2. КАКИЕ ДАННЫЕ НУЖНЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОБМОТКИ?
Задание для перемотки асинхронного двигателя обычно имеет следующий вид: на данном сердечнике следует выполнить двигатель на такое-то напряжение и на такую-то скорость вращения; желательно, чтобы его мощность была не ниже такой-то. Несколько реже оговаривается еще, при каком соединении фаз (в звезду или в треугольник) должен нормально работать данный двигатель, или же, что он должен быть пригоден для работы при двух напряжениях, находящихся в соотношении 1 : 1,73, например, 220 и 380 в или 127 и 220 в; тогда при меньшем из этих двух напряжений его фазы должны быть соединены в треугольник, а при большем — в звезду.
Обычно в двигателях мощностью до 100 квт приходится встречаться только со следующими четырьмя значениями напряжения: 127, 220, 380 и 500 в; первое и последнее из них встречаются значительно реже остальных.
Однако нет препятствий к расчету обмотки и на любое иное значение напряжения, если только не предъявляется требование выполнить двигатель на слишком высокое или на слишком низкое напряжение.
При слишком высоком напряжении (выше 500 в) изоляцию пазов нужно будет взять настолько толстой, что внутри пазов не останется достаточно места для обмотки, а близость ее лобовых частей к сердечнику и корпусу машины и друг к другу будет создавать опасность пробоя на корпус или между фазами.
При слишком низком напряжении (порядка нескольких вольт) количество витков в каждой фазе становится таким малым, а сечение проводников таким большим, что создаются затруднения в распределении обмотки по пазам и в выполнении соединений отдельных ее частей между собой.
 |
| Рис. 1. Вращающиеся поля с различными числами полюсов. |
Скорость вращения, выражаемая числом оборотов в минуту, у асинхронных двигателей не может быть произвольной, как у двигателей постоянного тока. Хотя асинхронные двигатели (кроме самых мелких) и не имеют явно выраженных полюсов, как машины постоянного тока или синхронные машины, но тем не менее их магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, имеет вполне определенное число пар полюсов р, зависящее от устройства обмотки. Это магнитное поле не остается неподвижным в пространстве, но вращается с такой скоростью, что за каждый период питающего переменного тока поворачивается на одну пару полюсов (рис. 1).
Следовательно, в двигателе, обмотка которого рассчитана на одну пару полюсов, магнитное поле за один период совершит полный оборот, а его скорость вращения будет:
n0 = 60f об/мин,
где через f обозначена частота переменного тока в герцах (периодах в секунду). При f = 50 гц это дает:
n0 = 60∙50 = 3000 об/мин.
В двигателях мощностью до 100 квт встречаются обычно следующие числа пар полюсов: 1, 2, 3 и 4. Соответственно этому скорость вращения магнитного поля может быть 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Более высокие числа пар полюсов (следовательно меньшие скорости вращения) крайне редки.
При холостом ходе двигателя, т. е. при отсутствии нагрузки, скорость вращения его ротора почти равна скорости вращения магнитного поля или, как говорят, скольжение ротора в магнитном поле весьма незначительно. По мере возрастания нагрузки скольжение увеличивается и скорость вращения ротора уменьшается; однако это уменьшение даже при полной нагрузке относительно невелико и составляет у мелких двигателей 5 — 6 %, у более крупных 1,5 — 2% и менее.
Таким образом, задаваемая скорость вращения ротора должна быть близка к одному из указанных выше чисел оборотов в минуту, но всегда несколько ниже него.
Поэтому не представляет затруднений сообразить, какому числу пар полюсов она соответствует.
Так, если сказано, что двигатель имеет 960 об/мин, то из этого ясно, что обмотка должна иметь три пары полюсов; но нельзя требовать, чтобы двигатель давал, например, 1200 об/мин, поскольку такая скорость вращения двигателя далека от соответствующей какому-нибудь числу полюсов.
 |
| Рис. 2. Основные размеры сердечника статора. |
Для того чтобы иметь возможность произвести расчет обмотки статора по заданию, нужно тщательно очистить сердечник от остатков прежней обмотки и ее изоляции (не прибегая, однако, к помощи пил, хотя бы и с мелкой насечкой), после чего должны быть измерены следующие размеры (рис. 2),
1. Внутренний диаметр сердечника статора (или диаметр расточки) D — внутренним микрометром, штангенциркулем, штихмассом или даже слесарным кронциркулем (или нутромером) с масштабной линейкой.
2. Наружный диаметр сердечника статора Dн (если его вообще возможно измерить) — при помощи одного из перечисленных инструментов в зависимости от условий измерения.
3. Высота тела статора h (если возможно) — при помощи штангенциркуля.
4. Полная длина сердечника статора в осевом направлении lп — штангенциркулем или масштабной линейкой по дну пазов, но не по зубцам, которые обычно имеют так называемый «веер» (раздаются в стороны).
5. Число пазов (или зубцов), статора Z1,
6. Размеры пазов статора. В двигателях мощностью до 100 квт обычно встречаются пазы одной из следующих четырех форм:
а) овальный паз (рис. 3, а);
б) паз с сильно закругленными углами (рис. 3, б);
в) паз со слабо закругленными углами (рис. 3, в);
г) паз с незакругленными углами (рис. 3, г).
 |
| Рис. 3. Размеры наиболее употребительных форм пазов статора. |
Размеры, которые должны быть измерены в пазах этих форм, проставлены на рисунках стрелками. Лучший способ измерения — снятие оттиска паза на свинце или на картоне и обмер этого оттиска чертежным циркулем и десятичным масштабом; точность измерения должна быть не меньше 0,1 мм. Рекомендуется получать оттиск вдавливанием, но не ударом, так как при ударе он сбивается и теряет точность. Из всех размеров паза наиболее важна его полная глубина hп.
7. Ширина зубца bз. В большинстве двигателей мощностью до 100 квт пазы имеют наклонные стенки. Наклон стенок подбирается так, чтобы ширина зубца по всей высоте стенки паза (т. е. по размеру h на рис. 3) была одной и той же. Она может быть измерена как непосредственно — штангенциркулем, так и по оттиску паза. В тех редких случаях, когда пазы статора имеют параллельные стенки, ширину зубца bз следует брать условно на одной трети высоты зубца, считая от внутренней поверхности статора (рис. 4).
8. Число nк и ширина bк поперечных вентиляционных каналов или число рядов mк и диаметр dк продольных вентиляционных каналов статора (если они имеются).
 |
| Рис. 4. Определение расчетной ширины зубца при пазах с параллельными стенками. |
9. Толщина листов стали сердечника Δ; определяется подсчетом числа листов на какой-нибудь длине, например 10 мм. В большинстве случаев листы имеют толщину 0,5 мм, значительно реже — 0,35 мм.
10. Род изоляции листов стали. Осторожно отгибая крайние листы в зубцах, следует определить, чем они изолированы друг от друга: бумагой, лаком или только естественной окалиной.
Чем точнее определены все эти размеры, тем правильнее будет расчет; поэтому самые важные размеры — диаметр D, длину lп, размеры пазов следует определять в нескольких разных местах, чтобы избежать возможных ошибок однократного измерения.
Кроме того, следует определить, к какому исполнению относится данный двигатель в отношении его охлаждения или вентиляции. Они могут быть следующими:
а) закрытое исполнение без обдува наружной поверхности; самое слабое охлаждение внутренних частей,
только за счет естественной отдачи тепла с наружной поверхности корпуса;
б) закрытое исполнение с обдувом наружной поверхности вентилятором на валу двигателя, причем обычно корпус двигателя снабжается продольными ребрами, вдоль которых движется воздух; более энергичное охлаждение внутренних частей за счет усиленной отдачи тепла с наружной поверхности;
в) открытое (или защищенное от капель) исполнение с протяжной вентиляцией, создаваемой вентилятором на валу двигателя; самое распространенное исполнение, обеспечивающее достаточно хорошее охлаждение внутренних частей двигателя непосредственно проходящим через него воздухом;
г) открытое (или защищенное от капель) исполнение с усиленной вентиляцией, создаваемой двумя вентиляторами по обеим сторонам ротора; обычно применяется только в наиболее быстроходных двигателях.
Иногда встречается также закрытое исполнение с пристроенным воздухоохладителем и двумя вентиляторами — внутренним и наружным. Внутренний вентилятор заставляет воздух внутри машины омывать ее внутренние части и затем проходить через воздухоохладитель, где он охлаждается воздухом, прогоняемым через воздухоохладитель при помощи наружного вентилятора. По степени охлаждения такое исполнение занимает промежуточное положение между закрытым с обдувом наружной поверхности и открытым (или защищенным) с протяжной вентиляцией.
Тип охлаждения имеет важное значение для расчета потому, что чем лучше охлаждаются внутренние части двигателя, тем более высокие электрические и магнитные нагрузки могут быть в них допущены, а потому тем больше может быть мощность двигателя.