Технология и оборудование производства электрических машин - Типы короткозамкнутых обмоток и их изготовление

ГЛАВА XIII
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РОТОРОВ С КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКОЙ
§ 13-1. Типы короткозамкнутых обмоток и общие вопросы их изготовления
Большинство асинхронных двигателей выпускается промышленностью с короткозамкнутыми роторами. У таких роторов обмотки имеют вид беличьей клетки, изготовляемой чаще из алюминия методом литья (рис. 13-1).
Для роторов некоторых специальных машин и электродвигателей большой мощности применяются обмотки из медных или латунных стержней, замкнутых с торцов пакета ротора отдельными кольцами (рис. 13-2).
Короткозамкнутые роторы должны иметь высокую электропроводность и высокие механические свойства беличьей клетки, большое переходное сопротивление между обмоткой и сердечником ротора.
Конструкция и способ выполнения обмотки короткозамкнутого ротора влияют на характеристики работы электродвигателя — потери мощности, перегрев, к. п. д., скольжение, надежность и долговечность работы.
Метод получения короткозамкнутой обмотки ротора заливкой алюминием является наиболее прогрессивным. В процессе  заливки, кроме стержней, отливают также короткозамыкающие кольца с крыльями, выполняющими при работе электродвигателя роль вентилятора.
При заливке роторов алюминием производительность труда значительно выше, а стоимость ниже, чем при изготовлении роторов из медных или латунных стержней.
Для заливки короткозамкнутых роторов применяется первичный алюминий марок А5, А6, А7 (ГОСТ 11069—64). Содержание соответственно 99,5; 99,6; 99,7% алюминия и остальное — примеси кремния, меди, цинка, титана, железа.

Рис. 13-1. Короткозамкнутый ротор электродвигателя А2-91-4, залитый алюминием:
1 — вал; 2 — пакет; 3 — шпонка; 4 — кольцо пружинное; 5 — груз балансировочный; 6 — болт; 7 — гайка
Заливка короткозамкнутых роторов производится в специальных формах, называемых пресс-формами, или кокилями. Кокиль состоит из верхней и нижней половин, в которых имеются кольцевые канавки и углубления для образования при заливке короткозамыкающих колец и вентиляционных лопаток.
При поступлении в форму алюминий не должен окисляться. Пленки окислов уменьшают электропроводность алюминия и могут служить причиной трещин и разрывов стержней.
Для заливки пакет ротора и кокиль должны быть соответствующим образом подготовлены. Пакет ротора собирается на технологическую оправку, а затем опрессовывается отдельно или в форме на литейных установках непосредственно перед заливкой. Плотность спрессовки пакета сердечника ротора оказывает влияние на качество ротора.

Рис. 13-2. Короткозамкнутый ротор электродвигателя с обмоткой из медных стержней:
1 — вал;  2  — короткозамыкающее кольцо; 3 — стержень; 4 — пакет ротора; 5 — балансировочные грузы
При остывании залитого алюминия до окружающей температуры происходит его усадка, в результате усадки стержни укорачиваются по длине примерно на 2 %. Пакет сердечника ротора препятствует усадке стержней, вследствие чего в них создаются внутренние напряжения. При сильной спрессовке пакета эти напряжения будут значительными и могут привести к образованию трещин в стержнях или их обрыву.
При слабой спрессовке пакета и некоторых способах заливки расплавленный алюминий может попасть между листами пакета, что приведет к уменьшению контактного сопротивления между беличьей клеткой и пакетом. Величину спрессовки пакетов перед заливкой обычно определяют опытным путем.
Перед заливкой пакет ротора подогревается в специальных печах. Подогретый пакет лучше заполняется алюминием.
Кроме того, подогрев необходим для частичной компенсации разности коэффициентов расширения стальных листов сердечника и заливаемого металла.
При остывании после заливки алюминием таких пакетов длина их, как и длина стержней, становится меньше, а в связи с этим и напряжения в стержнях будут меньшими, чем при заливке в холодный пакет. Температуру подогрева пакета перед заливкой определяют опытным путем.
На большинстве электромашиностроительных заводов пакеты роторов перед заливкой подогревают до температуры 500—650°. При более высокой температуре нагрева пакетов образующаяся
в пазах окалина может попасть в отливку и послужить причиной трещины или обрыва стержня. Следует также иметь в виду, что чем выше температура пакета, тем лучше механический контакт алюминия со стальным пакетом, а значит и меньше между ними переходное сопротивление.
По этой же причине не следует производить заливку пакетов роторов перегретым алюминием.
Чаще всего роторы заливают расплавленным алюминием, имеющим температуру 700—750°.
Для повышения к. п. д. и снижения нагрева электродвигателя (за счет уменьшения добавочных потерь) большое значение имеет контактное переходное сопротивление между стержнями ротора и стальным пакетом. По данным [18], оно должно быть не менее 30 Ом -мм².
Величина контактного сопротивления зависит от способа заливки. Контактное сопротивление может быть увеличено за счет предварительного изолирования пазов пакета сердечника перед заливкой алюминием.
Изолировка пазов пакетов ротора выполняется оксидированием или фосфатированием.
Процесс оксидации заключается в получении на поверхности листов сердечника тонкой пленки окислов в результате воздействия на них высокой температуры и окислительной среды. Оксидация совершается в специальных печах с температурой нагрева 550°. Листы выдерживают в таких печах несколько часов.
Для заливки пакетов короткозамкнутых роторов применяют следующие способы: статический, центробежный, литье под давлением, вибрационный, литье под низким давлением, методом штамповки жидкого металла.