4. Воздушный зазор синхронной явнополюсной машины

Зазор межде сердечником статора и полюсными наконечниками ротора является одним из важнейших параметров синхронной машины, во многом определяющим ее технико-экономические показатели.

Т ак же как и у асинхронных двигателей, уменьшение зазора способствует уменьшению потерь, а следовательно повышению КПД, но при этом удорожается изготовление машины и снижается ее надежность из-за возникновения опасности задевания полюсами ротора сердечника статора. При увеличении зазора возрастают размеры полюсов ротора и полюсных катушек, увеличиваются потери в обмотке возбуждения. Необходимо учитывать также влияние значение зазора на индуктивное сопротивление якоря (статора) по продольной оси . Этот параметр в значительной степени определяет перегрузочную способность (статическую перегружаемость) синхронной машины . Воспользовавшись рис. 8.12, можно по заданной пере-грузочной способности определить соответствующее относительно значение индуктивного сопро-тивления , а затем из выражения

(8.30)

определить требуемое значение воздушного зазора , мм. Коэффициент в (8.30) принимают равным , причем меньшие значения , соответствуют большему значениию .

Согласно ГОСТ 183-74 для синхронных двигателей общего назначе-ния . Например, синхронные двигатели серии СД2 имеют перегрузочную способность 1,7–1,8, а синхронные двигатели серий СДН2 и СДН32 16-го габарита имеют , а 17-го габарита – .

При неравномерном воздушном зазоре и отношении , которое обычно принимают в синхронных явнополюсных машинах, среднее значение воздушного зазора, мм

. (8.31)

5. Расчет полюсов ротора и пусковой обмотки

Полюсы ротора обычно шихтуют из листов, выштампованных заодно с полюсным наконечником. Дляполюсов чаще применяют конструкционную листовую сталь марки СтЗ толщиной 1,0 или 1,5 мм. Листы обычно не лакируют, так как имеющаяся на их по­верхности тонкая оксидная пленка является достаточной изоляци­ей для ограничения вихревых токов в полюсных наконечниках, обусловленных пульсацией магнитной индукции в зазоре из-за зуб­чатости статора.

На pиc. 8.13показана конструкция полюса ротора синхронной машины, где сердечник полюса 3, выполненный заодно с полюсным наконечником, крепится на шихтованном ободе 2 посредством Т-образного хвостовика. Этот хвостовик запирается в отверстии обо­да двумя парами стальных клиньев (шпонок) 8. Обод посажен на вал 1. Для предотвращения распушения сердечника полюса с двух сторон предусматривают стальные щеки 4, стянутые шпильками. Щеки имеют заплечики, удерживающие полюсную катушку 5. В пазах полюсного наконечника расположены стержни 6 пусковой (успокоительной) клетки, соединенные с двух сторон короткозамыкающими сегментами 7.

Ширину сердечника полюса b_m, мм, определяют по предварительному допустимому значению магнитной индукции в основании сердечника полюса Тл:

(8.32)

где – коэффициент заполнения сердечника полюса сталью: при толщине листов 1,0 мм , а при толщине 1,5 мм ; – расчетная длина полюса, мм; – предварительное значение коэффициента рассеяния полюсов:

(8.33)

где и – в мм.

Значение зависит от высоты полюсного наконечника :

	30	40	50	60	70
	7	8,5	10	11	12

Высоту принимают по рис. 8.14.

Ширину полюсного наконечника , мм, определяют по конструктивному коэффициенту полюсного перекрытия :

. (8.34)

Расчетная длина сердечника полюса, мм,

(8.35)

где – длина полюса, мм; – толщина щеки, мм (см. рис. 8.13), мм.

Длину полюса (полюсного наконечника) принимают равной длине сердечника статора или на 10-20 мм меньше.

Предварительное значение высоты полюса , мм, определяют по одной из приведенных ниже формул:

м ашины мощностью до 100 кВт

(8.36)

машины 10-15-го габаритов: при 2p=4 и 6

(8.37)

при 2p≥8

(8.38)

машины 16-20-го габаритов: при 2p=4 и 6

(8.39)

Размеры обода – длину и высоту – определяют следующим образом. Длина обода, мм,

.(8.40)

Предварительно мм. После расчет полюсной катушки длина обода уточняется и принимается равной наружному размеру катушки по продольной оси машины (см. рис. 8.13). Высота обода, мм,

, (8.41)

где – допускаемая магнитная индукция в ободе.

Пусковую (успокоительную) обмотку распалагают в продольных пазах полюсных наконечников. Стержни каждого полюса с двух сторон соединяют короткозамыкающими сегментами. Сегменты соседних полюсов соединяют друг с другом так, чтобы образовались короткозамыкающиеся кольца (рис. 8.15).

Назначение пусковой обмотки состоит в ослаблении качаний ротора в переходных режимах синхронной машины. В синхронных двигателях эта обмотка к тому же обеспечивает асинхронный пуск двигателя. Поэтому применительно к синхронным двигателям, указанную обмотку называют пусковой. Кроме перечисленных функций пусковая обмотка способствует подавлению высших пространственных гармоник поля, обусловленных зубчатостью сердечника статора. Это ведет к снижению добавочных потерь и улучшает форму ЭДС обмотки статора.

Количество стержней пусковой обмотки на одном полюсе Стержни обычно имеют круглое сечение, выполняются из меди, а в некоторых случаях для получения повышенного пускового момента – из латуни. Возможна и комбинация: крайние стержни делают латунными, а средние – медными.

Площадь поперечного сечения стержня клетки, мм²,

, (8.42)

где – плотность тока в обмотке статора, A/мм² [см. (8.18)].

Коэффициент для синхронных генераторов принимают равным а для синхронных двигателей

Диаметр стержня пусковой (успокоительной) клетки, мм,

. (8.43)

Полученное по (8.43) значение округляют до 0,5 мм. Затем уточняют площадь поперечного сечения стержня, мм²,

. (8.44)

Длина стержня, мм,

, (8.45)

где – длина полюсного наконечника, мм.

Зубцовый шаг на полюсном наконечнике, мм,

, (8.46)

где – расстояние от края полюсного наконечника до первого паза, обычно мм (рис. 8.13).

В целях уменьшения добавочных потерь в синхронных двигателях и исключения «прилипания» ротора к сердечнику статора зубцовый шаг и число стержней выбирают такими, чтобы соблюдались условия

(8.47)

Диаметр полузакрытых круглых пазов на полюсном наконечнике, мм,

(8.48)

где мм – припуск на штмаповку и укладку стержней в пазы.

Ширина шлица паза мм, а высота шлица паза мм.

Короткозамыкающие сегменты выполняют из медных шин (см. приложения П.1) сечением , равным приблизительно половине суммарного сечения стержней одного полюса, мм²,

(8.49)

при этом толщина шины должна быть не менее 2d₂/3.