ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 10

со степенью защиты IP23 при высоте оси вращения:

а – h = 160…250 мм; б – h ≥ 280 мм;

Рис. 9.24. Электромагнитные нагрузки асинхрон­ных

двигателей высокого напряжения со степе­нью защиты IP23

Основываясь на этом, значения коэффициентов предварительно принимают равными:

α_δ = 2/π ≈ 0,64; k_В = π/(2 ) = 1,11.

Предварительное значение обмоточного коэффициента k0e\ вы­бирают в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток k_oб1 = 0,95...0,96. Для двухслойных и одно-двухслойных об­моток при 2р = 2 следует принимать k_oб1 = 0,90... 0,91 и при большей полюсности k_oб1 = 0,91. ..0,92.

Синхронная угловая частота двигателя Ω, рад/с, рассчитывается по формуле

Ω = 2π или Ω = 2π (9.5)

где n₁ — синхронная частота вращения, об/мин; f₁ — частота пита­ния, Гц.

Из (9.1), с учетом значения α_δ , расчетная длина магнитопровода, м,

. (9.6)

Критерием правильности выбора главных размеров D и l_δ слу­жит отношение λ = l_δ /τ, которое обычно находится в пределах, пока­занных на рис. 9.25 для принятого исполнения машины. Если λ ока­зывается чрезмерно большим, то следует повторить расчет для ближайшей из стандартного рада большей высоты оси вращения А. Если К слишком мало, то расчет повторяют для следующей в стан­дартном раду меньшей высоты h.

На этом выбор главных размеров заканчивается. В результате проделанных вычислений получены значения высоты оси вращения h, внутреннего диаметра статора D, внешнего диаметра статора D_а, расчетной длины магнитопровода l_δ и полюсного деления τ.

Рис. 9.25. Отношение λ = l_δ /τ у двигателей исполнения

по степени защиты:

а – IP44; б – IP23

Для расчета магнитной цепи помимо l_δ необходимо определить ценностью конструктивную длину и длину стали сердечников статора (l₁ и l_ст1) и ротора (l₂ и l_ст2). В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250. ..300 мм, радиальные вентиля­ционные каналы не делают. Сердечники шихтуются в один пакет. Для такой конструкции

l₁ = l_ст1 = l_δ. (9.7)

В более длинных машинах сердечники подразделяют на отдель­ные пакеты, разделенные между собой радиальными вентиляцион­ными каналами. В двигателях с фазными роторами или со сварной короткозамкнутой обмоткой пакеты выполняют длиной 40...60 мм. Крайние пакеты могут быть более длинными. В двигателях с литой короткозамкнутой обмоткой ротора число пакетов по технологиче­ским соображениям из-за сложности заливки уменьшают и пакеты выполняют более длинными.

Стандартная ширина радиального воздушного канала между па­кетами b_k = 10 мм. Число пакетов n_пак и их длина l_пак связаны с рас­четной длиной следующим соотношением:

n_пак = l_ст / l_пак ≈ l_δ / l_пак = целое число, (9.8)

при этом число радиальных каналов n_к = n_{пак - 1}.

Длина стали сердечника статора в таких машинах

l_ст1 = l_пак n_пак, (9.9)

или при пакетах разной длины

l_ст1 = (9.10)

Конструктивная длина сердечника статора

l₁ = l_ст1 + b_к n_к. (9.11)

Окончательное значение l_δ для машин с δ < 1,5 мм

l_δ ≈ l_ст1. (9.12)

В машинах с δ ≥ 1,5 мм при расчете l_δ учитывают искривление магнитных силовых линий потока в воздушном зазоре над радиаль­ными вентиляционными каналами (см. § 4.2):

l_δ ≈ l₁ - b'_к n_к, (9.13)

где b'_к — расчетная ширина радиальных каналов, зависящая от соот­ношения δ и δ_к. Значение b'_к при b_к = 10 мм определяется по табл. 9.10 либо из выражения

b'_к = γ'δ (9.14)

Таблица 9.10. Расчетная ширина радиальных каналов ft; при Ь* = 10 мм

где

Конструктивную длину сердечника ротора в машинах с h < 250 мм берут равной длине сердечника статора, т. е. l₂ = l₁. В двигателях больших габаритов ротор выполняют длиннее статора за счет увеличения длины его крайних пакетов на 5 мм и в крупных машинах высокого напряжения — на 10 мм.

Длина стали сердечника ротора

l_ст2 = = l₂ – n_кb_к (9.15)

Следующий этап расчета включает определение числа пазов ста­тора Z₁ и числа витков в фазе обмотки статора w₁. 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.

Чтобы выполнить эти условия, вначале выбирают предваритель­но зубцовое деление t_z1, в зависимости от типа обмотки, номиналь­ного напряжения и полюсного деления машины. Для более равно­мерного распределения катушек обмотки по длине окружности зазора необходимо большое число пазов, а следовательно, малень­кие зубцовые деления. В то же время ширина паза, составляющая примерно половину зубцового деления, не должна быть слишком малой, так как в этом случае ухудшается заполнение паза медью об­мотки, а в машинах небольшой мощности может также недопусти­мо уменьшиться механическая прочность зубцов. Кроме того, надо иметь в виду, что стоимость машины с увеличением числа пазов воз­растает, так как увеличиваются сложность штампа и трудоемкость изготовления и укладки обмоток.

Значения зубцовых делений статора асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода, необходимые для предварительного выбора числа пазов, приведены на рис. 9.26. Меньшие значения в каждой из показанных на рисунке областей возможных значений t_z1 характерны для машин меньшей мощности для каждого из диапазо­нов высот осей вращения. Следует отметить, что двигатели с h ≥ 280 мм обычно выполняют с обмоткой из прямоугольного провода, но в многополюсном исполнении при 2р ≥ 10 (в двигателях с h = 280 и 315 мм) из-за малой высоты спинки статора размещение лобовых частей катушек из прямоугольного провода затруднено, поэтому такие машины выполняют с намоткой из круглого провода, имеющей мягкие, легко поддаю­щиеся формовке лобовые части.

Для машин с обмоткой из прямоугольного провода при U_ном ≤ 660 В и в высоковольтных машинах t_z1 зависит от мощности и номинального напряжения и может быть взято в соответствии с данными табл. 9.11. В процессе расчета целесообразно не ограничиваться выбором какого-либо одного конкретного зубцового деле­ния, а, руководствуясь приведенными выше соображениями, рассмотреть диапазон возможных значений t_z1 в пределах указанных

значений зубцовых делений t_z1min...t_z2max. Тогда возможность числа пазов статора, соответствующих выбранному диапазону t_z1,

(9.16)

Рис. 9.26. Зубцовые деления статоров асинхронных

двигателей с обмоткой из круглого провода

с высотами оси вра­щения:

1 — h < 90 мм;

2 — 90 < h < 250 мм; 3 — h < 280 мм

Таблица9.11. Зубцовое деление статора fzi, м, при прямоугольных пазах

Окончательное число пазов статора Z₁ следует выбирать в полу­ченных пределах с учетом условий, налагаемых требованиями сим­метрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значе­ния числа пазов на полюс и фазу q₁. Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число q₁ = Z₁/(2pm) в большинстве асинхронных машин должно быть целым. Лишь в многополюсных асинхронных двигателях иногда выполняют такое число пазов, при котором q₁ является дробным, причем большей частью со знаменателем дробности, равным двум, например q₁ = 2 ¹/₂ или 3 ¹/₂. В отдельных случаях это правило может быть нарушено, однако необходимо иметь в виду, что обмотки с дробным q₁ при сравнительно небольших числах пазов и полюсов, характерных для большинства асинхронных двигателей, приводят к некоторой асимметрии МДС. Поэтому выбор окончательного чис­ла пазов следует проводить с четкой увязкой и контролем получае­мого при этом числа q. Окончательное значение t_z1 = πD/(2pmq) не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10 % и в любом случае для двигателей с h ≥ 56 мм не должно быть менее 6—7 мм.

При определении числа эффективных проводников в пазу u_п ру­ководствуются следующим: u_п должно быть целым, а в двухслойной обмотке желательно, чтобы оно было кратным двум. Применение двухслойных обмоток с нечетным u_п допускается лишь в исключите­льных случаях, так как это приводит к необходимости выполнять разновитковые катушки, что усложняет технологию изготовления и укладки обмотки. Поэтому полученные в расчете числа u_п прихо­дится округлять до ближайшего целого или четного числа. Чтобы это округление не было слишком грубым (что особенно заметно при малых u_п), вначале определяют предварительное число эффектив­ных проводников в пазу u'_п при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а = 1):

u'_п = πDA / I_1ном Z₁, (9.17)

где А — принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м: I_1ном — но­минальный ток обмотки статора, А:

I_1ном = Р₂ / (mU_1ном η cosφ) (9.18)

(η и cos φ заданы или выбраны в начале расчета).