ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 386
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, в которых укладка обмотки механизирована, ширину шлица паза выполняют несколько большей. При совмещенном методе укладки ширина шлица паза, мм,
bш – dиз + (1,8...2,3).
При раздельном методе bш еще более увеличивают в зависимости от размеров штыревой оправки, применяемой для втягивания катушек обмотки в пазы, диаметра провода и коэффициента заполнения паза.
Проектируя серии асинхронных двигателей, размер bш нормализуют. В сериях 4А и АИ он выполняется равным от 1,8 мм в машинах малой мощности и до 4 мм в более крупных. Средние значенияbш для двигателей при различных h и 2р приведены в табл. 9.16.
Таблица 9.16. Средние значения ширины шлица полузакрытых
пазов статоров асинхронных двигателей с обмоткой из круглого
проводаbш , мм
В клиновой части паза располагают пазовые крышки (в машинах с h ≤ 160 мм), а в более крупных машинах — пазовые клинья. Поэтому при расчете площади поперечного сечения паза, используемой для размещения обмотки, эти участки не учитывают. Размеры паза, при которых обеспечивается параллельность боковых граней зубцов, могут быть определены также графоаналитическим методом. Его удобно применять, если конфигурация пазов отличается от рассмотренной трапецеидальной, для которой приведены аналитические выражения (9.38)—(9.41). Графоаналитический расчет выполняют в следующей последовательности.
Вначале строят равнобедренную трапецию (рис. 9.30, а), верхнее основание которой равно в выбранном масштабе пазовому делению tz1, нижнее основание t'z1 = tz1 Da/ D, а высота h = (Da - D)/ 2. Такая трапеция представляет собой как бы вырезанный из листа статора сектор пазового деления, в котором должны разместиться паз (ось паза совпадает с осью трапеции), прилегающие к нему с обеих сторон половины сечений зубцов и участок ярма статора. По допустимым индукциям Bz1 и Вa определяют ширину зубца по (9.37) и высоту ярма по (9.28). На построенной трапеции линиями, параллельными ее боковым граням, отсекают участки шириной 0,5bz1 и линией, параллельной ее основаниям, — участок шириной ha (рис. 9.30, б). В оставшуюся часть трапеции (рис. 9.30, б — не заштрихована) вписывают контур паза выбранной конфигурации (рис. 9.30, в). Его основные размеры b1, b2 и hп обеспечивают параллельность боковых граней зубцов при наименьших возможных, с точки зрения допустимой индукции, размерах зубцов и ярма.
Для достижения достаточной точности построение должно быть выполнено в крупном масштабе, при котором возможна достоверность определения размеров паза с точностью до 0,1 мм, например 10:1 или 5:1.
1>
Рис. 9.30. К графоаналитическому методу определения размеров паза статора
Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза “в свету” и учесть площадь поперечного сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией Sиз и прокладками в пазу Sпр. Размеры паза “в свету” определяют с учетом припусков на шихтовку сердечников Δbп и Δhп :
(9.42)
где Δbп и Δhп — см. табл. 9.14.
Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в которой размещаются обмотка, корпусная изоляция и прокладки, м2,
(9.43)
где
h'п.к = h'п – (hш + hк) (9.44)
высота клиновой части паза hк = (b1 – bш) tg β/ 2, т. е.
(9.45)
Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу, м2,
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2), (9.46)
где bиз — односторонняя толщина изоляции в пазу, м (см. гл. 3).
Площадь, занимаемая прокладками в пазу (на дне паза, под клином и между слоями обмотки в двухслойной обмотке), м2,
для двигателей с h = 180... 250 мм
Sпр = (0,9 b1 + 0,4 b2)10-3;
(9.47)
для двигателей с h ≥ 280 мм
Sпр = 0,6 (b1 + b2) 10-3
При отсутствии прокладок в пазу Snp = 0.
Площадь поперечного сечения паза, остающаяся свободной для размещения проводников обмотки,
(9.48)
Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза:
kз = (d2изuпnэл) / S'п
(см. § 3.4), который должен находиться в пределах kз = 0,69. ..0, 71 для двигателей с 2р = 2 и kз = 0,72. ..0,74 для двигателей с 2р ≥ 4.
Еcли полученное значение ниже указанных пределов, то площадь паза следует уменьшить за счет увеличения h
a или bz, или обоих размеров одновременно в зависимости от принятого при их расчете значения индукции. Индукция в зубцах и ярме статора при этом уменьшится. Уменьшение индукции ниже пределов, указанных в табл. 9.12, показывает, что главные размеры двигателя завышены и активная сталь недоиспользована. В этом случае следует уменьшить длину сердечника или перейти на ближайшую меньшую высоту оси вращения.
Часто расчет показывает, что значение kз оказывается выше указанных пределов. Это недопустимо, так как при чрезмерно высоких kз проводники обмотки во время укладки приходится очень сильно уплотнять в пазах. Их изоляция может быть повреждена или, по меньшей мере, ослаблена, что вызовет резкое уменьшение надежности обмотки. Для уменьшения kз надо, взяв предельно допустимые значения Bz и Ва (см. табл. 9.12), пересчитать размеры bz и ha. К уменьшению kз приводит также уменьшение числа элементарных проводников nэл, которое возможно при одновременном пропорциональном увеличении площади поперечного сечения qэл или уменьшении числа параллельных ветвей обмотки с тем, чтобы плотность тока осталась неизменной. Если и при этом значение kз остается выше допустимого, следует сделать вывод, что принятые главные размеры двигателя занижены. Необходимо просчитать другой вариант, увеличив l или перейдя на большую высоту оси вращения.
Таблица 9. 17. Расчетные размеры зубцов статоров при
трапецеидальных или грушевидных пазах в
машинах с обмоткой из круглого провода
После уточнения размеров паза ширину зубца и расчетную высоту паза определяют по формулам табл. 9.17. Обычно при всыпной обмотке bz = b'z = b"z. В некоторых случаях возможно некоторое расхождение значений b'z и b"z, поэтому рекомендуется рассчитать оба
значения b'z и b"z и при небольшом расхождении результатов взять среднюю расчетную ширину зубца: bz = (b'z + b''z)/ 2. При больших расхождениях следует изменить соотношения размеров пазов.
9.7. 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 и зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.
В современных 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. Такие расчеты проводят на ЭВМ по оптимизационным программам. При учебном проектировании воздушный зазор следует выбирать, руководствуясь данными выпускаемых двигателей (рис. 9.31) либо следующими приближенными формулами.
Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор, м, равен при 2р - 2
δ ≈ (0,3 + 1,5D) 10-3; (9.49)
при 2р > 4
δ ≈ (0,25 + D) 10-3. (9.50)
Для двигателей средней и большой мощности
δ ≈
(9.51)
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.
bш – dиз + (1,8...2,3).
При раздельном методе bш еще более увеличивают в зависимости от размеров штыревой оправки, применяемой для втягивания катушек обмотки в пазы, диаметра провода и коэффициента заполнения паза.
Проектируя серии асинхронных двигателей, размер bш нормализуют. В сериях 4А и АИ он выполняется равным от 1,8 мм в машинах малой мощности и до 4 мм в более крупных. Средние значенияbш для двигателей при различных h и 2р приведены в табл. 9.16.
Таблица 9.16. Средние значения ширины шлица полузакрытых
пазов статоров асинхронных двигателей с обмоткой из круглого
проводаbш , мм
| А, мм | Число полюсов двигателя 2р | ||||
| 2 | 4 | 6-8 | 10 | 12 | |
| 50-63 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | - | - |
| 71 | 2 | 2 | 2 | - | - |
| 80-90 | 3 | 3 | 2,7 | - | - |
| 100,112 | 3,5 | 3,5 | 3 | - | - |
| 132 | 4 | 3,5 | 3,5 | - | - |
| 160-250 | 4 | 3,7 | 3,7 | - | - |
| 280-315 | - | - | - | 4 | 4 |
В клиновой части паза располагают пазовые крышки (в машинах с h ≤ 160 мм), а в более крупных машинах — пазовые клинья. Поэтому при расчете площади поперечного сечения паза, используемой для размещения обмотки, эти участки не учитывают. Размеры паза, при которых обеспечивается параллельность боковых граней зубцов, могут быть определены также графоаналитическим методом. Его удобно применять, если конфигурация пазов отличается от рассмотренной трапецеидальной, для которой приведены аналитические выражения (9.38)—(9.41). Графоаналитический расчет выполняют в следующей последовательности.
Вначале строят равнобедренную трапецию (рис. 9.30, а), верхнее основание которой равно в выбранном масштабе пазовому делению tz1, нижнее основание t'z1 = tz1 Da/ D, а высота h = (Da - D)/ 2. Такая трапеция представляет собой как бы вырезанный из листа статора сектор пазового деления, в котором должны разместиться паз (ось паза совпадает с осью трапеции), прилегающие к нему с обеих сторон половины сечений зубцов и участок ярма статора. По допустимым индукциям Bz1 и Вa определяют ширину зубца по (9.37) и высоту ярма по (9.28). На построенной трапеции линиями, параллельными ее боковым граням, отсекают участки шириной 0,5bz1 и линией, параллельной ее основаниям, — участок шириной ha (рис. 9.30, б). В оставшуюся часть трапеции (рис. 9.30, б — не заштрихована) вписывают контур паза выбранной конфигурации (рис. 9.30, в). Его основные размеры b1, b2 и hп обеспечивают параллельность боковых граней зубцов при наименьших возможных, с точки зрения допустимой индукции, размерах зубцов и ярма.
Для достижения достаточной точности построение должно быть выполнено в крупном масштабе, при котором возможна достоверность определения размеров паза с точностью до 0,1 мм, например 10:1 или 5:1.
1>
Рис. 9.30. К графоаналитическому методу определения размеров паза статора
Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза “в свету” и учесть площадь поперечного сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией Sиз и прокладками в пазу Sпр. Размеры паза “в свету” определяют с учетом припусков на шихтовку сердечников Δbп и Δhп :
(9.42)где Δbп и Δhп — см. табл. 9.14.
Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в которой размещаются обмотка, корпусная изоляция и прокладки, м2,
(9.43)где
h'п.к = h'п – (hш + hк) (9.44)
высота клиновой части паза hк = (b1 – bш) tg β/ 2, т. е.
(9.45)Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу, м2,
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2), (9.46)
где bиз — односторонняя толщина изоляции в пазу, м (см. гл. 3).
Площадь, занимаемая прокладками в пазу (на дне паза, под клином и между слоями обмотки в двухслойной обмотке), м2,
для двигателей с h = 180... 250 мм
Sпр = (0,9 b1 + 0,4 b2)10-3;
(9.47)
для двигателей с h ≥ 280 мм
Sпр = 0,6 (b1 + b2) 10-3
При отсутствии прокладок в пазу Snp = 0.
Площадь поперечного сечения паза, остающаяся свободной для размещения проводников обмотки,
(9.48)Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза:
kз = (d2изuпnэл) / S'п
(см. § 3.4), который должен находиться в пределах kз = 0,69. ..0, 71 для двигателей с 2р = 2 и kз = 0,72. ..0,74 для двигателей с 2р ≥ 4.
Еcли полученное значение ниже указанных пределов, то площадь паза следует уменьшить за счет увеличения h
a или bz, или обоих размеров одновременно в зависимости от принятого при их расчете значения индукции. Индукция в зубцах и ярме статора при этом уменьшится. Уменьшение индукции ниже пределов, указанных в табл. 9.12, показывает, что главные размеры двигателя завышены и активная сталь недоиспользована. В этом случае следует уменьшить длину сердечника или перейти на ближайшую меньшую высоту оси вращения.
Часто расчет показывает, что значение kз оказывается выше указанных пределов. Это недопустимо, так как при чрезмерно высоких kз проводники обмотки во время укладки приходится очень сильно уплотнять в пазах. Их изоляция может быть повреждена или, по меньшей мере, ослаблена, что вызовет резкое уменьшение надежности обмотки. Для уменьшения kз надо, взяв предельно допустимые значения Bz и Ва (см. табл. 9.12), пересчитать размеры bz и ha. К уменьшению kз приводит также уменьшение числа элементарных проводников nэл, которое возможно при одновременном пропорциональном увеличении площади поперечного сечения qэл или уменьшении числа параллельных ветвей обмотки с тем, чтобы плотность тока осталась неизменной. Если и при этом значение kз остается выше допустимого, следует сделать вывод, что принятые главные размеры двигателя занижены. Необходимо просчитать другой вариант, увеличив l или перейдя на большую высоту оси вращения.
Таблица 9. 17. Расчетные размеры зубцов статоров при
трапецеидальных или грушевидных пазах в
машинах с обмоткой из круглого провода
| Размер | Рис. 9.29, а | Рис. 9.29, б | Рис. 9.29, в |
 |  |  | |
 |  | |  |
 |  | | - 0,1 b2 |
После уточнения размеров паза ширину зубца и расчетную высоту паза определяют по формулам табл. 9.17. Обычно при всыпной обмотке bz = b'z = b"z. В некоторых случаях возможно некоторое расхождение значений b'z и b"z, поэтому рекомендуется рассчитать оба
значения b'z и b"z и при небольшом расхождении результатов взять среднюю расчетную ширину зубца: bz = (b'z + b''z)/ 2. При больших расхождениях следует изменить соотношения размеров пазов.
9.7. 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 и зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.
В современных 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. Такие расчеты проводят на ЭВМ по оптимизационным программам. При учебном проектировании воздушный зазор следует выбирать, руководствуясь данными выпускаемых двигателей (рис. 9.31) либо следующими приближенными формулами.
Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор, м, равен при 2р - 2
δ ≈ (0,3 + 1,5D) 10-3; (9.49)
при 2р > 4
δ ≈ (0,25 + D) 10-3. (9.50)
Для двигателей средней и большой мощности
δ ≈
(9.51)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.