ГЛАВА VIII
СТЕРЖНЕВЫЕ ОБМОТКИ РОТОРОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕМ
§ 35. СХЕМЫ ОБМОТОК ФАЗНЫХ РОТОРОВ
Обмотки фазных роторов асинхронных двигателей мощностью более 70—80 кВт, как правило, выполняют стержневыми.
В фазных роторах современных асинхронных двигателей почти всегда применяют двухслойные волновые обмотки, так как в двухслойных обмотках лобовые части изгибаются меньше, чем в однослойных, а в волновых обмотках меньше межгрупповых соединений, чем в петлевых той же полюсности.
Закономерность соединения схемы стержневых волновых обмоток рассмотрим на конкретном примере. Составим схему волновой стержневой обмотки трехфазного ротора с Z2= 24 и 2р= 4. На рис. 101, а показаны 24 пары линии пазов, в которых располагаются стержни верхнего (сплошные линии) и нижнего (пунктирные линии) слоев обмотки. Разметим пазы так же, как в схемах двухслойных обмоток статора, т. е. распределим все пазы по полюсным делениям и обозначим фазы обмотки. Полюсное деление ротора содержит
Z2/(2p) = 24/4 = 6 пазовых делений.
Рис. 101. Построение схемы стержневой волновой обмотки фазного ротора:
а —распределение пазов по фазам, б — соединение стержней первой половины фазы, в — последовательность соединения стержней
Число пазов на полюс и фазу q2 = Z2/2pm = 24/(4-3) = 2. Для всех стержней фазы А отметим стрелками направление мгновенных значений токов. Оно меняется при переходе от одного полюсного деления к другому. Построение схемы обмотки начнем, приняв за начало фазы А верхний стержень, лежащий в первом пазу (рис. 101,6). Одновременно с вычерчиванием схемы обмотки будем заполнять таблицу соединений с указанием номеров пазов и последовательности шагов, как показано на рис. 101, в. Обмотку выполняют с диаметральным шагом (для нашей схемы у=τ2=6 пазовым делением). Обмотка двухслойная, поэтому верхний стержень, лежащий в первом пазу, должен быть соединен с нижним стержнем, лежащим в (1 + у) = (1 + 6) = 7 пазу. Следующим шагом нижний стержень 7-го паза соединяется с верхним стержнем, лежащим в (7+6) = 13 пазу. Проделав таким образом 2р — 1 = 4 — 1 = 3 шага из 1в в 7н, из 7н в 13 в, из 13в в 19н, убедимся, что при следующем таком же шаге стержень, лежащий в нижнем слое 19-го паза, должен быть соединен со стержнем, взятым за начало фазы, лежащим в верхнем слое 1-го паза, т. е. обмотка замкнется сама на себя. Чтобы этого не произошло, следующий шаг изменяют на одно зубцовое деление — укорачивают или удлиняют, т. е. делают его равным (у + 1) или (у — 1). Чаще применяют укороченный шаг, так как он приводит к некоторой экономии меди.
Первый обход обмотки по всей окружности ротора завершается укороченным (или удлиненным) шагом, после чего соединение продолжают в той же последовательности с диаметральными шагами, изменяя их в конце каждого из обходов. После 2 таких обходов (в нашем случае после двух обходов, так как q2 = 2) укорачивать последний шаг уже нельзя, так как это приведет к соединению обмотки фазы А со стержнями соседней фазы (18н + 6 — 1 = 23в — принадлежит фазе В). К этому моменту уже соединена половина всех стержней фазы А ив каждом пазу этой фазы находится только по одному стержню: верхнему или нижнему (см. рис. 101, б). Для заполнения оставшихся после первых q2 обходов половин пазов фазы последний стержень, на котором закончился обход (на нашей схеме — нижний стержень 18-го паза), соединяют перемычкой со стержнем, занимающим такое же положение в пазу на расстоянии шага в направлении обхода. В нашем примере нижний стержень 18-го паза соединяется с нижним стержнем 24-го (18 + 6) паза. Дальнейшие соединения продолжают в той же последовательности, но в направлении, обратном принятому первоначально. После обходов в обратном направлении построение схемы одной фазы обмотки заканчивается. Схема соединения фазы А изображена на рис. 102, а всех фаз обмотки ротора — на рис. 103. По схеме рис. 103 можно проследить основные закономерности, характерные для стержневых волновых обмоток роторов. Начала фаз располагаются в 1, 9 и 17-м пазах, т. е. через 2q2p = 2x2x2 = 8 зубцовых делений. Такое расстояние между началами фаз обеспечивает и электрическую и геометрическую симметрии обмотки.
Рис. 102. Схема соединения стержней одной фазы волновой обмотки ротора (а) и последовательность их соединения (б)
Электрический угол между началами фаз кратен 120° (он равен 2р-60° = 2х2х60 = 240 эл. град), а геометрический угол равен 120°, т. е. начала фаз расположены симметрично по окружности ротора.
Каждая фаза обмотки имеет только одну перемычку между катушечными группами независимо от числа полюсов машины. Напомним, что в петлевых обмотках таких перемычек будет (2р — 1) в каждой фазе (см., например, рис. 28). В этом ясно видно преимущество волновых обмоток, особенно для многополюсных машин. Так, например, в каждой фазе петлевой обмотки с 2р = 12 будет по 11 перемычек между катушечными группами, а в фазе стержневой волновой — только одна.
При симметрично выбранных началах фаз обмотки также симметрично по окружности ротора располагаются концы фаз (Р4 — в 7-м, Р5 — в 15-м, Р6 — в 23-м пазах) и перемычки между катушечными группами, что облегчает балансировку ротора после укладки обмотки. В большинстве случаев обмотка ротора соединяется в звезду. Начала фаз обмотки ротора (Р1, Р2, Р3) соединяются с контактными кольцами, а концы фаз (Р4, Р5, Р6) — между собой кольцевой перемычкой.
Рис. 103. Схема стержневой волновой обмотки ротора с укороченными переходами с Z= 24, 2р=4
Как мы уже знаем, обмотка может быть выполнена и с удлиненными шагами в конце каждого обхода. Ее схема строится так же, как и схема на рис. 103, но в конце обхода выполняется удлиненный шаг, равный (у+1). Из-за увеличения шага несколько удлиняются лобовые части стержней, соединенных с перемычками, а у выводных стержней возникают дополнительные перекрещивания в лобовых частях.
Иногда стержневую волновую обмотку ротора делают с различными переходными шагами: при обходе первой ветви до перемычки с удлиненными, а после перемычки — с укороченными.
Рис. 104. Схема фазы стержневой волновой обмотки ротора с переходным стержнем с Z=36, 2р= 4 (а) и последовательность соединений стержней (б)
Встречаются также схемы обмоток фазных роторов, выполненные без перемычек (рис. 104). В таких обмотках на месте последнего при прямом обходе стержня, который в обычных схемах соединяется с перемычкой, устанавливают изогнутый переходный стержень (паз 26 на рис. 104). Половина этого стержня 1 (рис. 105) располагается в нижней, а другая половина — в верхней части паза. Обе лобовые части переходного стержня отгибаются в одну и ту же сторону, и направление обхода соединения обмоток после переходного стержня меняется на обратное, так же как и после перемычки. В таких схемах выводные концы последних стержней всех фаз располагаются на противоположной от начал фаз стороне ротора. Соединение стержней в них более удобно, чем в схемах с перемычками, однако обмоточные работы усложняются в связи с необходимостью добавочного закрепления переходных стержней. Свободные части пазов, в которых расположены переходные стержни, заполняются либо текстолитовыми прокладками 2, либо отрезками изолированной медной шины того же размера, что и стержни обмотки, как показано на рис. 105.
Стержневую волновую обмотку делают с одной или реже с двумя параллельными ветвями. Выполнение большего числа параллельных ветвей из-за дополнительных соединений в лобовых частях технологически трудно и в практике применяется редко. Для получения двух параллельных ветвей перемычку между половинами фаз убирают и каждую половину обмотки соединяют с начальными и конечными выводами фаз (рис. 106).
Рис. 105. Переходной стержень в пазу ротора
Рис. 106. Соединение фаз обмотки ротора в две параллельные ветви
Чтобы начала фаз в обмотке ротора располагались по окружности ротора симметрично, между ними должно заключаться 2q2p пазов. Такое симметричное расположение возможно во всех роторах, число полюсов которых не кратно трем. В двигателях с числом, кратным трем (2р=6, 12 и т. д.), симметричное положение выводов приходится нарушать, так как через 2q2p пазов в них располагаются стержни одной и той же фазы. Начала фаз в обмотках роторов таких машин выбирают через 2q2(p — 1) пазовых делений.
