3785

Таблица 2.11 Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл.

(для зубцов трапецеидальной формы и открытых пазах)

(2.49)

Значение коэффициента заполнения сердечника сталью следует брать из табл. 2.8. Размеры паза вначале определяют без учета размеров и числа проводников обмотки,

исходя только из допустимых значений индукций в зубцах и ярме статора: Высота паза hп1 определяется по формуле (2.35).

Ширина паза, м,

Обычно принимают bп ≈ (0,4…0,5)tz1.

Предварительно определенная ширина паза bп используется для выбора размеров обмоточного провода. Ширина проводника b должна быть меньше ширины паза на толщину всей изоляции с учетом допусков, т. е. корпусной, витковой (если она устанавливается в данной конструкции) и проводниковой (2bиз), а также припусков на сборку сердечников (bп):

где Δ'из - толщина всей изоляции.

31

После определения ширины паза необходимо уточнить наименьшую, наибольшую ширину и ширину на высоте 1/3 зубца:

(2.53)

(2.54)

(2.55)

Высота зубца статора

В боковых стенках верхней части открытых пазов выполняют выемки для крепления пазовых клиньев, фиксирующих обмотку в пазу. Глубина выемок под клин, высота шлица hш

ивысота клиновой части паза hк возрастают с увеличением мощности машины и ширины ее пазов. Обычно в асинхронных двигателях общего назначения b' = 2…5 мм, hш = 0,5…1,0 мм

иhк = 3…3,5 мм в машинах большой мощности и достигает 5 мм в крупных машинах.

Полуоткрытые прямоугольные пазы

Обмотку из подразделенных катушек в машинах общего назначения с номинальным напряжением U ≤ 660 В укладывают в полуоткрытые прямоугольные пазы (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Геометрические размеры полуоткрытого прямоугольного паза, эскиз паза (с заполнением) и зубца с трапецеидальными стенками: 1 – проводники обмотки; 2 – пазовая изоляция; 3 – межслойная прокладка; 4 – пазовый клин

Методика расчета полуоткрытых прямоугольных пазов аналогична методике расчета прямоугольных открытых пазов. Первым этапом расчета является расчет наименьшей ширины зубца, а также ширины зубца на высоте 1/3. При этом значения индукции выбираются из таблицы 2.12:

32

Таблица 2.12 Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл.

(для зубцов трапецеидальной формы и полуоткрытых пазах)

(2.56)

(2.57)

После чего определяют высоту и ширину паза по формулам (2.35), (2.50) и (2.51). После чего уточняют максимальную ширину зубца и ширину на высоте 1/3 зубца по

формулам (2.54) и (2.55), а также минимальную ширину зубца:

(2.58)

Как и в открытых прямоугольных пазах высота зубца равна высоте паза hz=hп. Крепление обмотки в полуоткрытом пазу отличается от открытого прямоугольного

паза, здесь только с одной стороны в боковой стенке верхней части паза выполняют выемку для крепления пазовых клиньев, с другой стороны клин фиксирует выступ зубца. Глубина выемки под клин, высота и ширина шлица hш и bш, высота клиновой части паза hх возрастают с увеличением мощности машины и ширины ее пазов. Обычно в асинхронных двигателях общего назначения b' = 2…5 мм, hш = 0,6…0,8 мм, bш = 0,5· bп +(1,0…1,5) мм и hх = 2,5…3,5 мм.

Полуовальные пазы

Методика расчета полуовальных пазов (рис. 2.15) аналогична расчету зубцовой зоны статора с трапециидальными пазами.

Первым этапом расчета является определение ширины зубца и высоты ярма статора, для чего используют формулы (2.33) и (2.34). После чего определяют размеры паза.

Ширина основания паза

Коэффициента заполнения паза:

Обычно kз = 0,69. ..0, 71 для двигателей с 2р = 2 и kз = 0,72. ..0,74 для двигателей с 2р ≥ 4.

Примечание: Ширина зубца может быть не равномерной в этом случае определение ширины зубца идёт по следующим формулам:

(2.68)

(2.69)

(2.70)

Все данные по толщине этих видов изоляции берутся из табл. 2.13 в зависимости от номинального напряжения и мощности машины, конструкции и класса нагревостойкости изоляции.

Далее составляется подробная спецификация паза с составлением эскиза паза с заполнением (см. табл. 2.13) с указанием размеров проводов, названий, размеров и числа слоев изоляционных материалов, различных прокладок и т. п.

Сумма размеров по высоте и ширине паза всех проводников и изоляции с учетом необходимых допусков на разбухание изоляции и на укладку обмотки определяет размеры части паза, занятой обмоткой.

Полученные при расчете заполнения паза его размеры являются размерами паза “в свету”, т. е. размерами реального паза в собранном шихтованном сердечнике с учетом неизбежной при этом “гребенки”, образующейся за счет допусков при штамповке листов и шихтовке магнитопроводов.

Размеры паза “в свету” будут меньше, чем в штампе, т.е. чем размеры паза в каждом отдельном листе после штамповки, на величину припусков, указанных в табл. 2.14.

Таблица 2.14 Припуски по ширине и высоте паза

36

Поэтому размеры паза в штампе следующие:

где b'п и h'п – размеры паза “в свету”, полученные при расчете заполнения паза проводниками обмотки и изоляцией.

2.3. Выбор воздушного зазора

Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. 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 cos φ 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

изазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.

Всовременных асинхронных двигателях зазор выбирают, исходя из минимума суммарных потерь. Так как при увеличении зазора потери в меди возрастают, а поверхностные и пульсационные уменьшаются, то существует оптимальное соотношение между параметрами, при котором сумма потерь будет наименьшей.

При учебном проектировании воздушный зазор следует выбирать, руководствуясь данными выпускаемых двигателей (рис. 2.17) либо приближенными формулами [14].

ммδ

1.0

0.8

2p=2 4 6,8

0.6

0.4

0.2

D

0

Рис. 2.17. К выбору воздушного зазора асинхронных двигателей Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор равен:

37

Для двигателей средней и большой мощности

Наименьший воздушный зазор, который могу обеспечить технология и оборудование, применяемые при производстве электродвигателей δmin = 0,25 мм.

Поверхностные и пульсационные потери в двигателях зависят не только от амплитуд, но и от частоты пульсаций индукции в воздушном зазоре. В быстроходных двигателях частота пульсаций больше, чем в тихоходных, так как она пропорциональна частоте вращения.

Для уменьшения этого вида потерь δ в быстроходных двигателях выполняют большим, что уменьшает амплитуду пульсаций.

В статорах высоковольтных машин применяют только открытые пазы, и при малых зазорах это может привести к большим пульсациям индукции, поэтому воздушный зазор в них выполняют большим, обычно равным 1,5...2 мм.

Воздушный зазор, полученный по эмпирическим формулам или из графиков, следует округлять до 0,05 мм при δ < 0,5 мм и до 0,1 мм при δ > 0,5 мм. Например, зазор выбирают равным 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,6 мм и т. д.

Выбранный по приведенным рекомендациям воздушный зазор обычно превышает минимально допустимый по механическим условиям. Однако необходимо провести механический расчет вала проектируемого двигателя, по результатам этого расчета прогиб вала не должен быть больше 10 % воздушного зазора.

38

Чтобы ЭДС Е2 не достигала опасного значения, обмотку роторов крупных машин выполняют с малым числом витков в фазе. В современных асинхронных двигателях наиболее распространенной обмоткой такого типа является двухслойная стержневая обмотка, в которой в пазу размещаются только два эффективных проводника. Для уменьшения количества межгрупповых соединений обмотка выполняется волновой [12].

Определение геометрии магнитопровода ротора

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз m2 и столько же полюсов p2, сколько их имеет обмотка статора,

т. е. m2 = m1 и р2 = р1.

Число пазов ротора берут отличным от числа пазов статора. При этом Z2 может быть как больше, так и меньше Z1. Число пазов на полюс и фазу обычно выбирается равным q2 = q1 ± 1, реже q2 = q1 ± 2 (знак "+" для малых q1). Для тихоходных машин иногда берут q2 = ½ или q2 = 1½ [17].

Число пазов ротора:

Для определения числа витков в фазе роторов с катушечной обмоткой предварительно задаются ЭДС фазы Е2, при которой напряжение на контактных кольцах (Uк.к) в момент пуска двигателя приблизительно равно линейному номинальному напряжению двигателя.

Обмотки роторов в большинстве случаев соединяют в звезду при этом

Uк.к = 3E2 = 150...250 В. Если обмотку ротора соединяют в треугольник, то Uк.к = Е2. Напряжение на контактных кольцах задаются из рекомендаций (табл. 3.1).

Таблица 3.1 Напряжение на контактных кольцах роторов в зависимости от мощности двигателя

Число эффективных проводников в пазу должно быть целым и при двухслойной обмотке четным, поэтому полученное значение округляют, после чего уточняют число витков в фазе:

40