ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 391
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис. 9.31. К выбору воздушного зазора асинхронных двигателей
Для уменьшения этого вида потерь 8 в быстроходных двигателях выполняют большим, что уменьшает амплитуду пульсаций.
В статорах высоковольтных машин применяют только открытые пазы, и при малых зазорах это может привести к большим пульсациям индукции, поэтому воздушный зазор в них выполняют большим, обычно равным 1,5...2 мм.
Воздушный зазор, полученный по эмпирическим формулам или из графиков, следует округлять до 0,05 мм при δ < 0,5 мм и до 0,1 мм при δ > 0,5 мм. Например, зазор выбирают равным 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,6 мм и т. д.
Выбранный по приведенным рекомендациям воздушный зазор обычно превышает минимально допустимый по механическим условиям. Однако все же необходимо провести механический расчет вала проектируемого двигателя. Прогиб вала не должен быть больше 10 % воздушного зазора.
9.8. РАСЧЕТ РОТОРА
9.8.1. Фазные роторы
Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и столько же полюсов, сколько их имеет обмотка статора, т. е. m2 = m1 и р2 = р1.
Число пазов ротора Z2 должно отличаться от числа пазов статора. При расчете задаются обычно числом пазов на полюс и фазу ротора q2 = q1 ± К, тогда Z2 = Z1 q2/q1. В большинстве случаев К = 1 или К = 1/2. При характерном для обмоток статора асинхронных двигателей целом q1 обмотка ротора имеет целое или дробное число q2 со знаменателем дробности, равным 2. Обмотки ротора со знаменателем дробности, большим двух, встречаются редко (в основном в крупных многополюсных машинах).
Число витков в фазе обмотки ротора выбирают исходя из допустимого напряжения на контактных кольцах при пуске двигателя. ЭДС фазы обмотки ротора Е2 определяется магнитным потоком, который при постоянном уровне индукции в воздушном зазоре растет с увеличением габаритов двигателя. Поэтому в крупных машинах напряжение на контактных кольцах может достигнуть слишком большого значения и привести к перекрытию или пробою изоляции колец.
Чтобы Е2 не достигала опасного значения, обмотку роторов крупных машин выполняют с малым числом витков в фазе. В современных асинхронных двигателях наиболее распространенной обмоткой такого типа является двухслойная стержневая обмотка, при которой в пазу размещаются только два эффективных проводника. Для уменьшения количества межгрупповых соединений она выполняется волновой.
В отдельных машинах можно встретить и однослойную стержневую обмотку ротора. Она применяется как исключение в крупных машинах специального исполнения, так как требует сложной в технологическом отношении конструкции лобовых частей стержней.
В небольших по габаритам машинах опасности чрезмерного увеличения Е2 нет, так как поток в них невелик, и число витков в фазе обмотки ротора увеличивают, чтобы снизить ток через щеточные контакты, что особенно важно в двигателях с постоянно прилегающими к контактным кольцам щетками. Такие обмотки выполняют из многовитковых катушек. Описание конструкции и схем обмоток фазных роторов дано в гл. 3.
Расчет обмотки фазного ротора проводят в следующей последовательности.
Для определения числа витков в фазе роторов с катушечной обмоткой предварительно задаются ЭДС фазы Е2, при которой напряжение на контактных кольцах (Uк.к) в момент пуска двигателя приблизительно равно линейному номинальному напряжению двигателя. Обмотки роторов в большинстве случаев соединяют в звезду
при этом Uк.к =
E2 = 150...250 В. Если обмотку ротора соединяют в треугольник, то Uк.к = Е2.Число витков в фазе
Так как Е2 выбрана приближенно и может быть несколько изменена, то, принимая отношение обмоточных коэффициентов kоб1/kоб2 = 1 и kE = 1 и учитывая, что при s = 1 отношение f1 / f2 = 1, получаем
w2 =
(9.52)Число эффективных проводников в пазу
Uп2 =
(9.53)должно быть целым и при двухслойной обмотке четным, поэтому полученное значение округляют, после чего уточняют число витков в
фазе:
w2 = uп p2 q2. (9.54)
В роторах с двухслойной стержневой обмоткой uп2 всегда равно двум, поэтому w2 определяют без предварительного выбора Е2:
w2 = 2 p2 q2 = Z2 /m2. (9.55)
После расчета w2 необходимо проверить напряжение на контактных кольцах ротора:
U к.к. =
U1ном 
(9.56)
В двигателях со стержневой обмоткой ротора Uк.к обычно не превышает 800... 1000 В, но при расчете двигателей мощностью 1000 кВт и более могут быть получены значения Uк.к более 1500... 2000 В. Для снижения Uк.к в обмотке ротора иногда выполняют две параллельные ветви. При этом необходимо помнить, что стержневая волновая обмотка с а = 2 может быть выполнена симметричной только при целом числе q2.
Предварительное значение тока в обмотке фазного ротора, А,
I2 =kiI1vi, (9.57)
где ki — коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I1 / I2. Его приближенное значение может быть рассчитано в зависимости от номинального cos φ, которым задавались в начале расчета:
ki = 0,2 + 0,8 cos φ, (9.58)
vi — коэффициент приведения токов, для двигателей с фазными роторами
. (9.59)Сечение эффективных проводников обмотки ротора, м2,
qэф2 = I2 / J2, (9.60)
и при стержневой обмотке qc = qэф2. Здесь J2 — допустимая плотность тока, А/м2; в роторах с катушечной обмоткой при классах нагревостойкости изоляции В и F J2 = (5...6,5) • 106 А/м , а в более мощных двигателях со стержневой обмоткой J2 = (4,5...5,5) • 106 А/м2.
Эффективные проводники независимо от их размеров на элементарные не подразделяют, так как эффект вытеснения тока в обмотке роторов при номинальных режимах асинхронных двигателей из-за малой частоты (f2 = sf1) не проявляется.
Окончательные размеры проводников обмотки ротора определяют по таблицам приложения 3 одновременно с расчетом размеров пазов.
В фазных роторах с катушечной обмоткой выполняют прямоугольные открытые пазы, при стержневой обмотке — прямоугольные полузакрытые пазы с узким шлицем (рис. 9.32). Ширину паза выбирают исходя из соотношения (0,4...0,45)tz2. Примеры вычисления изоляции обмоток фазных роторов приведены в табл. 3.10 и 3.11.
При расчете заполнения паза проводниками с изоляцией следует учитывать припуск на сборку магнитопровода (см. табл. 9.14). Высоту клиновой части паза при расчете расположения проводников не учитывают. В двигателях с h = 280...355 мм выполняют hк
= 2,5 мм и hк = 3,5 мм при h = 400 мм. Ширину шлица обычно принимают равной bш = 1,5 мм, а высоту hш = 1,0 мм.
После предварительных расчетов необходимо уточнить размер зубца ротора в наиболее узком сечении bz2min и проверить соответствие индукции Вz2max ее допустимому значению для данного исполнения двигателя по табл. 9.12:
bz2min =
; (9.61)Вz2max=
(9.62)
Рис. 9.32. Пазы фазного ротора асинхронного двигателя:
а — открытые (катушечная обмотка);
б — полузакрытые (стержневая обмотка)
Наибольшая ширина зубца ротора с открытыми пазами (рис. 9.32, а)
bz2max=
; (9.63)Наибольшая ширина зубца ротора с полузакрытыми пазами (рис. 9.32, 6)
bz2max=
(9.64)Расчетная высота зубцов при пазах обеих конфигураций принимается равной высоте паза.
9.8.2. Короткозамкнутые роторы
Короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных двигателей делятся по конструкции и технологии изготовления на два типа: сварные и литые.
В сварных конструкциях (рис. 9.33 и 9.34) стержни обмотки устанавливают в пазы, после чего с торцов ротора их замыкают, приваривая или припаивая замыкающие кольца. При литых конструкциях одновременно заливают как одно целое и стержни, и замыкающие кольца. На
Рис. 9.33. Короткозамкнутый ротор Рис. 9.34. Короткозамкнутая обмотка
асинхронного двигателя со сварной асинхронного двигателя:
обмоткой: 1 — замыкающие кольца; 1 — замыкающие кольца;
2 — стержни обмотки 2 — стержни обмотки
замыкающих кольцах отливают также вентиляционные лопатки, выполняющие роль вентилятора при работе машины (см. рис. 3.10).
Короткозамкнутые обмотки роторов, в отличие от всех других существующих обмоток, не имеют определенного числа фаз и числа полюсов. Один и тот же ротор может работать в машинах, статоры которых выполнены на различные числа полюсов. Это, в частности, определило возможность использования короткозамкнутых роторов в двигателях с регулированием частоты вращения путем переключения числа полюсов обмотки статора.
Обычно принято считать, что каждый стержень обмотки образует одну фазу короткозамкнутой обмотки. Тогда число ее фаз равно числу пазов (m2 = Z2) и обмотка каждой из фаз имеет 1/2 витка, т. е. w2 = 1/2, так как при m2 = Z2 к каждой фазе относится один стержень с двумя участками замыкающих колец, расположенных с разных торцов ротора (рис. 9.35). Обмоточный коэффициент такой обмотки равен единице, а условное число пазов на полюс и фазу
q2 =
. (9.65)
Рис. 9.35. Фазы обмотки короткозамкнутого ротора
При проектировании зубцовой зоны короткозамкнутых роторов особое внимание следует уделять выбору числа пазов ротора. Это объясняется тем, что в поле воздушного зазора машины кроме основной присутствует целый спектр гармоник более высокого порядка, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротора, поэтому ток в стержнях обмотки имеет сложный гармонический состав.
В результате взаимодействия токов и полей высших гармоник возникают электромагнитные моменты, которые при неблагоприятном соотношении Z1 и Z2 могут существенно ухудшать механическую характеристику двигателя, так как момент на валу машины является суммой моментов, обусловленных всеми взаимодействующими гармониками. В зависимости от соотношения Z1 и Z2 в той или иной степени проявляются синхронные или асинхронные моменты от высших гармоник.
Их влияние на момент от первой гармонической приводит к появлению пиков и провалов в результирующей кривой момента [6]. В поле зазора присутствуют также высшие гармоники, порядок которых определенным образом связан с числами пазов и полюсов машины. Это так называемые зубцовые гармоники, которые вызывают шум и вибрацию при работе двигателя при номинальном режиме. Влияние зубцовых гармоник особенно заметно при малых воздушных зазорах, характерных для асинхронных двигателей небольшой мощности.
Исследования, проведенные для изучения влияния соотношений чисел зубцов на статоре и роторе на кривую момента, а также на шумы и вибрации, позволили определить наилучшие сочетания Z1 и Z2 для короткозамкнутых двигателей с различными числами 2р. Рекомендации по выбору Z2 при известных Z1 и 2р сведены в табл. 9.18, в которой предлагается несколько возможных вариантов чисел пазов ротора при данных Z и 2р. В двигателях малой мощности