Файл: ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.04.2019

Просмотров: 4186

Скачиваний: 11

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 / (2Ba lст1kст1); (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,


bz1min = (9.29)


или ширина зубца на расстоянии 1/3 его высоты от наиболее узкой ча­сти



bz1/3 = (9.30)


Значение коэффициента заполнения сердечника сталью следует брать из табл. 9.13.










Таблица 9.13. Способы изолирования листов электротехнической стали

и коэффициенты заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора

с номинальным напряжением до 660 В


Высота оси вращения

Статор

Короткозамкнутый ротор

Фазный ротор

Способ изолирования листов

kc

Способ изолирования листов

kc

Способ изолирования листов

kc

50-250


Оксидирование


0,97



Оксидирование


0,97



280-355

Лакировка

0,95


0,97

Лакировка

0,95


Размеры паза вначале определяют без учета размеров и числа проводников обмотки, исходя только из допустимых значений ин­дукций в зубцах и ярме статора:

высота паза, м,


hп1 = ; (9.31)


ширина паза, м,


bп = tz1bz1min (9.32)


или


bп = (9.33)


Обычно bп ≈ (0,4…0,5)tz1

Предварительно определенная ширина паза bп используется для выбора размеров обмоточного провода. Ширина проводника b должна быть меньше ширины паза на толщину всей изоляции с учетом допусков, т. е. корпусной, витковой (если она устанавливается в данной конструкции) и проводниковой (2bиз), а также припусков на сборку сердечников (bп см. ниже) :


bп = bп - Δ'из (9.34)


где Δ'из - толщина всей изоляции.

Все данные по толщине этих видов изоляции берутся из соответствующих таблиц в зависимости от номинального напряжения и мощности машины, конструкции и класса нагревостойкости изоляции.(см. гл. 3).

Если эффективный проводник обмотки состоит из двух элементарных проводников, то ширина каждого из них будет равна:


b = 0,5 (bп - Δ'из) (9.35)


Значения по (9.34) и (9.35) являются предварительными. Окончательная ширина проводника находится по таблице стандартных размеров обмоточных проводов (см. табл. П3.3). Из этой таблицы по предварительно определенной ширине проводника и по его расчетному сечению подбираются наиболее близкие к ним стандартные значения qэл и b и соответствующая им высота проводника а. Высота проводника при этом не должна превышать 2,5 - 3,0 мм, так как при большей высоте в проводниках, лежащих друг над другом в одном пазу, начинает проявляться эффект вытеснения тока, вызывающий неравномерное распределение плотности тока по сечению проводников и увеличивающий потери в меди обмотки. Действие этого эффекта возрастает с увеличением числа проводников по высоте паза, поэтому в многовитковых катушках высота проводников не должна превышать указанных пределов, а при малом числе витков она может быть выбрана несколько большей.

Слишком малая высота проводников (а <1 мм) вызывает значительные трудности при изготовлении катушек, так как при изгибе проводников на ребро во время намотки катушек могут произойти разрывы провода или его изоляции.


Нежелательно также применение прямоугольных проводов с близкими размерами а и b, так как в этом случае провод во время намотки катушек часто перекручивается и при рихтовке может быть повреждена изоляция на его гранях. Обычно используют провода с отношением размеров b : a, близким к 2 : 1

После уточнения размеров проводников составляется подробная спецификация паза (таблица заполнения паза) с указанием размеров проводов, названий, размеров и числа слоев изоляционных материалов, различных прокладок и т. п.

Сумма размеров по высоте и ширине паза всех проводников и изоляции с учетом необходимых допусков на разбухание изоляции и на укладку обмотки определяет размеры части паза, занятой обмоткой.

В боковых стенках верхней части открытых пазов выполняют выемки для крепления пазовых клиньев (см. Рис. 2-1). Глубина выемок под клин, высота шлица hш и высота клиновой части паза hк возрастают с увеличением мощности машины и ширины ее пазов. Обычно в асинхронных двигателях общего назначения b' – bп = 2…5 мм, hш = 0,5…1,0 мм и hк = 3…3,5 мм в машинах средней мощности и достигает 5 мм в крупных машинах.

Полученные при расчете заполнения паза его размеры являются размерами паза “в свету”, т. е. размерами реального паза в собранном шихтованном сердечнике с учетом неизбежной при этом “гребенки”, образующейся за счет допусков при штамповке листов и шихтовке магнитопроводов.

Размеры паза “в свету” будут меньше, чем в штампе, т.е. чем размеры паза паза в каждом отдельном листе после штамповки, на величину припусков, указанных в табл. 9.14.


Таблица 9.14. Припуски по ширине и высоте паза


Высота оси вращения h, мм

Припуски, мм

по ширине паза Δbп

По высоте паза Δhп

50 – 132

0,1

0,1

160 – 250

0,2

0,2

280 – 355

0,3

0,3

400 – 500

0,4

0,4


Поэтому размеры паза в штампе следующие:


(9.36)


где b'п и h'п – размеры паза “в свету”, полученные при расчете заполнения паза проводниками обмотки и изоляцией.

После того как размеры паза в штампе окончательно установлены, определяют расчетные размеры зубцов bzmin, bzmax или bz1/3 и hz (табл. 9.15).


Таблица 9.15. Расчетные размеры трапецеидальных

зубцов статора при открытых и полуоткрытых пазах


Размер

Паз по рис. 9.28, а

Паз по рис. 9.28, б

bzmin

bzmax

Bz1/3


hz


Обмотку из подразделенных катушек в машинах общего назначения с номинальным напряжением U ≤ 660 В укладывают в полузакрытые пазы (см. рис. 9.28, б). Ширина шлица паза bш выбирается из условия обеспечения свободной укладки полукатушек в паз, поэтому bш = 0,5 bп + (1,0...1,5) мм. Высоту шлица и высоту клиновой части паза выполняют в пределах hш = 0,6...0,8 мм и hк = 2,5...3,5 мм (большие значения берутся при широких пазах и большей мощности двигателей). Выбор размеров проводников, расчет заполнения паза и определение его размеров “в свету” и в штампе производят так же, как и для открытых пазов. Ширину и расчетную высоту зуб­цов определяют по формулам табл. 9.15.


Круглые обмоточные провода всыпной обмотки могут быть уложены в пазы произвольной конфигурации, поэтому размеры зубцовой зоны при всыпных обмотках выбирают таким образом, чтобы параллельные грани имели зубцы, а не пазы статора (рис. 9.29). Такие зубцы имеют постоянное, не изменяющееся с высотой зубца поперечное сече­ние, индукция в них также не из­меняется, и магнитное напряже­ние зубцов с параллельными гранями оказывается меньше, чем магнитное напряжение трапецеидальных зубцов, при том же среднем значении индукции в них. Это объясняется отсутствием в зубцах с параллельными гранями участ­ков с высокой индукцией, напряженность поля в которых резко воз­растает из-за нелинейности магнитной характеристики стали, увеличивая суммарное магнитное напряжение зубцов.

Обмотку из круглого провода укладывают в пазы одной из при­веденных на рис. 9.29, а—в конфигураций. В большинстве современ­ных двигателей, выпускаемых отечественной промышленностью, выполняют трапецеидальные пазы (рис. 9.29, а, б), хотя лучшее за­полнение паза достигается в пазах с овальной нижней частью (рис. 9.29, в). Угол наклона грани клиновой части в трапецеидаль­ных пазах у двигателей с h ≤ 250 мм обычно β = 45°, при большей высоте оси вращения β = 30°.

Принцип расчета размеров паза всыпной обмотки остается таким же, как и для пазов с прямоугольными проводами. Сначала проводят предварительный выбор размеров, исходя из допустимой индукции в зубцах и ярме статора,


bZ1 = (9.37)


и ha по (9.28).



Рис. 9.29. К расчету размеров зубцовой зоны

статоров с обмоткой из круглого провода:

а—в — различные конфигурации пазов


В дальнейшем, после расчета коэффициента заполнения паза проводниками обмотки, полученное значение bz1 уточняется. Тре­бование выполнить зубцы с параллельными гранями накладывает дополнительные условия на возможные соотношения размеров паза. Это вызывает известные трудности расчета зубцовой зоны, ко­торый рекомендуется проводить в следующей последовательности (расчетные формулы приведены только для пазов, показанных на рис. 9.29, а; для других конфигураций они могут быть легко получе­ны, исходя из условия сохранения постоянства ширины зубцов).

По допустимым индукциям в ярме и зубцах статора (см. табл. 9.12) из (9.28) и (9.37) определяют высоту ярма hа и ширину зубца bz статора. Далее находят размеры паза в штампе (см. рис. 9.29, а), м,


hп =0,5 (Da – D ) – ha (9.38)

b2 = (D+2hп)/ Z1 – bz1 (9.39)


Размер b1 определяют в зависимости от угла β :

при β = 45°


(9.40)

при β = 30°

(9.41)


Полученные размеры округляют до десятых долей миллиметра.

Высота шлица паза hш обычно лежит в пределах от 0,5 до 1 мм в зависимости от мощности двигателя. Следует иметь в виду, что hш должна быть достаточной для обеспечения механической прочности кромок зубцов, удерживающих в уплотненном состоянии проводники паза после заклиновки пазов. Однако увеличение hш приводит к возрастанию потока рассеяния паза, что в большинстве случаев нежелательно. Обычно в двигателях с h ≤ 132 мм принимают hш = 0,5 мм, в двигателях с h ≥ 160 мм увеличивают до hш = 1 мм.


Ширину шлица паза в статорах, рассчитанных на укладку обмотки вручную, принимают равной bш = dиз + (1,5...2) мм, где dиз - диаметр изолированного обмоточного провода, мм. Размер bш должен обеспечить возможность свободного пропуска проводников об­мотки через шлиц с учетом толщины изоляционных технологических прокладок, устанавливаемых при укладке обмотки для предохранения изоляции проводников от повреждений об острые кромки шлица.

В машинах с однослойной, одно-двухслойной или с двухслойной концентрической обмоткой, 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 значения bш 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

провода bш , мм


А, мм

Число полюсов двигателя

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.