Выполнение сегментировки статора

Листы электротехнической стали выпускают с максимальной шириной 1000 мм. Поэтому если D_a > 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 S_cт, 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 S_ст до целого или дробного числа, добиваются, чтобы число зубцов Z_s в сегменте было равно целому числу Z_s=Z₁/S_ст, 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, u_п 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 b_п1 к зубцовому делению t₁ статора. При прямоугольных пазах оптимальное соотношение находится в диапазоне

причем ширина паза b_п1 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 q_эф больше 18 – 20 мм², то эффективный проводник следует разделить на несколько элементарных n_эл, число которых n_эл=n_ш n_в,

причем n_ш обычно один или два, а n_в – один–четыре. Возможная ширина изолированных проводников в пазу

Двусторонняя толщина δ_ип 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 δ_ип этой изоляции составляет примерно 4,9 мм при U_н = 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 U_н ≤ 660 В.

При U_н до 6–10 кВ для обмотки якоря синхронных машин обычно применяют обмоточные провода с эмалево-стекловолокнистой изоляцией марки ПЭТВСД с двусторонней толщиной изоляции δ_и = 0,5 мм.

Предварительная ширина неизолированного проводника

По найденным значениям b'₁ и q_эл в табл. 4.2 подбирают ближайший стандартный элементарный проводник и для него уточняют b'₁ , a'₁ и q_эл, а также размер проводника с изоляцией a_1из и b_1из.

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 h_к = 4–5 мм – высота клина; δ_изп , Σδ_из – суммарная толщина изоляции по ширине и высоте паза (определяется по табл. 4.1);

δ_рш , δ_рв – допуски на разбухание изоляции соответственно по ширине и высоте паза, мм, δ_рш = 0,05n_ш; δ_рв =0,05u_пn_в;

δ_ш и δ_в – технологические допуски на укладку по ширине и высоте паза, обычно
δ_ш = δ_в=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, α_δ – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, который предварительно принимают равным 0,65–0,68, причем значение В_а 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 k_с зависит от толщины и способа изоляции листов; при частоте f = 50 Гц пакет статора выполняют чаще всего из лакированных листов толщиной 0,5 мм (k_с=0,93).

Если B_Z1max и В_а не входят в рекомендуемые пределы, необходимо откорректировать оcновные размеры магнитопровода статора следующим образом.

При B_Z1max > 2 Тл, В_а < 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 q_эл. Если этого окажется недостаточно, рекомендуется также несколько увеличить диаметр D при сохранении величин D_a, Z₁, u_п, l_δ.

При B_Z1max > 2 Тл и В_a > 1,45 Тл следует увеличить u_п до следующего четного числа или перейти на следующий габарит машины.

Перепад температуры в изоляции паза

где k_ф=1,03–1,1 – коэффициент добавочных потерь; λ_из – 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 Δθ_из не должен превышать 30 – 35 °С.

Следует определить также градиент температуры в пазовой изоляции

который при U_H = 6 – 10 кВ не должен превышать (50–65)·10² °С/м. Если U_H < 6 кВ, то Δθ_из' можно повысить до 80·10² °C/м при тех же значениях Δθ_из .

После окончательного выбора главных размеров статора следует уточнить значения τ, t₁ A, B_Z1max и B_a.

Полное число витков в фазе обмотки статора

Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укороченным шагом, который выбирают в пределах

где τ_п = mq₁=3q₁ – полюсное деление, выраженное в зубцовых делениях. Величину y₁ округляют до целого числа, тогда укорочение β=y₁/τ_п.

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,