2.1. Пример расчета (проектирование обмотки статора)

2.1.1. Варианты расчета числа пазов в зависимости от числа параллельных ветвей обмотки статора представлены в таблице

	, А	, м	, о.е.	, –
1	8248	0,088	0,57	36,75
2	4124	0,044	1,13	73,5

Требованиям к турбогенераторам с косвенным охлаждением ( = 2500–6500 А, = 0,04–0,07 м, ) удовлетворяет вариант расчёта с числом параллельных ветвей .

Из условия симметрии обмотки число пазов статора должно быть четным, кратным , поэтому принимаются

2.1.2. Зубцовый шаг по пазам статора

м.

2.1.3. Число последовательно соединенных витков в фазе

2.1.4. Число пазов на полюс и фазу

2.1.5. Коэффициент укорочения шага обмотки принимаем тогда предварительно шаг обмотки по пазам

Округляем шаг обмотки по пазам до ближайшего целого числа и уточняем коэффициент укорочения шага

2.1.6. Коэффициент распределения обмотки статора

2.1.7. Коэффициент укорочения обмотки статора

2.1.8. Обмоточный коэффициент

2.1.9. Магнитный поток в воздушном зазоре

Вб.

2.1.10. Полюсное деление статора

м.

2.1.11. Уточнение электромагнитных нагрузок.

Индукция в воздушном зазоре

Тл,

рекомендуемая индукция Тл.

Линейная нагрузка

А/м,

рекомендуемая линейная нагрузка А/м.

Если индукция отличается от первоначально заданной индукции более чем на 10 %, то необходимо изменить длину сердечника статора турбогенератора. В этом случае длина сердечника статора пересчитывается по формуле

и расчет проводится заново с подп. 1.2.9, приняв .

Если расчетная линейная нагрузка превышает рекомендуемую нагрузку более чем на 20 %, то необходимо несколько уменьшить число пазов статора (подп. 2.1.1) и наоборот. Затем, если в этом есть необходимость, корректируется индукция с изменением длины сердечника статора.

В примере расчёта электромагнитные нагрузки отличаются незначительно от рекомендуемых нагрузок, поэтому принимаем , и продолжаем расчёт.

2.1.12. Предварительная ширина паза статора

м,

где – допустимая индукция в зубцах, согласно рекомендациям принимается в пределах Тл такой, чтобы ширина элементарного проводника стержня, рассчитанная далее по формуле подп. 2.1.14 была бы 4 мм.

2.1.13. Предварительная ширина стержня в пазу статора

м,

где – толщина двухсторонней изоляции по ширине паза (табл. 2.3).

2.1.14. Предварительная ширина элементарного проводника стержня

мм.

2.1.15 Предварительная плотность тока в обмотке статора по рис. 2.1

.

2.1.16. Предварительное сечение стержня

.

2.1.17. Предварительная толщина элементарного проводника

мм.

2.1.18. Уточненные размеры элементарного проводника стержня с учетом (табл. 2.1) стандартных размеров провода обмоточной меди:

2.1.19. Число элементарных проводников стержня

Принимаем (четное целое число).

2.1.20. Уточняем сечение меди стержня

м².

2.1.21. Плотность тока в обмотке статора

2.1.22. Произведение линейной нагрузки на плотность тока

Для машин с косвенным водородным охлаждением обмотки статора

2.1.23. Для стержневой обмотки статора выбираем провод марки ПСД, класс нагревостойкости изоляции В, при двухсторонней толщине изоляции провода 0,33 мм.

Размеры элементарного проводника с учетом толщины изоляции:

• толщина провода ;

• ширина провода ;

• сечение провода

2.1.24. Ширина паза статора c учетом пазовой изоляции

где – двухсторонняя толщина изоляции по ширине паза (табл. 2.3).

2.1.25. Высота паза статора

где – высота клина;  = 28,5 мм – обшая толщина изоляции по высоте паза (табл. 2.3).

2.1.26. Проверяем соотношения:

;

;

= 8,6.

Рекомендуемые:

;

;

.

Если соотношение или отличаются от рекомендуемых соотношений больше чем на 10 %, то можно изменить размеры паза статора за счет допустимого значения индукции в зубцах (подп. 2.1.12).

Например, если меньше, а больше допустимых величин, то следует увеличить индукцию в зубцах до 2,1 Тл, и повторить расчеты с подп. 2.1.12. Если больше, а меньше рекомендуемых соотношений, то следует уменьшить значение индукции в зубцах и повторить расчеты с подп. 2.1.12.

Если позволяет величина произведения линейной нагрузки на плотность тока (подп. 2.1.22), то соотношение можно скорректировать за счет изменения плотности тока . Чем больше плотность тока , тем меньше соотношение .

Если больше, а меньше предельных рекомендуемых соотношений (как в рассматриваемом примере), то дополнительно можно воспользоваться размерами обмоточного провода (табл. 2.4) и скорректировать размеры паза.

Таблица 2.4

мм	, мм
	1,4	1,6	1,8	2,0	2,24	2,5	2,8	3,15
	Расчетная площадь сечения провода ,
4,00	5,385	6,186	6,837	7,637	8,597	9,451	10,65	–
4,5	6,085	6,985	7,73	8,637	9,717	10,70	12,05	13,63

Рассмотрим второй вариант расчета размеров паза статора.

Принимаем ширину проводника мм (табл. 2.4) вместо 4,7 мм первого варианта расчетов. В этом случае ширина паза статора

а соотношение , что несколько ближе к рекомендуемому соотношению.

Ширине проводника мм соответствует (табл. 2.4) толщина мм и сечение проводника. Число элементарных проводников в стержне

.

Высота паза статора

Соотношение находится в рекомендуемых пределах.

Проверяем соотношение =10,1, что превышает допустимое значение.

По второму варианту расчетов соотношения и ближе соответствуют рекомендуемым значениям. Но, по сравнению с расчетами первого варианта, паз статора получился более узкий и глубокий. Это приведет к увеличению пазового рассеяния, к уменьшению ОКЗ генератора, что не целесообразно.

Соотношение , полученное по первому варианту расчетов размеров паза статора, не превышает рекомендуемое более чем на 10 %. Поэтому в дальнейших расчетах оставляем размеры паза, соответствующие первому варианту расчетов.

Согласно нормам на пазовую изоляцию (табл. 2.3) для обмотки статора споектированного турбогенератора составляется табл. 2.5.

С учётом полученных размеров паза, проводников стержня и нормам на пазовую изоляцию (табл. 2.5) строится поперечное сечение паза с подробной спецификацией заполнения паза, как показано на рис. 2.4 для рассматриваемого примера расчёта.

На основании данных обмотки – числа пазов , фаз , полюсов , пазов на полюс и фазу , шага обмотки по пазам , числа параллельных ветвей – строится схема обмотки статора. Для построения схемы обмотки статора целесообразно воспользоваться литературой [9, с. 403–408, 410–416].

Схема обмотки статора для турбогенератора рассматриваемого примера представлена на рис. 2.5.

Поперечное сечение паза статора с обмоткой (как показано на рис. 2.4), с подробной спецификацией к нему (как представлено в табл. 2.5) и схема обмотки статора (как показано на рис. 2.5) для спроектированного Вами турбогенератора приводятся в пояснительной записке курсового проекта.

После определения обмоточных данных статора приступают к определению пазовой геометрии и обмоточных данных ротора.

Рис. 2.4. Паз статора в разрезе

Таблица 2.5

Спецификация пазовой изоляции статора

№ позиции (рис. 2.4)	Наименование материала	Двухсторонняя толщина, мм
		по ширине паза	по высоте паза
1	Прокладка вертикальная из миканита	0,5	–
2	Прокладка под переходами из миканита	–	0,4
3	Микалента ЛМЧ1	9,5	9,5
4	Асбестовая лента, один слой впритык Лакировка ленты Разбухание изоляции от пропитки Всего на стержень	1,0 0,2 0,3 10,0	1,0 0,2 1,0 11,6
5	Электрокартон ЭВ, пропитанный, на дне паза	–	1,0
6	То же между стержнями	–	3,0
7	То же под клином Зазор на укладку Всего на паз (без клина)	– 0,5	1,0 0,3

Рис. 2.5. Схема двухслойной петлевой обмотки статора:

, , , , ,