Расчет зубцовой зоны и обмотки статора

При расчёте обмотки статора определяется число пазов статора, число витков в фазе обмотки и сечение проводника. 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. Предварительно была выбрана однослойная шаблонная обмотка. При однослойной обмотке необходимость в такой прокладке отпадает, вследствие чего повышается заполнение паза обмоточным проводом. Другим преимуществом однослойной обмотки является более легкая механизация укладки ее в пазы.

2.2.1 Так как у нас машина мощностью до 1000 кВт, то применим всыпную обмотку.

2.2.2 Выбор предельных значений зубцового деления статора t₁ произведем по графику [рисунок 6]

Рисунок 6 – Зубцовое деление статора асинхронных двигателей со всыпной обмоткой.

Максимальное значение: t_Z1max=0, 0083 м.

Минимальное значение: t_Z1min=0, 006 м.

Число пазов статора: ,

Следовательно

Окончательное значение Z₁ выберем в этих пределах с учетом того, что оно должно быть кратным числу фаз, а число пазов на полюс и фазу q должно быть целым

Тот есть, возьмем Z₁ =36.

Зубцовое деление статора (окончательно): ;

2.2.3 Число эффективных проводников в пазу

где - число эффективных проводников в пазу для случая, когда число параллельных ветвей обмотки а =1,

,

где

так как максимальное число параллельных ветвей однослойной обмотки равно числу пар полюсов, то примем a=1

2.2.4 Число витков в фазе обмотки

2.2.5 Окончательное значение линейной нагрузки

2.2.6 Значение обмоточного коэффициента находим как

,

коэффициент распределения.

- коэффициент укорочения,

2.2.7 Магнитный поток

Утончённое значение магнитной индукции в воздушном зазоре

Данные значения подходят в рекомендуемый диапозон

Сечение эффективного проводника определяется, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке. С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышение 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. Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока. Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учётом линейной нагрузки.

2.2.8 Допустимая плотность тока

где - допустимое значение произведения линейной нагрузки и плотности тока.

Из [1, рисунок 9.27] определим: А²/м³.

Рисунок 7. Средние значения произведения AJ асинхронных двигателей со степенью защиты IP44

Сечение эффективного проводника

мм².

2.2.9 Т.к. h< 132 мм, то класс нагревостойкости изоляции примем B.

Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1, 8 мм, однако в современных двигателях для повышения надёжности обмотки и упрощения её укладки в пазы используют провода меньшего диаметра. При ручной укладке диаметр провода не должен превышать 1, 7 мм. Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник разделяется на несколько элементарных n_эл.

2.2.10 Для всыпной обмотки применим круглые медные эмалированные провода марки ПЭТВ (класс В). Диаметр изолированного провода должен быть не более 1, 4 мм механизированной укладке. [1, Таблица П3.1]

Возьмем ,

Таблица 1

Уточним плотность тока

q_эл1=0.283 мм²

Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нём проводников обмотки с учётом всей изоляции и во-вторых, чтобы значения индукции в зубцах и ярме статора находились в определённых пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника.

В связи с тем, что обмоточный провод круглого сечения, то он может быть уложен в пазы произвольной конфигурации, поэтому размеры зубцовой зоны при всыпной обмотке выбираем таким образом, чтобы зубцы имели не параллельные грани.

Такие зубцы имеют непостоянное, изменяющееся с высотой зубца поперечное сечение, индукция в них также меняется и магнитное напряжение зубцов с не параллельными гранями оказывается больше, чем магнитное напряжение не трапециидальных зубцов при том же среднем значении индукции в них.

2.2.11 Конфигурация пазов статора.

Марку стали выбираем по [рисунок 8].

Рисунок 8. Выбор марки стали по высоте оси вращения.

Марка стали: 2013.

Способ изолировки листов по [1. Таблица 9.13]: оксидирование.

Таблица 2 Способы изолирования листов электротехнической стали и коэффициенты заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора с номинальным напряжения до 660 В

К_с=0, 97 – коэффициент заполнения сердечника сталью.

При всыпных обмотках параллельные стенки имеют зубцы, а не пазы статора. Т.к. у нас мм и серия 4А, то применим трапецеидальные пазы с углом наклона и мм, показанные на рисунке 1.

Высота ярма статора

где

Длина сердечника статора была увеличена для соблюдения попадания расчетного коэффициенту заполнения проводниками свободной от изоляции площади паза в рекомендуемый интервал. Так же можно сделать вывод что принятые главные размеры двигателя занижены.

В_а =1, 5 Тл – значение индукции в ярме статора,

В_z1 =1.9 Тл – значение индукции на зубцах.

Ширина зубца

Размеры паза, в штампе

полная высотам паза

большая ширина паза

меньшая ширина паза

где м, м.

Высота паза, предназначенная для укладки обмотки

Размеры паза в свету

;

где м, м.

Площадь корпусной изоляции

,

где м, односторонняя толщина изоляции в пазу.

Материал для корпусной изоляции изофлекс

Так как h=71 мм, то в пазу отсутствуют прокладки

Площадь прокладок в пазу м².

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников обмотки

Произведем контроль правильности размещения обмотки в пазах по коэффициенту заполнения проводниками свободной от изоляции площади паза

где [Таблица 1].

Полученное значение входит в допустимый диапазон значений при механизированной укладке.

Рисунок 9. К расчету размеров зубцовой зоны всыпной обмотки статора.

Рисунок 10. Трапецеидальный паз статора