Обмотка и зубцовая зона статора

Для статоров синхронных машин находят применение петлевые обмотки, состоящие из многовитковых катушек, и волновые обмотки числом эффективных проводников в пазу не более двух. Применение волновых обмоток имеет определенные преимущества при токах в параллельной ветви более 1000 A, поэтому они целесообразны для очень крупных машин (гидрогенераторы, турбогенераторы).

Для статоров синхронных машин общего назначения находят применение двухслойные катушечные петлевые обмотки с числом эффективных проводников в пазу более двух (см. гл. 3). По условиям технологии каждый эффективный проводник в зависимости от его сечения составляется из нескольких элементарных прямоугольных проводников с поперечным сечением 12…20 мм2. Ток в таком составном проводнике допускается до 150…200 А. Если номинальный фазный ток машины превышает указанные пределы, то обмотку выполняют из нескольких параллельных ветвей.

Номинальный фазный ток обмотки статора при соединении ее в звезду равен линейному току , а при соединении в треугольник будет в раз меньше: .

Номинальный линейный ток машины определяют исходя из заданных номинальных значений мощности и напряжения:

для генератора

для двигателя (10.11)

При выборе числа параллельных ветвей следует исходить из того, чтобы ток в параллельной ветви находился в пределах от 50 до 150 A или в крайнем случае до 200 A:

. (10.12)

В этом диапазоне намечают возможное число параллельных ветвей — целое число , имея виду, что должно быть кратно числу полюсов. В дальнейшем число параллельных ветвей необходимо увязать с выбранным числом пазов.

При выборе числа пазов следует учитывать ряд обстоятельств, влияющих на технико-экономические показатели машины. При большом числе пазов увеличивается расход дорогостоящей пазовой изоляции, уменьшается механическая прочность зубцов, но улучшается форма кривых ЭДС и МДС обмотки статора.

При уменьшении числа пазов возрастает объем тока в пазу и перепад температуры в изоляции, увеличиваются добавочные потери в меди, а так же пульсационные и поверхностные потери. Кроме того, с увеличением размеров катушки усложняются ее изготовление и укладка в пазы. При разработке серии в целях унификации обмоточных проводов и числа применяемых штампов стремятся выбирать одинаковые пазы для машин с различным числом полюсов.

Оптимальный выбор числа пазов может быть сделан путем расчета и сопоставления между собой ряда вариантов. Задача упрощается, если воспользоваться опытом разработки подобных машин, при этом можно исходить из зубцового деления:

. (10.13)

На рис. 10.13 показаны пределы изменения в зависимости от полюсного деления для выпускаемых в настоящее время машин общепромышленного применения мощностью свыше 100 кВт. Определив при данном значении максимальное и минимальное значения , находят числа пазов (зубцов) машины:

;

. (10.14)

Рис. 10.13. Пределы изменения зубцового деления

в зависимости от полюсного деления для синхронных машин:

1 — 13 и 14-го габаритов; 2 — 16 и 17-го габаритов;

3 — 18—21-го габаритов

Из этого диапазона выбирают такие числа пазов — целое число , при которых выполняются следующие требования.

1. должно быть кратным числу фаз и числу параллельных ветвей , т. е. — целое число.

2. Число пазов на полюс и фазу должно быть целым или дробным вида — целое число, а — правильная несократимая дробь , причем не может быть кратно числу фаз и должно быть меньше числа пар полюсов.

Для синхронных машин при чаще всего выбирают целое число пазов на полюс и фазу (большие значения для машин с меньшим числом полюсов). При числе полюсов и малом полюсном делении можно выбирать обмотки с дробным .

3. Число параллельных ветви и число полюсов должны быть связаны следующими соотношениями:

а) при целом числе пазов на полюс и фазу — целое число;

б) при дробном числе пазов на полюс и фазу — целое число.

4. Для удобства сегментировки статора желательно, чтобы число пазов разлагалось на возможно большее число простых множителей (2, 3, 5).

5. Число пазов должно быть кратным числу разъемов статора.

Четвертое требование следует выполнять для машин, имеющих внешний диаметр статора мм, а пятое — для машин мм. Из найденного выше диапазона чисел пазов выбирают такие , при которых наиболее полно удовлетворяются указанные требования. Затем определяют число эффективных проводников в пазу и зубцовое деление :

, (10.15)

значение округляют до ближайшего четного числа.

По найденному значению уточняют линейную нагрузку:

. (10.16)

Наилучшим вариантом числа пазов следует признать такой, при котором уточненное значение линейной нагрузки незначительно отличается от выбранной в начале расчета (± 5 %) и зубцовое деление имеет приемлемое значение. Полученные таким образом значения и для машин с мм являются окончательными и должны использоваться в дальнейших расчетах.

Для машин, имеющих мм, число пазов устанавливают после выбора сегментировки статора (см. § 10.7).

У синхронных машин мощностью менее 100 кВт при B для статора чаще всего применяют полузакрытые пазы и всыпные петлевые обмотки из круглых проводников. Пазы имеют трапецеидальную или грушевидную форму. Число пазов на полюс и фазу берут, целым и выбирают в пределах от 2 до 5. Большее значение принимают для машин с меньшим число полюсов.

Задавшись числом , определяют общее число зубцов статора:

. (10.17)

Тогда зубцовое деление статора

. (10.18)

Зубцовое деление для этих машин составляет 1, 5…2, 5 см. Число эффективных проводников в пазу статора

. (10.19)

При двухслойной обмотке статора должно быть четным. При округлении следует контролировать изменение линейной нагрузки . При значительном ее отклонении от ранее выбранной (более ± 5 %) может потребоваться изменение . При этом выбирают другое значение или число параллельных ветвей.