Выбор типа обмотки и расчёт зубцовой зоны статора

Для статоров синхронных машин общего назначения мощностью от сотен до нескольких тысяч киловатт применяют двухслойные катушечные петлевые обмотки с числом эффективных проводников в пазу u _п более двух. По условиям технологии каждый эффективный проводник может состоять из одного или нескольких элементарных прямоугольных проводников с сечением 12–20 мм². Ток в таком составном проводнике допускается от 50 до 150, реже до 250 А. Если номинальный фазный ток машины I _нф превышает указанные пределы, то обмотку выполняют с несколькими параллельными ветвями a ₁.

Номинальный фазный ток I _нф обмотки статора при рекомендуемом соединении ее в звезду равен линейному току:

Тогда число параллельных ветвей

Причём число a ₁ должно быть целым и кратным 2 р. В дальнейшем a ₁ нужно увязать с выбранным числом пазов статора Z ₁.

При необходимости ток в составном проводнике можно принимать больше 250 А. В этом случае произведение этого тока на число проводников в пазу u _п не должно превышать 3000 А.

Рис. 2.1

Число пазов Z ₁ существенно влияет на технико-экономические показатели проектируемой машины, поэтому оптимальное число Z ₁ можно выбрать только после расчета и сравнения между собой ряда вариантов.

Зубцовое деление статора

Определив из рис. 2.1 при полученном ранее значении τ максимальное и минимальное значения t ₁, находят соответствующие им числа пазов (зубцов) машины:

Из диапазона Z _lmax – Z _lmin выбирают такое целое число Z, при котором выполняются следующие требования:

2.1. Z _l должно быть кратным числу фаз m и числу параллельных ветвей a ₁, т.е. – целое число.

2.2. Число пазов на полюс и фазу должно быть целым или дробным вида q ₁= b + c/d (b – целое число, а c/d – правильная несократимая дробь, причем d не кратно m и меньше p). При 2 р < 8 чаще всего выбирают целое число q ₁ = 3(2) – 5 (большие значения для машин с меньшим числом полюсов). При 2 р > 8 и малом τ можно выбирать обмотки с дробным q ₁ ().

2.3. При целом q ₁ отношение 2 р / a ₁ должно быть целым. При дробном q ₁ должно быть целым числом отношение .

2.4. Для удобства сегментировки статора при D_a >0,99 м желательно, чтобы величина Z _l разлагалась на возможно большее число простых множителей (2, 3, 5).

2.5. Для машин с D_а > 3,25 м число пазов должно быть кратным числу разъемов статора, выполняемых для возможной транспортировки по железной дороге.

Из диапазона Z _lmax – Z _lmin выбирают такое Z _l, которое наиболее полно удовлетворяет указанным требованиям. Затем определяют и число эффективных проводников в пазу

которое округляют до ближайшего чётного числа.

По найденному значению u _п уточняют линейную нагрузку

.

Число пазов Z _l следует принять таким, при котором уточненное значение А отличается от выбранного в начале расчета более, чем на 10 %. Полученные таким образом значения Z ₁, u _п, a ₁, q ₁ и А для машин с D_а ≤ 0,99 м являются окончательными. В случае D_a > 0,99 м число пазов устанавливают после выполнения сегментировки статора.

 

Выполнение сегментировки статора

Листы электротехнической стали выпускают с максимальной шириной 1000 мм. Поэтому если D_a > 0,99 м, то магнитопровод статора собирают из отдельных сегментов. Хорда сегмента Н (рис. 3.1) с минимальным припуском на штамповку (5 – 10 мм) должна быть возможно ближе к ширине одного из стандартных листов электротехнической стали, имеющих размеры 600x1500, 750x1500, 860x1720, 1000x2000 мм.

Рис. 3.1

Если принять, что число сегментов в полной окружности статора равно S _cт, то хорда

Предпочтение следует отдать целому числу сегментов в пределах от 6 до 18. Каждый сегмент должен иметь целое число пазовых делений, а стыки между соседними сегментами должны приходиться на середину паза. При четном числе пазовых делений в сегменте каждый следующий их слой сдвигается на 1/2 сегмента, а при нечетном (кратном трем) – на 1/3 сегмента.

Решать задачу сегментировки можно двояко:

1. При данном Z ₁ находят возможные варианты чисел сегментов и их хорд, причем число сегментов должно быть кратным числу пазов и определяется разложением числа Z ₁ на множители.

2. Задаются рядом значений Н и приближенно находят число сегментов

.

Хорда Н может быть равна одному из размеров: 370, 420, 490, 590, 740, 850 мм. Затем, округляя S _ст до целого или дробного числа, добиваются, чтобы число зубцов Z_s в сегменте было равно целому числу Z_s=Z ₁/ S _ст, после чего по формуле для расчёта H уточняют длину хорды. Результаты расчета для удобства сопоставления сводят в таблицу.

Полученные после сегментировки значения Z ₁, a ₁, q ₁, u _п принимают окончательно для дальнейших расчетов.