Конструкции электрических машин. Порядок проектирования и материалы. Учебное пособие

Статоры машин с наружным диаметром до 493 мм собирают отдельно от станины на цилиндрическую оправку, спрессовывают и скрепляют скобами, которые приваривают к пакету статора электросваркой. В таком виде пакеты обматывают и пропитывают, а затем впрессовывают в расточку станины.

Статоры большего диаметра набирают в станину, спрессовывают между двумя нажимными шайбами и запирают шпонками, которые вставляют в канавки, проточенные в ребрах станины.

Если машина выполняется с радиальной вентиляцией, то сердечник статора разделяется на отдельные пакеты с вентиляционными каналами между ними шириной 10 мм.

Каналы образуются путем приварки к листам, ограничивающим канал, распорок – обычно двутаврового сечения. Крайние пакеты делают толщиной55 мм, таккаконилучшеохлаждаются, асредние– толщиной

45 мм.

При разработке единых серий асинхронных электродвигателей для двигателей первых трех габаритов применена конструкция статора, залитого в алюминиевую оболочку, заменяющую станину.

Заливка пакета статора в алюминиевую оболочку проводится на машинах для литья под давлением в стальные формы, что значительно повышает производительность труда по сравнению с отливкой чугунных станин в земляные формы. Кроме того, отпадает необходимость в обработке внутренней поверхности станины.

Толщина стенки оболочки может быть очень тонкой, порядка 2…3 мм, так как пакет статора придает ей необходимую жесткость. Таким образом, достигается экономический эффект, несмотря на то что алюминий дороже чугуна. Литые или штампованные лапы привертываюткстатору винтами. Подшипниковыещитытакихдвигателейтакже отливают под давлением из алюминия.

При максимальной ширине листа электротехнической стали 1000 мм наибольший внешний диаметр статора, который может собираться из целых листов, составляет 990 мм. Сборка статоров машин больших размеров производится из отдельных частей, которые получили название сегментов.

Различают слоевую шихтовку, при которой каждый слой состоит из целого числа сегментов, и винтовую, при которой в каждом слое последний сегмент перекрывает первый на несколько пазовых делений.

При штамповке сегментов коэффициент использования площади листа электротехнической стали получается значительно более

51

высоким, чем при штамповке круглых листов, так как сегменты располагаются в полосе так, что в вогнутую часть одного сегмента вписываетсявыпуклаячастьсоседнегосегмента. Этообеспечиваетбезотходный раскрой листов электротехнической стали. При этом полосы располагают так, чтобы наибольшая хорда сегмента была равна или близка к нормализованным диаметрам статоров.

Внешняяивнутренняяхордысегментаимеютразмерына0,2…0,3 мм меньше, чемхордыдугцентральногоугла. Этоделаетсядлятого, чтобы можно было боковым смещением сегментов добиваться гладкой поверхности пазов при сборке пакетов на пазовые оправки. В старых конструкциях сегменты статора надевали на шпонки в форме ласточкина хвоста. Теперь такая конструкция сохранилась только в самых крупных машинах мощностью в сотни тысяч киловатт. В машинах мощностью до 10 000 кВт применяется более простая конструкция крепления сегментов. Сегмент имеет двеоткрытые прорези нанаружнойокружности, которыми он надевается на круглые шпильки, вваренные в станину. Для надевания сегмента на шпильки его надо слегка согнуть.

Такой способ значительно снижает трудоемкость сборки сердечника, так как не приходится прогонять каждый сегмент по всей длине станины. В собранном статоре сегменты удерживаются силой трения, которая возникает под действием давления стягивающих шпилек. Количество и диаметр шпилек определяют по силе прессовки сердечника.

Сила прессовки

D – внутренний диаметр статора, см; DП – диаметр статора по сечению

пазов, см. Число шпилек

где d0 – внутренний диаметр резьбы.

Для укрепления лобовых частей обмотки статора, которые подвергаются воздействию больших электромагнитных сил при коротких замыканиях, применяют бандажные кольца.

52

Количество бандажных колец определяется из расчета одного кольца на каждые 100 мм вылета лобовых частей. Сечение колец выбирают на расчет растягивающего усилия,

Напряжение на растяжение в кольце

3.6. Полюсы

Главные полюсы машин постоянного тока штампуют из листовой сталитолщинойот1 до2 мм. Встарыхтипахэлектрическихмашинсердечники полюсов отливали вместе со станиной и к ним привертывали винтами полюсные наконечники, собранные и склепанные из штампованных листов. В современных машинах полюсы целиком штампуют из листовой стали и привертывают к станине болтами. Такое конструктивное выполнение упрощает форму станины и позволяет более удобно надевать катушки на полюсы отдельно от станины.

Для заклепок, которыми скрепляются листы полюса, предусматриваются в листах отверстия, диаметры которых делают больше диаметра заклепки на 0,15 мм при диаметрах 8 мм и на 0,2 мм при диаметрах свыше 8 мм. Слишком большие зазоры приводят к изгибу заклепки и сдвигам листов полюса.

Заклепки представляют собой цилиндрические стержни, засверленные с обоих концов. При прессовке полюса концы заклепок развальцовывают в конических углублениях полюсных боковин, которые штампуют из листовой стали толщиной 4…6 мм. Для предохранения от выступания контура полюсных боковин за плоскость листов боковины штампуют меньшего размера по контуру, вписанному в контур полюсных листов. Сдвиг контуров делают на 1,5…2 мм, а по боковым сторонам полюса – на толщину боковины. Благодаря этому уменьшается количество стружки, снимаемой при обработке углов сердечника.

Для крепления к станине в полюсах сверлят и нарезают отверстия для болтов. Однако резьба получается неровной, так как каждая нитка

53

ее пересекает несколько листов полюса. При недостаточной плотности прессовки листов резьба может быть механически ненадежной. Листы, сквозь которые проходит болт, могут вытягиваться из пакета полюса, от чего спинка полюса, прилегающая к станине, получает ступенчатую форму, а в промежутках между болтами и по краям полюса образуется дополнительный воздушный зазор. Нарезание резьбы в полюсах проводится вручную, что отнимает много времени.

В листах полюса штампуют отверстия, а при сборке полюса в них вставляют стержень с заранее нарезанными в нем отверстиями, в которые ввертывают болты, притягивающие полюс к станине. Благодаря наличию стержня все листы полюса равномерно притягиваются болтами к стенке станины, а резьба в сплошном стержне получается более прочной и может быть нарезана на станке. Для образования отверстий, через которые должен проходить болт, штампуют листы с вертикальными каналами. Эти листы при сборке полюса укладывают с таким расчетом, чтобы над отверстиями стержня образовались квадратные каналы в теле полюса. Полюсы со стержнями получили широкое распространение в крупных машинах, а также в машинах, работающих в условиях тряски.

Для уменьшения объема обработки стремятся ширину полюсного наконечника сделать равной ширине сердечника полюса. Однако и при этом приходится обрабатывать торцы полюса, чтобы обеспечить выступы для поддержки катушек. Полное устранение обработки полюса достигается путем сборки его из штампованных листов, как это сделано в серии П машин постоянного тока.

Для поддержания катушки к боковым сторонам полюса приклепаны два угольника, вертикальные полки которых входят в уступы, профрезерованные в полюсе. Для уменьшения рассеяния угольники сделаны из немагнитного материала.

Ввиду того что спинка добавочного полюса узкая, нет необходимости придавать ей форму дуги. Зазор между серединой плоской спинки и расточкой станины не превышает десятых долей миллиметра, и на такую же величину уменьшается зазор между якорем и добавочным полюсом. Приэтомотпадаетоперацияобработкиспинкииполюсделается более устойчивым, так как углы являются гарантированными точками опоры, в то время как при цилиндрической поверхности спинки полюс можетустановитьсякосозасчетнеровностейповерхностиилиперекоса оси отверстия для болта.

54

3.6.1. Расчет крепления главных полюсов

Иногда расчет полюсных болтов ведут на растягивающее усилие, равное сумме веса полюса с катушкой и магнитного притяжения.

Такой расчет принципиально ошибочен. Магнитное притяжение полюса якорем вообще не должно учитываться; он одновременно притягивается к станине и притом с большей силой, так как индукция в сердечнике полюса всегда больше, чем индукция в зазоре. Что касается весаполюса, тоонзначительно меньше, чемсдвигающееусилиеотдействия вращающего момента. Расчет ведут для полюса, расположенного по горизонтальному диаметру станины, так как его болты находятся в наименеевыгодныхусловиях ввиду того что составляющаявесаисдвигающее усилие от вращающего момента алгебраически складываются.

Максимальный вращающийся момент

где K – коэффициент перегрузки. Окружное усилие, сдвигающее полюс,

Необходимая площадь сечения болтов полюса по внутреннему диаметру резьбы

где R – допустимое напряжение на растяжение болта; с запасом принимается порядка 600 кГ/см2; GГ.П – вес полюса с катушкой.

Размер болта по внутреннему диаметру резьбы при числе болтов на полюс m

Общая площадь заклепок для спрессовки полюса принимается равным 0,02 площади листа полюса.

55

3.6.2. Расчет крепления добавочных полюсов

Добавочныеполюсынеучаствуютвпередачевращающегомомента, но между ними и соседними главными полюсами возникают силы магнитного притяжения, которыесоставляют основную нагрузку на болты. Учитывая, что основание добавочного полюса значительно уже, чем у главного полюса, приходится проверять полюс помимо сдвига на опрокидывание. В наиболее невыгодных условиях находятся болты полюса, расположенного по горизонтальному диаметру станины, для которых и ведется расчет.

Для расчета крепления добавочных полюсов надо взять из электромагнитногорасчетамашинызначениянамагничивающейсилыглавного

полюса FГ.П и добавочного полюса FД.П при перегрузке.

Равнодействующая сила взаимодействия между концом добавочного полюса и башмаками соседних главных полюсов

Равнодействующая сила взаимодействия между сердечником добавочного полюса и сердечниками соседних главных полюсов

Расчетное напряжение болтов добавочного полюса, при котором силатрениямеждустанинойиполюсомобеспечиваетотсутствиесдвига полюса,

Расчетное напряжение болтов добавочного полюса, которое обеспечивает отсутствие опрокидывания полюса

56

Расчет болтов ведется по наибольшему значению напряжения. Внутренний диаметр резьбы болта при допускном напряжении

P 600 кГ/см2 :

57

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Марки основных типов обмоточных проводов, краткая характеристика, класс нагревостойкости и размеры

59

60