ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 11

Полученное по (9.17) значение u'_п не округляют до целого, а на­ходят такое число параллельных ветвей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетворять отмеченным условиям, либо потребует лишь незна­чительного изменения:

u_п = а u'_п. (9.19)

Число а при этом, естественно, может быть взято только из ряда возможных чисел параллельных ветвей для обмотки данного типа и заданного числа полюсов (см. гл. 3).

Полученное из (9.19) число округляют до ближайшего целого или четного в зависимости от типа обмотки.

Принятое на данном этапе расчета число параллельных ветвей а в дальнейшем при выборе размеров и числа элементарных провод­ников может быть изменено. В этом случае пропорционально изме­няется также и u_п

Окончательное число витков в фазе обмотки

w₁ = U_п Z₁/ (2am). (9.20)

Окончательное значение линейной нагрузки, А/м,

А = 2I_1ном w_i m / (πD). (9.21)

Оно, как правило, незначительно отличается от принятого ранее, так как его изменение определяется только отношением рассчитанного по (9.19) и принятого числа эффективных проводников в пазу u_п Полученное значение А нужно сопоставить с рекомендуемым (.м.рис. 9.22— 9.24).

Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую техноло­гию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12.. .15 кВт в большинстве случаев имеют однослойную концентрическую обмот­ку из круглого провода. В машинах большей мощности обмотки выполняют двухслойными, а при механизированной укладке приме­няют одно-двухслойные или двухслойные концентрические обмот­ки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из прямоугольного провода выполняют только двухслой­ными, равнокатушечными.

Обмоточный коэффициент k_об = k_p k_y рассчитывают в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q и укорочения шага обмотки β = y_расч / τ, где у_рaсч — расчетный шаг, определяемый по формулам, приведенным в § 3.6, в зависимости от типа обмотки.

В двухслойных обмотках асинхронных двигателей шаг выполня­ют в большинстве случаев с укорочением, близким к β = 0,8.

После расчета k_об1 уточняют значение потока Ф, Вб:

Ф = (9.22)

и определяют индукцию в воздушном зазоре В_δ, Тл:

В_δ = . (9.23)

Если полученное значение В_δ выходит за пределы рекомендуе­мой области (см. рис. 9.22 — 9.24) более чем на ± 5 %, следует принять другое значение числа u_п и повторить расчет.

Если линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в рекомендуемых пределах, переходят к расчету сечения эффектив­ного проводника и обмоточного провода.

Сечение эффективных проводников, м², определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в об­мотке:

q_эф1 = I_1ном / (аJ₁) . (9.24)

С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J₁ должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышении 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. На этом основании определены качественные зависимости допустимой плотности тока в обмотках различных машин. Она по­вышается с уменьшением габаритов машины, с увеличением допус­тимого нагрева обмотки при переходе на другой, более высокий класс нагревостойкости изоляции и с повышением интенсивности охлаждения (например, в машинах защищенного исполнения по сравнению с закрытыми обдуваемыми двигателями).

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линей­ной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя:

J₁ = (AJ) / A. (9.25)

Значения (AJ) для асинхронных двигателей различных исполне­ния и мощности приведены на рис. 9.27.

Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8 мм, однако в современных двигате­лях для повышения надежности обмотки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диаметра. В обмотках, предназ­наченных для механизированной укладки, диаметр изолированного провода обычно берут не более 1,4 мм, а при ручной укладке (двига­тели с h > 160 мм) — не более 1,7 мм.

Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник делят на несколько элемен­тарных. Для этого по табл. П 3.1 подбираются сечение q_эл и число элементарных проводников n_эл, составляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр d_эл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:

q_эл n_эл = q_эф. (9.26)

В обмотках из круглого провода число элементарных проводни­ков может быть взято до 8—10, но при большом n_эл возрастают тех­нологические трудности намотки катушек, поэтому в современных машинах стремятся уменьшить число элементарных проводников в одном эффективном до 6—8, для чего увеличивают число паралле­льных ветвей. В двухполюсных двигателях n_эл увеличивают, поско­льку число параллельных ветвей в них не может быть более двух.

При проектировании машин с обмоткой из прямоугольного провода сечение каждого проводника не должно быть взято более 17...20 мм², так как в этом случае становится заметным возрастание потерь на вихревые токи.

Если расчетное значение q_эф > 20 мм², то прямоугольные провод­ники подразделяют на элементарные так, чтобы q_эл ≤ 17...20 мм².

В обмотках из прямоугольного провода, укладываемых в открытые пазы, n_эл обычно не более 2. При n_эл = 2 они располагаются на одном уровне по высоте паза (см. рис. 3.7). Обмотку с четырьмя элементарными проводниками (см. рис. 3.7, 6) в асинхронных двигателях применяют редко. Если обмотка выполняется из под­разделенных катушек, которые укладывают в полуоткрытые пазы (см. рис. 3.6, б), то всегда образуются два элементарных проводни­ки, так как катушки, расположенные на одной высоте в пазу, соеди­няются параллельно (см. § 3.2).

Рис. 9.27. Средние значения произведения AJ

асинхронных двигателей со степенью защиты:

а — IP44, h ≤132 мм; б — IP44, h = 160...250 мм;

в — IP44 h=280...355 мм (при продуваемом рото­ре);

г — IP23, h = 160...250 мм;

д — IP23, h = 280...355 мм; е — IP23, при U_ном=6000 В

При прямоугольных обмоточных проводах сечение эффективно­го проводника не должно превышать 35...40 мм², поэтому при боль­шом номинальном токе в таких машинах выполняют наибольшее возможное число параллельных ветвей.

По одной и той же площади поперечного сечения прямоуголь­ных проводников их линейные размеры а х b могут быть различны, поэтому окончательный выбор обмоточного провода производят одновременно с расчетом размеров зубцовой зоны.

После окончательного выбора q_эл, n_эл и а следует уточнить плот­ность тока в обмотке, которая может несколько измениться по срав­нению с предварительно принятой при подборе сечений элементар­ных проводников:

J₁ = I_1ном / (аq_эл n_эл). (9.27)

На этом расчет обмотки статора заканчивается. Некоторая кор­ректировка, которая может потребоваться в ходе последующего расчета, как правило, не вносит существенных изменений в получен­ные данные.

9.6. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА

Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбра­ны таким образом, чтобы, во-первых, площадь поперечного сече­ния паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполне­ния машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется типом обмотки, ко­торый, в свою очередь, зависит от мощности, номинального на­пряжения и исполнения машины. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора (табл. 9.12).

Обмотка из прямоугольного провода укладывается в прямоуго­льные пазы (рис. 9.28). Боковые стенки таких пазов параллельны, поэтому зубцы статора имеют трапецеидальное сечение, и индукция в них неравномерна. Обычно задаются значениями допустимой ин­дукции в ярме статора В_а и индукцией .B_zmax в наиболее узком сече­нии зубца b_zmin либо индукцией B_z¹/₃ в сечении зубца с шириной b_z¹/₃, взятом на расстоянии, равном 1/3 его высоты от наиболее уз­кой части зубца (см. рис. 9.28).

По выбранным значениям индукций определяются:

высота ярма статора, м,

h_a = Ф / (2B_a l_ст1k_ст1); (9.28)

Рис. 9.28. К расчету размеров прямоугольных пазов статора:

а – открытых ; б – закрытых

Таблица 9.12. Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл.

Примечание. Индукции на участках магнитной цепи в большинстве асинхронных двигателей не отличаются от указан­ных в таблице более чем на 5 %.