Зубцовое деление статора при прямоугольных пазах t1, м

Рис. 15. Зубцовое деление статора асинхронных двигателей со всыпной обмоткой

Для машин с полужесткой об­моткой из прямоугольного провода при U_н £ 660 В и в высоковольтных машинах t ₁ зависит от мощности и номинального напряжения и может быть взято в соответствии с данны­ми табл. 9. В процессе расчета це­лесообразно не ограничиваться вы­бором какого-либо одного конкрет­ного зубцового деления, а руковод­ствуясь приведенными выше соображениями, рассмотреть диапа­зон возможных значений t ₁ в преде­лах указанных значений зубцовых делений t _{1 min} – t _{1 max}. Тогда возмож­ные числа пазов статора, соответст­вующие выбранному диапазону t ₁,

. (16)

Окончательное число пазов ста­тора Z ₁ следует выбирать в полу­ченных пределах с учетом условий, налагаемых требованиями симмет­рии обмотки, и желательного для проектируемой машины значения числа пазов на полюс и фазу q. Чис­ло пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число q= Z ₁/2 pm в большинстве асинхрон­ных машин должно быть целым. Лишь в многополюсных асинхрон­ных двигателях иногда выполняют числа пазов, при которых q являет­ся дробным, причем большей частью со знаменателем дробности, равным двум, например q= 2¹/₂ или 3¹/₂. В отдельных случаях это правило может быть нарушено, однако необ­ходимо иметь в виду, что обмотки с дробным q при сравнительно не­больших числах пазов и полюсов, характерных для большинства асин­хронных двигателей, приводят к не­которой асимметрии МДС. Поэтому выбор окончательного числа пазов следует проводить с четкой увязкой и контролем получаемого при этом числа q. Окончательное значение t ₁ =pD/ 2 pmq не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10% и в любом случае для двигателей с h ³ 56 мм не должно быть менее 6 – 7 мм.

При определении числа эффек­тивных проводников в пазу u_п ру­ководствуются следующим: u_п должно быть целым, а в двухслой­ной обмотке желательно, чтобы оно было кратным двум. Применение двухслойных обмоток с нечетным u_п допускается лишь в исключитель­ных случаях, так как это приводит к необходимости выполнять разно-витковые катушки, что усложняет технологию изготовления и укладки обмотки. Поэтому полученные в расчете числа u_п приходится округ­лять до ближайшего целого или чет­ного числа. Чтобы это округление не было слишком грубым (что особен­но заметно при малых u_п), вначале определяют предварительное число эффективных проводников в пазу u'_п при условии, что параллельные вет­ви в обмотке отсутствуют (а =1):

, (17)

где А – принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м;

I _{1 н} – номинальный ток обмотки статора, А:

(18)

(h и cos j заданы или выбраны в начале расчета).

Полученное по (17) значение и' не округляют до целого, а нахо­дят такое число параллельных вет­вей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетво­рять отмеченным условиям, либо по­требует лишь незначительного изме­нения:

(19)

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 (19) число и_п округляют до ближайшего целого или четного в зависимости от типа обмотки.

Принятое на данном этапе рас­чета число параллельных ветвей а в дальнейшем, при выборе размеров и числа элементарных проводников, может быть изменено. В этом слу­чае пропорционально меняется так­же и и_п.

Окончательное число витков в фазе обмотки

. (20)

Окончательное значение линей­ной нагрузки, А/м,

. (21)

Оно должно лишь незначительно отличаться от принятого ранее, так как его изменение определяется только отношением рассчитанного по (19) и принятого числа эффек­тивных проводников в пазу . По­лученное значение А нужно сопо­ставить с рекомендуемым (см. рис. 11 – 13).

Схему обмотки статора выбира­ют в зависимости от мощности ма­шины, ориентируясь на конструк­цию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12 – 15 кВт в боль­шинстве случаев имеют однослойную концентрическую обмотку. В машинах большей мощности всыпные обмотки выполняются двухслойными, а при механизиро­ванной укладке применяют одно­двухслойные или двухслойные кон­центрические обмотки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из прямоугольного провода выполняются только двухслойными. Обмоточный коэффициент k_o6=k_pk_y рассчитыва­ется в зависимости от принятого укорочения шага обмотки b и числа q.

Для однослойных обмоток k_y всег­да равен единице, кроме обмоток с не сплошной фазной зоной. Для двухслойных обмоток k_y рассчи­тывается.

Расчетное укорочение таких об­моток, выполненных с одной боль­шой катушкой в катушечной группе, зависит от числа q и равно:

.

Обмоточный коэффициент двух­слойной концентрической обмотки равен k_o6 обычной двухслойной об­мотки, на базе которой построена концентрическая.

В двухслойных обмотках асин­хронных двигателей шаг выполня­ют в большинстве случаев с укоро­чением, близким к b =0, 8.

После расчета k_o61 уточняют зна­чение потока Ф, Вб,

(22)

и определяют индукцию в воздуш­ном зазоре b _d, Тл,

. (23)

Если полученное значение b_d выходит за пределы рекомендуемой области (см. рис. 11 – 13) более чем на 5%, следует принять другое значение числа Uп и повторить ра­счет.

Если линейная нагрузка и индук­ция в воздушном зазоре при приня­том числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в ре­комендуемых пределах, переходят к расчету сечения эффективного про­водника и обмоточного провода.

Сечение эффективных проводни­ков, м², определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допус­тимой плотности тока в обмотке:

(24)

С точки зрения повышения ис­пользования активных материалов плотность тока J ₁ должна быть вы­брана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди об­мотки. Увеличение потерь сказыва­ется, во-первых, на повышении тем­пературы обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения при принятой в них системе косвенного охлаждения влияние плотности то­ка на нагрев обмотки более сущест­венно, чем на КПД. На этом осно­вании определены качественные за­висимости допустимой плотности то­ка в обмотках различных машин. Она повышается с уменьшением га­баритов машины, с увеличением допустимого нагрева обмотки при переходе на другой, более высокий класс нагревостойкости изоляции и с повышением интенсивности охлаж­дения (например, в машинах защи­щенного исполнения по сравнению с закрытыми обдуваемыми двигате­лями).

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

. (25)

Значения AJ для асинхронных двигателей различного исполнения и мощности приведены на рис. 16.

Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные про­вода диаметром не более 1, 8 мм, однако в современных двигателях для повышения надежности обмот­ки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диа­метра. В обмотках, предназначен­ных для механизированной уклад­ки, диаметр изолированного прово­за обычно берут не более 1, 4 мм, а при ручной укладке (двигатели с h > 160 мм) – не более 1, 7 мм.

Если расчетное сечение эффек­тивного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диа­метрам, то эффективный проводник разделяется на несколько элемен­тарных. Для этого по табл. П-6 подбирается сечение q_эл и число эле­ментарных проводников n_эл, состав­ляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр d_эл элемен­тарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммар­ная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:

. (26)

Во всыпных обмотках число эле­ментарных проводников может быть взято до 10 – 12, но при большом n_эл возрастают технологичес­кие трудности намотки катушек, поэтому в современных машинах стремятся уменьшить число элемен­тарных проводников в одном эф­фективном до 5 – 6, а в обмотке, предназначенной для механизиро­ванной укладки, до 2 – 3, для чего увеличивают число параллельных ветвей. В двухполюсных двигате­лях n_эл увеличивают, поскольку чи­сло параллельных ветвей в них не может быть более двух.

При проектировании машин с обмоткой из прямоугольного провода сечение каждого проводника не должно быть взято более 17 – 20 мм², так как в этом случае ста­новится заметно возрастание по­терь на вихревые токи.

Если расчетное значение q_эф > 20 мм², то прямоугольные про­водники подразделяют на элементарные так, чтобы q_эл £ 17 – 20 мм².

В обмотках из жестких катушек, укладываемых в открытые пазы, n_эл обычно не более 2. При n_эл =2 они располагаются на одном уров­не по высоте паза. Обмотку с четырьмя элементарными проводниками в асинхронных двигателях применя­ют редко. Если обмотка выполня­ется из полужестких катушек, укла­дываемых в полуоткрытые пазы, то всегда образу­ется два элементарных проводника, так как катушки, расположенные на одной высоте в пазу, соединя­ются параллельно. При прямоугольных обмоточных прово­дах сечение эффективного провод­ника не должно превышать 35 – 40 мм², поэтому при большом номи­нальном токе в таких машинах вы­полняют наибольшее возможное чи­сло параллельных ветвей.

При одной и той же площади се­чения прямоугольных проводников их линейные размеры а x b могут быть различны, поэтому оконча­тельный выбор

Рис. 16. Средние значения произведения (AJ) асинхронных двигателей.

a – со степенью защиты IP44, h £ 132 мм; б – то же при h =1б0-250 мм; в – то же при U=280 – 355 мм (при продувном роторе); г – со степенью защиты IP23; при h =160-250 мм; д – то же при h =280-355 мм; е – то же при U=6000 В.

обмоточного прово­да производят одновременно с рас­четом размеров зубцовой зоны.

После окончательного выбора q_эл, n_эл и а следует уточнить плотность тока в обмотке, которая может несколько измениться по срав­нению с предварительно принятой при подборе сечений элементарных проводников:

. (27)

На этом расчет обмотки статора заканчивается. Некоторая коррек­тировка, которая может потребо­ваться в ходе последующего расче­та, как правило, не вносит сущест­венных изменений в полученные данные.