5. Выбор воздушного зазора, определение размеров полюсов ротора

Воздушный зазор δ в основном определяет технико-экономические показатели машины. При увеличении δ возрастают размеры полюсов и обмотки возбуждения, а значит, размеры и стоимость машины в целом. Однако, чем больше δ, тем меньше индуктивное сопротивление x_d и, следовательно, большей будет кратность максимального момента М_м/M_н.

При выборе воздушного зазора исходят из значения x_d, при котором М_м/M_н будет иметь заданное значение. Связь между x_d и δ установлена в [1] и имеет вид

где В_δ0 = 0,95 В_δн ; x_d* – полное индуктивное сопротивление в относительных единицах (о нём будет написано в разделе 9).

На рис. 5.1 дана усредненная зависимость x_d*=f(М_м/M_н), по которой, исходя из заданного значения М_м/M_н, предварительно находят x_d* для определения величины зазора δ. Отношение М_м/М_н обычно задают в пределах 1,65–2,5.

Чтобы получить распределение магнитного поля, приближающееся к синусоидальному, зазор под краями полюсов δ_м выбирают примерно в 1,5 раза больше, чем в середине, т.е. δ_м/δ=1,5.

Рис. 5.1

Поэтому радиус дуги полюсного наконечника получается меньше внутреннего радиуса статора

Среднее значение зазора

Длина полюсной дуги

где α = 0,68–0,73 – конструктивный коэффициент полюсного перекрытия (с увеличением α при той же мощности габариты машины уменьшаются, но возрастает поток рассеяния полюсов).

Полюсы чаще выполняют шихтованными из листовой стали Ст3 толщиной (1–2) мм.

В быстроходных машинах при v_р≈πDn_н/60 >30 м/с полюсы прикрепляют с помощью хвостовиков и клиньев к шихтованной втулке, насаживаемой на вал (рис. 5.2), а в тихоходных машинах прикрепляют шпильками с гайками к ободу сплошного магнитного колеса, которое изготавливают из стали Ст3 (см. рис. 1.7).

Рис. 5.2

Высоту полюсного наконечника h_p выбирают исходя из возможности размещения в нем стержней демпферной обмотки, а на торцах наконечников – короткозамыкающих колец или сегментов. В табл.5.1 приведены значения h_p в зависимости от τ при наличии демпферной клетки.

Таблица 5.1

τ, см	15–20	20–30	30–40	40–50	50–60
hp, см	2,2–3	3–4	4–5	5–6	6–7,5

Длины полюсного наконечника l_р и сердечника полюса l_m принимают равными длине статора l₁ или на 1-2 см меньше.

Высота сердечника полюса (для машин 16–20-го габаритов)

Окончательно высоту h_m устанавливают после расчета и проверки возможности размещения на полюсе обмотки возбуждения.

Ширину сердечника полюса b_m определяют с учетом допустимой индукции B_m ≤ 1,4–1,6 Тл в основании полюса, при определении которой кроме основного потока Ф необходимо учитывать поток рассеяния , причем поток в основании полюса

где σ_m – коэффициент рассеяния.

Ф_m и σ_m зависят от геометрических размеров полюсов и расстояний между ними, которые пока неизвестны. Поэтому σ_m предварительно определяют по формуле

где k – коэффициент, зависящий от h_p (табл. 5.2).

Таблица 5.2

hp, см	3	4	5	6	7
k	7	8,5	10	11	12

Исходя из вышесказанного

Коэффициент k_cp заполнения полюса cталью равен 0,95 при толщине листов 1 мм и 0,97 при толщине листов 1,5 мм.

Расчетная длина сердечника полюса

где l_f – толщина нажимной щеки полюса, l_f ≈ (1,5–3)·10^-2 м.

Длина втулки или обода ротора l_j обычно определяется конструкцией и механической прочностью и получается больше, чем необходимо для проведения потока полюса Ф_m,

причем Δl_c= (4–I0)·10^-2 для машин средней мощности.

Высота втулки или обода ротора

а индукция B_j выбирается в пределах 1,0 –1,3 Тл.