ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (967515), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

= - ;

= - ; (9.69)

= - .

…………………..

Токи в стержнях сдвинуты относительно друг друга на угол a_z = 2pπ / Z₂. Начертив многоугольник токов в стержнях (рис. 9.36, б), стороны которого являются векторами токов стержней, сдвинутых по фазе на угол a_z, убеждаемся, что системе уравнений (9.69) будут соответствовать направления токов на участках колец, показанные на рис. 9.36, б. Угол между их векторами тоже равен a_z. Найдем соотношение между токами в стержнях и в участках ко­лец, для чего рассмотрим один из треугольников векторной диаграммы, образованный, например, векторами токов , , . Из этого треугольника имеем

= 2 I₂₃ sin

Рис. 9.36 К расчету токов в замыкающих кольцах

короткозамкнутой обмотки ротора:

а — направления токов;

б — векторная диаграмма токов обмотки

Так как это соотношение справедливо для любого из элементов диаграммы токов, то, обозначив токи в кольце I_кл, а токи в стержнях I₂, можем за­писать

I_кл = I₂/Δ, (9.70)

где

Δ = 2 sin (9.71)

Выражение (9.70) является расчетной формулой для определения тока в замыкающих кольцах короткозамкнутых роторов.

Плотность тока в замыкающих кольцах J_кл выбирают в среднем на 15...20 % меньше, чем в стержнях. Это объясняется двумя причи­нами. Во-первых, замыкающие кольца, имеющие лучшие условия охлаждения по сравнению со стержнями, являются своего рода ра­диаторами, которые отводят тепло стержней, усиливая их охлажде­ние. Во-вторых, в машинах, в которых для улучшения пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока, большое сопро­тивление замыкающих колец снижает кратность увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске.

Площадь поперечного сечения замыкающих колец, м²,

q_кл = I_кл / J_кл. (9.72)

Замыкающие кольца в роторах со вставными стержнями из-за необходимости пайки или сварки их со стержнями устанавливают на некотором расстоянии от торцов ротора (рис. 9.37, а). Попереч­ное сечение колец представляет собой прямоугольник, размеры ко­торого (h_кл и b_кл) выбирают таким образом, что h_кл = (1,1...1,25)h_п2.

В роторах с литой обмоткой замыкающие кольца, которые от­ливают одновременно с заливкой пазов, всегда плотно прилегают к торцам сердечника ротора. При этом они помимо своей основной функции выполняют и другую: удерживают в спрессованном состоя­нии листы сердечника ротора. Замыкающие кольца литой обмотки обычно выполняют с поперечным

Рис. 9.37. Размеры замыкающих колец короткозамкнутого ротора:

а — со сварной обмоткой; б — с литой обмоткой

сечением в виде неправильной трапеции, прилегающей своим большим основанием к торцу ротора (рис. 9.37, б). Размеры h_кл и b_кл, нужные для расчета, берут приближенно, исходя из конфигурации поперечного сечения кольца. Высоту сечения кольца выбирают h_кл ≥ 1,2 h_п2.

Ширину замыкающих колец обоих типов рассчитывают исходя из q_кл полученной по (9.72), и выбранной h_кл:

b_кл = q_кл / h_кл. (9.73)

Средний диаметр замыкающих колец, м,

D_кл.ср = D₂ - h_кл. (9.74)

Одновременно с заливкой стержней и колец на замыкающих кольцах отливают вентиляционные лопатки длиной, несколько меньшей, чем длина вылета лобовых частей обмотки статора. Количество вентиляционных лопаток выбирают равным простому числу, приблизительно в 2—3 раза меньшему, чем число пазов ротора.

Расчетное сечение замыкающих колец литой обмотки, м², при­нимают равным q_кл = h_кл b_кл, не учитывая утолщения в местах при­мыкания вентиляционных лопаток.

Форма паза и конструкция обмотки короткозамкнутого ротора определяются требованиями к пусковым характеристикам двигателя и его мощностью. В асинхронных двигателях мощностью до50…60 кВт обычно выполняют грушевидные пазы и литую обмотку из алюминия (рис. 9.38, а). Размеры паза выбирают такими, чтобы торцы ротора имели параллельные грани.

Роторы более крупных машин с прямоугольными пазами выполняют со вставными медными стержнями или с литой алюминиевой обмоткой (рис. 9.38, в, г). Прямоугольные открытые пазы встречаются в короткозамкнутых роторах многополюсных асинхронных двигателей. Стержни обмотки, выполненные из алюминиевых шин прямоугольного сечения (рис. 9.38, д), устанавливают в открытые пазы ротора и закрепляют, расчеканивая их верхнюю часть.

Для увеличения пусковых моментов двигателей прямоугольные пазы делают узкими и глубокими, так как эффект вытеснения тока в них возрастает с увеличением высоты стержня. Роторы с такими пазами называют глубокопазными.

В асинхронных двигателях при небольшом числе полюсов часто не удается получить требуемый пусковой момент даже при глубокопазных роторах, поэтому переходят к роторам с фигурными пазами. Применяют различные конфигурации фигурных пазов (рис. 9.38, е – и ). Все они имеют характерную особенность – уменьшенную ширину верхней части паза по сравнению с нижней, что позволяет в большей степени использовать эффект вытеснения тока при боль­ших скольжениях.

Рис. 9.38. Конфигурации пазов короткозамкнутых асинхронных двигателей

Короткозамкнутые обмотки роторов с пазами трапецеидальной формы выполняют как с заливкой пазов алюминием (рис. 9.38, ё), так и со сварной медной клеткой (рис. 9.38, ж), для стержней кото­рой используют шинную медь соответствующего профиля.

Обмотки со стержнями более сложной формы, например, лопаточные стержни (рис. 9.38, з), выполняют заливкой алюминием или его сплавами. Колбообразные пазы с круглой нижней частью (рис. 9.38, и) в настоящее время почти не применяют из-за менее удачного, чем при лопаточных пазах, использования стали зубцовой зоны.

Асинхронные двигатели, предназначенные для приводов меха­низмов с тяжелыми условиями пуска, часто выполняют с двухклеточными роторами (рис. 9.38, к, л), в которых на каждом зубцовом делении размещены один над другим два стержня. Каждая система стержней образует свою обмотку: верхние стержни, лежащие ближе к зазору, — пусковую, а нижние — рабочую.

Двойную клетку выполняют в двух вариантах: с общими замы­кающими кольцами (рис. 9.39, а), когда каждое кольцо замыкает од­новременно стержни и пусковой, и рабочей клеток, либо с раздель­ными замыкающими кольцами (рис. 9.39, б). В последнем случае с каждого торца ротора располагают по два кольца, одно из которых замыкает только стержни пусковой, а другое — стержни рабочей клетки.

Обычное исполнение двойной клетки — сварное с раздельными кольцами. Рабочую обмотку (стержни и короткозамыкающие коль­ца) в большинстве случаев изготовляют из меди, а пусковую — из латуни. Латунь для пусковой клетки применяют из-за больших по сравнению с медью удельного сопротивления и теплоемкости.

Рис. 9.39. Замыкающие кольца двухклеточных

короткозамкнутых роторов асинх­ронных двигателей:

а — общие; б — раздельные

Увеличение теплоемкости пусковой клетки особенно важно для машин с длительными тяжелыми пусками, за время которых потери в роторе могут нагреть пусковую обмотку до недопустимо высокой с температуры.

В современных машинах распространено также двухклеточное исполнение роторов с литыми обмотками (см. рис. 9.38, л). В таких конструкциях и пусковую, и рабочую клетки заливают одним металлом. Замыкающие кольца — общие, прилегающие к торцам ротора (рис. 9.39).

Выбирая ту или иную конструкцию клетки, форму и размерные соотношения стержней, следует исходить из требований к пусковым характеристикам двигателей и возможности размещения паза на зубцовом делении ротора, при котором обеспечивается нормальный уровень индукции в зубцах и ярме. Кроме того, необходимо учитывать влияние размерных соотношений пазов на индуктивное сопротивление обмотки ротора. При любой конфигурации паза уменьшение ширины верхней части стержней и увеличение их высоты приводят к увеличению пускового момента, но одновременно увеличивается коэффициент магнитной проводимости паза и растет индуктивное сопротивление обмотки ротора. Это в некоторых случаях может играть положительную роль — как фактор, ограничивающий пусковые токи, но в то же и время увеличение индуктивного сопротивления ротора приводит к ухудшению коэффициента мощности при номинальном режиме работы и к снижению М_mах.

То же характерно для двигателей с двухклеточными роторами, имеющими большие пусковые моменты, но низкие коэффициенты мощности при номинальном режиме, так как поток пазового рассеяния в перемычке между стержнями рабочей и пусковой клеток достигает

больших значений. Поэтому для обеспечения высоких энергетических показателей номинального режима следует, прежде всего, ориентироваться на пазы ротора с широкой верхней частью — грушевидные (см. рис. 9.38, а). Пазы других форм (прямоугольные, фигурные) или двойную клетку применяют только в том случае, когда пусковые характеристики двигателя с ротором, имеющим грушевидные пазы, не удовлетворяют

Рис. 9.40. Трапецеидальные пазы короткозамкнутого ротора:

а — полузакрытые; б — закрытые

требованиям, поставленным в техническом задании.

Характеристики

Список файлов книги