На этом выбор главных размеров заканчивается. В результате проделанных вычислений получены значения высоты оси вращения h, внутреннего диаметра статора D, внешнего диаметра статора D_а, расчетной длины магнитопровода l_δ и полюсного деления τ.

Рис. 9.25. Отношение λ = l_δ /τ у двигателей исполнения

по степени защиты:

а – IP44; б – IP23

Для расчета магнитной цепи помимо l_δ необходимо определить ценностью конструктивную длину и длину стали сердечников статора (l₁ и l_ст1) и ротора (l₂ и l_ст2). В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250. ..300 мм, радиальные вентиля­ционные каналы не делают. Сердечники шихтуются в один пакет. Для такой конструкции

l₁ = l_ст1 = l_δ. (9.7)

В более длинных машинах сердечники подразделяют на отдель­ные пакеты, разделенные между собой радиальными вентиляцион­ными каналами. В двигателях с фазными роторами или со сварной короткозамкнутой обмоткой пакеты выполняют длиной 40...60 мм. Крайние пакеты могут быть более длинными. В двигателях с литой короткозамкнутой обмоткой ротора число пакетов по технологиче­ским соображениям из-за сложности заливки уменьшают и пакеты выполняют более длинными.

Стандартная ширина радиального воздушного канала между па­кетами b_k = 10 мм. Число пакетов n_пак и их длина l_пак связаны с рас­четной длиной следующим соотношением:

n_пак = l_ст / l_пак ≈ l_δ / l_пак = целое число, (9.8)

при этом число радиальных каналов n_к = n_{пак - 1}.

Длина стали сердечника статора в таких машинах

l_ст1 = l_пак n_пак, (9.9)

или при пакетах разной длины

l_ст1 = (9.10)

Конструктивная длина сердечника статора

l₁ = l_ст1 + b_к n_к. (9.11)

Окончательное значение l_δ для машин с δ < 1,5 мм

l_δ ≈ l_ст1. (9.12)

В машинах с δ ≥ 1,5 мм при расчете l_δ учитывают искривление магнитных силовых линий потока в воздушном зазоре над радиаль­ными вентиляционными каналами (см. § 4.2):

l_δ ≈ l₁ - b'_к n_к, (9.13)

где b'_к — расчетная ширина радиальных каналов, зависящая от соот­ношения δ и δ_к. Значение b'_к при b_к = 10 мм определяется по табл. 9.10 либо из выражения

b'_к = γ'δ (9.14)

Таблица 9.10. Расчетная ширина радиальных каналов ft; при Ь* = 10 мм

δ, мм	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,5	3,0
b'к, мм	7,3	7,1	7,0 _	6,9	6,8	6,7	6,2	5,7

где

Конструктивную длину сердечника ротора в машинах с h < 250 мм берут равной длине сердечника статора, т. е. l₂ = l₁. В двигателях больших габаритов ротор выполняют длиннее статора за счет увеличения длины его крайних пакетов на 5 мм и в крупных машинах высокого напряжения — на 10 мм.

Длина стали сердечника ротора

l_ст2 = = l₂ – n_кb_к (9.15)

Следующий этап расчета включает определение числа пазов ста­тора Z₁ и числа витков в фазе обмотки статора w₁. При этом число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка двигателя и индукция в воздушном зазоре как можно бо­лее близко совпадали с их значениями, принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

---

Чтобы выполнить эти условия, вначале выбирают предваритель­но зубцовое деление t_z1, в зависимости от типа обмотки, номиналь­ного напряжения и полюсного деления машины. Для более равно­мерного распределения катушек обмотки по длине окружности зазора необходимо большое число пазов, а следовательно, малень­кие зубцовые деления. В то же время ширина паза, составляющая примерно половину зубцового деления, не должна быть слишком малой, так как в этом случае ухудшается заполнение паза медью об­мотки, а в машинах небольшой мощности может также недопусти­мо уменьшиться механическая прочность зубцов. Кроме того, надо иметь в виду, что стоимость машины с увеличением числа пазов воз­растает, так как увеличиваются сложность штампа и трудоемкость изготовления и укладки обмоток.

Значения зубцовых делений статора асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода, необходимые для предварительного выбора числа пазов, приведены на рис. 9.26. Меньшие значения в каждой из показанных на рисунке областей возможных значений t_z1 характерны для машин меньшей мощности для каждого из диапазо­нов высот осей вращения. Следует отметить, что двигатели с h ≥ 280 мм обычно выполняют с обмоткой из прямоугольного провода, но в многополюсном исполнении при 2р ≥ 10 (в двигателях с h = 280 и 315 мм) из-за малой высоты спинки статора размещение лобовых частей катушек из прямоугольного провода затруднено, поэтому такие машины выполняют с намоткой из круглого провода, имеющей мягкие, легко поддаю­щиеся формовке лобовые части.

Для машин с обмоткой из прямоугольного провода при U_ном ≤ 660 В и в высоковольтных машинах t_z1 зависит от мощности и номинального напряжения и может быть взято в соответствии с данными табл. 9.11. В процессе расчета целесообразно не ограничиваться выбором какого-либо одного конкретного зубцового деле­ния, а, руководствуясь приведенными выше соображениями, рассмотреть диапазон возможных значений t_z1 в пределах указанных

значений зубцовых делений t_z1min...t_z2max. Тогда возможность числа пазов статора, соответствующих выбранному диапазону t_z1,

(9.16)

Рис. 9.26. Зубцовые деления статоров асинхронных

двигателей с обмоткой из круглого провода

с высотами оси вра­щения:

1 — h < 90 мм;

2 — 90 < h < 250 мм; 3 — h < 280 мм

Таблица9.11. Зубцовое деление статора fzi, м, при прямоугольных пазах

Полюсное деление τ, м	Напряжение, В
	до 660	3000	6000
Менее 0,15	0,016—0,02	0,022—0,025	0,024—0,03
0,15—0,4	0,017—0,022	0,024—0,027	0,026—0,024
Более 0,4	0,02—0,028	0,026—0,032	0,028—0,038

Окончательное число пазов статора Z₁ следует выбирать в полу­ченных пределах с учетом условий, налагаемых требованиями сим­метрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значе­ния числа пазов на полюс и фазу q₁. Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число q₁ = Z₁/(2pm) в большинстве асинхронных машин должно быть целым. Лишь в многополюсных асинхронных двигателях иногда выполняют такое число пазов, при котором q₁ является дробным, причем большей частью со знаменателем дробности, равным двум, например q₁ = 2 ¹/₂ или 3 ¹/₂. В отдельных случаях это правило может быть нарушено, однако необходимо иметь в виду, что обмотки с дробным q₁ при сравнительно небольших числах пазов и полюсов, характерных для большинства асинхронных двигателей, приводят к некоторой асимметрии МДС. Поэтому выбор окончательного чис­ла пазов следует проводить с четкой увязкой и контролем получае­мого при этом числа q. Окончательное значение t_z1 = πD/(2pmq) не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10 % и в любом случае для двигателей с h ≥ 56 мм не должно быть менее 6—7 мм.

---

При определении числа эффективных проводников в пазу u_п ру­ководствуются следующим: u_п должно быть целым, а в двухслойной обмотке желательно, чтобы оно было кратным двум. Применение двухслойных обмоток с нечетным u_п допускается лишь в исключите­льных случаях, так как это приводит к необходимости выполнять разновитковые катушки, что усложняет технологию изготовления и укладки обмотки. Поэтому полученные в расчете числа u_п прихо­дится округлять до ближайшего целого или четного числа. Чтобы это округление не было слишком грубым (что особенно заметно при малых u_п), вначале определяют предварительное число эффектив­ных проводников в пазу u'_п при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а = 1):

u'_п = πDA / I_1ном Z₁, (9.17)

где А — принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м: I_1ном — но­минальный ток обмотки статора, А:

I_1ном = Р₂ / (mU_1ном η cosφ) (9.18)

(η и cos φ заданы или выбраны в начале расчета).

Полученное по (9.17) значение u'_п не округляют до целого, а на­ходят такое число параллельных ветвей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетворять отмеченным условиям, либо потребует лишь незна­чительного изменения:

u_п = а u'_п. (9.19)

Число а при этом, естественно, может быть взято только из ряда возможных чисел параллельных ветвей для обмотки данного типа и заданного числа полюсов (см. гл. 3).

Полученное из (9.19) число округляют до ближайшего целого или четного в зависимости от типа обмотки.

Принятое на данном этапе расчета число параллельных ветвей а в дальнейшем при выборе размеров и числа элементарных провод­ников может быть изменено. В этом случае пропорционально изме­няется также и u_п

Окончательное число витков в фазе обмотки

w₁ = U_п Z₁/ (2am). (9.20)

Окончательное значение линейной нагрузки, А/м,

А = 2I_1ном w_i m / (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 u_п 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 k_об = k_p k_y рассчитывают в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q и укорочения шага обмотки β = y_расч / τ, где у_рaсч — 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 k_об1 уточняют значение потока Ф, Вб:

Ф = (9.22)

и определяют индукцию в воздушном зазоре В_δ, Тл:

В_δ = . (9.23)

Если полученное значение В_δ выходит за пределы рекомендуе­мой области (см. рис. 9.22 — 9.24) более чем на ± 5 %, следует принять другое значение числа u_п 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:

q_эф1 = I_1ном / (аJ₁) . (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 q_эл и число элементарных проводников n_эл, составляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр d_эл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:

---

q_эл n_эл = q_эф. (9.26)

В обмотках из круглого провода число элементарных проводни­ков может быть взято до 8—10, но при большом n_эл 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 q_эф > 20 мм², то прямоугольные провод­ники подразделяют на элементарные так, чтобы q_эл ≤ 17...20 мм².

В обмотках из прямоугольного провода, укладываемых в открытые пазы, n_эл обычно не более 2. При n_эл = 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 U_ном=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 q_эл, n_эл и а следует уточнить плот­ность тока в обмотке, которая может несколько измениться по срав­нению с предварительно принятой при подборе сечений элементар­ных проводников:

J₁ = I_1ном / (аq_эл n_эл). (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).

---

Смотрите также файлы

• Глава 11 Проектирование машин постоянного тока.doc

• Глава 12 Системы автоматизированного проектирования электрических машин.doc

• Обложка.doc

• Огавление.doc

• Предисловие.doc