3.5.Высшие гармоники магнитного поля в воздушном зазоре

Высшие гармоники магнитного поля в воздушном зазоре создают добавочные потери, магнитные вибрации и шумы, синхронные и асинхронные паразитные моменты. Появление высших гармоник магнитного поля обусловлено размещением проводников с током в пазах статора и ротора и неравномерностью воздушного зазора из-за зубчатого строения статора и ротора и возможного эксцентриситета ротора относительно статора.

Способы уменьшения высших гармоник поля следующие:

применение специальных видов обмоток статора (синусных, с полуобмотками, соединенными в звезду и треугольник, с перемешанными фазами);

выбор шага обмотки;

увеличение числа пазов статора;

увеличение воздушного зазора;

дополнительное охлаждение ротора, уменьшающее тепловое расширение ротора и способствующее сохранению величины воздушного зазора;

выбор оптимального открытия паза статора;

применение магнитных клиньев.

В АД используется ряд конструктивных методов снижения добавочных потерь, вызванных высшими гармониками магнитного поля в воздушном зазоре.

Выбор соотношения чисел пазов статора и ротора

Так как выполнение условия на практике невозможно, рекомендуются следующие соотношения чисел пазов статора и ротора:

при ;

при .

Применение закрытых пазов ротора

Это предпочтительно так же с точки зрения технологичности конструкции. При этом устраняется размазывание алюминия по поверхности ротора, что снижает потери в шлицах, залитых алюминием.

Применение скоса пазов.

Скос пазов позволяет снизить магнитные вибрации и шумы, синхронные паразитные моменты, а также асинхронные паразитные моменты высших гармони (при ). Однако применение скоса пазов приводит к увеличению добавочных потерь, превышения температуры обмотки статора и снижению КПД.

Кроме конструктивных, в АД используются различные технологические методы снижения добавочных потерь. К ним относятся изолирование клетки ротора, выбор способа заливки пазов ротора, изоляция листов сердечников статора и ротора, выбор вида механической обработки сердечников статора и ротора, дополнительная термическая обработка залитого ротора.

3.6.Пазы статора

По форме пазы статора бывают трапецеидальные и прямоугольные, по степени открытия – открытые, полуоткрытые и полузакрытые.

Прямоугольные открытые и полуоткрытые пазы применяются для обмоток статора из жестких секций АД мощностью свыше 100 кВт. Для АД меньшей мощности применяются трапецеидальные полузакрытые пазы. Расчет размеров пазов производится в такой последовательности:

номинальный ток фазы:

число эффективных проводников в пазу:

причем полученное значение должно быть целым, а для двухслойной обмотки четным.

число витков фазы обмотки

После этого должны быть уточнены значения электромагнитных нагрузок. Затем выбирается плотность тока в обмотке статора:

где - удельная тепловая нагрузка статора, зависящая от габаритов АД, класса изоляции обмоток и условий охлаждения.

Для всыпных обмоток 5,5…6,5 А/мм² , для машин малой мощности плотность тока может доходить до 8,5 А/мм² ,для закрытых машин вследствие ухудшения условий охлаждения плотность тока в обмотке статора снижается на 10…15 %. В машинах с обмотками из жестких секций плотность тока в обмотке статора может составлять 4,5…5,5 А/мм² , причем с повышением номинального напряжения она снижается (при 3000…6000 В 4,2…3,5 А/мм² ,при 10000 3,036,5 А/мм² ).

Затем определяется сечение эффективного проводника:

При необходимости эффективный проводник разбивают на элементарные, руководствуясь следующим:

при всыпных обмотках и механизированной укладке диаметр изолированного проводника не должен превышать 1,4 мм, при ручной укладке – 1,7 мм;

при прямоугольных проводниках сечение элементарного проводника не должно превышать 16…18 мм² с размером по высоте не более 2.5 мм, чтобы не увеличивать потери от вытеснения тока;

сечение эффективного проводника не должно превышать 35…40 мм².

Размеры паза статора должны обеспечить укладку обмотки и всей изоляции и допустимые значения магнитных индукций на всех участках магнитной цепи.