книги / Проектирование электрических машин

Число пазов Z\, пазов на полюс и ф азу <71, параллельных ветвей а,

эффективных проводников в пазу «п> соответствующие окончательно выбранному варианту, можно при­ нять для дальнейших расчетов.

7-8. ПАЗЫ, ОБМОТКА И ЯРМО СТАТОРА

а) Размеры пазов статора

После того как окончательно ус­ тановлены число пазов статора и зубцовое деление /ь приступают к определению размеров паза и про­ водников обмотки.

Опыт проектирования и теоре­ тический анализ показывают, что с точки зрения наилучшего использо­ вания машины существует оптимум ширины паза bni к зубцовому деле­ нию t\. При прямоугольных пазах, которые применяют для машин мощностью выше 100 кВт, опти­ мальное отношение bn\lti в среднем составляет 0,42 [22], причем не­ большие отклонения существенно не отражаются на показателях маши­ ны. Исходя из этого, можно предва­ рительно определить ширину паза по соотношению

6п1« (0,34-г- 0,50)^. (7-21)

7-16 дана зависимость AJ\—f(x) для серийных синхронных машин с изоляцией класса В. При примене­ нии изоляции класса F значения AJi, приведенные на рис. 7-16, мож­ но увеличить на 25—30%.

Рис. 7-16. Зависимость Ah от т для син­ хронных машин.

/ — 13-го и 14-го габаритов: 2 — IG-го и 17-го га­ баритов; 3 — 18-го—21-го габарнтои.

Плотность тока

а также его сечение qM—a.\YJb\. Двусторонняя толщина изоляции проводников различных марок дана в табл. П-30. Для синхронных ма­ шин при номинальном напряжении от 3000 до 6000 В для обмотки яко­ ря применяют провода с эмале-во- локнистой изоляцией марки ПЭТВСД, не требующие наложения дополнительной ВИТКОВОЙ изоляции.

Двусторонняя толщина изоляции таких проводов равна 0,5 мм.

При номинальном напряжении 10 000 В для обмотки якоря приме­ няют провода ПСД. В качестве витковой изоляции накладывают вполнахлеста один слой стеклослюдини­ товой ленты толщиной 0,09 мм. При напряжении менее 660 В применяют провода марок ПСД или ПЭТВП. После выбора проводников уточня­ ют размеры паза:

L .. (7-30)

аЯяф

Окончательно размеры паза устанавливают после вычерчивания масштабного эскиза паза, составле­ ния его подробной спецификации и проверки максимальной индукции в зубце, индукции в спинке статора, а также перепада температуры в изоляции.

Максимальная индукция в зуб­ це, Тл,

°2М ст1*с

где ha= (D a—D )/2—htt\

спинки статора, м.

Расчетный коэффициент полюс­ ного перекрытия а<> можно прибли­ женно принять равным 0,65—0,68.

1,85 Тл; высота клина 2,5—3 мм. Пространство, ограниченное зуб­

цами и клином, за вычетом изоля­ ции представляет часть паза, в ко­ тором размещаются проводники об­ мотки. Высоту этой части подбира­ ют, исходя из того, чтобы площадь

Рис. 7-17. К определению размеров полу­ закрытого паза при всыпкой обмотке.

образовавшейся фигуры (на рис. 7-17 — трапеции) была равна S'.

Для свободного проталкивания про­ водника при укладке обмотки шири­ ну щели полузакрытых пазов выби­ рают на 1,5—2 мм больше диаметра изолированного проводника. Высо­ та шлица /гш= 0,7-М мм. После того как будут установлены размеры па­ за, следует по (7-32) проверить ин­ дукцию в спинке статора.

б) Обмотка статора

Эффективные витки в фазе об­ мотки статора

=(7-37)

Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укоро­ ченным шагом. Шаг обмотки обыч­ но выбирают в пределах

где Tn= 37i; у\ округляют до целого

числа; у/хп— р < 1 - Коэффициент укорочения

Коэффициент распределения

(7-40)

При дробном числе пазов на по­

7-9. ВОЗДУШНЫЙ ЗАЗОР И ПОЛЮСЫ РОТОРА

Воздушный зазор в основном оп­ ределяет техиико-экономические показатели машин. При увеличении зазора возрастают размеры полю­ сов, обмотки возбуждения и потери в этой обмотке. С другой стороны, при малых зазорах повышаются до­ бавочные потери на поверхности по­ люсных наконечников, а также по­ является опасность при деформации ротора задевания его о статор. От зазора зависят возможные кратко­ временные перегрузки синхронной машины по моменту и мощности. Как известно, на максимальные зна­ чения момента Мт и электромаг­ нитной мощности Рот существенное

влияние оказывает синхронное ин­ дуктивное сопротивление по про­ дольной оси ха. Чем больше зазор, тем меньше индуктивное сопротив­ ление Xi и, следовательно, больши­ ми будут кратности максимальных значений момента Мт/М н и мощно­

сти Рот/Рн• В синхронных машинах общепромышленного назначения при выборе воздушного зазора обычно исходят из значения xdt при котором Мт/М„ или Рэт/Ри будут

иметь необходимые значения. Связь между ха и зазором б устанавливаетсз из известного соотношения

kad ^ан АцО

0,45m

где Хаа. = xd*—ха* — индуктивное

сопротивление продоль­ ной реакции якоря;

ха Xd. — индуктивные сопротив­ ления рассеяния и син­ хронное индуктивное со­ противление по продоль­ ной оси;

k&— коэффициент воздушно­ го зазора;

kaU— коэффициент продоль­

ной реакции якоря по рис. 7-23;

Лио— коэффициент, учитыва­ ющий влияние магнит­ ных напряжений сталь­ ных участков магнитной цепи и стыков между полюсом и ярмом для ненасыщенной машины;

£ бо « 0,95Z?ai, — максималь­ ная индукция в зазоре при холостом ходе и но­ минальном напряжении, Тл;

р0= 1,256-10—6 Г/м — маг­ нитная постоянная.

В(7-44) подставляют А в А/м,

В— в теслах, т — в метрах, тогда б получаем в метрах. Коэффициент в скобках выбирают тем меньше, чем большее значение имеет ха*. Ниж­ ний его предел соответствует Ха*^

^ 1,9. На рис. 7-18 дана зависимость Xd*=f{Mm/M n), полученная на ос­

новании осреднения расчетных дан­ ных явнополюсных синхронных ма­

предварительно найти xd* и подста­ вить в (7-44). Для синхронных дви­ гателей согласно ГОСТ 183-74 Мт/Мп^ 1,65. Такое же значение можно принимать для кратности максимальной мощности у генера­ торов. Обычно отношение Mm/Af„ лежит в пределах 1,65—2,5.

В современных синхронных ма­ шинах воздушный зазор по ширине полюсного наконечника делают не одинаковым. Чтобы получить рас­ пределение магнитного поля, при­ ближающегося к синусоидальному, зазор под краями полюсов берут примерно в 1,5 раза больше, чем в

целью радиус дуги полюсного нако­ нечника выбирают меньше внутрен­ него радиуса статора (рис. 7-19):

т4

Среднее значение зазора прини­ мают равным:

6' = 6 + - j ( 6 m — б). (7-46)

Равномерный воздушный зазор по всей ширине полюсного наконеч­ ника в настоящее время применяют иногда в машинах небольшой мощ­ ности.

Длина полюсной дуги

мого значения индукции Вт в осно­ вании полюса. При определении индукции Вт необходимо учитывать поток рассеяния полюса Фа. Этот поток наряду с основным потоком Ф проходит по сердечнику полюса. Та­ ким образом, ноток полюса

Ф„ = ф + Ф . = Ф (l + .2г.) = Фв«.

(7-49)

где о1П— коэффициент рассеяния. Поток и коэффициент рассеяния зависят от размеров полюса, кото­ рые пока не известны. Предвари­ тельно коэффициент рассеяния

можно определить

т2

где б и т в метрах; k — коэффици­ ент, зависящий от высоты полюсно­ го наконечника hP.

При выборе коэффициента k можно руководствоваться следую­ щей таблицей:

щеки полюса, м: //= (1 ,5 —3) • К)-- м.

Берется //, а не 2//, чтобы прибли­ женно учесть ослабление сечения щек за счет закругления краев и от­ верстий для гаек стяжных шпилек.

Размеры остова или обода маг­ нитного колеса lj в большинстве случаев определяются конструктив­ ными соображениями и требования­ ми механической прочности и полу­ чаются больше, чем это необходимо для проведения магнитного потока. Ввиду этого при электромагнитном расчете определяют длину остова или обода lj и их минимально воз­ можную толщину hj. В дальнейшем при размещении обмотки возбуж­ дения на полюсе и при разработке конструкции толщина остова или обода, а также их внешние диамет­ ры и размеры самого полюса долж­ ны быть уточнены:

для крупных машин Д/С= (10 -М 5)Х XIО-2 м, для средних Д/С= (4 -^ 5)Х XIО-2 м и для малых Д/с= 0;

Индукция В5 выбирается в пре­ делах 1— 1,3 Тл.

7-10. РАСЧЕТ ДЕМПФЕРНОЙ (ПУСКОВОЙ) ОБМОТКИ

Демпферную (пусковую) обмот­ ку размещают в пазах полюсных на­ конечников ротора (рис. 7-20,а). Эта обмотка в генераторах служит для ослабления обратного синхрон­ ного поля при несимметричной на­ грузке, успокоения качаний ротора, предотвращения динамических пере­ напряжений при несимметричных коротких замыканиях и повышения электродинамической стойкости. В двигателях эта обмотка необходн-

ма для асинхронного пуска и успо­ коения качаний ротора.

Расчет демпферной обмотки за­ ключается в определении количест­ ва и размеров стержней обмотки, а также размеров короткозамыкающнх сегментов. Короткозамыкающие сегменты замыкают все стерж­ ни с торцов полюса и соединяются

лают из латуни, а остальные — из меди. Поперечное сечение всех стержней, расположенных на полю­ се, принимают равным 0,15—0,35 от сечения меди обмотки статора, при­ ходящейся на полюс. Исходя из это­ го сечение стержня

для генераторов принимается 0,15— 0,25, для двигателей 0,25—0,35.

Рис. 7-20. Демпферная (пусковая) обмотка.

а—расположение обмотки навполюсе; 6— про-

дольно-поперечиая обмотка; — продольная об-

с сегментами соседних полюсов, об­ разуя кольцо (рис. 7-20,6). В этом случае демпферная обмотка носит название продольно-поперечной. Ес­ ли сегменты соседних полюсов не соединяются между собой (рис. 7-20, в) , то обмотка называется про­ дольной. Наиболее часто применяют продольно-поперечные демпферные обмотки.

Для машин общего назначения число стержней Nc на полюсе выби­ рают обычно в пределах от 5 до 10. Стержни выполняют из меди или латуни круглого сечения. Чаще все­ го демпферную (пусковую) обмот­ ку выполняют из медных стержней. Стержни из латуни применяют в тех случаях, когда необходимо по­ лучить большие значения начально­ го пускового момента у синхронных двигателей. Иногда для повышения пускового момента обмотку изго­ товляют из разнородных материа­ лов— крайние стержни клетки де­

где z — расстояние между крайним стержнем и краем полюсного нако­ нечника: z ^ (0,3-4-0,7) • 10-2 м.

Помимо выполнения основной своей задачи демпферная обмотка снижает амплитуды гармоник маг­ нитного поля, обусловленных зубча­ тостью статора. Эти гармоники вы­ зывают пульсацию ЭДС в обмотке статора и образуют токи и добавоч­ ные потери в самой демпферной об­ мотке.

Для того чтобы демпферная об­ мотка наилучшим образом выпол­ няла свои задачи, при ее проектиро­ вании следует соблюдать следую­ щие требования.

В генераторах для уменьшения добавочных потерь и искажения кривых ЭДС желательно иметь зуб­ цовый шаг на роторе t2 возможно более близким к зубцовому шагу статора t\. Если число пазов на по­ люс и фазу в статоре q\ целое чис­ ло, или Я\=Ь-\-с/й=Ь-\-\/2, или {bd+с) г^9, то 0 ,8 /i< t2< t 1.

Для исключения из кривой ЭДС высших гармонических, обусловлен­ ных зубчатостью статора, нобходимо иметь:

h

ю т по форм уле

где

Магнитодвижущую силу обмот­ ки возбуждения определяют как сумму магнитных напряжений от­ дельных участков магнитной цепи машины.