Сердечник статора

Сердечник статора собирают из отдельно отштампованных листов электротехнической стали 2013 толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов. Для стали 2013 обычно используют изолирование листов оксидированием (коэффициент заполнения стали k_с=0,97).

Рисунок 8. Трапецеидальный полузакрытый паз статора.

Для представленного на рис. 8 чертежа сечения паза статора и всыпной обмотки определим количество пазов сердечника статора:

.

Как видим, оно зависит от выбранного количества пазов на полюс и фазу q₁:

.

Выбираем значение q₁ из таблицы 9-8 [1]:

.

Отсюда,

.

Сверим полученный результат со сводной таблицей 9-12 [1] по серии 4А:

.

Откуда число пазов короткозамкнутого ротора:

,

согласно таблице 9-11 [1] и с учетом того факта, что в короткозамкнутом роторе при высоте оси вращения обычно отсутствует скос в пазах.

Обмотка статора

Ранее было определено по таблице 9-4 [1], что для статора рассчитываемого двигателя форма паза – трапецеидальная полузакрытая, а тип обмотки – двухслойная всыпная концентрическая с укороченным шагом, из проводов круглого поперечного сечения. Следует отметить, что, несмотря на большую сложность в изготовлении, двухслойные концентрические обмотки с укороченным шагом имеют лучшую форму кривой магнитного поля и при этом уменьшается расход меди на изготовление лобовых частей.

Что касается формы паза (см. рис. 8), то при подборе размеров b₁ и b₂ стараются, чтобы b_з1=const. Это приводит к постоянству магнитной индукции по высоте зубца и приводит к уменьшению МДС на участке зубца. Кроме того, форма пазов приводит к уменьшению коэффициента воздушного зазора и добавочных потерь по сравнению с открытыми и полуоткрытыми зубцами. С другой стороны, недостатком трапецеидальных пазов является то, что в них вкладывают всыпную обмотку из провода круглого сечения, что приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза и, как следствие, к понижению надежности обмотки.

Обмотку статора выполняем шестизонной, каждая зона равна 60°. Определим коэффициент распределения:

,

где . Тогда,

.

Укорочение шага выбирают β₁ ≈ 0,8 для 2p≥4.

Двухслойную обмотку выполняют с укороченным шагом:

.

Найдем коэффициент укорочения:

.

Уточненное значение обмоточного коэффициента равно:

.

Теперь найдем предварительное значение магнитного потока:

.

Определим предварительное количество витков в обмотке фазы:

,

где k_н определяется по диаграмме, представленной на рис. 9:

Рисунок 9. Средние значения k_н асинхронных двигателей.

Т.е. k_н ≈ 0,972. Отсюда,

.

Предварительное значение количества эффективных проводников в пазу:

,

где a₁ – количество параллельных ветвей обмотки статора, которое является одним из делителей числа полюсов, в нашем случае для 2p=6 a₁ = 1,2,3. Кроме этого, при малом значении возникают трудности с расположением проводников в пазу. Примем a₁ = 2, тогда:

.

Поскольку обмотка выбрана двухслойная, рекомендуется четное значение . Теперь уточним предварительно установленные значения , , :

;

Уточненное значение магнитного потока:

;

Уточненное значение индукции в воздушном зазоре:

;

Предварительное значение номинального фазного тока:

Уточненная линейная нагрузка статора:

Произведем проверку правильности расчета количества витков. Критерий – значение A₁ не должно отличаться от значения A'₁ более чем на 10%:

По таблице 9-13 [1] определим среднее значение магнитной индукции в спинке статора:

.

Определим теперь зубцовое деление по внутреннему диаметру статора:

.

Для определения ширины зубца по таблице 9-14 [1] примем средние значения магнитной индукции в зубцах статора:

.

Тогда ширина зубца:

При сборке сердечника размеры пазов в штампе и в свету (после сборки сердечника) не совпадают из-за неизбежного смещения листов друг относительно друга. Для высоты оси вращения h = 200 мм припуски на сборку сердечников статора и ротора:

.

Определим основные размеры трапецеидальных пазов:

Высота спинки статора:

.

Высота паза:

.

Большая ширина паза:

.

Предварительное значение ширины шлица:

.

Высота шлица:

.

Среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции:

.

Меньшая ширина паза:

.

Проверим правильность определения b₁ и b₂, исходя из требования b_з1 = const:

.

Определим площадь поперечного сечения паза в штампе:

.

Определим площадь поперечного сечения паза в свету:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

.

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином:

.

Площадь поперечного сечения паза, занимаемого обмоткой:

Для обмотки статора выберем провод ПЭТМ-155 с механически более прочной изоляцией, поскольку рассчитываемый двигатель должен иметь класс по нагревостойкости F и предполагается механизация обмоточных работ.

Коэффициент заполнения паза выбираем из диапазона равный:

,

с расчетом на то, что укладка будет производиться с применением статорообмоточных станков. C другой стороны данный коэффициент зависит от:

,

где:

– количество элементарных проводников в эффективном;

– диаметр элементарного изолированного провода.

Выбор выполняют с условием, что при машинной укладке диаметр провода с изоляцией не должен превышать:

.

Пусть , тогда диаметр элементарного изолированного провода:

.

Согласно приложению 1 [1] "Диаметры и площади поперечного сечения круглых медных проводов" выбираем провод марки ПЭТ-155 номинальным диаметром неизолированного провода

,

и площадью поперечного сечения неизолированного провода

.

Уточним значение коэффициента заполнения паза:

.

Уточним ширину шлица:

.

Так как принимаем, что .

Найдем плотность тока в обмотке статора:

.

Определим уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке. Для этого определим произведение линейной нагрузки на плотность тока в обмотке:

Рисунок 10. Средние допустимые значения при классе нагревостойкости F и 2p=6.

По рисунку 10 определяем, что . Коэффициент, учитывающий изменение эффекта охлаждения обмотки k₅ = 1,0 согласно таблице 9-15 [1]. Поэтому,

Проверим соблюдения условия правильности расчета площадей поперечного сечения провода и паза:

.

Условие соблюдено.