Расчет размеров зубцовой зоны статора

Конфигурация пазов и зубцов определяется мощностью машины и типом обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора (табл. 1.10).

Таблица 1.10

Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл

 

Участки магнитной цепи	Обозначение	IP44
	2 p					10 и 12
Ярмо статора	Ва	1,4-1,6	1,15-1,35	1,1-1,2
Зубцы статора при постоянном сечении (всыпная обмотка)	Вz 1	1,7-1,9	1,6-1,8
Зубцы статора в наиболее узком сечении: при полуоткрытых пазах при открытых пазах	Вz 1max Вz 1max	1,75-1,95 1,6-1,8
Ярмо ротора: короткозамкнутого фазного в двигателях с U =6000 В	Вj Вj Вj	£1,45 — —	£1,25 £1,25 £1,55	£1,15 £1,05 £1,30	0,85 £0,75 £0,10
Зубцы ротора при постоянном сечении (грушевидные пазы)	Bz 2	1,75-1,85
Зубцы ротора в наиболее узком сечении: короткозамкнутого фазного	Bz 2 Bz 2	— —	1,5-1,7 1,85-2,05	1,45-1,60 1,75-1,9

 

По выбранным значениям индукций определяется высота ярма статора, м,

(1.28)

Таблица 1.10(б)

Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл

 

Участки магнитной цепи	Обозначение	IP23
	2 p
Ярмо статора	Ва	1,45-1,6	1,2-1,4	1,1-1,3
Зубцы статора при постоянном сечении (всыпная обмотка)	Вz 1	1,9-2,1	1,8-2,0	1,7-1,9
Зубцы статора в наиболее узком сечении: при полуоткрытых пазах при открытых пазах	Вz 1max Вz 1max	1,9-2,1	1,8-2,0
1,7-1,9
Ярмо ротора: короткозамкнутого фазного в двигателях с U =6000 В	Вj Вj Вj	£1,55 — —	£1,35 £1,35 £1,45	£1,25 £1,15 £1,20	£0,95 £0,85 £1,0
Зубцы ротора при постоянном сечении (грушевидные пазы)	Bz 2	1,8-1,95
Зубцы ротора в наиболее узком сечении: короткозамкнутого фазного	Bz 2 Bz 2	— —	1,6-1,8 2,0-2,2	1,55-1,70 1,9-2,05

 

 

Значение коэффициента заполнения сердечника сталью следует брать из табл. 1.11.

Таблица 1.11

Рекомендуемые марки холоднокатаной изотропной электротехнической стали, способы изолировки листов и коэффициент заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора асинхронных двигателей

 

h, мм	U в	Марка стали	Статор	Короткозамкнутый ротор	Фазный ротор
Способ изолировки листов	k c	Способ изолировки листов	k c	Способ изолировки листов	k c
50-250	£660		Оксидирование	0,97	Оксидирование	0,97	—	—
280-355	£660		Лакировка	0,95	Оксидная пленка	0,97	Лакировка	0,95
400-500			Лакировка	0,95	Лакировка	0,95	Лакировка	0,95

 

Таблица 1.12

Припуски на сборку при расчете заполнения пазов

h, мм	Припуски, мм,
по ширине паза	по высоте паза
D bп	D hп
50-132	0,1	0,1
160-250	0,2	0,2
280-355	0,3	0,3
400-560	0,4	0,3

 

Круглые обмоточные провода всыпной обмотки могут быть уложены в пазы произвольной конфигурации, поэтому размеры зубцовой зоны выбирают таким образом, чтобы зубцы статора параллельные грани (рис. 1.19). Такие зубцы имеют постоянное поперечное сечение, индукция в них также не меняется и магнитное напряжение зубцов с параллельными гранями оказывается меньше, чем магнитное напряжение трапецеидальных зубцов при том же среднем значении индукции в них.

Для всыпной обмотки могут быть выбраны пазы показанной на рис. 1.19, а — в конфигурации. В двигателях серии 4А выполняются только трапецеидальные пазы (рис. 1.19, а) с углом наклона граней клиновой части b =45° у двигателей с h £250 мм и b =30° у двигателей с h ³280 мм при 2 р =10 и 12.

 

 

Рис.1.19 К расчету размеров зубцовой зоны всыпной обмотки статора.

 

Сначала проводится предварительный выбор размеров, исходя из допустимой индукции в зубцах и ярме статора

(1.28)

и h_a по (1.28).

Расчет зубцовой зоны рекомендуется проводить в следующей последовательности (расчетные формулы приведены только для пазов, показанных на рис. 1.19, а).

По допустимым индукциям в ярме и зубцах статора (см. табл. 1.10) из (1.28) и (1.39) определяются высота ярма h_a и ширина зубца b_z статора. Далее находятся размеры паза в штампе, м,

(1.40)

; (1.41)

(1.42)

Полученные размеры округляют до десятых долей миллиметра.

Высоту шлица паза h_ш в двигателях с h £132 мм принимают h_ш =0,5 мм, в двигателях с h ³160 мм увеличивают до h_ш =1 мм.

Ширина шлица паза b_ш для двигателей при различных h и 2 р приведены в табл. 1.13.

В клиновой части паза располагаются пазовые крышки (в машинах с h £160 мм) или пазовые клинья (в более крупных машинах). Поэтому при расчете площади поперечного сечения паза эти участки не учитывают.

Площадь поперечного сечения паза в штампе, м²

(1.44)

где

h₁ = h_п – (h_ш + h_к); (1.45)

высота клиновой части паза

(1.46)

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза в свету и учесть площадь сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией S_из и прокладками в пазу S_пр. Размеры паза в свету определяются с учетом припусков на щихтовку и сборку сердечников D b_п и D h_п:

(1.47)

где D b_п и D h_п – см. табл. 1.12.

Площадь корпусной изоляции, м²,

S_из = b_из (2 h_п + b₁ + b₂), (1.48)

где b_из — односторонняя толщина изоляций в пазу, м.

Площадь прокладок в пазу, м²:

для двигателей с h =180¸250 мм

S_np = 0,4 b₁ + 0,9 b₂; (1.49)

для двигателей с h ³280 мм

S_np = 0,6(b₁ + b₂). (1.50)

При однослойной обмотке S_пр = О.

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников обмотки,

(1.51)

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза

,

который должен находиться в пределах 0,70-0,75.

 

Таблица 1.13

Средние значения ширины шлица полузакрытых пазов статора b _ш, мм

 

h, мм	Число полюсов 2 p
			6-8
50-63	1,8	1,8	1,8	—	—
	2,0	2,0	2,0	—	—
80, 90	3,0	3,0	2,7	—	—
100, 112	3,5	3,5	3,0	—	—
	4,0	3,5	3,5	—	—
160-250	4,0	3,7	3,7	—	—
280-315	—	—	—	4,0	4,0

 

Таблица 1.14

Расчетные размеры зубцов статоров при трапецеидальных или грушевидных пазах в машинах со всыпной обмоткой (рис. 1.19)

 

Размер	Рис. 1.19,а	Рис. 1.19,б	Рис. 1.19,в

 

Если полученное значение ниже указанных пределов, то площадь паза следует уменьшить за счет увеличения h_a или b_z или обоих размеров одновременно в зависимости от принятого при их расчете значения допустимой индукции. Индукция в зубцах и ярме статора при этом уменьшится. Уменьшение индукции ниже пределов, указанных в табл. 1.10, 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.

Если полученное значение k_з выше указанных пределов и его не удается уменьшить до допустимых пределов даже при размерах h_a и b_z, рассчитанных по наибольшим допустимым значениям В_а и В_z, или перейдя на большее сечение элементарного провода при уменьшении n_эл, то следует увеличить длину магнитопровода или просчитать другой вариант двигателя, изменив главные размеры.

Ширина зубца и расчетная высота паза определяются по формулам табл. 1.14. Обычно при всыпной обмотке . В некоторых случаях возможно некоторое расхождение значений и ,поэтому рекомендуется рассчитать оба значения и и при небольшом расхождении результатов взять среднюю расчетную ширину зубца: . При больших расхождениях следует изменить соотношения размеров пазов.

ВЫБОР ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА

 

Воздушный зазор d во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает его cos j и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но уменьшение d приводит к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми зазорами часто даже становится меньше.

Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор, м:

при 2 р = 2

d» (0,3 + 1,5 D)×10^-3; (1.52)

при 2 р ³4

d» (0,25 + D)×10^-3. (1.53)

Для двигателей средней и большой мощности

(1.54)

Зависимость воздушного зазора от внутреннего диаметра статора у двигателей серии 4А приведена на рис. 1.21.

Поверхностные и пульсационные потери в двигателях зависят не только от амплитуд, но и от частоты пульсаций индукции в воздушном зазоре. Для уменьшения этого вида потерь d в быстроходных двигателях выполняют большим.

 

 

Рис. 1.21 К выбору воздушного зазора в асинронных двигателях.

 

Воздушный зазор, полученный по эмпирическим формулам или из графиков, следует округлять до 0,05 мм при d <0,5 мм и до 0,1 мм при d >0,5 мм. Например: 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,6 мм и т. д.

Далее необходимо провести механический расчет вала проектируемого двигателя. Прогиб вала не должен быть больше 10% воздушного зазора.