Всыпная обмотка электродвигателя что это
Обмотка фазных роторов
Обмотка фазных роторов выполняется всыпными и стержневыми. Всыпные обмотки — петлевые трехфазные двухслойные равнокатушечные обмотки с укороченным шагом, аналогичные всыпным обмоткам статора. Соединение обмоток — звезда. Роторы со всыпными обмотками проектируются обычно так, чтобы линейное напряжение было равно примерно 380 В.
К достоинствам всыпных обмоток на роторе относятся: повышение напряжения ротора до напряжения статора и соответствующее уменьшение тока ротора, а следовательно, уменьшение размеров контактно-щеточного узла, улучшение работы пуско-регулирующей аппаратуры; возможность уменьшения числа пазов ротора и соответствующее уменьшение расхода изоляционных материалов; возможность механизации укладки обмотки фазного ротора.
Всыпные обмотки фазных роторов применяются для двигателей мощностью до 50 кВт. Пазы обычно трапецеидальные или грушевидные полузакрытые, как показано на рис. 10, а, б.
Стержневые обмотки фазных роторов — двухслойные волновые. Они образуются стержнями из прямоугольной медной проволоки, уложенными в прямоугольные полузакрытые пазы ротора. В каждый паз укладываются два стержня (рис. 10, в), предварительно изолированных.
Рис. 10. Пазы фазных роторов
Рис. 11. Развернутая схема двухслойной петлевой обмотки: z1=48; 2р=8; у1=5; τ=6; β=5/6
При целом числе пазов на полюс и фазу сначала выполняют q обходов в одну сторону, соединяют между собой два нижних стержня (перемычка на рис. 12) и делают q обходов в обратную сторону. Так образуется каждая обмотка фазы ротора.
Рис. 12. Развернутая схема двухслойной волновой обмотки: z2=36; 2р=4; у1=у2=9; τ=9
Стержневые обмотки применяются для двигателей средней и большой мощности при напряжении на контактных кольцах 250— 500 В. Эти обмотки более трудоемки в изготовлении, чем всыпные, из-за наличия большого числа паек и большого объема ручных работ.
Пошаговая инструкция перемотки электродвигателей своими руками
Во многих бытовых устройствах и самодельных конструкциях в качестве привода используются электрические машины небольшой мощности. Несмотря на высокую надежность электромоторов, их выход из строя по ряду причин — не редкость. Учитывая относительно высокую стоимость этих устройств, практичнее осуществлять их ремонт, а не замену. Предлагаем рассмотреть возможность перемотки электродвигателей в домашних условиях.
Виды электродвигателей и особенности их ремонта
Как правило, в быту используются коллекторные моторы постоянного тока и бесколлекторные асинхронные двигатели переменного тока. Именно ремонт этих приводов мы и будем рассматривать. Информацию о принципе действия и конструктивных особенностях асинхронных и коллекторных машин можно найти на нашем сайте.
Что касается синхронных приводов, то в быту они практически не используются, поэтому в данной публикации эта тема не затрагивается.
Особенности ремонта асинхронной машины
Проблемы с двигателем любого типа могут иметь механический или электрический характер. В первом случае свидетельствовать о неисправности может сильная вибрация и характерный шум, как правило, это говорит о проблемах с подшипником (обычно в торцевой крышке). Если вовремя не устранить неисправность, вал может заклинить, что неминуемо приведет к выходу из строя обмоток статора. При этом тепловая защита автоматического выключателя может не успеть сработать.
«Сгоревшие» провода обмотки статора
Исходя из практики, в 90% выход из строя асинхронных машин возникают проблемы с обмоткой статора (обрыв, межвитковое замыкание, КЗ на корпус). При этом короткозамкнутый якорь, как правило, остается в рабочем состоянии. Поэтому даже при механическом характере повреждений необходимо произвести проверку электрической части.
Проверка обмотки
В большинстве случаев проблема может быть обнаружена по внешнему виду и характерному запаху (см. рис. 1). Если эмпирическим путем неисправность установить не удается, переходим к диагностике, которая начинается с прозвонки на обрыв. Если таковая обнаруживается, выполняется разборка двигателя (этот процесс будет описан отдельно) и тщательный осмотр соединений. Когда дефект не обнаружен, можно констатировать обрыв в одной из катушек, что требует перемотки.
Если прозвонка не показала обрыва, следует переходить к измерению сопротивления обмоток, при этом учитывать следующие нюансы:
Помимо этого следует учитывать, что сопротивление статорных катушек довольно низкое, поэтому для его измерения бессмысленно использовать приборы с низким классом точности, к таковым относятся большинство мультиметров. Исправить ситуацию можно собрав несложную схему на потенциометре с добавлением дополнительного источника питания, например автомобильной аккумуляторной батареи.
Схема для измерения сопротивления обмоток
Методика измерений следующая:
Стоит также рассказать о методике, позволяющей определить место межвиткового замыкания. Это делается следующим образом:
Статор, освобожденный от ротора, подключается через трансформатор к пониженному питанию, предварительно поместив к нему стальной шарик (например, от подшипника). Если катушки рабочие, шарик будет циклически двигаться по внутренней поверхности безостановочно. При наличии межвиткового КЗ, он «прилипнет» к этому месту.
Особенности ремонта коллекторных приводов
У данного типа электромашин чаще возникают механические неисправности. Например, стирание щеток или засорение контактов коллектора. В таких ситуациях ремонт сводится к чистке контактного механизма или замене графитовых щеток.
Тестирование электрической части сводится к проверке сопротивления обмотки якоря. В этом случае щупы прибора двум соседним контактам (ламелям) коллектора, после снятия показаний производится измерение далее по кругу.
Проверка обмотки якоря коллекторного электродвигателя
Отображенное сопротивление должно быть примерно одинаковым (с учетом погрешности прибора). Если наблюдается серьезное отклонение, то это говорит, что имеет место быть межвитковое КЗ или обрыв, следовательно, необходима перемотка.
Обмоточные данные электродвигателей
Это справочные данные, поэтому самый надежный способ получить такую информацию – обратиться к соответствующим источникам. Эти данные также могут приводиться в паспорте к изделию.
В сети можно встретить советы, в которых рекомендуют при перемотке вручную пересчитать витки и измерить диаметр провода. Это трата времени. Значительно проще и надежней по маркировке двигателя найти всю необходимую информацию, в которой будут указаны следующие параметры:
Ниже представлен фрагмент таблицы с намоточными данными для электромашин типа 5A.
Пример таблицы с намоточными данными
Пошаговая инструкция перемотки электродвигателя своими руками
Необходимо сразу предупредить, что без спецоборудования и навыков работы перемотка катушек будет, скорее всего, бесполезным занятием. С другой стороны отрицательный опыт это тоже опыт. Понимание сложности процесса является лучшим объяснением его стоимости.
Первый этап — демонтаж
Мы приводим алгоритм действий для асинхронных машин, он следующий:
Данный процесс можно существенно облегчить, если использовать специальное устройство – съемник. С его помощью легко освободить вал двигателя от шкива или шестерни, в также снять торцевые крышки.
Съемник для демонтажа
Мы не будем приводить инструкцию по разборке коллекторного двигателя, поскольку особо не отличается. Строение электромашины данного типа можно найти на нашем сайте.
Этап второй — снятие обмотки
Очередность действий следующая:
На этом этапе мы рекомендуем остановиться, взять корпус и отвезти его специалистам. Самостоятельный демонтаж позволит снизить стоимость восстановительных работ. Как уже упоминалось выше, без спецоборудования качественно перемотать катушки довольно сложно. Для понимания сложности процесса опишем его технологию, что позволит облегчить выбор.
Перемотка статора (финальная фаза)
Процесс состоит из следующих действий:
Если на восстановление сдавался только корпус, рекомендуем перед тем, как включать мотор, проверить катушки.
Перемотка якоря
Процесс замены обмотки коллекторного двигателя несколько похож за исключением небольших нюансов, связанных с особенностью исполнения. Например, на перемотку отправляют якорь, а не корпус, при условии, что проблема возникла не с катушками возбуждения. Помимо этого имеются следующие отличия:
Для перечисленных процессов требует спецоборудование, без него перемотка электродвигателей — пустая трата времени.
Обмотка статора асинхронного двигателя
В пазах сердечника статора размешается трехфазная обмотка (в случае однофазных двигателей — двухфазная), которая соединяется с сетью трехфазного (однофазного) переменного тока. Трехфазная симметричная обмотка статора асинхронного двигателя состоит из трех однофазных обмоток, которые соединяются между собой по схеме звезда (У) или треугольник (Д). Между собой оси обмоток смещены в пространстве на электрический угол 360/m=360/3=120° (v— число фаз).
Два проводника, расположенных в пазах, отстоящих друг от друга на расстоянии у, называемом шагом обмотки, образуют простейший контур — виток. Каждый виток может состоять из нескольких параллельных (элементарных) проводников. Витки, уложенные в одну и ту же пару пазов и соединенные между собой последовательно, образуют катушку или секцию обмоткн. Совокупность катушек (секции), лежащих в соседних пазах b соединенных последовательно между собой, называется катушечной группой. Обмотка статора асинхронного двигателя состоит из совокупности катушечных групп, которые могут быть соединены последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. Параллельно соединенные катушечные группы образуют параллельные ветви обмотки, число которых обозначается a1.
Расстояние между осями соседних зубцов (пазов) называется зубцовым делением t (измеряется в единицах длины или в градусах). Шаг обмотки у может измеряться в зубцовых делениих и в градусах. Часть окружности статора, приходящаяся на один полюс магнитного поля, называется полюсным делением τ. Полюсное деление может измеряться в единицах длины, градусах, зубцовых делениях. Для первых двух случаев полюсное деление рассчитывается по формуле
(5)
где D — диаметр расточки статора, м; 2р —число полюсов магнитного поля двигателя.
Из формулы (5) следует, что геометрический угол, соответствующий полюсному делению, равен 180° для двухполюсной машины, 90° для четырехполюсной, 60° для шестиполюсной и т. д. Но по определению полюсное деление — часть окружности, приходящийся на один полюс. А полюс занимает всегда электрический угол 180°, или половину периода. Отсюда вытекает связь между электрическими и геометрическими углами в электрических машинах в виде
1° (геометрический угол)=р° (электрический угол). (6)
В частном случае, когда 2р=2, эти углы совпадают.
Шаг обмотки у, равный полюсному делению τ, называется диаметральным (обмотка с диаметральным шагом). Если у τ — удлиненным. Разность τ—у называется укорочением. Относительное значение укорочения β равно:
Расположенные в соседних пазах стороны катушек, занимают q зубцовых делений, называемых числом пазов на полюс и фазу. Зная число пазов на статоре z1, величину q1 для многофазных обмоток можно определить по формуле
а для трехфазных обмоток
Рис. 9. Пазы и обмотки статора: а — полузакрытый паз, обмотка однослойная; б — полузакрытый паз, обмоткаг двухслойная; в — открытый паз. обмотка двухслойная.; г — полуоткрытый паз, обмотка однослойная; 1 — обмоточный провод; 2 — пазовая коробка; 3 — прокладка под клином; 4 — прокладка между слоями; 5 — пазовый клин
Жесткие катушки (или полукатушки) изготовляются из прямоугольного изолированного провода. Окончательная форма придается катушкам до укладки. В двигателях напряжением до 0,66 кВ пазовую изоляцию устанавливают в сердечник до укладки катушек, а сами катушки не изолируют. После укладки катушек в полуоткрытые пазы (рис. 9) обмотанный статор подвергают пропитке и сушке.
В двигателях напряжением 3 кВ и выше применяются катушки с корпусной изоляцией, которая наносится на катушки до укладки их в открытые пазы (рис. 9). В настоящее время применяется термопластичная изоляция и термореактивная изоляция типа «Монолит».
Всыпные обмотки статора асинхронного двигателя имеют следующие преимущества перед обмотками с жесткими катушками из прямоугольного провода:
В силу этих достоинств мягкие всыпные обмотки статора асинхронного двигателя дешевле и менее трудоемки.
Достоинствами жестких обмоток являются больший коэффициент заполнения за счет применения прямоугольных проводов и большая надежность, связанная с меньшей технологической дефектностью, так как в пазы укладываются готовые изолированные и проверенные катушки, которые подвергаются меньшим деформациям.
В силу указанных преимуществ всыпные обмотки статора асинхронного двигателя являются предпочтительными для асинхронных двигателей на напряжение до 1 кВ и мощностью до 100 кВт. В двигателях мощностью выше 100 кВт и в двигателях напряжением 3 кВ и выше обмотки выполняются из прямоугольного провода (из жестких катушек).
По размещению катушек в пазах различаются однослойные и двухслойные обмотки. Сторона катушки однослойной обмотки занимает паз полностью, при двухслойной обмотке в пазу располагаются вместе две стороны различных катушек, одна из которых устанавливается на дне паза, а другая — в части паза, прилегающей к расточке статора.
Механизация укладки обмотки на электромашиностроительных заводах привела к широкому применению однослойных концентрических обмоток в двигателях мощностью до 10—15 кВт. Для двигателей большей мощности (15—100 кВт) применяются более трудоемкие одно-двухслойные и двухслойные всыпные обмотки из круглого провода. Для двигателей мощностью выше 100 квт, обмотка которых укладывается вручную, применяются двухслойные обмотки.
Одно-двухслойные концентрические обмотки сочетают в себе преимущества однослойных в части осуществления механизированной укладки и двухслойных (возможно укорочение шага и уменьшение длины лобовых частей).
При ремонте асинхронных двигателей при отсутствии механизированной укладки обмоток применяют двухслойные обмотки.
Всыпная обмотка электродвигателя что это
3-14. ВСЫПНАЯ ОБМОТКА
Изоляция паза статора и нажимных шайб показана на рис. 3-22 и 3-23. После укладки через прорезь паза всех проводников края коробочки, выступающие из паза наружу для защиты проводника от повреждения при укладке, срезаются ножом заподлицо с расточкой статора и загибаются (рис. 3-22,6).
Пазовая изоляция (коробочка) для машин нормального исполнения с изоляцией класса А изготовляется из двух слоев, электрокартона толщиной 0,1—0,3 мм, склеенных изоляционным лаком, с проложенной между ними лакотканью толщиной 0,1—0,2 мм. Для напряжений до 24 в коробочка состоит из одного слоя электрокартона толщиной 0,2—0,3 мм. Длину лакоткани следует брать на 15—20 мм больше, чем длину электрокартона, для
того чтобы иметь возможность завернуть ла-коткань на электрокартон, как показано на рис. 3-24. Подобная конструкция увеличивает влагостойкость изоляции, препятствуя понижению ее сопротивления под действием влаги.
Применение для изготовления коробочки плен-коэлектрокартона (гл. 2) позволяет уменьшить толщину пазовой изоляции, а замена внутреннего слоя электрокартона синтетической пленкой (лавсан) позволяет существенно увеличить механическую прочность пазовой изоляции и поднять ее нагревостойкость до класса Е. Для машин с повышенной влагостойкостью, а также для машин с изоляцией классов В, F, Н пазовая изоляция выполняется из стеклолакоткани и миканита.
Пазовая изоляция, как указывалось в гл. 2, должна выступать из стали на определенную длину, так называемый «вылет» (рис. 3-24).
Место выхода коробочки из паза является чрезвычайно ответственной частью изоляции, препятствующей повреждению изоляции обмотки при распушении зубцов. Для усиления этой части изоляции в некоторых конструкциях электриче-
Рис. 3-22. Укладка всыпной обмотки в пазы.
Рис. 3-23. Изоляция нажимной шайбы.
ских машин предусматривается уширение паза с края сердечника с закладкой U-образной скобочки из электрокартона (рис. 3-23). Большую роль при этом играют также изоляция крайних листов активной стали и изоляция шайбы.
Выступающая часть коробочки может опираться на изоляцию нажимной шайбы, как показано на рис. 3-23.
Рис. 3-24, Усиление изоляции вылета одинарным (а) и двойным (б) заворотом лакоткани.
Другой способ поддержки выступающей изоляции показан на рис. 3-25, где с двух сторон пакета статора вставлены диски из пропитанного текстолита с открытыми пазами по числу пазов статора. Крайние листы ста-
Рис. 3-25. Поддержка вылета изоляционными дисками.
ли статора изолируют обычно листом электрокартона, закладываемого при прессовке пакета.
Для укладки подготавливаются катушки (секции), наматываемые на шаблоне.
Для уменьшения количества паек и соединений на статоре на шаблоне наматывают сразу число катушек, приходящееся на полюсную группу, а при числе полюсов,
равном 2, — на всю фазу. Намотанные на шаблоне катушки связывают лентой и в дальнейшем не изолируют. На выводные концы надевают изолирующий чулок. Размеры шаблона при ремонте определяют по размерам старой секции, причем благодаря мягкости секции должна быть точно выдержана не столько форма лобовой части, сколько длина витка. Поэтому для большин-
Рис. 3-26. Универсальный шаблон. 1— плита; 2—шпильки; 3 — ролик (из дереза, фибры, металла).
ства машин может применяться универсальный шаблон (рис. 3-26).
Если провод секции имеет большое сечение, то придание секции нужной формы при намотке «а шаблоны или при укладке становится затруднительным. В этом случае секцию наматывают на шаблонах в форме «лодочки» с последующей растяжкой (см. ниже).
Перед укладкой намотанные на шаблоне секции из провода с волокнистой изоляцией для повышения влагостойкости и склейки изоляции витков пропитывают лаком. Укладку нужно производить недосушенными секциями, так как засохший лак образует заусенцы и лишает секцию эластичности. Окончательную просушку обмотки ведут после окончания ремонта.
стброны секции в пазы 1, 2, 3, 4, 5, 6. Вторые стороны этих секций остаются поднятыми, так как они будут в соответствующих по шагу пазах верхними и могут быть уложены только после укладки всей обмотки, т. е. последними. Секция, нижняя сторона которой будет уложена в паз 7, верхней стороной попадает в паз 1, в котором уже заложена нижняя сторона. Поэтому эта секция и последующие за ней могут быть уложены целиком (обе стороны) с загибанием пазовой изоляции и заклинены (рис. 3-22,6).
При необходимости замены одной катушки при ремонте необходимо поднять все катушки по шагу этой секции.
Лобовые части катушек разных фаз при укладке отделяют одну от другой прокладками из лакоткани.
Чтобы провода, заложенные в паз, не перекрещивались, их раздвигают пластинкой из фибры, которой проводят вдоль паза. Между нижней и верхней сторонами катушек в пазу кладут прокладку.
Прокладка должна быть несколько шире паза и иметь дугообразный выгиб, что после закладки верхней стороны секции и распрямления прокладки обеспечивает надежное разделение слоев. После укладки всех проводов края коробочки загибают, сверху кладут прокладку и в паз забивают клин (рис. 3-22,6).
При производстве обмоточных работ следует пользоваться инструментом, изображенным на рис. 3-27, обеспечивающим хорошее качество обмоточных работ и быстрое их выполнение. Фибровая пластина (р-ис. 3-27,а) служит для натягивания и укладки в паз верхних сторон секций.
Фибровый язык по рис. 3-27,6, конец которого проводится вдоль уложенных в паз проводников, служит для устранения перекрещиваний их.
Топорик из фибры по рис. 3-27,в применяется для осаживания проводов в пазу в процессе намотки.
Изображенный на рис. 3-27,г кож служит для быстрой подрезки краев пазовой коробочки заподлицо со сталью статора перед заворачиванием этих краев и закладкой клина.
Направляющая металлическая обойма со стальным вкладышем (рис. 3-27,(9) облегчает забивку клиньев в пазы, предупреждая их излом. Для этой цели, кроме
Рис. 3-27. Инструмент обмотчика.
а—фибровая пластина; б—фибровый язык; в—топорик; г—нож; д—приспособление для заколачивания клиньев; е—обратный клин; эк—выколотка.
того, применяется металлический обратный клин (рис. 3-27,е), вставляемый с противоположной забиваемому в паз стороны. Выколотка по рис. 3-27,дас облегчает вытаскивание клиньев из пазов.
Кроме того, обмотчику следует иметь проволочные крючки для протаскивания ленты и пинцет из стальной полоски с заостренными краями для очистки изоляции проводов.
После укладки секций до соединения их между собой производятся испытания изоляции между витками и относительно корпуса (см. § 8-12). Затем производится соединение секций (временное), после чего следует проверить правильность соединения при помощи компаса при питании обмоток фаз поочередно небольшим током, например от аккумуляторов. При правильном соединении компас, проведенный вдоль окружности расточки статора, отметит поворотом стрелки требующееся число пар полюсов, на каждый из которых должно приходиться равное число пазов.
При небольшом сечении проводов соединение наиболее просто производится сваркой. К зачищенным и скрученным концам прикасаются металлическим электродом, а к концу скрутки — угольным. Электрической дугой конец скрутки оплавляется в небольшой шарик. Этот метод дает наиболее надежное соединение (требуемое напряжение 50—60 в, мощность 500 вт). После изолировки мест соединения статор поступает на пропитку.
Статоры малых машин (до 1 кет) с двухслойной обмоткой обматываются способом, отличным от описанных выше. Первые секции обмотки этих статоров закладывают сразу обеими сторонами, так как если оставить вторые стороны секций незаложенными, то при малых диаметрах расточки статора дальнейшая укладка обмотки становится невозможной. Поэтому первые секции (число их равно шагу секций по пазам) закладывают обеими сторонами на дно пазов. Далее следуют секции, укладываемые одной стороной на дно, а второй — наверх паза. Последние секции лежат обеими сторонами вверху паза. Некоторая несимметрия этой обмотки практически допустима.
Обмотка выполняется заранее намотанными секциями или непосредственно вручную.
Рис, 3-28. Обмотка по способу „мотка».
Однослойная обмотка малых статоров с концентрическими катушками, распространенная в малых однофазных двигателях, выполняется часто по способу «мотка». Этот способ, как видно из рис. 3-28, заключается в последовательном переворачивании и укладке через прорезь паза по частям длинной катушки (мотка), содержащей требуемое число витков.