А) Фазные роторы

Для нормальной работы асин­хронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и столько же полю­сов, как и обмотка статора, т. е. m ₂ =т ₁ и p ₂ =p ₁.

Число пазов ротора Z ₂ должно отличаться от числа пазов статора. При расчете задаются обычно чис­лом пазов на полюс и фазу ротора q ₂ =q ₁ ±K, тогда Z ₂= Z ₁ q ₂/ q ₁. В большинстве случаев K =1 или K =1/2. При характерном для об­моток статора асинхронных двига­телей целом q ₁ обмотка ротора име­ет целое или дробное число q ₂ 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. По­скольку ЭДС на контактных коль­цах Е ₂ определяется магнитным по­током, который при постоянном уровне индукции в воздушном зазо­ре растет с увеличением габаритов двигателя, то в крупных машинах напряжение на контактных кольцах может достигнуть слишком большо­го значения и привести к перекры­тию или пробою изоляции колец.

Чтобы Е ₂ 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 Е ₂ 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.

Расчет обмотки фазного ротора проводят в следующей последова­тельности.

Для определения числа витков в фазе роторов с катушечной обмот­кой предварительно задаются ЭДС фазы Е ₂, при которой напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя находилось бы в пределах В (ре­же до 500 В). Обмотки роторов в большинстве случаев соединяют в звезду. При соединении в треуголь­ник .

Число витков в фазе

. (54)

Так как Е ₂ выбрана приближен­но и может быть несколько измене­на, то, принимая отношение обмо­точных коэффициентов k_{об 1}/ k_{об 2}=1 и k_E =1 и учитывая, что при s =1отношение f ₁/ f ₂ = 1, получаем:

. (55)

Число эффективных проводников в пазу

(56)

должно быть четным, поэтому полу­ченное значение округляют, после чего уточняют число витков в фазе:

(57)

В роторах с двухслойной стерж­невой обмоткой u_{п 2} всегда равно двум, поэтому W ₂ определяют без предварительного выбора Е ₂:

(58)

После расчета W ₂ необходимо проверить напряжение на кольцах ротора:

. (59) В двигателях со стержневой об­моткой ротора U_к обычно не превы­шает 800 – 1000 В, но при расчете двигателей мощностью 1000 кВт и

более иногда получают значение U_к более 1500 – 2000 В. Для снижения U_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 q ₂.

Предварительное значение тока в обмотке фазного ротора, А,

, (60)

где k_i – коэффициент, учитываю­щий влияние тока намаг­ничивания и сопротивле­ния обмоток на отношение I ₁/ I ₂. Его приближенное

значение может быть взято из кривой рис. 22 в за­висимости от номинально­го cos j, которым задава­лись в начале расчета;

v_i – коэффициент приведения токов, для двигателей с фазными роторами

. (61)

Сечение эффективных проводни­ков обмотки ротора, м²,

(62)

и при стержневой обмотке q_с=q_эф2 .

Здесь J ₂ – допустимая плотность тока, А/м²; в роторах с катушечной обмоткой при классах нагревостойкости изоляции В и F J ₂=(5 – 6, 5)x10⁶ А/м², а в более мощных дви­гателях со стержневой обмоткой J ₂=(4, 5 – 5, 5) x10⁶ 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 (f ₂ =sf ₁) не проявляет­ся.

Окончательные размеры провод­ников обмотки ротора определяют по табл. П-7 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. 23). Ширину паза выбирают ис­ходя из примерного соотношения b _п2=(0, 4 – 0, 45) t ₂.

При расчете заполнения паза проводниками и изоляцией следует учитывать припуск на сборку магнитопровода (§ 5). Высоту клино­вой части паза при расчете располо­жения проводников не учитывают. В двигателях с h =280 – 355 мм вы­полняют h_к =2, 5 мм и h_к =3, 5 мм при h =400 мм. Ширину шлица обычно принимают равной b_ш =1, 5 мм, а высоту h_ш=1, 0 мм.

После предварительных расче­тов необходимо уточнить размер зубца ротора в наиболее узком се­чении b_{z 2 min} и проверить соответствие индукции B _z2тах ее допустимому значению для данного исполнения двигателя по табл. 10 и в соответствии с выражениями:

; (63)

. (64)

Наибольшая ширина зубца рото­ра с открытыми пазами (рис. 23, а) равна:

. (65)

Наибольшая ширина зубца рото­ра с полузакрытыми пазами (рис. 23, б)

. (66)

Расчетная высота зубцов при пазах обеих конфигураций принима­ется равной высоте паза:

h_{z 2} =h_{п 2}.