книги / Проектирование электрических машин

характерных для большинства асин­ хронных двигателей, приводят к не­ которой асимметрии МДС. Поэтому выбор окончательного числа пазов следует проводить с четкой увязкой и контролем получаемого при этом

за указанные выше пределы более чем на 10% и в любом случае для двигателей с 56 мм не должно быть менее 6—7 мм.

При определении числа эффек­ тивных проводников в пазу и„ ру­ ководствуются следующим: и„ должно быть целым, а в двухслой­ ной обмотке желательно, чтобы оно было кратным двум. Применение двухслойных обмоток с нечетным и„ допускается лишь в исключитель­ ных случаях, так как это приводит к необходимости выполнять разновнтковые катушки, что усложняет технологию изготовления и укладки обмотки. Поэтому полученные в расчете числа ип приходится округ­ лять до ближайшего целого или чет­ ного числа. Чтобы это округление не было слишком грубым (что особен­ но заметно при малых ы„), вначале определяют предварительное число эффективных проводников в пазу и'п

при условии, что параллельные вет­

Полученное по (6-17) значение ип не округляют до целого, а нахо­

дят такое число параллельных вет­ вей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетво­ рять отмеченным условиям, либо по­ требует лишь незначительного изме­ нения:

Число а при этом, естественно, может быть взято только из ряда возможных чисел параллельных ветвей для обмотки данного типа и заданного числа полюсов.

Полученное из (6-19) число и„ округляют до ближайшего целого или четного в зависимости от типа обмотки.

Принятое на данном этапе рас­ чета число параллельных ветвей а в дальнейшем, при выборе размеров и числа элементарных проводников, может быть изменено. В этом слу­ чае пропорционально меняется так­ же и un.

Окончательное число витков в

Оно дол>кно лишь незначительно отличаться от принятого ранее, так как его изменение определяется только отношением рассчитанного по (6-19) и принятого числа эффек­ тивных проводников в пазу и„. По­ лученное значение А нужно сопо­ ставить с рекомендуемым (см. рис. 6-11—6-13).

Схему обмотки статора выбира­ ют в зависимости от мощности ма­ шины, ориентируясь на конструк­ цию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12— 15 кВт в боль­ шинстве случаев имеют однослой­ ную концентрическую обмотку. В машинах большей мощности всыпиые обмотки выполняются двухслойными, а при механизиро­ ванной укладке применяют одно­ двухслойные или двухслойные кон­ центрические обмотки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из пря­ моугольного провода выполняются только двухслойными. Обмоточный коэффициент ko6=kpky рассчитыва­ ется в зависимости от принятого укорочения шага обмотки р и числа q (см. § 3-5). Значения kP находят по (3-6) или из табл. 3-13 длг пер­ вой гармоники. Значения fty находят по (3-4) или по кривой на рис. 3-11.

Для однослойных обмоток ky всег­ да равен единице, кроме обмоток с несплошной фазной зоной. Для двух-слойных обмоток ky рассчи­ тывается по (3-17).

Расчетное укорочение таких об­ моток, выполненных с одной боль­ шой катушкой в катушечной группе, зависит от числа q и равно:

А2 д_±\

Обмоточный коэффициент двух­ слойной концентрической обмотки равен Лоб обычной двухслойной об­ мотки, на базе которой построена концентрическая (см. § 3-5).

В двухслойных обмотках асин­ хронных двигателей шаг выполня­ ют в большинстве случаев с укоро­ чением, близким к р = 0,8.

После расчета A0ei уточняют зна-. чение потока Ф, Вб,

и определяют индукцию в воздуш­ ном зазоре В6, Тл,

выходит за пределы рекомендуемой области (см. рис. 6-11—6-13) более чем на 5%, следует принять другое значение числа и„ и повторить ра­ счет.

Если линейная нагрузка и индук­ ция в воздушном зазоре при приня­ том числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в ре­ комендуемых пределах, переходят к расчету сечения эффективного про­ водника и обмоточного провода.

Сечение эффективных проводни­ ков, м2, определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допус­ тимой плотности тока в обмотке:

С точки зрения повышения ис­ пользования активных материалов плотность тока J\ должна быть вы­ брана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди об­ мотки. Увеличение потерь сказыва­ ется, во-первых, на повышении тем­

пературы обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения при принятой в них системе косвенного охлаждения влияние плотности то­ ка на нагрев обмотки более сущест­ венно, чем на КПД. На этом осно­ вании определены качественные за­ висимости допустимой плотности то­ ка в обмотках различных машин. Она повышается с уменьшением га­ баритов машины, с увеличением допустимого нагрева обмотки при переходе на другой, более высокий класс нагревостойкости изоляции и с повышением интенсивности охлаж ­ дения (например, в машинах защи­ щенного исполнения по сравнению с закрытыми обдуваемыми двигате­ лями).

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой плотно­ сти тока производят с учетом линей­ ной нагрузки двигателя:

Значения AJ для асинхронных двигателей различного исполнения

имощности приведены на рис. 6-16. Для всыпных обмоток могут

быть использованы обмоточные про­ вода диаметром не более 1,8 мм, однако в современных двигателях для повышения надежности обмот­ ки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диа­ метра. В обмотках, предназначен­ ных для механизированной уклад­ ки, диаметр изолированного прово­ да обычно берут не более 1,4 мм, а при ручной укладке (двигатели с Л > 160 мм) — не более 1,7 мм.

Если расчетное сечение эффек­ тивного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диа­ метрам, то эффективный проводник разделяется на несколько элемен­ тарных. Для этого по табл. П-28 подбирается сечение q3„ и число эле­ ментарных проводников «эл, состав­ ляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр d3n элемен­ тарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммар­ ная площадь сечения была близка

А%3 AJ

=2;4

Г|

0,30 0,34 0,38

1 I —

^ 2 р ^ 4

0,54 0,58 0,62 0,66 и д)

тарные так, чтобы дэ.т< 17ч-20 мм2. В обмотках из жестких катушек, укладываемых в открытые пазы, яэл обычно не более 2. При Пол=2 они располагаются на одном уров­ не по высоте паза (см. рис. 3-1). Обмотку с четырьмя элементарны­ ми проводниками (см. рис. 3-1,6) в асинхронных двигателях применя­ ют редко. Если обмотка выполня­ ется из полужест.ких катушек, укла­ дываемых в полуоткрытые пазы (см. рис. 3-9,6), то всегда образу­ ется два элементарных проводника,

ются параллельно (см. § 3-1). При прямоугольных обмоточных прово­ дах сечение эффективного провод­ ника не должно превышать 35— 40 мм2, поэтому при большом номи­ нальном токе в таких машинах вы­ полняют наибольшее возможное чи­ сло параллельных ветвей.

При одной и той же площади се­

быть различны, поэтому оконча­ тельный выбор обмоточного прово­ да производят одновременно с рас­ четом размеров зубцовой зоны.

После окончательного выбора <7эл, Яэл и а следует уточнить плот­

ность тока в обмотке, которая мо­ жет несколько измениться по срав­ нению с предварительно примятой при подборе сечений элементарных проводников:

На этом расчет обмотки статора заканчивается. Некоторая коррек­ тировка, которая может потребо­ ваться в ходе последующего расче­ та, как правило, не вносит сущест­ венных изменений в полученные данные.

6-5. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА

Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны та-

ким образом, чтобы, во-первых, пло­ щадь паза соответствовала количе­ ству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и яр­ ме статора находились в определен­ ных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется мощностью машины и типом обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора (табл. 6-10).

Обмотка из прямоугольного про­ вода укладывается в пазы с парал­ лельными стенками (рис. 6-17 и 6- 18). Зубцы в таких пазах имеют трапецеидальное сечение, и индук­ ция в них неравномерна. Обычно задаются значениями допустимой индукции в ярме статора Ва и ин­ дукцией Вгтах в наиболее узком се­ чении зубца bzmin, либо индукцией Вг>/, в сечении зубца с шириной Ьгу.,,

взятом на расстоянии, равном 1/3 его высоты от наиболее узкой части зубца (рис. 6-17).

Рис. 6-17. К расчету размеров открытых прямоугольных пазов статора.

Рнс. 6-18. К расчету размеров полуоткры­ тых прямоугольных пазов статора.

По выбранным значениям индук­ ций определяются:

высота ярма статора, м,

Вгипах ^ст1

или ширина зубца на расстоя­ нии 1/3 его высоты от наиболее уз­ кой части:

У ,'»

(6-30)

Вг‘/, 'ст1 *с

Значение коэффициента запол­ нения сердечника сталью следует брать из табл. 6-11.

Размеры паза вначале опреде­ ляются без учета размеров и числа

напряжение трапецеидальных зуб­ цов при том же среднем значении индукции в них.- Это объясняется от­ сутствием в зубцах с параллельны­ ми стенками узких участков с высо­ кой индукцией, напряженность по­ ля в которых резко возрастает, уве­ личивая суммарное магнитное напряжение зубцов.

Для всыпной обмотки могут быть выбраны пазы показанной на рис. 6-19 а—в конфигурации. В двигате­ лях серии 4А выполняются только трапецеидальные пазы (рис. 6-19, а) с углом наклона граней клиновой

же, как и для пазов с прямоуголь­ ными проводами. Сначала прово­ дится предварительный выбор раз­ меров, исходя из допустимой индук­ ции в зубцах и ярме статора

Ягер ^сп^с

и А„ по (6-28).

После расчета коэффициента за­ полнения паза проводниками об­ мотки полученные значения уточня­ ются. Однако стремление выпол­ нить зубцы с параллельными гра­ нями накладывает дополнительные условия на возможные соотношения размеров паза. Это вызывает из­ вестные трудности расчета зубцо­ вой зоны, который рекомендуется проводить в следующей последова­ тельности (расчетные формулы при­ ведены только для пазов, показан­ ных на рис. 6-19, а; для других кон­ фигураций они могут быть легко получены, исходя из условия сохра­ нения постоянства ширины зубцов).

По допустимым индукциям в яр­ ме и зубцах статора (см. табл. 6-10) из (6-28) и (6-39) определяются вы­ сота ярма ha и ширина зубца Ьг ста­ тора. Далее находятся размеры па­ за в штампе, м,

для обеспечения механической проч­ ности кромок зубцов, удерживаю­ щих в уплотненном состоянии про­ водники паза после заклиновки па­ зов. Однако увеличение hm приво­ дит к возрастанию потока рассеяния паза, что в большинстве случаев не­ желательно. В серии 4А в двигате­ лях с А ^ 132 мм принимают Аш= = 0 ,5 мм, в двигателях с Аш^ 160 мм увеличивают до Лш= 1 мм.

Ширину шлица паза принимают

моточного провода, мм. Размер Ьш должен обеспечить возможность свободного пропуска проводников обмотки через шлиц паза с учетом толщины изоляционных технологи­ ческих прокладок, устанавливаемых при укладке обмотки для предо­ хранения изоляции проводников от повреждений об острые кромки шлица. В сериях асинхронных ма­ шин размер Ьш обычно нормализу­ ется. В серии 4А он выполняется равным от 1,8-мм в малых машинах до 4 мм в более крупных. Средние значения Аш для двигателей при различных h и 2р приведены в табл. 6-12.

В клиновой части паза распола­ гаются пазовые крышки (в машинах с As£l 160 мм) или пазовые клинья (в более крупных машинах). Поэто­ му при расчете площади попереч­ ного сечения паза эти участки не учитывают.

Размеры паза рассмотренной конфигурации могут быть определе­ ны также графоаналитическим ме-

тодом. Для этого вначале строится равнобедренная трапеция (рис. 6-20, а ), верхнее основание которой

Рис. 6-20. К графоаналитическому методу Определения размеров паза статора.

равно в выбранном масштабе пазо­ вому делению t\, нижнее основание jf| —tiDa/D , а высота h = (D a—D)/2.

Такая .трапеция представляет собой как бы вырезанный из листа стато­ ра сектор пазового деления, в кото­ ром. должны разместиться паз (ось паза совпадает с осью трапеции), прилегающие к нему с обеих сторон половины сечений зубцов и участок ярма статора. По допустимым ин­ дукциям Bz и Ва определяют шири­ ну зубца по (6-39) и высоту ярма по (6-28). На построенной трапеции линиями, параллельными ее боко­ вым граням, отсекают участки ши­ риной 0,5 bt и линией, параллельной ее; основаниям, — участок шириной ка. . (рис. 6-20,6). В оставшуюся часть ' трапеции (на рис. 6-20, б — не .заштрихована) вписывают кон­ тур паза . .выбранной конфигурации (рис. 6-20, в). Его основные разме­ ры Ь\, Ь2 и А„ обеспечивают парал­ лельность боковых граней зубцов при наименьших возможных с точки

зрения допустимой индукции разме­ рах зубцов и ярма.

Для достижения достаточной точности построение должно быть выполнено в крупном масштабе (на­

лить площадь паза в свету и учесть площадь сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией SH3 и проклад­