Проектирование асинхронных машин 5 глава


 

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 / (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
10 и 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 = tz1 – bz1min (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 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
2 6-8
50-63 1,8 1,8 1,8 - -
- -
80-90 2,7 - -
100,112 3,5 3,5 - -
3,5 3,5 - -
160-250 3,7 3,7 - -
280-315 - - -

 

 

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.

 

 

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 = (d2из uп nэл) / 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 ha 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.



Дата добавления: 2017-05-02; просмотров: 3876;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.044 сек.