1.4.3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Рис. 1 ­– Паз статора

Для всыпных обмоток, как правило, выполняют зубцы магнитопровода статора с постоянной шириной по высоте, что приводит к трапецеидальной форме паза. В этом случае индукция в зубце статора B_z1 будет постоянной и допустимые значения которой находятся в пределах B_z1=1,7…1,9 Тл. Как правило, начинают расчет с максимального значения индукции B_z1=1,9 Тл. В этом случае достигается полное использование магнитных свойств магнитопровода зубца, так как небольшое увеличение магнитного сопротивления в результате уменьшения магнитной проницаемости ведет к небольшому увеличению тока холостого хода в статорной обмотке. При этом значении ин­дукции будет минимальная ширина зубца и, следовательно, максимальная площадь паза.

Значения индукции в ярме статора находятся в пределах B_а1=1,2…1,5 Тл. Для двухполюсных двигателей B_а1 приближается к нижнему пределу, а для многополюсных – к верхнему. Это означает, что в двухполюсных машинах высота ярма h_а1 будет больше высоты паза статора h_п1.

По выбранным значениям индукций определяются:

− высота ярма статора, м:

h_a = Ф / (2B_a l_ст1k_ст1);

− ширина зубца статора, м

где k_c − коэффициент заполнения сталью магнитопровода;

l_ст1 = l_δ − при длине воздушного зазора меньше 0,3 м, в противном случае необходимо установить радиальные каналы охлаждения, которые приведут l_ст1 < l_δ.

Размеры паза вначале определяют без учета размеров и числа проводников обмотки, исходя только из допустимых значений ин­дукций в зубцах и ярме статора:

− высота паза:

− широкая часть паза b_1с или дно паза (рис. 1):

b_1с = (D+2h_п1)/ Z₁ – b_z1 .

− Размер b_2с определяют в зависимости от угла β [1, 3]:

- при β = 45°

;

- при β = 30°

.

В последних формулах высота шлица паза h_ш1 обычно лежит в пределах от 0,5 до 1 мм в зависимости от мощности двигателя. Следует иметь в виду, что h_ш1 должна быть достаточной для обеспечения механической прочности кромок зубцов, удерживающих в уплотненном состоянии проводники паза после заклиновки пазов. Однако увеличение h_ш1 приводит к возрастанию потока рассеяния паза, что в большинстве случаев нежелательно. Обычно в двигателях с h ≤ 132 мм принимают h_ш1 = 0,5 мм, а в двигателях с h ≥ 160 мм увеличивают до h_ш1 = 1 мм.

Ширину шлица паза в статорах, рассчитанных на укладку обмотки вручную, принимают равной b_ш1 = d_из + (1,5...2) мм, где d_из – диаметр изолированного обмоточного провода, мм. Размер b_ш1 должен обеспечить возможность свободного пропуска проводников об­мотки через шлиц с учетом толщины изоляционных технологических прокладок, устанавливаемых при укладке обмотки для предохранения изоляции проводников от повреждений об острые кромки шлица (табл. П6А).

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза “в свету” и учесть площадь поперечного сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией S_из и прокладками в пазу S_пр. Размеры паза “в свету” определяют с учетом припусков на шихтовку сердечников Δb_п и Δh_п :

где Δb_п и Δh_п — определяют по табл. П7А.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в кото­рой размещаются обмотка,

,

Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу,

S_из = b_из(2h_п1 + b_1с + b_2с),

где b_из – односторонняя толщина изоляции в пазу (табл. П8А).

Площадь прокладок в пазу:

– S_пр=0,4b_1с + 0,9b_2с – при двухслойных обмотках (для двигателей с h=180…250 мм);

– S_пр= 0 – для однослойных обмоток.

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся свободной для размещения проводников обмотки

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза:

k_з = (d²_из u_п n_эл) / S'_п,

который должен находиться в пределах:

• k_з = 0,69 ... 0,71 для двигателей с 2р = 2;

• k_з = 0,72 ... 0,74 для двигателей с 2р ≥ 4.

Выбор воздушного зазора. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничиваю­щие тока двигателя, благодаря чему возрастает его cosφ и умень­шаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздуш­ном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми и зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.

Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор можно определить по следующим формулам [1, 3]:

• δ ≈ (0,3 + 1,5D) 10^-3 − при 2р = 2;

• δ ≈ (0,25 + D) 10^-3 − при 2р ≥ 4.

Для двигателей средней и большой мощности: