ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 383
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
п
Окончательное число витков в фазе обмотки
w1 = Uп Z1/ (2am). (9.20)
Окончательное значение линейной нагрузки, А/м,
А = 2I1номwim / (πD). (9.21)
Оно, как правило, незначительно отличается от принятого ранее, так как его изменение определяется только отношением рассчитанного по (9.19) и принятого числа эффективных проводников в пазу uп Полученное значение А нужно сопоставить с рекомендуемым (.м.рис. 9.22— 9.24).
Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12.. .15 кВт в большинстве случаев имеют однослойную концентрическую обмотку из круглого провода. В машинах большей мощности обмотки выполняют двухслойными, а при механизированной укладке применяют одно-двухслойные или двухслойные концентрические обмотки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из прямоугольного провода выполняют только двухслойными, равнокатушечными.
Обмоточный коэффициент kоб = kp ky рассчитывают в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q и укорочения шага обмотки β = yрасч / τ, где урaсч — расчетный шаг, определяемый по формулам, приведенным в § 3.6, в зависимости от типа обмотки.
В двухслойных обмотках асинхронных двигателей шаг выполняют в большинстве случаев с укорочением, близким к β = 0,8.
После расчета kоб1 уточняют значение потока Ф, Вб:
Ф =
(9.22)
и определяют индукцию в воздушном зазоре Вδ, Тл:
Вδ =
. (9.23)
Если полученное значение Вδ выходит за пределы рекомендуемой области (см. рис. 9.22 — 9.24) более чем на ± 5 %, следует принять другое значение числа uп и повторить расчет.
Если линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в рекомендуемых пределах, переходят к расчету сечения эффективного проводника и обмоточного провода.
Сечение эффективных проводников, м2, определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:
qэф1 = I1ном / (аJ
1) . (9.24)
С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J1 должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышении температуры обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения при принятой в них системе косвенного охлаждения влияние плотности тока на нагрев обмотки более существенно, чем на КПД. На этом основании определены качественные зависимости допустимой плотности тока в обмотках различных машин. Она повышается с уменьшением габаритов машины, с увеличением допустимого нагрева обмотки при переходе на другой, более высокий класс нагревостойкости изоляции и с повышением интенсивности охлаждения (например, в машинах защищенного исполнения по сравнению с закрытыми обдуваемыми двигателями).
Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя:
J1 = (AJ) / A. (9.25)
Значения (AJ) для асинхронных двигателей различных исполнения и мощности приведены на рис. 9.27.
Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8 мм, однако в современных двигателях для повышения надежности обмотки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диаметра. В обмотках, предназначенных для механизированной укладки, диаметр изолированного провода обычно берут не более 1,4 мм, а при ручной укладке (двигатели с h > 160 мм) — не более 1,7 мм.
Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник делят на несколько элементарных. Для этого по табл. П 3.1 подбираются сечение qэл и число элементарных проводников nэл, составляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр dэл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:
qэлnэл = qэф. (9.26)
В обмотках из круглого провода число элементарных проводников может быть взято до 8—10, но при большом nэл возрастают технологические трудности намотки катушек, поэтому в современных машинах стремятся уменьшить число элементарных проводников в одном эффективном до 6—8, для чего увеличивают число параллельных ветвей. В двухполюсных двигателях n
эл увеличивают, поскольку число параллельных ветвей в них не может быть более двух.
При проектировании машин с обмоткой из прямоугольного провода сечение каждого проводника не должно быть взято более 17...20 мм2, так как в этом случае становится заметным возрастание потерь на вихревые токи.
Если расчетное значение qэф > 20 мм2, то прямоугольные проводники подразделяют на элементарные так, чтобы qэл ≤ 17...20 мм2.
В обмотках из прямоугольного провода, укладываемых в открытые пазы, nэл обычно не более 2. При nэл = 2 они располагаются на одном уровне по высоте паза (см. рис. 3.7). Обмотку с четырьмя элементарными проводниками (см. рис. 3.7, 6) в асинхронных двигателях применяют редко. Если обмотка выполняется из подразделенных катушек, которые укладывают в полуоткрытые пазы (см. рис. 3.6, б), то всегда образуются два элементарных проводники, так как катушки, расположенные на одной высоте в пазу, соединяются параллельно (см. § 3.2).
Рис. 9.27. Средние значения произведения AJ
асинхронных двигателей со степенью защиты:
а — IP44, h ≤132 мм; б — IP44, h = 160...250 мм;
в — IP44 h=280...355 мм (при продуваемом роторе);
г — IP23, h = 160...250 мм;
д — IP23, h = 280...355 мм; е — IP23, при Uном=6000 В
При прямоугольных обмоточных проводах сечение эффективного проводника не должно превышать 35...40 мм2, поэтому при большом номинальном токе в таких машинах выполняют наибольшее возможное число параллельных ветвей.
По одной и той же площади поперечного сечения прямоугольных проводников их линейные размеры а х b могут быть различны, поэтому окончательный выбор обмоточного провода производят одновременно с расчетом размеров зубцовой зоны.
После окончательного выбора qэл, nэл и а следует уточнить плотность тока в обмотке, которая может несколько измениться по сравнению с предварительно принятой при подборе сечений элементарных проводников:
J1 = I1ном / (аqэл nэл). (9.27)
На этом расчет обмотки статора заканчивается. Некоторая корректировка, которая может потребоваться в ходе последующего расчета, как правило, не вносит существенных изменений в полученные данные.
9.6. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА
Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь поперечного сечения паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется типом обмотки, который, в свою очередь, зависит от мощности, номинального напряжения и исполнения машины. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора (табл. 9.12).
Обмотка из прямоугольного провода укладывается в прямоугольные пазы (рис. 9.28). Боковые стенки таких пазов параллельны, поэтому зубцы статора имеют трапецеидальное сечение, и индукция в них неравномерна. Обычно задаются значениями допустимой индукции в ярме статора Ва и индукцией .Bzmax в наиболее узком сечении зубца bzmin либо индукцией Bz1/3 в сечении зубца с шириной bz1/3, взятом на расстоянии, равном 1/3 его высоты от наиболее узкой части зубца (см. рис. 9.28).
По выбранным значениям индукций определяются:
высота ярма статора, м,
ha = Ф / (2Balст1kст1); (9.28)
Рис. 9.28. К расчету размеров прямоугольных пазов статора:
а – открытых ; б – закрытых
Таблица 9.12. Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл.
Примечание. Индукции на участках магнитной цепи в большинстве асинхронных двигателей не отличаются от указанных в таблице более чем на 5 %.
минимальная ширина зубца, м,
Окончательное число витков в фазе обмотки
w1 = Uп Z1/ (2am). (9.20)
Окончательное значение линейной нагрузки, А/м,
А = 2I1номwim / (πD). (9.21)
Оно, как правило, незначительно отличается от принятого ранее, так как его изменение определяется только отношением рассчитанного по (9.19) и принятого числа эффективных проводников в пазу uп Полученное значение А нужно сопоставить с рекомендуемым (.м.рис. 9.22— 9.24).
Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12.. .15 кВт в большинстве случаев имеют однослойную концентрическую обмотку из круглого провода. В машинах большей мощности обмотки выполняют двухслойными, а при механизированной укладке применяют одно-двухслойные или двухслойные концентрические обмотки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из прямоугольного провода выполняют только двухслойными, равнокатушечными.
Обмоточный коэффициент kоб = kp ky рассчитывают в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q и укорочения шага обмотки β = yрасч / τ, где урaсч — расчетный шаг, определяемый по формулам, приведенным в § 3.6, в зависимости от типа обмотки.
В двухслойных обмотках асинхронных двигателей шаг выполняют в большинстве случаев с укорочением, близким к β = 0,8.
После расчета kоб1 уточняют значение потока Ф, Вб:
Ф =
(9.22)и определяют индукцию в воздушном зазоре Вδ, Тл:
Вδ =
. (9.23)Если полученное значение Вδ выходит за пределы рекомендуемой области (см. рис. 9.22 — 9.24) более чем на ± 5 %, следует принять другое значение числа uп и повторить расчет.
Если линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в рекомендуемых пределах, переходят к расчету сечения эффективного проводника и обмоточного провода.
Сечение эффективных проводников, м2, определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:
qэф1 = I1ном / (аJ
1) . (9.24)
С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J1 должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышении температуры обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения при принятой в них системе косвенного охлаждения влияние плотности тока на нагрев обмотки более существенно, чем на КПД. На этом основании определены качественные зависимости допустимой плотности тока в обмотках различных машин. Она повышается с уменьшением габаритов машины, с увеличением допустимого нагрева обмотки при переходе на другой, более высокий класс нагревостойкости изоляции и с повышением интенсивности охлаждения (например, в машинах защищенного исполнения по сравнению с закрытыми обдуваемыми двигателями).
Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя:
J1 = (AJ) / A. (9.25)
Значения (AJ) для асинхронных двигателей различных исполнения и мощности приведены на рис. 9.27.
Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8 мм, однако в современных двигателях для повышения надежности обмотки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диаметра. В обмотках, предназначенных для механизированной укладки, диаметр изолированного провода обычно берут не более 1,4 мм, а при ручной укладке (двигатели с h > 160 мм) — не более 1,7 мм.
Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник делят на несколько элементарных. Для этого по табл. П 3.1 подбираются сечение qэл и число элементарных проводников nэл, составляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр dэл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:
qэлnэл = qэф. (9.26)
В обмотках из круглого провода число элементарных проводников может быть взято до 8—10, но при большом nэл возрастают технологические трудности намотки катушек, поэтому в современных машинах стремятся уменьшить число элементарных проводников в одном эффективном до 6—8, для чего увеличивают число параллельных ветвей. В двухполюсных двигателях n
эл увеличивают, поскольку число параллельных ветвей в них не может быть более двух.
При проектировании машин с обмоткой из прямоугольного провода сечение каждого проводника не должно быть взято более 17...20 мм2, так как в этом случае становится заметным возрастание потерь на вихревые токи.
Если расчетное значение qэф > 20 мм2, то прямоугольные проводники подразделяют на элементарные так, чтобы qэл ≤ 17...20 мм2.
В обмотках из прямоугольного провода, укладываемых в открытые пазы, nэл обычно не более 2. При nэл = 2 они располагаются на одном уровне по высоте паза (см. рис. 3.7). Обмотку с четырьмя элементарными проводниками (см. рис. 3.7, 6) в асинхронных двигателях применяют редко. Если обмотка выполняется из подразделенных катушек, которые укладывают в полуоткрытые пазы (см. рис. 3.6, б), то всегда образуются два элементарных проводники, так как катушки, расположенные на одной высоте в пазу, соединяются параллельно (см. § 3.2).
Рис. 9.27. Средние значения произведения AJ
асинхронных двигателей со степенью защиты:
а — IP44, h ≤132 мм; б — IP44, h = 160...250 мм;
в — IP44 h=280...355 мм (при продуваемом роторе);
г — IP23, h = 160...250 мм;
д — IP23, h = 280...355 мм; е — IP23, при Uном=6000 В
При прямоугольных обмоточных проводах сечение эффективного проводника не должно превышать 35...40 мм2, поэтому при большом номинальном токе в таких машинах выполняют наибольшее возможное число параллельных ветвей.
По одной и той же площади поперечного сечения прямоугольных проводников их линейные размеры а х b могут быть различны, поэтому окончательный выбор обмоточного провода производят одновременно с расчетом размеров зубцовой зоны.
После окончательного выбора qэл, nэл и а следует уточнить плотность тока в обмотке, которая может несколько измениться по сравнению с предварительно принятой при подборе сечений элементарных проводников:
J1 = I1ном / (аqэл nэл). (9.27)
На этом расчет обмотки статора заканчивается. Некоторая корректировка, которая может потребоваться в ходе последующего расчета, как правило, не вносит существенных изменений в полученные данные.
9.6. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА
Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь поперечного сечения паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется типом обмотки, который, в свою очередь, зависит от мощности, номинального напряжения и исполнения машины. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора (табл. 9.12).
Обмотка из прямоугольного провода укладывается в прямоугольные пазы (рис. 9.28). Боковые стенки таких пазов параллельны, поэтому зубцы статора имеют трапецеидальное сечение, и индукция в них неравномерна. Обычно задаются значениями допустимой индукции в ярме статора Ва и индукцией .Bzmax в наиболее узком сечении зубца bzmin либо индукцией Bz1/3 в сечении зубца с шириной bz1/3, взятом на расстоянии, равном 1/3 его высоты от наиболее узкой части зубца (см. рис. 9.28).
По выбранным значениям индукций определяются:
высота ярма статора, м,
ha = Ф / (2Balст1kст1); (9.28)
Рис. 9.28. К расчету размеров прямоугольных пазов статора:
а – открытых ; б – закрытых
Таблица 9.12. Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл.
| Участок магнитной цепи | Обозначение | Исполнение IР44 при числе полюсов 2р | Исполнение IP23 при числе полюсов 2р | |||||||||
| 2 | 4 | 6 | 8 | 10 и 12 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | ||
| Ярмо статора | Ва | 1,4-1,6 1,15-1,35 1,1-1,2 | 1,45-1,6 1,2-1,4 1,1-1,3 | |||||||||
| Зубцы статора при постоянном сечении (обмотка из круглого провода) | Bz1 | 1,6-1,9 1,6-1,8 | 1,8-2,05 1,7-1,95 1,6-1,9 | |||||||||
| Зубцы статора при наиболее узком сечении: | | | | |||||||||
| при полуоткрытых пазах | Bz1max | 1,75-1,95 | 1,9-2,1 1,8-2 | |||||||||
| при открытых пазах | Bz1max | 1,6-1,9 | 1,7-2 | |||||||||
| Ярмо ротора: | | | | |||||||||
| короткозамкнутого | Bj | ≤1,45 ≤1,4 ≤1,2 ≤1 | ≤1,55 ≤1,5 ≤1,3 ≤1,1 | |||||||||
| фазного | Bj | ≤1,3 ≤1,15 ≤0,9 | ≤1,4 ≤1,2 ≤1 | |||||||||
| Зубцы ротора при постоянном сечении (трапецеидальные пазы) | Bz2 | 1,7-1,95 | 1,75-2 | |||||||||
| Зубцы ротора в наиболее узком сечении: | | | | |||||||||
| короткозамкнутого | Bz2max | 1,5-1,7 1,6-1,9 | 1,75-2 1,7-1,95 | |||||||||
| фазного | Bz2max | 1,75-2,15 1,7-1,95 | 1,9-2,2 1,85-2,1 | |||||||||
Примечание. Индукции на участках магнитной цепи в большинстве асинхронных двигателей не отличаются от указанных в таблице более чем на 5 %.
минимальная ширина зубца, м,