Конструкция машин переменного тока

Виды  обмоток. По конструкции катушек обмотки подразделяют на всыпные с мягкими катушками и обмотки с жесткими катушками или полукатушками. Мягкие катушки изготовляют из круглого изолированного провода. Для придания требуемой формы их предварительно наматывают на шаблоны, а затем укладывают в изолированные трапецеидальные пазы (см. рис. 4, в, г); междуфазовые изоляционные прокладки устанавливают в процессе укладки обмотки. Затем катушки укрепляют в пазах с помощью клиньев или крышек, придают им окончательную форму (формируют лобовые части), осуществляют бандажирование обмотки и ее пропитку. Весь процесс изготовления всыпных обмоток  можно  полностью механизировать.

Жесткие катушки (полукатушки) изготовляют из прямоугольного изолированного провода. Окончательную форму им придают до укладки в пазы; одновременно на них накладывают корпусную и междуфазовую изоляцию. Затем катушки укладывают в предварительно изолированные открытые или полуоткрытые пазы (см. рис. 4, а, б и 5, а, б), укрепляют и подвергают пропитке.

 

Контактные кольца. Для подвода тока к обмотке ротора или подключения к ней реостата на роторе должны быть расположены контактные кольца (три кольца при трехфазном токе). Исключение составляют асинхронные машины с короткозамкнутым ротором, которым контактные кольца не требуются. Токосъем с контактных колец осуществляют с помощью щеток — прямоугольных брусков, изготовленных из смеси угля, графита и порошка металла (меди и свинца). Щетки устанавливают в специальных щеткодержателях и прижимают к контактой поверхности с помощью пружин.

Электрические машины мощностью примерно до 2000 кВт имеют шариковые или роликовые подшипники, расположенные в подшипниковых щитах. При больших мощностях применяют скользящие подшипники.

 

УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ

 

По конструкции асинхронные  двигатели подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (последние называют также двигателями с контактными кольцами). Рассматриваемые двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь выполнением обмотки ротора.

Двигатели с короткозамкнутым ротором. На статоре (рис. 14) расположена трехфазная обмотка, которая при подключении к сети трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора выполнена в виде беличьей клетки, является короткозамкнутой и никаких выводов не имеет.

 

Рис. 14  Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым

ротором:

1 — корпус;  2 — сердечник статора;  3 — сердечник ротора;  4 — обмотка

ротора «беличья клетка»; 5 — обмотка статора;  6—вентиляционные лопатки

ротора;  7 —  подшипниковый щит; 8 — кожух вентилятора; 9 — вентилятор

 «Беличья клетка» состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 15, а). Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции. В двигателях малой и средней мощности «беличью клетку» обычно получают путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора (рис. 15, б). Вместе со стержнями «беличьей клетки» отливают короткозамыкающие кольца и торцовые лопасти, осуществляющие вентиляцию машины. Для этой цели особенно пригоден алюминий, обладающий малой плотностью, легкоплавкостью и достаточно высокой электропроводностью. В машинах большой мощности пазы короткозамкнутого ротора выполняют полузакрытыми, в машинах малой мощности—закрытыми. Обе формы паза позволяют хорошо укрепить проводники обмотки ротора, хотя и несколько увеличивают потоки рассеяния и индуктивное сопротивление роторной обмотки.

В двигателях большой мощности «беличью клетку» выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца (рис. 15,в). Различные формы пазов ротора  показаны  на рис.15, г.

В электрическом отношении  «беличья клетка» представляет собой многофазную обмотку, соединенную по схеме Υ и замкнутую накоротко.

Часто асинхронные  двигатели с фазным и короткозамкнутым ротором имеют скошенные пазы на статоре или роторе. Скос пазов делают для того, чтобы уменьшить высшие гармонические ЭДС, вызванные пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, снизить шум, вызываемый магнитными причинами, устранить явление прилипания ротора к статору, которое иногда наблюдается в микродвигателях.

Рис. 15  Конструкция  короткозамкнутого ротора:

1—сердечник ротора; 2 — стержни;  3— лопасти вентилятора;

 4 — короткозамыкающие кольца

 

Двигатели с фазным ротором (рис. 16, а). Обмотка статора выполнена так же, как и в двигателях с короткозамкнутым ротором. Ротор имеет трехфазную обмотку с тем же числом полюсов. Обмотку ротора обычно соединяют по схеме Y, три конца которой выводят к трем контактным кольцам (рис. 16, б), вращающимся вместе с валом машины. С помощью металлографитных щеток, скользящих по контактным кольцам, в ротор включают пусковой или пускорегулирующий реостат, т. е. в каждую фазу ротора вводят добавочное активное сопротивление.

Для уменьшения износа колец и щеток двигатели  с фазным ротором иногда имеют приспособления для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата. Однако введение этих

приспособлений  усложняет конструкцию электродвигателя и несколько снижает надежность его работы, поэтому обычно применя-

ют конструкции, в которых щетки постоянно соприкасаются с контактными кольцами. Основные конструктивные элементы двигателя с фазным ротором приведены на рис. 17.

 

 

 

 

 

 

Рис. 17 Статор и ротор асинхронного  двигателя с фазным ротором:

1 — обмотка статора; 2—корпус; 3—сердечник статора;  4 — коробка с выводами;  5 — сердечник ротора;  6 — обмотка ротора;   7 — контактные кольца

 

УСТРОЙСТВО  СИНХРОННОЙ  МАШИНЫ

 

Статор 1 синхронной машины (рис. 18, а) выполнен так же, как и асинхронной: на нем расположена трехфазная (в общем случае многофазная) обмотка 3. Обмотку ротора 4, питаемую от источника постоянного тока, называют обмоткой возбуждения, так как она создает в   машине   магнитный   поток   возбуждения.   Вращающуюся обмотку ротора соединяют с внешним источником постоянного тока посредством контактных колец 5 и щеток 6 (рис. 18, б).

 

 

 

 

 

Рис. 18.  Электромагнитная схема синхронной машины  (а) и схема ее  включения (б)

 

 

В синхронной машине обмотку, в которой индуцируется ЭДС и  проходит ток нагрузки, называют обмоткой якоря, а часть машины, на которой расположена обмотка возбуждения,— индуктором. Следовательно, в приведенной машине (рис. 18) статор является якорем, а ротор — индуктором.

Синхронные машины выполняют  с неподвижным или вращающимся  якорем. Машины большой мощности для  удобства отвода электрической энергии  со статора или подвода ее выполняют с неподвижным якорем (рис. 18, а). Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3..2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух колец не вызывает особых затруднений. Синхронные машины небольшой мощности выполняют как с неподвижным, так и с вращающимся якорем. В обращенной синхронной машине (обмотка якоря, к которой подключают нагрузку, расположена на роторе, а обмотка возбуждения, питаемую постоянным током,— на статоре )с вращающимся якорем и неподвижным индуктором (рис. 18, б) нагрузка подключается к обмотке посредством трех колец.

 

 

 

 

Рис. 18. Конструктивная схема синхронной машины с неподвижным (а)  и  вращающимся  (б)  якорем:

1 — якорь; 2 —обмотка якоря; 3 — полюсы индуктора; 4 — обмотка  возбуждения

 

 

 

                          

Конструкция ротора. В синхронных машинах применяют две различные конструкции ротора: неявнополюсную — с неявно выраженными полюсами (рис. 19, а) и явно-полюсную— с явно выраженными полюсами (рис. 19, б).

Рис. 19.   Роторы  синхронных неявнополюсной (а) и явнополюсной (б) машин:

1 — сердечник  ротора;  2 — обмотка  возбуждения

 

 

 

 

 

Двух- и четырехполюсные  машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 и 3000 об/мин, изготовляют, как правило, с неявнополюсным ротором. Применение в них явнополюсного ротора невозможно по условиям обеспечения необходимой  механической прочности крепления  полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения в такой  машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной  стальной поковки, и укрепляют немагнитными клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят с помощью  стальных массивных бандажей. Для  получения приблизительно синусоидального  распределения магнитной индукции обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2/3 полюсного деления.

Рис. 20.  Устройство  явнополюсной машины:

1 — корпус; 2 —сердечник  статора; 3— обмотка статора; 

4 — ротор; 5 —вентилятор; 6 — выводы обмоток; 7 — контактные  кольца; 8— щетки; 9 — возбудитель

Явнополюсный ротор обычно используют в машинах с четырьмя полюсами и более (рис. 20). Обмотку возбуждения в этом случае выполняют в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и закрепляют с помощью полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из листовой стали.

 

В явнополюсных машинах полюсным наконечникам обычно придают такой  профиль, чтобы воздушный зазор  между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой  полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения  индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.

 

Список использованной литературы

 

1. Брускин, Д.Э. Электрические машины и микромашины: учеб. Для электротехн. спец. вузов / Д.Э. Брускин, А. Е. Зорохович, В.С. Хвостов. – М.: Высш. Шк., 1990. – 528 с.Ж ил.
2. Сергеев, П.С. Электрические машины: учеб. пособие для вузов / П.С. Сергеев. – М.: Государственное энергетическое издательство, 1962. – 281 с.