Пазы, обмотка и ярмо статора

10.8.1. Размеры пазов статора

После того как окончательно установлены число пазов статора и зубцовое деление , приступают к определению размеров паза и проводников обмотки.

Опыт проектирования и теоретический анализ показывают, что с точки зрения наилучшего использования машины существует оптимум ширины паза к зубцовому делению . При прямоугольных пазах, которые применяют для машин мощностью выше 100 кВт, оптимальное отношение в среднем составляет 0, 42, причем небольшие отклонения существенно не отражаются на показателях машины. Исходя из этого, можно предварительно определить ширину паза по соотношению

(10.21)

Большие значения относятся к машинам меньших габаритов. Ширину паза берут тем больше, чем выше напряжение машины и чем толще изоляция. При узких пазах снижается коэффициент заполнения паза медью. С другой стороны, с увеличением ширины паза увеличиваются добавочные потери на поверхности полюсных наконечников. Обычно ширина паза лежит в пределах 10…20 м. Окончательно ширину паза устанавливают после выбора проводников обмотки.

Сечение эффективного проводника обмотки статора

(10.22)

Допустимая плотность тока определяется по произведению , которое является характеристикой тепловой нагрузки обмотки и зависит от класса нагревостойкости применяемой изоляции. На рис. 10.16 дана зависимость для серийных синхронных машин с изоляцией класса В. При применении изоляции класса F значения , приведенные на рис. 10.16, можно увеличить на 25…30%, а при изоляции класса H — на 40…45%.

Рис. 10.16. Зависимость от для синхронных машин:

1 — 13 и 14-го габаритов; 2 — 16 и 17-го габаритов;

3 — 18—21-го габаритов

Плотность тока

. (10.23)

При определении размеров проводника можно исходить из следующих рекомендаций.

В целях уменьшения потерь от вихревых токов проводники в паз укладываются плашмя. Размеры проводника по высоте паза — толщину проводника — не следует брать больше 3…3, 5 мм. Поперечное сечение проводника по возможности не должно превышать 18…20 мм². Если найденное сечение больше 18…20 мм2, то целесообразно его разбить на несколько элементарных проводников:

Число элементарных проводников в одном эффективном в общем случае

, (10.24)

где — число элементарных проводников по ширине паза (обычно один или два); — число проводников, располагаемых по высоте паза (от 1 до 4).

Возможная ширина изолированных проводников

(10.25)

Двусторонняя толщина изоляции паза по его ширине зависит от конструкции изоляции и номинального напряжения машины. Примеры выполнения изоляции обмоток статора даны в гл. 3.

В синхронных машинах от 100 кВт и выше, выпускаемых промышленностью в настоящее время, применяется термореактивная или непрерывная изоляция класса нагревостойкости B, спецификация которой дана в табл. 3.5. Двусторонняя толщина этой изоляции составляет 6 мм при B, 4, 7 мм при B и 2, 2 мм при B.

Предварительная ширина элементарного проводника с изоляцией

мм. (10.26)

Ширина этого проводника без изоляции

,

где — двусторонняя толщина изоляции проводника. Двусторонняя толщина изоляции проводников различных марок дана в табл. П3.4. Для синхронных машин при номинальном напряжении от 3000 до 6000 B для обмотки якоря применяют провода с эмалеволокнистой изоляцией марки ПЭТВСД, не требующие наложения дополнительной витковой изоляции. Двусторонняя толщина изоляции таких проводов равна 0, 5 мм.

При номинальном напряжении 10000 B для обмотки якоря применяют провода ПСД. В качестве витковой изоляции накладывают вполнахлеста один слой стеклослюдинитовой ленты толщиной 0, 09 мм. При напряжении менее 660 B применяют провода марок ПСД или ПЭТВП. По необходимому сечению элементарного проводника и найденной предварительно его ширине по табл. П3.3 выбирают стандартный ближайший проводник. Одновременно с шириной определяют и высоту проводника . Значения для выбранного стандартного проводника принимают за окончательные. По найденным значениям уточняют размеры изолированного элементарного проводника:

;

.

После выбора проводников уточняют размеры паза:

ширина паза

, ; (10.27)

высота паза

, (10.28)

где — высота клина: мм; — суммарная толщина изоляции по высоте паза (определяется по табл. 3.5); — допуски на разбухание изоляции: — технологические допуски на укладку: мм.

Иногда в синхронных машинах применяется возбуждение полюсов от дополнительной обмотки, закладываемой в пазы статора. В зависимости от схемы возбуждения эта обмотка вместе с изоляцией занимает около 20% площади паза. При наличии такой обмотки высоту паза, найденную по (10.28), следует увеличить в 1, 2—1, 25 раза.

Размеры паза «в свету» округляют до десятых долей миллиметра.

Обычно = 4…6, 5 для машин с = 600…6600 B и 3, 5…4, 5 для машин с = 380…400 B. Далее производят уточнение сечения эффективного проводника и плотности тока в нем. Сечение эффективного проводника равно сумме сечений элементарных проводников:

. (10.29)

Фактическая плотность тока, А/м²,

. (10.30)

Окончательно размеры паза устанавливают после вычерчивания масштабного эскиза паза, составления его подробной спецификации и проверки максимальной индукции в зубце, индукции в спинке статора, а также перепада температуры в изоляции.

Максимальная индукция в зубце, Тл,

. (10.31)

Индукция обычно лежит в пределах 1, 6…2 Тл. Индукция в спинке статора, Тл,

, (10.32)

где — высота спинки статора, м.

Расчетный коэффициент полюсного перекрытия можно приближенно принять равным 0, 65—0, 68. Индукция имеет значения 1, 2…1, 45 Тл.

Коэффициент заполнения пакета сталью берется из табл. 2.1.

Статоры синхронных машин при частоте 50 Гц чаще всего выполняют из лакированных листов толщиной 0, 5 мм .

Перепад температуры в изоляции паза

, (10.33)

где — коэффициент добавочных потерь: = 1, 03…1, 1; — теплопроводность изоляции: =1·10^-5 Вт/(м·⁰С) — для некомпаундированной изоляции; =1, 6·10^-5 Вт/(м·⁰С) для компаундированной изоляции; =2, 2·10^-5 Вт/(м·⁰С) для изоляции, выполненной по способу «монолит».

Для изоляции класса нагревостойкости B перепад температуры не должен превышать 30…35 ⁰С.

В (10.31)—(10.33) линейные размеры подставляются в метрах, — в А/м2, — в А/м, — в Тл.

Если индукции или превышают рекомендуемые пределы, то следует скорректировать размеры паза и проводов.

Как сказано выше, для машин низкого напряжения мощностью до 100 кВт (5—9-й габариты) в основном применяют полузакрытые пазы со всыпной обмоткой. Данные об изоляции таких пазов приведены в табл. 3.1. В синхронных машинах, выпускаемых в настоящее время промышленностью, для обмоток статора применяют изоляцию класса «монолит». Обмотку выполняют из круглых проводников. Марку проводников выбирают в зависимости от принятой нагревостойкости изоляции. При нагревостойкости изоляции класса B рекомендуется применять провода марок ПЭТВ, ПЭТВМ или ПСД, а при классе F — провода ПЭТ-155, ПЭТМ, ПСД, ПСДКТ. Возможно, также применение проводников и других марок (см. гл. 2). При выполнении обмотки из круглых проводников не следует их диаметр выбирать более 2 мм, так как при больших сечениях эффективного проводника его целесообразно разбить на несколько элементарных , а иногда выполнить обмотку в несколько параллельных ветвей.

Сечение элементарного проводника, м²,

. (10.34)

Путем подбора и добиваются, чтобы м² . Плотность тока при изоляции класса нагревостойкости B выбирают в пределах (6, 9—7, 5) ·10⁶ А/м для машин с об/мин и (5, 9—6, 5) ·10⁶ А/м для машин с об/мин. Нижние пределы соответствуют более мощным машинам. При изоляции класса нагревостойкости F плотность тока в проводниках может быть повышена в 1, 15 раза, а при изоляции класса нагревостойкости H — в 1, 25 раза. По найденному сечению из табл. П3.1 подбирают размеры стандартного провода, после чего определяют сечение эффективного проводника и уточняют плотность тока.

Необходимую площадь паза , для размещения изолированных проводников находят, задавшись коэффициентом заполнения .

, (10.35)

где — диаметр элементарного изолированного проводника; — сечение паза без учета пазовой изоляции, площади клина и междукатушечной прокладки; — коэффициент заполнения: меньшие значения рекомендуется выбирать для относительно длинных машин с большим числом проводников в пазу .

При наличии дополнительной обмотки в пазах статора площадь следует увеличить в 1, 25 раза.

Размеры паза устанавливают после вычерчивания в масштабе одного зубцового деления (рис. 10.17). Сначала на чертеже наносят зубцы. Зубец, кроме верхней своей части, имеет одинаковую ширину , которую можно определить, исходя из допустимого значения индукции :

. (10.36)

Значения выбирают в пределах 1, 55…1, 85 Тл; высота клина 2, 5…3 мм.

Рис. 10.17. К определению размеров полузакрытого паза при всыпной обмотке

Пространство, ограниченное зубцами и клином, за вычетом изоляции представляет часть паза, в котором размещаются проводники обмотки. Высоту этой части подбирают, исходя из того, чтобы площадь образовавшейся фигуры (на рис. 10.17 — трапеции) была равна . Для свободного проталкивания проводника при укладке обмотки ширину щели полузакрытых пазов выбирают на 1, 5…2 мм больше диаметра изолированного проводника. Высота шлица мм. После того как будут установлены размеры паза, следует по (10.32) проверить индукцию в спинке статора.

10.8.2. Обмотка статора.

Эффективные витки в фазе обмотки статора

(10.37)

Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укороченным шагом. Шаг обмотки обычно выбирают в пределах

, (10.38)

где округляют до целого числа; .

Коэффициент укорочения

. (10.39)

Коэффициент распределения

. (10.40)

При дробном числе пазов на полюс и фазу в (10.40) вместо подставляют .

Обмоточный коэффициент

. (10.41)