов на полюс и фазу). Большая катушка занимает весь паз, малые катушки — половину паза (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8. Катушки одно-двухслойной обмотки:

В двухслойных обмотках с укорочением шага в части пазов находятся секции, принадлежащие разным фазам. В одио-двухслойной обмотке в пазах, принадлежащих одной фазе, располагается большая катушка с двойным числом витков, а в остальных пазах в два слоя помещаются стороны катушек разных фаз. Число катушечных групп равно числу полюсов. Одно-двухслойная обмотка выполнима при q>2. При q=2 обмотка вырождается в концентрическую однослойную обмотку.

Рассматриваемые до сих пор обмотки имели целое число пазов на полюс и фазу q. Иногда целесообразно применять обмотки с дробным q. Например, в машинах с небольшим внутренним диаметром статора при трехфазной обмотке с q= 1 и р=2, z=2∙m∙p∙q=2∙3∙2∙1= 12, а если принять q=0,5, то z=6. Ширина зубца по технологическим соображениям ограничивается 1,8—2 мм, поэтому при малом диаметре легче выполнить машину с дробным q. При q=0,5 катушки обмотки охватывают каждый зубец. Обмотки с q<1 применяются в многополюсных тихоходных асинхронных микродвигателях. При q>1 обмотки состоят из катушечных групп с разным числом катушек. Обмотки фаз получаются несимметричными на полюсном делении, но симметричными по всему внутреннему диаметру статора.

На рисунке 3.9 дана схема однослойной трехфазной обмотки с q= 11/2, 2р=4.

Рисунок 3.9. Схема однослойной обмотки с дробным q (m=3, 2р=4, q= 11/2, z=18)

В двухслойных обмотках дробное q применять легче. Однако следует иметь в виду, что применения обмоток статора с дробным q в асинхронных машинах следует избегать из-за худшей кривой МДС в зазоре. Обмотки с дробным q применяют при

перемотке статоров на другое число полюсов, когда изготовление штампов нецелесообразно.

Во многих электроприводах требуется ступенчатое регулирование частоты вращения. Это можно осуществить путем переключения числа пар полюсов машины. В простейшем варианте для этого надо в пазы статора положить две обмотки на разное число полюсов. При этом ротор с короткозамкнутой обмоткой обеспечит работу асинхронного двигателя с высокими энергетическими показателями при разных синхронных частотах вращения. Однако с двумя обмотками статора использование активных материалов плохое, так как одна из обмоток не будет использоваться. Переключение числа полюсов в отношении 1:2 можно получить, используя одну обмотку. В трехфазных петлевых двухслойных обмотках переключение числа полюсов проще всего осуществляется путем изменения направления тока в отдельных частях обмотки. При переключении трехфазной обмотки с числа полюсов 2р=8 на 2р= 4 надо иметь 12 катушечных групп, комбинируя которые, можно получить две синхронные частоты вращения при параллельном и последовательном соединениях катушек.

На рисунке 3.10, а, б и 3.11, а, б показано соединение катушечных групп одной фазы обмотки при последовательном и параллельном соединениях для 2р=8 и 2р=4.

Рисунок 3.10. Соединение катушечных групп при 2p=8: а — последовательное: б —• параллельное

Рисунок 3.11. Соединение катушечных групп при 2p=4: а — последовательное: б —• параллельное

Чтобы осуществить необходимые переключения катушечных групп, в каждой фазе надо иметь по четыре вывода. В трехфазной машине должно быть 12 выводов. Чтобы двигатель вращался в одном и том же направлении при переключении числа

пар полюсов, нужно еще изменить и чередование фаз, т. е. поменять местами любые две фазы.

Рассмотренная схема переключения не является единственной. Обмотки роторов асинхронных машин можно разделить на две группы: короткозамкнутые и фазные. Короткозамкнутая обмотка с простой беличьей клеткой (см. рисунок 3.12, а) состоит из ряда медных или латунных стержней круглого сечения, уложенных в пазы. Стержни с обеих сторон магнитопровода ротора приваривают к медным кольцам. При выполнении короткозамкнутого ротора пазы не изолируют. Длина стержней обмотки принимается несколько большей длины стали ротора.

Для улучшения пусковых характеристик двигателя применяют ротор с глубокими пазами, когда беличья клетка выполняется из стержней прямоугольного сечения (рисунок 3.12,б).

Рисунок 3.12. Наиболее распространенные формы пазов асинхронных двигателей

В единой серии 4А короткозамкнутые характеристик и большей трудоемкости изготовления.

В двигателях с фазным ротором на роторе применяются всыпные или катушечные обмотки и стержневые.

Всыпные обмотки — петлевые трехфазные двухслойные обмотки с укороченным шагом — укладывают в пазы трапецеидально-овальной формы (рисунок 3.12, д, е). Обмотки изготовляют из круглого медного провода. Технология укладки, изоляция, пропиточные лаки те же, что и для статорных обмоток. Всыпные обмотки дают возможность иметь на кольцах напряжения, близкие к напряжению обмотки статора, что облегчает конструкцию щеточного аппарата и пускорегулирующей аппаратуры, так как снижаются токи. Эти обмотки технологичны и допускают уменьшение числа пазов ротора. Всыпные обмотки применяются в асинхронных двигателях мощностью до 50 кВт.

Стержневые обмотки — двухслойные волновые обмотки, состоящие из стержней прямоугольной меди, уложенных в полузакрытые пазы ротора (рисунок 3.12, ж). Стержни обмотки в пазы вставляют с торца, а затем отгибают одну лобовую часть. Стержни обмотки 2 соединяются между собой при помощи хомутиков 1 (рисунок 3.13). Хомутики одновременно выполняют роль лопастей вентилятора, обеспечивая при вращении ротора перемешивание воздуха внутри машины.

Рисунок 3.13. Соединение стержней двухслойной волновой обмотки ротора

Шаги обмотки определяются стержнями, соединяемыми со стороны контактных колец и с противоположной стороны ротора. Сумма этих шагов равняется полюсному делению. Чтобы не замкнуть обмотку после обхода пазов ротора, последний шаг в каждом обходе делают укороченным.

Стержневые обмотки фазных роторов применяются в двигателях средней и большой мощностей при напряжении на контактных кольцах до 500 В. Недостатки стержневых обмоток— наличие большого числа паек и большая трудоемкость.

Низковольтные асинхронные двигатели единой серии 4А изготовляются на напряжения 220, 380 и 660 В. На доске выводы обмоток располагают таким образом, что их можно соединять в звезду и треугольник (рисунок 3.14, а, б). При большем напряжении обмотки соединяют в звезду, а при меньшем — в треугольник. Обмотки высоковольтных асинхронных машин соединяются в звезду.

Рисунок 3.14. Соединение обмоток в звезду (а) н треугольник (б) на коробке выводов

Билет 4