книги из ГПНТБ / Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока

ка стержней в пазу и хорошие условия теплопередачи от стержней к сердечнику ротора. Для припайки стерж­ ней в короткозамкнутых кольцах делаются вырезы по

специально увеличивают (рис. 12-8).

На рис. 12-9 представлены кривые средних значений пусковых хаарктеристик / Пуск, -Мпуск в зависимости от частоты вращения электродвигателя для различных ис­ полнений короткозамкнутых обмоток. Из этих кривых

ки с двойными клетками и клиновидными стержнями. Одноклеточная обмотка с колбовидными стержнями по пусковым характеристикам мало отличается от обмотки с двойной клеткой. В то же время обмотка с колбовид­ ными стержнями имеет меньший расход цветных метал­ лов и проще в изготовлении.

140

12-4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ

Механический расчет стержней и короткозамыкающего кольца обмотки производится исходя из допусти­ мых изгибающих напряжений в стержнях и напряжения растяжения в кольце (рис. 12-8). Основным фактором возникновения напряжения в обмотке является тепловое расширение короткозамыкающего кольца во время пу­ ска. В результате взаимодействия реактивного усилия, сжимающего кольцо, и реактивного момента, скручиваю­ щего кольцо, получается сложная деформация стержней.

Центробежная сила стержня

меди p= 8,9-10“3 кг/см3, для латуни р=8,5-10~3 кг/см3);

F — площадь поперечного сечения стержня, см2.

Для расчета изгибающих моментов вводятся следую­ щие промежуточные коэффициенты:

K = 24RKa t - ^ r , см2;

S = K (l+ U l)—33J—P, см2;

А= 3K—R, см2;

В= ЗК(\+21/1)+Ш + 12, см2,

где R,< — радиус центра тяжести кольца, см; а —темпе­ ратурный коэффициент линейного расширения материа­ ла кольца, °С (для меди а = 16,5 -10—6 °С-1; для латуни a = 20-10_e °C_1); t — превышение температуры кольца над температурой сердечника при пуске, °С; Е — модуль

ХЮ6 кгс/см2, для латуни марки Л62 £ = 1 -1 0 6 кгс/см2); J = ^ - d k, см4— момент инерции сечения стержня; Ек и

/ к— модуль упругости и момент инерции сечения кольца.

141

Радиальное усилие на конец стержня со стороны кольца (положительное наружу, отрицательное к цен­

тру)

Q= 2s±L , кгс,

где L = l + 4X, см.

Изгибающий момент на конце стержня (рис. 12-8)

12-5. ОБМОТКА ФАЗНОГО РОТОРА

Обмотка ротора фазных асинхронных двигателей мо­ жет выполняться петлевой или волновой. Оба типа об­ мотки изготовляются в виде стержней из медной поло­ сы марки МГМ (ГОСТ 434-53), выгнутой на ребро и изолированной слюдосодержащими материалами (рис. 12-11). Волновая обмотка имеет преимущество перед петлевой в том, что автоматически образует междуполюсные соединения, является полношаговой, лучше вен-

142

Тйлнруется и более технологична в изготовлении. Петле­ вая обмотка для обеспечения необходимых электриче­ ских показателей должна выполняться с укороченным шагом и требует междуполюсных соединений.

В большинстве своем вертикальные асинхронные

пазы сердечника стержни в заготовке имеют отогнутую лобовую часть только с одной стороны. Своим прямым

Б - Б

<\

I

Рис. 12-11. Стержни фазной обмотки ротора.

/ — стержень из меди МГМ; 2 — гильза из микафолия МФГ; 3 — микалента.

концом стержень вставляется в паз с торца сердечника и затем этот конец отгибается в процессе укладки об­ мотки. Соединение концов верхнего и нижнего стержней производится хомутиками из медной полосы и пропайкой.

Выводные концы обмотки ротора выполняются из изолированных медных шин, присоединенных одним кон­ цом к пропущенным сквозь центральное отверстие вала кабелям или изолированным шинам, а другим концом к шпилькам контактных колец.

На рис. 12-12 показана конструкция изоляции пазо­ вой и лобовой частей стержня роторной обмотки.

В пазовой части стержни имеют гильзовую изоляцию из нескольких слоев макафолия марки МФГ толщиной 0,2 мм или слюдопластофолия марки СФГ-Б и одного слоя стеклянной ткани толщиной 0,06 мм (ГОСТ 8481-61) или лакированной бумаги толщиной 0,05 мм

143

(ЛБ 246 ОБХ 613.039). Гильза образуется после обкатки стержня с наложенной изоляцией в нагретом состоянии на специальном обкаточном станке.

В лобовой части стержень изолируется микалентой марки ЛФЧ-ББ или стекломикалентой толщиной 0,13 мм марки ЛФС-ТТ20 (ГОСТ 4268-65) 2—3 слоя вполнахле-

Рис. 12-12. Конструкция изоляции обмотки ротора.

а —'Пазовая часть (/ — микафолий тол­ щиной 0,2 мм односторонней толщиной 1,0 мм; 2 — кабельная бумага толщиной 0,08 мм, один Ъюй вперекрой па широ­

лента толщиной 0,13 мм, четыре слоя вполнахлеста; 6 — лента стеклянная толщиной 0,2 мм, один слой впол­ нахлеста).

ста и стеклянной лентой толщиной 0,1—0,2 мм (ГОСТ 5937-56) — 1 слой. Слои микаленты в зоне сопряжения пазовой и лобовой изоляции накладываются под гильзу со сдвигом, образуя ступенчатый стык (рис. 12-11).

Обмотка фазного ротора закрепляется в пазу посред­ ством изоляционных клиньев из гетинакса марки I или стеклотекстолита марки СТЭФ. В ответственных случаях обмотанный ротор пропитывается изоляционным лаком МЛ-92 (ГОСТ 15865-70) или лаком ПЭ-933 (МРТУ 6-10-714-68) с последующим покрытием эмалью ГФ-92ГС (ГОСТ 9151-59). Класс изоляции подобной об­ мотки В.

12-6. БАНДАЖИ ОБМОТКИ РОТОРА

Лобовые части фазной обмотки ротора закрепляют­ ся посредством проволочных бандажей. Бандажи выпол­ няются из многих витков высокопрочной луженой маг­ нитной или немагнитной проволоки, накладываемых по-

144

верх изоляционной прокладки на лобовые части обмот­ ки с двух сторон ротора. Ряды проволок скрепляются в нескольких местах по окружности замками из белой жести и пропаиваются по всей поверхности оловянистым припоем, образуя монолитный бандаж.

На проволочный бандаж воздействуют центробежные силы от массы лобовой части обмотки и собственной массы.

Напряжение растяжения от центробежной силы об­

волоки, см; w — число витков.

Напряжение от собственной центробежной силы бан­

ff=cTo+(Xi, кгс/см2.

Диаметр бандажной проволоки выбирается в зависи­ мости от диаметра ротора. Для роторов диаметром'400— 1000 мм берется бандажная проволока диаметром 1,6 мм. Для роторов диаметром более 1000 мм берется бандаж­ ная проволока диаметром 2 мм.

Допускаемое напряжение в проволочном бандаже, выполненном из стальной луженой бандажной прово­ локи (ГОСТ 9124-59), 4000—5000 кгс/см2.

Асинхронные двигатели с диаметром ротора до 1000 мм могут выполняться с бандажами из стеклово­ локна, пропитанного эпоксиднополиэфирным лаком мар­ ки ЛСБ-F.

Стеклобандажная лента размером 0,2x20 мм накла­ дывается многими слоями непосредственно на лобовые части обмотки с таким же натяжением, как при нало­ жении проволочного бандажа (100—ПО кгс), и запека­ ется при температуре около 150 °С. Объем стеклобандажа должен превышать в 2—2,5 раза объем проволоч-

ново бандажа. Предел прочности стеклобандаЖа па рас­ тяжение после запечки при температуре 150—160 °С в течение 10—12 ч составляет 3000 кгс/см2.

12-7. КОНТАКТНЫЕ КОЛЬЦА

В асинхронных двигателях с фазным ротором верти­ кального исполнения контактные кольца для удобства обслуживания располагаются наверху машины выше верхней крестовины. Как правило, вертикальные асин­ хронные двигатели с фазным ротором выполняются с по-

Рис. 12-13. Контактные кольца вертикального асинхронного двигате­ ля с фазным ротором.

стоянно наложенными щетками на контактных кольцах

ине имеют приспособления для короткого замыкания обмотки и подъема щеток при работе.

Комплект контактных колец выполняется с тремя кольцами. Ширина контактного кольца выбирается рав­ ной 30—40 мм и соответствует ширине щетки и величи­ не аксиального хода ротора. Расстояние между контакт­ ными кольцами в среднем находится в пределах 50 мм

ив основном диктуется возможностью размещения токо­ собирательных колец траверсы. Высота контактного кольца определяется из условия механической прочно­ сти, допустимой плотности тока, а также обеспечения износа колец порядка 10—15 мм на время ресурса дви­ гателя. Материал контактных колец: сталь марки Ст 5

или бронза марки БрАЖ 9-4.

146

Контактные кольца обычного исполнения представля­ ют собой три кольца, насаженные на изолированную чу­ гунную или стальную втулку. Изоляция втулки выпол­ няется из стеклобандажной ленты, намотанной многими слоями и затем запеченной. В крупных асинхронных двигателях для обеспечения улучшенных условий охлаж­ дения контактные кольца изготовляются с кольцами, на­ саженными на изолированные шпильки.

На рис. 12-13 показаны контактные кольца на ток до 1000 А и напряжение до 1500 В. Три контактных коль­ ца собираются на изолированные втулками шпильки, ввинченные в стальной держатель-буксу.

Держатель насаживается на верхний конец вала дви­ гателя. Из-за необходимости при каждой разборке дви­ гателя съема контактных колец с вала на внутренней поверхности буксы наплавлены медные пояски, облегча­ ющие посадку и съем контактных колец. Кабельные на­ конечники или медные пластины токоподводящих кабе­ лей или шин от обмотки ротора прикрепляются непосред­ ственно к телу контактных колец.

Глава тринадцатая

ВАЛЫ

13-1. КОНСТРУКЦИИ ВАЛОВ

Валы вертикальных электродвигателей изготовляют­ ся кованными из стали марки 30 или 35.

Для сопряжения с приводом вал выполняется с флан­ цевым концом для непосредственного сопряжения или со свободным концом для посадки муфты. При испол­ нении с фланцем па вал насаживаются наглухо втулка нижнего направляющего подшипника и съемная втулка подпятника (см. рис. 9-2). Для обеспечения соосности втулок и вала и параллельности опорной поверхности втулки подпятника и фланца окончательная обработка вала производится с уже насаженными втулками.

Для укладки токоподвода от обмотки ротора до кон­ тактных колец верхняя часть вала выполняется с цен­ тральным отверстием.

В ряде случаев валы электродвигателей для привода насоса снабжаются сквозным центральным отверстием для пропуска тяг механизма разворота лопастей насоса.

В быстроходных вертикальных электродвигателях валы выполняются с ребрами, на которые непосредст­ венно насаживается сердечник ротора (рис. 12-7).

Для закрепления на валу остова ротора, контактных колец, втулок и других деталей применяются стальные призматические шпонки. В электродвигателях для за­ крепления остова ротора могут применяться также и клиновые шпонки. В вертикальных электродвигателях валы передают только вращающий момент и рассчиты­ ваются, в основном только на скручивание. Вертикально расположенные валы испытывают относительно неболь­ шой изгибающий момент от сил одностороннего магнит­ ного притяжения при неравномерном зазоре между ста­ тором и ротором электродвигателя. Кроме того, незна­ чительные изгибающие усилия испытывают валы от не­ баланса вращающихся частей электродвигателя. Вал воспринимает также и растягивающие усилия, обуслов­ ленные силой тяжести вращающих частей всего агрега­ та (электродвигателя и насоса).

13-2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВАЛА

а) Одностороннее магнитное притяжение

Ввертикальных электродвигателях одностороннее магнитное притяжение возникает вследствие эксцентри­ ситета ротора, обусловленного неточностью установки ротора в статоре. Усилие одностороннего магнитного притяжения

фициент Картера, равный 1,1 — 1,3.

Усилие магнитного притяжения для синхронных элек­ тродвигателей может быть рассчитано исходя из сред­ них величин индукции, коэффициента Картера и при от­ носительном эксцентриситете, равном 0,1, по формуле

Qo=0,3Dil, КГС.

148

б) Критическая частота вращения

Несмотря на тщательную балансировку, в роторе ма­ шин остается некоторое смещение центра тяжести. По­ лучающаяся неуравновешенность является причиной воз­ никновения относительно небольших односторонних цен­ тробежных сил. Обычно они не отражаются на нормаль­ ной работе машин. Однако, когда частота вращения ма­ шины приближается к ча­ стоте вращения, при ко­ торой частота собствен­ ных колебаний машины равна частоте вынужден­ ных, то эти небольшие центробежные силы вы­ зывают явление резонан­ са, повышение вибраций и нарушение нормальной работы.

Проверка вала на кри­ тическую частоту враще­ ния особо важна для бы­ строходных электродви­

гателей. Необходимо, чтобы критическая частота враще­ ния была выше (реже ниже) рабочей не менее чем на 15—20%. В то же время критическая частота вращения не должна быть близка к удвоенной рабочей частоте вра­ щения. Критическая частота вращения электродвигателя с вертикально расположенным валом рассчитывается так же, как у электродвигателя с горизонтально расположен­ ным валом (рис. 13-1). Определяется прогиб вала по середине сердечника от сил тяжести ротора графиче­ ски— методом построения упругой линии вала или ана­ литически— путем составления таблицы данных вала

(табл. 13-1).

Прогиб вала в середине ротора от силы тяжести ро­ тора

где Qp — масса ротора, кг; Е — модуль упругости мате­ риала вала, кгс/см2; h и h — расстояния от оси ротора до осей направляющих подшипников, см.

149