Выполнение сегментировки статора
Листы электротехнической стали выпускают с максимальной шириной 1000 мм. Поэтому если Da > 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 Scт, 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 Z1 находят возможные варианты чисел сегментов и их хорд, причем число сегментов должно быть кратным числу пазов и определяется разложением числа Z1 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 Sст до целого или дробного числа, добиваются, чтобы число зубцов Zs в сегменте было равно целому числу Zs=Z1/Sст, после чего по формуле для расчёта H уточняют длину хорды. Результаты расчета для удобства сопоставления сводят в таблицу.
Полученные после сегментировки значения Z1, a1, q1, uп принимают окончательно для дальнейших расчетов.
Расчёт размеров пазов и ярма статора,
Параметров обмотки статора
С точки зрения наилучшего использования машины существует оптимальное отношение ширины паза bп1 к зубцовому делению t1 статора. При прямоугольных пазах оптимальное соотношение находится в диапазоне
причем ширина паза bп1 тем больше, чем меньше габарит и выше напряжение машины.
Ширину паза предварительно можно определить, задавшись значением максимальной индукции в зубце, которая должна находиться в пределах (1,6 – 2) Тл,
.
Обычно ширина паза равна 10 – 20 мм, причем окончательно ее устанавливают после выбора проводников обмотки.
Сечение эффективного проводника обмотки статора
.
Допустимая плотность тока J1 определяется по произведению AJ1, которое является характеристикой тепловой нагрузки обмотки и зависит от класса нагревостойкости изоляции. На рис. 4.1 дана зависимость AJ1 = f(τ) для машин 13–21 габаритов с изоляцией класса В (1 – для 13–14 габаритов, 2 – для 15–17 габаритов, 3 – для 18–21 габаритов). При применении изоляции класса F значения AJ1 (рис. 4.1) можно увеличить на 25–30 %.
Плотность тока
J1 = AJ1/A.
Рис. 4.1
Для уменьшения потерь от вихревых токов проводники укладывают в паз плашмя. Размеры проводника без изоляции по высоте паза a'1 и по ширине паза b′1 не следует выбирать соответственно больше 3,5 и 7,5 мм. Поперечное сечение проводника не должно превышать 18 – 20 мм2. Если qэф больше 18 – 20 мм2, то эффективный проводник следует разделить на несколько элементарных nэл, число которых nэл=nш nв,
причем nш обычно один или два, а nв – один–четыре. Возможная ширина изолированных проводников в пазу
Двусторонняя толщина δип изоляции паза по его ширине зависит от конструкции изоляции и номинального напряжения машины. В современных машинах применяют непрерывную изоляцию класса нагревостойкости В, спецификация которой дана в табл. 4.1.
Двусторонняя толщина δип этой изоляции составляет примерно 4,9 мм при Uн = 10,5 кВ, 3,3 мм при 6,6 кВ, 2,8 мм при 3,3 кВ, 2,3 мм при 1,5 кВ и 1,8 мм при Uн ≤ 660 В.
При Uн до 6–10 кВ для обмотки якоря синхронных машин обычно применяют обмоточные провода с эмалево-стекловолокнистой изоляцией марки ПЭТВСД с двусторонней толщиной изоляции δи = 0,5 мм.
Предварительная ширина неизолированного проводника
По найденным значениям b'1 и qэл в табл. 4.2 подбирают ближайший стандартный элементарный проводник и для него уточняют b'1 , a'1 и qэл, а также размер проводника с изоляцией a1из и b1из.
Таблица 4.1
Позиция | Материал | Число слоев (толщин) | Толщина изоляции, мм | |||
Наименование | Толщина, мм | по ширине паза | по высоте паза | |||
Витковая изоляция: | ||||||
Изоляция проводника ПЭ ТВСД 0,5 мм на обе стороны каждого элементарного проводника | ||||||
Корпусная изоляция: | ||||||
Стеклослюдинитовая лента ЛС при UH : | 10,5 кВ 6,6 кВ 3,3 кВ 1,5 кВ ≤ 660 кВ | 0,13 | 9 вполнахлеста (0,13·9·2·2) 6 вполнахлеста 5 вполнахлеста 4 вполнахлеста 3 вполнахлеста | 4,68 3,12 2,6 2,08 1,56 | 4,68х2 3,12х2 2,6х2 2,08х2 1,56х2 | |
Покровная изоляция: | ||||||
Лента стеклянная ЛЭС | 0,1 | 1 встык (0,1·2) | 0,2 | 0,2х2 | ||
Прокладки в пазу: | ||||||
Стеклотекстолит СТ-1 | - | |||||
5,6 | Стеклотекстолит СТ-1 | 0,5 | - | |||
Толщина изоляции катушечной стороны (без витковой изоляции) при UH: | 10,5 кВ | 4,9 | 4,9 | |||
6,6 кВ | 3,3 | 3,3 | ||||
3,3 кВ | 2,8 | 2,8 | ||||
1,5 кВ | 2,3 | 2,3 | ||||
≤ 660 кВ | 1,8 | 1,8 | ||||
Общая толщина изоляции в пазу (без витковой изоляции) при UH: | 10,5 кВ | 4,9 | 12,8 | |||
6,6 кВ | 3,3 | 9,7 | ||||
3,3 кВ | 2,8 | 8,6 | ||||
1,5 кВ | 2,3 | 7,6 | ||||
≤ 660 кВ | 1,8 | 6,5 |
Примечания: 1. Эскиз паза с позициями спецификации
приведен на рис. 4.2.
2. Толщина изоляции дана после опрессовки.
Таблица 4.2
Размер по большей стороне b, мм | Номинальный размер провода по меньшей стороне а, мм | ||||||||||||
1,25 | 1,4 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,24 | 2,5 | 2,8 | 3,15 | 3,55 | 4,0 | |||
Расчетное сечение провода qэл, мм2 | |||||||||||||
4,0 | 9,45 | 10,8 | |||||||||||
4,5 | 9,72 | 10,7 | 12,0 | 13,6 | |||||||||
5,0 | 9,64 | 10,8 | 12,0 | 13,4 | 15,2 | 17,2 | |||||||
5,6 | 9,72 | 10,9 | 12,2 | 13,7 | 15,2 | 17,1 | 19,3 | 21,5 | |||||
6,3 | 9,86 | 11,0 | 12,2 | 13,7 | 15,2 | 17,1 | 19,3 | 21,8 | 24,3 | ||||
7,1 | 9,72 | 11,2 | 12,4 | 13,8 | 15,5 | 17,2 | 19,3 | 21,8 | 24,7 | 27,5 | |||
8,0 | 9,78 | 11,0 | 12,6 | 14,0 | 15,6 | 17,6 | 19,4 | 21,8 | 24,6 | 27,8 | |||
9,0 | 11,0 | 12,4 | 14,2 | 15,8 | 17,6 | 19,8 | 22,0 | 24,6 | 27,8 | ||||
12,3 | 13,8 | 15,8 | 17,6 | 19,6 | 22,0 | 24,6 | 27,4 | ||||||
11,2 | 15,5 | 17,7 | 19,8 | 22,0 | 24,7 | 27,4 | |||||||
12,5 | 19,8 | 22,1 | 24,6 | 27,6 | |||||||||
После выбора проводников уточняют следующие пара-метры:
– ширину паза
– высоту паза
где hк = 4–5 мм – высота клина; δизп , Σδиз – суммарная толщина изоляции по ширине и высоте паза (определяется по табл. 4.1);
δрш , δрв – допуски на разбухание изоляции соответственно по ширине и высоте паза, мм, δрш = 0,05nш; δрв =0,05uпnв;
δш и δв – технологические допуски на укладку по ширине и высоте паза, обычно
δш = δв=0,2 мм.
Полученные размеры паза «в свету» округляют до 0,1 мм. Размеры паза «в штампе» h'п1 и b'п1 больше на 0,2 мм. Обычно h'п1 / b'п1 = 3,5––6,5. Далее уточняют сечение эффективного проводника
Рис. 4.2
и плотность тока в обмотке статора
Окончательные размеры паза устанавливают после проверки значений магнитной индукции и МДС в зубце и спинке статора, перепада температуры в изоляции, вычерчивания эскиза паза в увеличенном масштабе и составления подробной спецификации паза.
Максимальная индукция в зубце (в самом узком месте – в коронке зубца)
должна находиться в пределах 1,6–2,0 Тл.
Верхние значения указанного диапазона максимальной индукции соответствуют машинам большой мощности – 2–2,5 МВт, нижние значения – машинам до 300 кВт. В промежутке приведенных мощностей индукция может быть пересчитана пропорционально мощности проектируемого генератора.
Индукция в спинке статора
где – высота спинки статора, αδ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, который предварительно принимают равным 0,65–0,68, причем значение Ва должно быть в пределах 1,2 – 1,45 Тл. Выбор значения индукции в зависимости от мощности генератора может быть выполнен аналогично выбору максимальной индукции в зубце. Коэффициент заполнения пакета статора сталью kс зависит от толщины и способа изоляции листов; при частоте f = 50 Гц пакет статора выполняют чаще всего из лакированных листов толщиной 0,5 мм (kс=0,93).
Если BZ1max и Ва не входят в рекомендуемые пределы, необходимо откорректировать оcновные размеры магнитопровода статора следующим образом.
При BZ1max > 2 Тл, Ва < 1,2 Тл и h'п1/b'п1 < 6,5 следует, при прочих равных условиях, увеличить высоту и уменьшить ширину паза за счет выбора нового стандартного проводника с меньшим значением b1' и соответственно большим значением а'1 при примерном сохранении qэл. Если этого окажется недостаточно, рекомендуется также несколько увеличить диаметр D при сохранении величин Da, Z1, uп, lδ.
При BZ1max > 2 Тл и Вa > 1,45 Тл следует увеличить uп до следующего четного числа или перейти на следующий габарит машины.
Перепад температуры в изоляции паза
где kф=1,03–1,1 – коэффициент добавочных потерь; λиз – теплопроводность изоляции, Вт/(м·°С), равная 1·10-5 для некомпаундированной изоляции, 1,6·I0-5 для компаундированной изоляции и 2,2·10-5 для изоляции типа «монолит».
Перепад температуры Δθиз не должен превышать 30 – 35 °С.
Следует определить также градиент температуры в пазовой изоляции
который при UH = 6 – 10 кВ не должен превышать (50–65)·102 °С/м. Если UH < 6 кВ, то Δθиз' можно повысить до 80·102 °C/м при тех же значениях Δθиз .
После окончательного выбора главных размеров статора следует уточнить значения τ, t1 A, BZ1max и Ba.
Полное число витков в фазе обмотки статора
Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укороченным шагом, который выбирают в пределах
где τп = mq1=3q1 – полюсное деление, выраженное в зубцовых делениях. Величину y1 округляют до целого числа, тогда укорочение β=y1/τп.
Коэффициент укорочения
Коэффициент распределения
При дробном q1 в формуле для определения вместо q1 подставляют (bd+с).
Обмоточный коэффициент для 1-й гармоники
Выбор воздушного зазора,