Б) Несимметричная нагрузка трехфазного трансформатора при соединении его обмоток Y/Y0.
Будем пренебрегать током холостого хода при всех случаях несимметричной нагрузки трансформатора и при всех соединениях его обмоток и будем считать, что нам заданы линейные первичные напряжения и вторичные токи.
В трансформаторах сопротивления Z1, Z2 и Zк для токов прямой последовательности равны тем же сопротивлениям для токов обратной последовательности Это следует из того, что сопротивления трансформатора не изменятся, если мы при его симметричной нагрузке поменяем местами два провода на его первичной стороне.
Рассматриваемому здесь случаю соответствует схема, показанная на рис 2-59.
Рис. 2-59. Несимметричная нагрузка трансформатора при соединении его обмоток Y/Y0.
Согласно этой схеме напишем уравнения токов:
(2-148)
(2-149)
Система вторичных токов согласно (2-138) имеет составляющие нулевой последовательности
(2-150)
Соотношения между первичными и вторичными токами определяются следующим образом.
Обратимся к рис. 2-60, где схематически изображен трансформатор с условными положительными направлениями токов в его обмотках.
Рис. 2-60. К определению соотношений между первичными и вторичными токами.
Так как мы пренебрегаем током холостого хода, то согласно закону полного тока полный ток сквозь любой магнитный контур по сердечнику (например, показанный пунктиром на рис. 2-60) равен нулю. Поэтому, считая w1 = w2, мы можем написать для контуров, образованных стержнями А — В и А — С и соответствующими ярмами, уравнения:
(2-151)
(2-152)
Из этих уравнений и уравнений (2-148) и (2-149) получаем:
(2-153)
Заменяя токи их симметричными составляющими и учитывая (2-150), будем иметь:
(2-154)
Из (2-154) следует, что в трансформаторе при данном соединении его обмоток трансформируются только токи прямой и обратной последовательностей, токи же нулевой последовательности будут иметь место только во вторичной обмотке. Поэтому в магнитном контуре, проходящем по любому из стержней сердечника и вне его, н.с. обмоток не будут уравновешены. Здесь возникает магнитное поле, созданное н. с. Ia0. На рис. 2-61 показана приближенная картина этого поля масляного трансформатора.
Рис. 2-61. Приближенная картина поля, созданной токами нулевой последовательности.
Мы можем считать, что в стержнях трансформатора имеют место потоки нулевой последовательности Ф0, созданные токами нулевой последовательности и накладывающиеся на потоки в стержнях 
соответствующие напряжениям прямой и обратной последовательностей, приложенным с первичной стороны. Очевидно, что 
так же как и наведенные ими э.д.с. 
(2-155)
На рис. 2-62 представлена диаграмма э.д.с., наведенных в фазах обмоток указанными потоками.
Рис. 2-62. Векторная диаграмма э.д.с. в oбмотках трансформатора при несимметричной нагрузке.
Теперь уравнения напряжений для первичной обмотки напишутся следующим образом:
(2-156)
Заменим
(2-157)
где Z0 = r0 + jx0 — полное сопротивление нулевой последовательности (x0 обусловлено полем тока Ia0, а r0 — магнитными потерями от этого поля).
Сложив уравнения (2-156) и, учитывая при этом (2-155), (2-148) и (2-157), получим:
(2-158)
Для линейных (междуфазных) напряжений можем написать:
(2-159)
Отсюда с учетом (2-158) получим:
(2-160)
В соответствии с (2-160) на рис. 2-63 построена векторная диаграмма первичных напряжений.
Рис. 2-63. Векторная диаграмма первичных напряжений.
Из нее мы видим, что вследствие наличия токов нулевой последовательности потенциал нулевой точки первичной обмотки сместился на величину 
из центра тяжести треугольника линейных напряжений.
Учитывая (2-160) в (2-154) напишем уравнения напряжений для вторичной обмотки:
или, так как 
и 
, а 
(2-161)
где
. (2-162)
Для двух других фаз уравнения напряжений напишутся аналогично:
(2-163)
(2-164)
Уравнения (2-161), (2-163) и (2-164) показывают, что смещение потенциала нулевой точки вторичной обмотки, вызванное токами нулевой последовательности, равно 
. Оно несколько больше, чем для первичной обмотки, где это смещение равняется 
. Оба сопротивления Z0 и Zн называются сопротивлениями нулевой последовательности; они практически мало отличаются одно от другого. Для трехфазных стержневых трансформаторов с масляным охлаждением
(2-165)
Если первичные линейные напряжения образуют симметричную систему, то, очевидно, и фазные напряжения 
, 
образуют симметричную систему. Из уравнении: (2-161), (2-163) и (2-164) следует, что в этом случае симметрия линейных вторичных напряжений 
будет нарушаться только из-за наличия токов обратной последовательности: в системе линейных вторичных напряжение мы будем иметь наряду с составляющими прямой последовательности составляющие обратной последовательности, модуль которых равен 
В системе фазных вторичных напряженна мы будем иметь, как это следует из (2-161), (2-163) и (2-164), все три симметричные составляющие:
Если поставить условием, чтобы было 
то необходимо иметь ток I0 в нулевом проводе при 
[см (2-165)] не больше 0,25Iн, что вытекает из следующих соотношений:
Для расчета сопротивления нулевой последовательности zн мы не имеем надежных методов, однако опытным путем величина zн определяется достаточно точно. Для этого нужно собрать схему, показанную на рис. 2-64. Вторичная обмотка должна быть присоединена к источнику однофазного тока. Ток в ее фазах будет соответствовать току нулевой последовательности. Следовательно, измерив ток I, напряжение U и мощность P при разомкнутой первичной обмотке (рубильник разомкнут), найдем 
а также rн и xн. Справа на рис. 2-64 показана соответствующая схема замещения [см. (2-162)].
Рис. 2-64. Схема для опытного определения сопротивления нулевой последовательности.
В трехфазной группе, состоящей из трех однофазных трансформаторов, мы не имеем магнитной связи между фазами. В трехфазном броневом трансформаторе эта связь выражена очень слабо. Поэтому при соединении обмоток Y/Y0 в таких трансформаторах мы имели бы незначительное магнитное сопротивление для потока Ф0, который здесь полностью проходил бы по стальному сердечнику, и сопротивление zн было бы очень велико: zн = z12. Следовательно, даже при малом значении Iа0 мы получили бы значительные смещения потенциалов нулевых точек вторичной и первичной обмоток. Поэтому ни трехфазная группа, ни трехфазный броневой трансформатор с соединением обмоток Y/Y0 на практике не применяются.
Рассмотрим крайний случай несимметричной нагрузки — однофазное короткое замыкание (рис. 2-65).
Рис. 2-65. Однофазное короткое замыкание.
Здесь имеем 
следовательно, согласно (2-138), (2-146) в (2-147) получим:
(2-166)
Подставив в (2-161)
получим формулу для тока однофазного короткого замыкания:
(2-167)
Токи в первичной обмотке согласно (2-153) с учетом (2-166):
(2-168)
в) Несимметричная нагрузка трехфазного трансформатора при соединении обмоток 
/Y0.
Рассматриваемому случаю соответствует схема, представленная на рис. 2-66.
Рис. 2-66. Несимметричная нагрузка трансформатора при соединения его обмоток /Y0.
На вторичной стороне мы имеем такие же токи, как в предыдущем случае (рис. 2-59). Для них действительно уравнение (2-149), т. е. в общем случае система вторичных токов имеет все три симметричные составляющие.
В первичной обмотке, соединенной треугольником, фазные токи также будут иметь наряду с составляющими прямой и обратной последовательностей составляющие нулевой последовательности. Последние возникнут потому, что э.д.с. 
(э.д.с. нулевой последовательности) в фазах, соединенных треугольником, направлены все в одну сторону в любой момент времени. В магнитном отношении они должны уравновесить токи нулевой последовательности вторичной обмотки. Следовательно, н.с. обмоток на каждом стержне будут взаимно уравновешиваться, первичная и вторичная обмотки каждой фазы могут рассматриваться как обмотки отдельного однофазного трансформатора.
Первичные фазные токи равны:
Линейные токи, конечно, не будут иметь составляющих нулевой последовательности:
Связь между вторичными и первичными напряжениями устанавливается уравнениями (2-161), (2-163) и (2-164). Здесь 
, , — напряжения, приложенные к фазам первичной обмотки: сопротивление Zн при соединении обмоток Y/Y0 значительно меньше, чем при Y/Y0, так как оно в основном определяется полем рассеяния, таким же, как и поле рассеяния, созданное токами прямой или обратной последовательности. Значение zн при соединении обмоток /Y0 может быть найдено опытным путем. Используется та же схема, что и на рис. 2-64, но рубильник на вторичной стороне при этом должен быть замкнут. Здесь также 
Схема замещения для zн при соединении обмоток /Y0, приведена на рис. 2-67.
Рис. 2-67. Схема замещения для Zн трансформатора при соединении его обмоток /Y0.
Согласно схеме имеем:
так как Z0 во много раз больше Z1.
Смещение потенциала нулевой точки вторичной обмотки (Iа0zн) будет значительно меньше, поэтому, если ожидается большой ток нулевой последовательности, следует соединению обмоток Y/Y0 предпочесть соединение /Y0.
г) Несимметричная нагрузка трансформатора при соединении обмоток Y/ /Y0.
Соответствующая схема представлена на рис. 2-68.
Рис. 2-68. Несимметричная нагрузка трехобмоточного трансформатора при соединении обмоток Y/ /Y.
Мы здесь рассмотрим случай, когда со вторичной стороны нагружена только одна вторичная обмотка, соединенная звездой с выведенной нулевой точкой. Как и в предыдущем случае, в обмотке, соединенной треугольником, мы будем иметь токи нулевой последовательности, в первичной обмотке будут токи прямой и обратной последовательностей. Следовательно, н.с. обмоток каждой фазы взаимно уравновешиваются и потоки нулевой последовательности практически равны нулю.
Если третья обмотка, соединенная треугольником, используется только как компенсационная для компенсации третьей гармоники в кривой потока, то она должна быть рассчитана на наибольший ток нулевой последовательности с учетом длительности его протекания. Поэтому применение третьей обмотки только как компенсационной в большинстве случаев невыгодно.
д) Несимметричная нагрузка трансформаторов при соединении обмоток Y/Y, Y/ , /Y.
Здесь мы не будем иметь во вторичной и в первичной обмотках токи нулевой последовательности, следовательно, не будем иметь для обмотки, соединенной звездой, смещения потенциала нулевой точки относительно центра тяжести треугольника линейных напряжений При данных соединениях обмоток мы можем рассматривать первичную и вторичную, обмотки каждой фазы как независимый однофазный трансформатор. Уравнения напряжений (2-161), (2-163) и (2-164), если в них взять Iа0 = 0, могут быть использованы при определении вторичных напряжений для заданных первичных напряжений, вторичных токов (при известных параметрах трансформатора Zк = rк + jxк). При помощи тех же уравнений могут быть определены фазные и линейные токи при двухфазных коротких замыканиях.
2-16. Мощность, потери и размеры трансформатора
Мощность, потери и размеры трансформаторов связаны важными практически соотношениями, имеющими общее значение и для всех электрических машин.
Представим себе ряд трансформаторов возрастающей мощности, геометрически подобных друг другу и имеющих одинаковые плотности тока J(A/мм2) в обмотках и одинаковые индукции В (Гс) в сердечниках. Под геометрически подобными трансформаторами понимаются трансформаторы, соответственные размеры которых находятся в одном и том же отношении. Два геометрически подобных трансформатора изображены на рис. 2-80.
Рис. 2-80. Геометрически подобные трансформаторы.
Здесь все линейные размеры второго трансформатора в 2 раза больше соответственных линейных размеров первого трансформатора.
Мощность трансформатора пропорциональна произведению э.д.с. и тока, т. е.
(2-189)
При данной частоте тока э.д.с. Е пропорциональна числу витков w обмотки и магнитному потоку Ф:
E ≡ wФ. (2-190)
Заменяя Ф = BSc, где В — индукция в сечении Sс, получим:
E ≡ wBSc. (2-191)
Ток I = Jsn, где J — плотность тока в проводнике, имеющем сечение sn. Поэтому вместо (2-189) можем написать:
P = wBScJsn. (2-192)
Если обозначить общее сечение меди всех витков обмотки через Sм = wsn, то получим:
P =BJScSм. (2-193)
Площади Sc и Sм пропорциональны квадрату линейного размера, причем здесь мы можем взять любой линейный размер (рис. 2-80), который обозначим через l; следовательно,
ScSм ≡l2l2 = l4. (2-194)
Вместо (2-193) мы можем теперь написать (при = const и В = const):
P ≡ l4 (2-195)
или
l ≡ P1/4. (2-196)
Веса активных материалов (стали и меди) пропорциональны их объему, т. е. кубу линейных размеров:
G ≡ l3, (2-197)
поэтому
G ≡P3/4. (2-198)
Следовательно, вес трансформатора при увеличении линейных размеров растет медленнее, чем его мощность.
Можно считать, что стоимость С активных материалов и потери ΣP в них при заданных индукции и плотности тока также пропорциональны весу:
C ≡ G ≡ P3/4; (2-199)
ΣP ≡ G ≡ l3 ≡P3/4. (2-200)
Если отнести вес, стоимость трансформатора и его потери к единице мощности, то получим:
(2-201)
Следовательно, вес и стоимость активных материалов на 1 кВА и относительное значение потерь (потерь на единицу мощности) в ряде геометрически подобных трансформаторов изменяются обратно пропорционально корню четвертой степени из их мощности при сохранении постоянными значений и В.
Этим и объясняется тенденция применять в современных электроустановках (там, где это возможно и целесообразно) трансформаторы большой мощности вместо нескольких малых трансформаторов той же суммарной мощности.
Из равенства (2-200) следует, что потери трансформатора растут пропорционально кубу линейных размеров. Но его поверхность охлаждения возрастает пропорционально только квадрату линейных размеров. Поэтому по мере увеличения мощности трансформаторов приходится повышать интенсивность их охлаждения и отступать от геометрического подобия их форм.
Приведенные соотношения (2-198) 
(2-201) дают лишь общую ориентировку при определении зависимости мощности трансформатора и его потерь от размеров, и они правильны лишь приближенно. При проектировании ряда трансформаторов возрастающей мощности приходится в той или иной мере от них отступать по конструктивным, технологическим и прочим соображениям.
1-17. Нагревание и охлаждение
Магнитные потери в сердечнике трансформатора и электрические потери в его обмотках обусловливают выделение тепла. В начальный промежуток времени работы трансформатора с нагрузкой имеет место неустановившийся тепловой процесс, в течение которого лишь часть тепла отдается окружающей среде, а другая часть остается в сердечнике и обмотках, повышая их температуру. По мере роста последней увеличивается отдача тепла. При некоторой температуре сердечника и обмоток все тепло, выделяющееся в них, отдается окружающей среде. Эта температура является установившейся, соответствующей установившемуся тепловому режиму. Она не должна превышать определенных пределов.
По ГОСТ 401-41 допускаются следующие температуры (°С):
| Для обмоток | |
| Для сердечника (на поверхности) | |
| Для масла (верхних слоев) |
При этом температура окружающего воздуха принимается равной 35°С.
Применяемые для трансформаторов изоляционные материалы резко снижают свои изоляционные и механические свойства при длительном повышении температуры. Особенно это относится к бумаге, являющейся одним из основных изоляционных материалов, применяемых в трансформаторостроении. Она в большой степени подвержена так называемому старению. Чем выше выбрана для нее температура, тем меньше срок ее службы.
Нужно отметить, что указанные температуры не должны непрерывно искусственно поддерживаться в трансформаторе путем увеличения его нагрузки, так как в этом случае значительно сократился бы срок службы трансформатора по сравнению с его нормальным сроком в 15 20 лет. Указанные температуры установлены в предположении суточного и годового колебаний температуры окружающей среды, следовательно, в предположении, что в эксплуатационных условиях периоды работы трансформатора с наивысшими указанными температурами чередуются с периодами работы при более низких температурах.
Чтобы при допустимых превышениях температуры нагретых сердечников и обмоток над температурой окружающей среды все тепло отдавалось окружающей среде, необходимо иметь достаточную поверхность охлаждения.
В масляных трансформаторах тепло, образующееся в сердечнике и обмотках, отдается маслу. Масло отводит это тепло к стенкам бака, которые с наружной стороны отдают его окружающему бак воздуху. Движение тепла от одной части трансформатора к другой обусловлено разностью температур. Распределение температур отдельных частей трансформатора показано на рис. 2-81. Здесь же показаны пути движения частиц масла, омывающего сердечник и обмотки, и частиц воздуха, омывающего наружные стенки бака.
Рис. 2-81. Распределение температуры отдельных частей трансформатора по его высоте.
1 — обмотка, 2 — сердечник, 3 — масло, 4 — стенки бака.
Чем больше мощность трансформатора, тем больше в нем потери (по абсолютной величине) и тем больше, следовательно, должна быть его поверхность охлаждения для отвода образующегося тепла. Этим и объясняется главным образом увеличение размеров трансформатора при увеличении его мощности.
При увеличении размеров трансформатора его мощность и потери растут быстрее, чем поверхность охлаждения. Поэтому при возрастании мощности трансформатора охлаждение его должно быть более интенсивным.
Для трансформаторов небольшой мощности (до 20 30 кВА) применяются баки с гладкими стенками (рис. 2-82). Для трансформаторов средней и большой мощности приходится брать трубчатые баки (рис. 2-83) или баки с радиаторами (рис. 2-84). Для очень мощных трансформаторов применяются баки с радиаторами, которые обдуваются при помощи особых вентиляторов, вследствие чего значительно увеличивается теплоотдача с их поверхности.
Рис. 2-82. Трансформатор с гладким баком.
Рис. 2-83. Трансформатор с трубчатым баком.
Рис. 2-84. Трансформатор с радиаторным баком.
1-18. Конструкции трансформаторов
Наиболее распространенными являются масляные трансформаторы. Они при мощности Sн 
100 кВА (для напряжений свыше 6300 В и при меньшей мощности) снабжаются маслорасширителями. Маслорасширитель представляет собой резервуар, помещенный на крышке бака и соединенный с ним трубой (рис. 2-85), причем труба должна находиться несколько выше дна расширителя. Емкость расширителя выбирается таким образом, чтобы масло в нем находилось все время при всех режимах работы трансформатора и при колебаниях температуры окружающего воздуха от -35 до +35° С. Для контроля за уровнем масла расширитель снабжается маслоуказателем. При наличии расширителя поверхность соприкосновения масла с воздухом значительно сокращается, что уменьшает его загрязнение и увлажнение; кроме того, продукты разложения масла и влага почти не попадают в основной бак на обмотки, а скапливаются на дне расширителя.
Рис. 2-85. Маслорасширитель и выхлопная труба.
1 — расширитель; 2 — труба, соединяющая расширитель с главным баком; 3 — маслоуказатель; 4 — отстойник (водоотделитель); 5 — клапан для взятия проб; 6 — выхлопная труба; 7 — стеклянная мембрана.
Мощные трансформаторы при Sн =1000 кВА снабжаются также выхлопной трубой (рис. 2-85). Она представляет собой стальную трубу, соединенную одним концом с основным баком и закрытую с другого конца стеклянной пластиной — мембраной толщиной 3—5 мм. При внутренних повреждениях обмоток трансформатора быстро образуется вследствие испарения масла большое количество газов, которые выдавливают мембрану и выходят в атмосферу. В противном случае неизбежна деформация бака.
Согласно ГОСТ 401-41 трансформаторы снабжаются устройством для измерения температуры верхних слоев масла: а) Трансформаторы до 750 кВА снабжаются термометрами обычного типа или с сигнальными контактами. б) Трансформаторы от 1000 кВА и выше имеют термометрический сигнализатор, укрепляемый на боковой части бака на высоте 1,5 м от днища трансформатора. в) Трехфазные трансформаторы мощностью от 7500 кВА и выше и однофазные трансформаторы мощностью 3333 кВА и выше должны иметь дистанционный измеритель температуры масла для передачи результатов измерения на щит управления.
Защита от чрезмерных повышений температуры внутри трансформатора (тепловая защита) осуществляется при помощи газовых реле, устанавливаемых в трубе, соединяющей бак с маслорасширителем.
Принцип действия газового реле основан на следующем.
При всяком чрезмерном перегреве какой-либо части трансформатора начинается разрушение ее изоляции. В результате появляется некоторое количество газообразных продуктов распада, выделяющихся с большей или меньшей скоростью в зависимости от интенсивности теплового процесса. Образующийся газ поднимается вверх и частично задерживается в газовом реле, схематично изображенном на рис. 2-86.
Рис. 2-86. Газовое реле.
В нормальном состоянии все реле заполнено маслом. При быстром выделении газа в трансформаторе он скапливается в верхней части резервуара А и постепенно понижает уровень масла. Вследствие этого поплавок В1 опускается и замыкает цепь с сигнальным приспособлением. В том случае, когда процесс выделения газа носит более интенсивный характер, частицы газа достигают поплавка В2 и, наклонив его, замыкают цепь управления масляного выключателя. Таким образом, газовое реле не только предупреждает о грозящей аварии, но и выключает трансформатор, если авария принимает большие размеры.
Надежность работы трансформатора в большой степени зависит от выполнения его. изоляции. Трансформаторы на напряжение 115000 В и выше должны иметь особенно прочную изоляцию. Теоретические и экспериментальные исследования советских ученых и инженеров Московского трансформаторного завода (МТЗ) имени В. В. Куйбышева позволили разработать оригинальные конструкции изоляции трансформаторов с экранирующими емкостями что значительно повысило надежность их работы. Такие трансформаторы получили название грозоупорных и нерезонирующих, так как при грозовых разрядах на линию передачи, соединенную с трансформаторами, в них почти не возникают опасные перенапряжения резонансного характера.
Выводы концов обмоток на крышку трансформатора производятся при помощи проходных фарфоровых изоляторов, выполнению которых также уделяется всегда большое внимание.
Масляные трансформаторы взрывоопасны. При большой мощности они устанавливаются на открытых подстанциях, вдали от производственных и жилых строений. Если же необходимо масляный трансформатор установить в помещении, то последнее должно быть специальным образом оборудовано (под трансформатором часто устраивается забетонированная яма, чтобы в случае повреждения бака и воспламенения масла оно стекало в эту яму).
В связи с этим большое значение приобретают безопасные в отношении взрыва сухие трансформаторы для установки их в помещениях. Такие трансформаторы в настоящее время на наших заводах изготовляются и находят себе все более широкое применение.
изобретены специальные негорючие масла (совол и совтол) для заполнения баков трансформаторов. Однако вследствие их относительно высокой стоимости они применяются еще редко.
Для прогресса трансформаторостроения большое значение имеет улучшение качества электротехнической стали. В последние годы на отечественных заводах освоено изготовление холоднокатаной электротехнической стали различных марок (Э310 и др.), которая обладает высокими магнитными свойствами в направлении прокатки (большая магнитная проницаемость и малые удельные потери). Применение такой стали позволяет значительно увеличить индукцию в сердечниках трансформаторов, повысить их к.п.д. и снизить расход активных материалов. Широкое внедрение стали Э310 в трансформаторостроение — важнейшая ближайшая задача дальнейшего улучшения советских трансформаторов. Из нее также выполняются небольшие однофазные трансформаторы с оригинальной конструкцией сердечника, который наматывается при помощи особых станков; при этом получаются трансформаторы броневого типа (рис. 2-87). Они обладают высоким к.п.д.
Рис. 2-87. Однофазный трансформатор с намотанным сердечником.
Глава 2. Асинхронные машины
2-1. Общие замечания
Асинхронные машины применяются на практике главным образом как двигатели. Наибольшее распространение имеют трехфазные асинхронные двигатели. Они находят себе самое широкое применение на заводах, фабриках, в сельском хозяйстве, на строительных работах, для вспомогательных механизмов электрических станций. Особенно много требуется трехфазных двигателей мощностью от 0,4 до 100 кВт. Большое количество двигателей выпускается также на мощности свыше 100 кВт.
Однофазные асинхронные двигатели в настоящее время выполняются, как правило, в виде малых машин обычно на мощности не свыше 0,5 кВт.
Обмотки статора и ротора асинхронных машин между собой электрически не связаны; между ними существует только магнитная (трансформаторная) связь, называемая также индуктивной, что дало повод назвать асинхронные машины индукционными.
Обмотка статора обычно является первичной обмоткой при работе машины двигателем, так как к ней в этом случае подводится электрическая энергия. Токи обмотки статора совместно с токами обмотки ротора создают в двигателе вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора при этом служит в качестве вторичной. Токи, наведенные в ней вращающимся полем, взаимодействуя с ним, создают электромагнитные силы, заставляющие ротор вращаться.
Асинхронные двигатели выполняются или с короткозамкнутой обмоткой на роторе, или с обмоткой на роторе (обычно трехфазной), соединенной с контактными кольцами. В соответствии с этим различают короткозамкнутые двигатели и двигатели с контактными кольцами. Последние условие называются также двигателями с фазным ротором.
На щитке асинхронного двигателя указываются следующие номинальные величины его:
1. мощность (на валу), кВт или Вт;
2. линейное напряжение обмотки статора, В;
3. линейный ток, А;
4. частота тока, Гц;
5. частота вращения ротора ();
6. коэффициент полезного действия;
7. коэффициент мощности (косинус угла сдвига фаз между напряжением и током фазы обмотки статора);
8. напряжение на контактных кольцах (при неподвижном роторе) и ток обмотки ротора (при номинальном режиме) для двигателя с контактными кольцами.
Кроме того, на щитке указываются схема соединений обмотки статора, режим работы (продолжительный, кратковременный или повторно-кратковременный), для которого предназначен двигатель, и полный вес его в килограммах.
2-2. Устройство и основные элементы конструкции
Основными частями машины являются статор и ротор. Их сердечники собираются из листов электротехнической стали (рис. 3-1), которые до сборки обычно покрываются с обеих сторон специальным лаком.
Рис. 3-1. Листы сердечников статора (1) и ротора (2).
Тем самым предотвращается образование больших вихревых токов в стали сердечников. Иногда для небольших двигателей их сердечники собирают из листов без покрытия последних лаком, так как окалина на внешних поверхностях листов создает достаточную изоляцию между ними.
На рис. 3-1 показаны листы, из которых собираются статор и ротор машин небольшой и средней мощностей. Они обычно штампуются при помощи штампа, позволяющего одним ударом получить необходимую форму листа со всеми отверстиями. Отверстия на внутренней окружности листов статора и на внешней окружности листов ротора после сборки их образуют пазы статора и ротора, в которые закладываются проводники обмоток.
На рис. 3-2 и 3-3 показаны в разобранном виде двигатели — короткозамкнутый и с контактными кольцами.
Рис. 3-2. Асинхронный двигатель короткозамкнутым ротором в разобранном виде.
а — статор; 6 — ротор; в — подшипниковые щиты; г — вентилятор; д — отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха; е — коробка, прикрывающая зажимы.
Рис. 3-3. Асинхронный двигатель с контактными кольцами в разобранном виде.
а — статор; 6 — ротор; в — подшипниковые щиты; г — вентилятор; д — отверстия для входа и выхода охлаждающего воздуха; е — коробка, прикрывающая зажимы; ж — контактные кольца, з—щеткодержатели и щетки.
Сердечник статора помещается в корпусе, который служит его внешней частью. Сердечник ротора укрепляется непосредственно на валу двигателя или на втулке (в форме крестовины), надетой на вал двигателя.
Вал вращается в подшипниках, укрепленных в боковых щитах, называемых подшипниковыми щитами. Машины мощностью до 500—600 кВт (иногда и выше) снабжаются подшипниками качения (шариковыми и роликовыми), при большей мощности — подшипниками скольжения. При внешнем диаметре сердечника статора свыше 1 м обычно применяют стояковые подшипники (рис. 3-4).
Рис. 3-4. Асинхронный двигатель большой мощности со стояковыми подшипниками.
Подшипниковые щиты прикрепляются к корпусу статора при помощи болтов или шпилек. Щиты и корпус статора обычно выполняются литыми из чугуна. Для малых машин их часто выполняют литыми из сплава с большим содержанием алюминия, что уменьшает вес машины.
2-3. Обмотки статора и ротора и наведение в них э.д.с.
Обмотки и сердечники статора и ротора являются основными частями электрической машины. Они и создают в ней условия для электромагнитных процессов, протекающих при преобразовании электрической энергии в механическую или при обратном преобразовании.
Рассмотрим вначале обмотки статора. Они одинаковы как у асинхронных, так и у синхронных машин. Обмотки состоят из витков, заложенных в пазы статора и соединенных между собой по особым правилам.