Каким образом обычно соединяются обмотки фазного ротора

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/ (43) = 2.Стрелками на линиях ука­жем для первой фазы направления мгновенных значений токов в стержнях (одинаковые

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

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).

#001.»Звезда» или «Треугольник»?

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 q2 таких 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 18 соединяют 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 2р2q2 пазовых 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 2р — 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. В то же время наличие переходных, изогнутых по длине стержней требует их дополнительного

крепления в пазах (рис. 3.43).

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

стержневой волновой обмотки фазного ротора с

переходным стержнем, Z = 36, 2p = 4

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; 1 – уплотняющие клинья;

3 – сердечник ротора

В большинстве случаевстержневыеволновые обмотки роторов выполняют с целым число пазовна полюс и фазу. Однако на прак­тике встречаются обмотки и с дробным q2. При q2 = b + с/d по­люсное деление τ2 = m2q2 содер­жит дробное число пазовых деле­ний (обмотки с d, кратным трем, в трехфазных машинах не применяют) и шаг обмотки выполняют с различны­ми шагами: большими, равными у’ = τ2 + ε1 пазовых делений, и малыми, равными

Рис. 3.44. Схема и последовательность соединения одной фазы

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

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.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором – это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.

Статор (3) выполнен, так же как и в обычном асинхронном двигателе, он представляет из себя полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в который уложена трехфазная обмотка.

Ротор (4) по сравнению с короткозамкнутым, представляет из себя более сложную конструкцию. Он состоит из сердечника в который уложена трехфазная обмотка, аналогично обмотке статора. Отсюда название двигателя. Если двигатель двухполюсный, то обмотки ротора смещены геометрически друг относительно друга на 120. Эти обмотки соединяются с тремя контактными кольцами (2), расположенными на валу (5) ротора. Контактные кольца выполнены из латуни или стали, причем друг от друга они изолированы. С помощью нескольких металлографитовых щеток (обычно двух), которые расположены на щеткодержателе (1) и прижимаются пружинами к кольцам, в цепь вводятся добавочные сопротивления. Выводы обмоток соединяются по схеме «звезда».

Добавочное сопротивление вводится только при пуске двигателя. Причем им обычно служит ступенчатый реостат, сопротивление которого уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Таким образом пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато. После того, как разгон закончился и двигатель вышел на естественную механическую характеристику, обмотку ротора закорачивают. Для того, чтобы сохранить щетки и снизить потери на них, в двигателях с фазным ротором существует специальное устройство, которое поднимает щетки и замыкает кольца. Таким образом, удается повысить еще и КПД двигателя.

Добавочное сопротивление позволяет главным образом осуществить пуск двигателя под нагрузкой, работать с ним длительное время двигатель не может, так как механические характеристики слишком мягкие и работа двигателя на них нестабильна.

Для того чтобы автоматизировать пуск двигателя, в обмотку ротора включают индуктивность. В момент пуска, частота тока в роторе наибольшая, а значит и индуктивное сопротивление максимально. Затем, при разгоне двигателя, частота, как и сопротивление уменьшаются, и двигатель постепенно начинает работать в обычном режиме.

За счет усложнения своей конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором, обладает хорошими пусковыми и регулировочными характеристиками. Но по той же причине, его стоимость возрастает приблизительно в 1.5 по сравнению с обычным АД, кроме того увеличивается масса, размеры и как правило, уменьшается надежность двигателя.

Пазовая и междуфазовая изоляция.

В современных сериях двигателей широкое распространение получили композиционные материалы, представляющие собой сочетание полимерных пленок с различными гибкими электроизоляционными материалами на основе синтетических органических или неорганических волокон, причем указанные компоненты связаны между собой клеящими составами. Пленка принимает на себя основную электрическую и механическую нагрузки, в то время как другие компоненты выполняют функции армирующего материала, обеспечивающего необходимые технологические свойства композиции — жесткость, упругость, повышенную стойкость к механическим воздействиям и др.

Одной из важных функций волокнистых подложек является обеспечение надежной связи между поверхностями пазовой изоляции и прилегающими к ним катушками обмотки и сердечником за счет лучшей смачиваемости волокнистых материалов пропиточными составами по сравнению с пленками. Композиционные материалы обладают высокими механическими свойствами. Широко используются пленкосинтокартоны марок ПСК-Ф, ПСК-ЛП, состоящие из полиэтилентерефталатной пленки марки ПЭТФ, оклеенной с двух сторон бумагой из фенилонового или лавсанового волокна.

Для прокладок в лобовых частях применяют материалы с повышенным коэффициентом трения, такие, как пленкослюдопласт и пленкослюдокартон. Пропиточные и покровные составы. В двигателях современных серий широкое распространение нашли пропиточные составы без растворителей, что существенно уменьшило длительность процесса полимеризации, улучшило качество пропитки и теплопроводность изоляции. Для пропитки асинхронных двигателей современных серий применяются составы без растворителей марок КП-34, КП-50, КП-103. ЭКД-14, а также лаки с растворителями марок МЛ-92, ПЭ-933, КО-916К, КО-964Н. После пропитки и сушки на лобовую часть обмоток наносятся покровные составы для повышения стойкости обмотки к воздействию окружающей среды (пыль, масло, соляной туман, вредные примеси в воздухе и др.).

В качестве покровных составов применяют эмали ГФ92-ГС и ЭП91 (с растворителями) и компаунды КП-34, КП-50. Формы исполнения асинхронных двигателей определяются требованиями ГОСТ 2479-79 и разделяются на девять групп. Асинхронные двигатели серии 4А основного исполнения имеют четыре основные формы: IM 1081 — на лапах с двумя подшипниковыми щитами с одним цилиндрическим концом вала; IM 2081 — то же, что и IM 1081, но с фланцем на подшипниковом щите; IM 3081 — без лап с двумя подшипниковыми щитами, фланцем на подшипниковом щите и одним цилиндрическим концом вала со стороны привода; IM 9081 — встраиваемое исполнение с цилиндрической станиной (или без станины) с двумя подшипниковыми щитами и одним цилиндрическим концом вала со стороны привода. Как видно, условное обозначение двигателя по форме исполнения и способу монтажа состоит из латинских букв IM и четырехзначного числового индекса, первая цифра которого (от 1 до 9) определяет конструктивное исполнение, вторая и третья (от 00 до 99) — способ монтажа, четвертая (от 0 до 9) — условное обозначение конца вала. По степени защиты персонала от соприкосновения с токоведущим или движущимися частями, находящимися внутри машины, и попадания твердых посторонних тел и воды внутрь машины также существуют различные формы исполнения. В соответствии с ГОСТ 17494-72 для защиты электрических машин могут применяться 15 исполнений от IP00 до IP56. Для асинхронных двигателей напряжением до 1 кВ приняты две основные степени защиты IP23 и IP44.

Для некоторых специальных исполнений двигателей, работающих в пыльных и влажных помещениях, могут быть приняты степени защиты IP54, IP56. Двигатели, работающие в закрытых помещениях, могут иметь степень защиты IP22. Обозначение по способу защиты состоит из латинских букв IP и двух цифр, первая из которых (от О до 6) указывает на степень защиты персонала от соприкосновения и попадания посторонних предметов внутрь машины, а вторая (от 0 до 8) — на степень защиты от попадания воды:
исполнение IP22 — защита двигателя от проникновения внутрь корпуса твердых тел диаметром более 12 мм и от капель воды, летящих под углом не более 15° к вертикали;
исполнение IP44 — защита от твердых тел размером более 1 мм и от брызг, летящих в любом направлении;
исполнение IP23 — то же, что и IP22, но с защитой от дождя (капли дождя под углом до 60° к вертикали).

Способ охлаждения двигателей регламентируется требованиями ГОСТ 20459-75. Асинхронные двигатели общего назначения выпускаются с двумя способами охлаждения — с самовентиляцией (лопатки вентилятора расположены на роторе двигателя) типа IC01 и с наружным вентилятором, расположенным на валу двигателя, типа IC0141. Обозначение способа охлаждения состоит из латинских букв 1С, следующей за ними прописной буквы, обозначающей вид хладоагента (если охлаждение воздушное — эта буква опускается), и цифрового индекса, который указывает тип цепи для циркуляции хладоагента и способ его перемещения. В ряде модификаций двигателей применяются способы охлаждения IC0041 (естественное без вентилятора) и IC06 (охлаждение от пристроенного вентилятора, приводимого во вращение собственным двигателем).

Статьи по теме:

§77. Асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором (рис. 258 и 259) применяют для привода таких машин и механизмов, которые пускаются в ход под нагрузкой (краны, лифты и пр.). В подобных приводах двигатель должен развивать при пуске максимальный момент, что достигается с помощью пускового реостата (см. § 80).

В двигателе с фазным ротором статор выполнен так же, как и в двигателе с короткозамкнутым ротором. На роторе же расположена трехфазная обмотка, состоящая из трех, шести, девяти и т. д. катушек (в зависимости от числа полюсов машины), сдвинутых одна относительно другой на 120° (в двухполюсной машине), 60° (в четырехполюсной) и т. д. Числа полюсов обмоток статора и ротора берутся одинаковыми.

Рис. 258. Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором (а) и его условное графическое изображение (б): 1 — статор; 2 — ротор; 3 — контактные кольца со щетками; 4 — пусковой реостат

Рис. 259. Основные конструктивные узлы асинхронного двигателя с фазным ротором: 1 — приспособление для подъема щеток; 2, 12 —- подшипниковые щиты; 3 — щеткодержатели; 4 — траверса; 5 — обмотка статора; 6 — остов; 7 — сердечник статора; 8 — коробка с выводами; 9 — сердечник ротора; 10 — обмотка ротора; 11 — контактные кольца

Обмотку фазного ротора обычно соединяют «звездой». Концы ее присоединяют к трем контактным кольцам, к которым посредством щеток подключают трехфазный пусковой реостат, т. е. в каждую фазу ротора в момент пуска вводят дополнительное активное сопротивление.

Для уменьшения износа контактных колец и щеток двигатели с фазным ротором иногда снабжают приспособлениями 1 (см. рис. 259) для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата.