ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 13

h_п =0,5 (D_a – D ) – h_a (9.38)

b₂ = (D+2h_п)/ Z₁ – b_z1 (9.39)

Размер b₁ определяют в зависимости от угла β :

при β = 45°

(9.40)

при β = 30°

(9.41)

Полученные размеры округляют до десятых долей миллиметра.

Высота шлица паза h_ш обычно лежит в пределах от 0,5 до 1 мм в зависимости от мощности двигателя. Следует иметь в виду, что h_ш должна быть достаточной для обеспечения механической прочности кромок зубцов, удерживающих в уплотненном состоянии проводники паза после заклиновки пазов. Однако увеличение h_ш приводит к возрастанию потока рассеяния паза, что в большинстве случаев нежелательно. Обычно в двигателях с h ≤ 132 мм принимают h_ш = 0,5 мм, в двигателях с h ≥ 160 мм увеличивают до h_ш = 1 мм.

Ширину шлица паза в статорах, рассчитанных на укладку обмотки вручную, принимают равной b_ш = d_из + (1,5...2) мм, где d_из - диаметр изолированного обмоточного провода, мм. Размер b_ш должен обеспечить возможность свободного пропуска проводников об­мотки через шлиц с учетом толщины изоляционных технологических прокладок, устанавливаемых при укладке обмотки для предохранения изоляции проводников от повреждений об острые кромки шлица.

В машинах с однослойной, одно-двухслойной или с двухслойной концентрической обмоткой, в которых укладка обмотки механизи­рована, ширину шлица паза выполняют несколько большей. При совмещенном методе укладки ширина шлица паза, мм,

b_ш – d_из + (1,8...2,3).

При раздельном методе b_ш еще более увеличивают в зависимости от размеров штыревой оправки, применяемой для втягивания катушек обмотки в пазы, диаметра провода и коэффициента запол­нения паза.

Проектируя серии асинхронных двигателей, размер b_ш нормали­зуют. В сериях 4А и АИ он выполняется равным от 1,8 мм в маши­нах малой мощности и до 4 мм в более крупных. Средние значения b_ш для двигателей при различных h и 2р приведены в табл. 9.16.

Таблица 9.16. Средние значения ширины шлица полузакрытых

пазов статоров асинхронных двигателей с обмоткой из круглого

провода b_ш , мм

В клиновой части паза располагают пазовые крышки (в маши­нах с h ≤ 160 мм), а в более крупных машинах — пазовые клинья. Поэтому при расчете площади поперечного сечения паза, использу­емой для размещения обмотки, эти участки не учитывают. Размеры паза, при которых обеспечивается параллельность боковых граней зубцов, могут быть определены также графоаналитическим мето­дом. Его удобно применять, если конфигурация пазов отличается от рассмотренной трапецеидальной, для которой приведены аналити­ческие выражения (9.38)—(9.41). Графоаналитический расчет вы­полняют в следующей последовательности.

Вначале строят равнобедренную трапецию (рис. 9.30, а), верх­нее основание которой равно в выбранном масштабе пазовому де­лению t_z1, нижнее основание t'_z1 = t_z1 D_a/ D, а высота h = (D_a - D)/ 2. Такая трапеция представляет собой как бы вырезанный из листа статора сектор пазового деления, в котором должны разместить­ся паз (ось паза совпадает с осью трапеции), прилегающие к нему с обеих сторон половины сечений зубцов и участок ярма статора. По допустимым индукциям B_z1 и В_a определяют ширину зубца по (9.37) и высоту ярма по (9.28). На построенной трапеции линия­ми, параллельными ее боковым граням, отсекают участки шири­ной 0,5bz₁ и линией, параллельной ее основаниям, — участок ши­риной h_a (рис. 9.30, б). В оставшуюся часть трапеции (рис. 9.30, б — не заштрихована) вписывают контур паза выбранной конфи­гурации (рис. 9.30, в). Его основные размеры b₁, b₂ и h_п обеспечи­вают параллельность боковых граней зубцов при наименьших возможных, с точки зрения допустимой индукции, размерах зуб­цов и ярма.

Для достижения достаточной точности построение должно быть выполнено в крупном масштабе, при котором возможна достовер­ность определения размеров паза с точностью до 0,1 мм, например 10:1 или 5:1.

Рис. 9.30. К графоаналитическому методу определения размеров паза статора

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза “в свету” и учесть площадь поперечного сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией S_из и прокладками в пазу S_пр. Размеры паза “в свету” определяют с учетом припусков на шихтовку сердечников Δb_п и Δh_п :

(9.42)

где Δb_п и Δh_п — см. табл. 9.14.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в кото­рой размещаются обмотка, корпусная изоляция и прокладки, м²,

(9.43)

где

h'_п.к = h'_п – (h_ш + h_к) (9.44)

высота клиновой части паза h_к = (b₁ – b_ш) tg β/ 2, т. е.

(9.45)

Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу, м2,

S_из = b_из(2h_п + b₁ + b₂), (9.46)

где b_из — односторонняя толщина изоляции в пазу, м (см. гл. 3).

Площадь, занимаемая прокладками в пазу (на дне паза, под кли­ном и между слоями обмотки в двухслойной обмотке), м²,

для двигателей с h = 180... 250 мм

S_пр = (0,9 b₁ + 0,4 b₂)10^-3;

(9.47)

для двигателей с h ≥ 280 мм

S_пр = 0,6 (b₁ + b₂) 10^-3

При отсутствии прокладок в пазу S_np = 0.

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся свободной для размещения проводников обмотки,

(9.48)

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза:

k_з = (d²_из u_п n_эл) / S'_п

(см. § 3.4), который должен находиться в пределах k_з = 0,69. ..0, 71 для двигателей с 2р = 2 и k_з = 0,72. ..0,74 для двигателей с 2р ≥ 4.

Еcли 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 индукции. Индукция в зубцах и ярме статора при этом уменьшится. Уменьшение индукции ниже пределов, указанных в табл. 9.12, 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.

Часто расчет показывает, что значение k_з оказывается выше ука­занных пределов. Это недопустимо, так как при чрезмерно высоких k_з проводники обмотки во время укладки приходится очень сильно уплотнять в пазах. Их изоляция может быть повреждена или, по ме­ньшей мере, ослаблена, что вызовет резкое уменьшение надежности обмотки. Для уменьшения k_з надо, взяв предельно допустимые значения B_z и В_а (см. табл. 9.12), пересчитать размеры b_z и h_a. К уменьшению k_з приводит также уменьшение числа элементарных проводников n_эл, которое возможно при одновременном пропорци­ональном увеличении площади поперечного сечения q_эл или умень­шении числа параллельных ветвей обмотки с тем, чтобы плотность тока осталась неизменной. Если и при этом значение k_з остается выше допустимого, следует сделать вывод, что принятые главные размеры двигателя занижены. Необходимо просчитать другой вари­ант, увеличив l или перейдя на большую высоту оси вращения.

Таблица 9. 17. Расчетные размеры зубцов статоров при

трапецеидальных или грушевидных пазах в

машинах с обмоткой из круглого провода

После уточнения размеров паза ширину зубца и расчетную вы­соту паза определяют по формулам табл. 9.17. Обычно при всыпной обмотке b_z = b'_z = b"_z. В некоторых случаях возможно некоторое рас­хождение значений b'_z и b"_z, поэтому рекомендуется рассчитать оба

значения b'_z и b"_z и при небольшом расхождении результатов взять среднюю расчетную ширину зубца: b_z = (b'_z + b''_z)/ 2. При больших расхождениях следует изменить соотношения размеров пазов.

9.7. ВЫБОР ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА

Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничиваю­щие тока двигателя, благодаря чему возрастает его cos φ и умень­шаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздуш­ном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми и зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.