Методическое пособие 364

62

двигателей единой серии 4А. Здесь такие обмотки получили наименование “совмещенных” /17/.

Обмотка статора состоит из катушек сложной пространственной формы. На рис.50 для примера показана зубцовая зона сердечника 1, в пазах которого размещена катушка 2, охватывающая три зубца. Назовем пазы, в которых размещена рассматриваемая катушка, собственными. Ближайшие к сторонам катушки пазы - смежные (внутренние и наружные). Катушку можно уложить в полузакрытые пазы через их шлицы последовательно от одного до трех витков (в зависимости от способа намотки или от соотношения ширины шлица и диаметра провода). Лобовые части должны быть отогнуты в сторону ярма магнитопровода, чтобы они не закрывали выхода из пазов, оказавшихся внутри катушки.

Совмещенная обмотка статора требует применения специальных приспособлений: наматывающих и формообразующих. Первые образуют витки и укладывают их в пазы. Вторые служат намоточным шаблоном и обеспечивают форму, размеры катушки, еѐ положение на статоре. Используются различные конструкции формообразующих приспособлений /17/. На рис.51 в качестве таких приспособлений применены т.н. “конические шаблоны”.

На торцах статора 1, в пазы которого укладывают провод 2, размещены конические шаблоны 3. Последние располагают

Рис.51. Принцип выполнения совмещенной намотки статора асинхронного электродвигателя

63

между пазами, в которые должны быть уложены стороны катушки.

Провод пропускают через осевой канал проводоводителя 4, на конце которого имеется укладчик 5. При намотке статор ориентируют так, чтобы шлиц паза, с которого начинается намотка, оказался строго против укладчика. Это позволяет при движении проводоводителя выходящий из укладчика провод заложить именно в этот паз. Затем, поворачиваясь вокруг своей оси на угол, соответствующий шагу намотки, проводоводитель ориентирует укладчик против второго паза. При этом провод в виде петли накидывается на шаблон, в результате чего формируется лобовая часть витка. Двигаясь в обратном направлении, проводоводитель способствует укладе провода во второй паз и затягивает петлю провода на образованной лобовой части. При очередном повороте проводоводителя в обратном направлении формируется лобовая часть на втором торце магнитопровода. Укладчик возвращается к первому пазу. Циклы повторяются один за другим, обеспечивая намотку всей катушки. Далее шаблон 3 ориентируют против следующей пары пазов и наматывают следующую катушку. Таким образом мотают всю обмотку.

По сравнению с приведенным примером некоторым преимуществом обладает решение, когда вместо конических шаблонов используются специальные крючья, а проводоводителю сообщается ещѐ и радиальное перемещение (клевок) в конце каждого паза /17/. В производстве асинхронных электродвигателей серии 4А конструкция оснастки (проводоводителя и шаблона) позволяет одновременно наматывать три катушки статорной обмотки /17/. Станки для такой намотки называют многоручьевыми.

Справедливости ради следует отметить, что совмещенная обмотка статоров находит все-таки ограниченное применение. Причины заключаются в том, что такая намотка недостаточно производительна и еѐ применение невозможно

64

для выполнения концентрических обмоток. И хотя эти проблемы и удается решить в отдельных решениях, все это приводит к существенному усложнению кинематики станков, к снижению их надежности. Поэтому совмещенная намотка используется чаще всего для намотки статоров с явно выраженными полюсами, особенно - при большом числе полюсов при сравнительно малом числе витков в катушке.

Опыт массового производства асинхронных электродвигателей показал, что существенными достоинствами по сравнению с рассмотренным выше имеет способ раздельной обмотки статоров. При этом способе пазовые стороны ранее намотанной на специальном шаблоне катушки как бы “всыпают” в паз (см. также рис.10), поэтому обмотка называется всыпной. Они делятся на сосредоточенные и распределенные.

Сосредоточенные обмотки характерны для асинхронных и синхронных двигателей малой мощности с расщепленными или экранированными полюсами. Эти полюса, как правило - явно выраженные. Их обмотки выполняются по технологии, принятой для полюсных обмоток.

В пазовых магнитопроводах чаще применяют распределенные обмотки, позволяющие получить более благоприятную форму магнитного поля в зазоре. В таких обмотках один полюс образуется не одной, а несколькими катушками, сдвинутыми друг относительно друга по пазам. Распределенные обмотки имеют множество различных исполнений/ /.

Наиболее распространены распределенные обмотки в трехфазных машинах. Здесь обмотка состоит из трех одинаковых частей - фаз, равномерно распределенных по окружности пазовой зоны. Каждая фаза состоит из катушек, которые также равномерно распределены по кругу.

Известно, что частота вращения ротора асинхронного двигателя зависит от числа полюсов его статорной обмотки. А это определяет шаг катушек по пазам. Катушки можно

66

компактными, так и развернутыми. Однофазные же, как правило, развернутыми. Размещение катушек вразвалку позволяет вдвое уменьшить число катушек в одной концентрической группе и существенно укоротить длину их лобовых частей. Эти достоинства делает обмотку “вразвалку” более предпочтительной.

По количеству обмоток, укладываемых в один паз, следует выделить обмотки одно- и двухслойные. Однослойные более технологичны. Но двухслойные заметно повышают энергетические характеристики двигателя. Поэтому последние получили распространение в машинах мощностью более 15 кВт.

Вдвухслойных обмотках в общем случае в пазу могут оказаться катушки, принадлежащие одной или разным фазам.

Впоследнем случае приходится предусмотреть усиленную межслойную изоляцию.

Взависимости от диаметра провода целесообразно

(dм>1,0мм). С увеличением мощности машины диаметр провода увеличивается, что затрудняет формирование и укладку катушки. Поэтому в машинах мощностью 7кВт и выше часто катушки удобнее выполнить несколькими параллельными проводами с требуемым общим сечением меди. Группы катушек внутри фазы соединяют последовательно или параллельно. В последнем случае удается в два-три раза уменьшить сечение провода, соответственно увеличив число витков. Все это дает широкий выбор разработчику машины для оптимального сочетания требуемых характеристик изделия с высокой технологичностью его конструкции.

Различают два подхода к раздельной обмотке. Это - машинная намотка катушечных групп с последующим механизированным втягиванием катушек в пазы статора (массовое производство) и намотка катушек на разборные или

68

статора и закладывают (всыпают, как показано на рис.10) в соответствующий паз согласно схеме обмотки. Обе стороны катушки концентрической однослойной обмотки закладывают в пазы одновременно, что полностью освобождает объем расточки статора для ввода следующей катушки. Такой способ укладки называют “без подъема шага”, он отличается простотой и не требует высокой квалификации рабочего.

После укладки последней катушки производят пайку и изолировку всех соединений, предусмотренных схемой, а затем - формуют и бондажируют лобовые части согласно требованиям чертежа. В условиях массового производства выполнение этих же обмоток в максимальной степени механизировано. В основе решения этой задачи лежит применение способа “втягивания” катушек в пазы статора. Это, по своей сути, - механизированная укладка катушек в пазы. Способ реализуется применением специальной технологической оснастки. Чтобы лучше понять суть этого приема, рассмотрим процесс выполнения концентрической обмотки асинхронного двигателя, принятый в массовом производстве.

Намотку катушечных групп осуществляют одним из известных способов: на открытый вращающийся шаблон (рис.53) или на неподвижный шаблон с помощью вращающегося проводоводителя (рис.28). Для намотки концентрической обмотки шаблон выполняется ступенчатым. На каждую ступень наматывают соответствующую катушку катушечной группы. Однако для механизированного “втягивания” приходится несколько видоизменить сечение основания шаблона, а следовательно - и формы самих катушек. Конфигурация шаблона должна обеспечивать его сочленение с втягивающим приспособлением.

Вид на такой шаблон вдоль его оси показан на рис.54 слева. Здесь представлены неподвижная 1 и подвижная 2 части шаблона. В неподвижной части шаблона имеются продольные

69

пазы 3, необходимые для съема катушек с сохранением взаимной ориентации витков.

Для фиксации начала и конца обмоточного провода на шаблоне имеются фиксаторы (не показаны). На этом же рисунке показана другая проекция шаблона (поперек оси). Пунктиром показано смещение подвижной части при съеме катушек. Необходимо обратить внимание на скошенный профиль ступеней под катушки. При рядовой укладке витков такая форма ступеней обеспечивает различную длину витка в одной катушке, что облегчает формирование лобовых частей после укладки.

73

ранее уложенной катушки, то есть , каждую последующую катушку вплоть до последней укладывать так же просто, как и первую. Поэтому такой способ считается более технологичным.

Серьезным недостатком приведенного способа следует считать электромагнитную несимметрию полученной обмотки. Связано это с тем, что катушки первой, второй и третьей групп будут иметь разную индуктивность рассеяния. К этому следует прибавить и некоторую геометрическую несимметрию лобовых частей, что приводит к увеличению их объема. Поэтому подобная укладка не используется в машинах, имеющих мощность выше 180 - 250 Вт.

Укладка вторым способом свободна от указанных недостатков, хоть и требует больших затрат на изготовление.

9. Изготовление жестких пазовых обмоток

Увеличение мощности электрической машины при неименном номинальном напряжении приводит к тому, что число витков в катушках обмотки уменьшается, а сечение проводы - увеличивается. В конечном итоге это приводит к тому, что формовка катушек при укладке и после этого оказывается невозможной из-за их высокой жесткости. Для изменения формы такой катушки к ней нужно прикладывать большие усилия, грозящие повреждениями изоляции или даже самих проводников. В связи с изложенным приходится радикально изменять технологию изготовления таких обмоток. Принципиальное отличие такой технологии состоит в том, что катушки обмотки уже на стадии заготовительных работ приобретают окончательные геометрию и размеры. При укладке таких катушек в пазы их деформирование допускается только в пределах упругости, что исключает появление дефектов. В зависимости от габаритов машины такие обмотки из жестких катушек можно по технологическим признакам

77

переменного тока выполняют с непрерывной изоляцией статорных катушек, оплетая их лентой по всему периметру. Катушки с непрерывной изоляцией могут быть вложени только в открытые пазы.

Важным требованием к катушкам якорных обмоток из пряпоугольного проводы является неоходимость выполнения выводов на равном расстоянии от оси ротора. В этом случае не приходится гнут проводники “на ребро” при закладке концов в щлицы коллекторных пластин. Поэтому перед изолировкой таких катушек производят перекладку последнего проводника, выполняя этот переход в задней головке лобовой части. Поэтому получается так называемая “двойная головка”, что также усложняет изготовление и излировку катушки. В этом случае не удается уйти от ручных работ. В крупных электрических машинах из-за уменьшения числа витков в катушке остается только один виток. Одновитковая катушка выполняется по специфической технологии чаще всего - из голой шинной меди. Заготовки получают на медерезательном столе и после этого их изгибают на ребро для получения головки лобовой части.

Для облегчения выполнения операции заготовка складывают в пакет и стягивают технологическим бандажом (например, наложением ленты вразбежку). После этого под прессом по шаблону изгибается весь пакет (Рис.64), что позволяет придать проводникам более точные форму и размеры. Затем пакет разбирают и полученные заготовку напраляют гна формовку витка. Выполняется эта работа на специальном верстаке, причем большинство переходов - вручную. Формовка по шаблону позволяет механизировать некоторые переходы. Суть формовочной операции показана на рис.65, где показана заготовка 1, уложенная на стол вестака так, что она оказывается в плоскости, перпендикулярной плоскости стола. Каждая ветвь заготовки, огибая в процессе формовки закрепленные на столе 2, приобретает контур,

80

транспозицией проводников. Сохранить прямоугольную форму сечения стержня при транспозиции проводников. если провода уложены в два ряда, как показано на рис.67. Тогда перекладывание проводов достигается тем, что верхния проводник левого ряда двойным изгибом на ребро перекладывают в правый ряд. Одновременно нижний проводник правого ряда таким же приемом перекладывают в левый ряд. Таким образом, перекладывание проводов не привело практически к изменению формы и размеров сечения стержня. При этом второй провод левого ряда становится верхним на рсстоянии “t”от места перекладывания первого провода производят перекладку второго и т. д.. Соответственно производится перекладка нижних проводов правого ряда в левый. Потому стержень, не покрытый изоляцией, будет иметь сверху вид, показанный на рис.67 . Таким образом, элементарные проводники при переплетении меняются местами по высоте паза, В результате чего их индутивные сопротивления выравниваются. Расстояние “t” между перегибами двух соседних проводов называют шагом плетения. Длина плетеной части стержня равна

L0 = 2nt, (11)

где n - число элементарных проводов в ряде по высоте сечения стержня.

L0

t

Рис.67. Перекладывание проводников при транспозиции, вид на стержень сверху