Площадь полюса в воздушном зазоре

В воздушном зазоре сопротивление магнитному потоку по всей площа­ди равномерное. Поэтому:

, (1)

где - полюсное деление (ширина полюса в воздушном зазоре), м;

, (2)

м;

где - количество пар полюсов, шт.

, (3)

.

- расчетная длина сердечника статора, без учета каналов для охлаждения,м. Если каналов нет м.

м².

Площадь полюса в зубцовой зоне статора

В зубцовой зоне статора магнитный поток протекает по листам электротехнической стали, следовательно, площадь полюса будет равна произведению активной площади зубца на их количество в полюсе, м²:

, (4)

где - площадь одного зубца, м²;

- количество зубцов под полюсом, шт.

, (5)

где - активная длина магнитопровода (без изоляции листов), м;

, (6)

где - коэффициент, учитывающий заполнение пакета магнитопровода сталью, зависящий от рода изоляции и толщины листов стали. Выбираем из таблицы 1.

Таблица 1 - Коэффициент, учитывающий заполнение пакета магнитопровода сталью.

Толщина листов стали статора, мм	Род изоляции
лак	оксидная пленка
0,5	0,93	0,95
0,35	0,9	0,93

Так как толщина листов стали статора d = 0,5 мм и род изоляции – оксидная пленка, то .

м.

– расчетная средняя ширина зубца, м.

, (7)

где и – ширина зуба, соответственно, в узком и широком местах, м.

Ширина зуба в узком и широком местах зависит от размеров зубца магнитопровода и формы:

, (8)

м;

, (9)

м;

м;

м² .

Количество зубцов под полюсом определяется из выражения:

, (10)

;

м².

Площадь магнитопровода в спинке статора

Площадь спинки статора, перпендикулярная магнитному потоку, равна произведению ее высоты на активную длину магнитопровода, м²:

, (11)

где – высота спинки статора, м.

, (12)

м;

м².

Площадь паза в свету

Площадь паза в свету требуется для расчета сечения обмоточного провода.

Для определения площади паза его сечение разбивается осевыми линиями на простейшие фигуры. Видно, что площадь паза равна, м²:

, (13)

где – площадь трапеции, где основания и , а высота:

, (14)

мм.

Тогда:

, (15)

мм²,

и - площади полуокружностей с диаметрами, соответственно и , мм².

, (16)

мм²;

, (17)

мм²;

мм².

Выбор типа обмотки

Выбор делается исходя из:

- технической возможности выполнения обмотки в данных условиях;

- минимального расхода обмоточного провода;

- номинальной мощности и напряжения;

- типа паза;

- достоинств и недостатков обмоток;

- экономической ценности.

Схема статорных обмоток трехфазных электрических машин разделяют:

- по числу активных сторон секций в пазу на однослойные (у которых активная сторона одной катушки занимает весь паз) и двухсторонние (активная сторона занимает половину паза),

- по размеру шагана обмотки с полным шагом (при y = y`) и с укороченным шагом (при y < y`),

- по частоте вращения магнитного поля статора на односкоростные и многоскоростные,

- по числу секций в катушечных группах (фазных катушек) на обмотки с одинаковым числом секций в группе (q равно целому числу) и равным (q равно дробному числу).

По способу выполнения обмоток их еще разделяют на:

- шаблонно-рассыпные (или всыпные), они же называются обмотками с мягкими секциями. У таких обмоток секции укладываются по одному проводнику через прорезь (шлиц) полузакрытого паза. Применяется для машин малой и средней мощности, напряжением до 500 В;

- протяжные, выполняются протяжкой провода через пазы. используются для машин напряжением до 10000 В при закрытых или полузакрытых пазах. Способ укладки обмоток трудоемок. В настоящее время используются в основном при частичном ремонте обмоток.

- обмотки с жесткими секциями, готовые, изолированные секции, несущие на активных частях пазовую изоляцию, укладываются в открытые пазы. Используются для машин средней и большой мощности с напряжением до 10000 В и более.

По способу размещения секций катушечных групп в расточке статора, а так же размещения лобовых частей подразделяются на:

концентрические, с размещением катушек (секций) одна внутри другой и расположением лобовых частей в двух или трех плоскостях, такие обмотки выполняются вразвалку;

шаблонные, с одинаковыми секциями катушечных групп. Они могут выполняться и простыми и вразвалку. Если в шаблонной однослойной обмотке развалку выполнить не по полугруппам, а по отдельным катушкам получим схему цепной обмотки.

Однослойные обмоткиглавным образом выполняются простыми шаблонами, шаблонными в «развалку», цепными, концентрическими.

Основные достоинства однослойной обмотки:

1. Отсутствие межслоевой изоляции, что повышает коэффициент заполнения паза, а, следовательно, ток и мощность двигателя.

2. Простота изготовления.

3. Большая возможность применения автоматизации при укладке обмоток.

Недостатки:

1. Повышенный расход проводникового материала.

2. Сложность укорочения шага, а, следовательно, компенсации высших гармоник магнитного потока.

3. Ограничение возможности построения обмоток дробным числом пазов на полюс и фазу.

4. Более трудоемкое изготовление и монтаж катушек для крупных электродвигателей высокого напряжения.

Двухслойные обмотки в основном выполняются с одинаковыми секциями: петлевые и цепные, реже принимают концентрические.

Основные достоинства двухслойной обмоткипо сравнению с однослойной:

1. Возможность любого укорочения шага, что позволяет:

а) снизить расход обмоточного провода за счет уменьшения длины лобовой части секций,

б) уменьшить высшие гармонические составляющие магнитного потока, т. е. снизить потери в магнитопроводе двигателя.

2. Простота технологического процесса изготовления катушек (многие операции можно механизировать).

3. Возможность выполнения обмотки почти с любой добротностью q, что обеспечивает изготовление обмотки при ремонте асинхронных двигателей с изменением частоты вращения ротора. Кроме того, это является одним из способов приближения формы поля к синусоиде.

4. Возможность образования большого числа параллельных ветвей.

Недостатки:

1. Меньший коэффициент заполнения паза (вследствие наличия межслоевой изоляции).

2. Некоторая сложность при укладке последних секций обмотки.

3. Необходимость поднимать целый шаг обмотки при повреждении нижней стороны секции.

По приведенным соображениям, в настоящее время, в ремонтной практике машин переменного тока двухслойные обмотки получили наибольшее применение.

Расчет обмоточных данных

Полная обмотка асинхронного двигателя, размещенная в магнитопроводе его статора, состоит из 3-х самостоятельных фазных обмоток (А, В, С).

Каждая фазная обмоткасостоит из катушечных групп или иначе фазных катушек, соединенных соответствующим образом.

Под катушечной группой понимают ряд последовательно соединенных между собой секций, принадлежащих одной фазе в одной паре полюсов.

Секцияявляется частью катушечных группы и представляет собой катушку из обмоточного провода, число витков которой определяется специальным расчетом, минимальное число – равно одному витку. Каждый виток (а следовательно, и секция) состоит из двух активных проводников (сторон), уложенных в пазы магнитопровода статора двигателя, и двух лобовых частей, соединяющих эти активные проводники.

Полюсомв машине переменного тока принято называть часть расточки статора, охватывающей рядом расположенные пазы, в которых активные проводники имеют одно и то же направление тока.

Любая обмотка трехфазной машины переменного тока характеризуется следующими обмоточными данными.

– шаг обмотки;

– число пазов на полюс и фазу (равно числу секций в катушечной группе);

– число катушечных групп;

– число электрических градусов, приходящихся на один паз;

– число параллельных ветвей.

Шаг обмотки

Шаг обмотки ( ) – это расстояние, выраженное в зубцах (или пазах), между активными сторонами одной и той же секции.

Определяется по формуле:

, (18)

где - расчетный шаг (равен полюсному делению, выраженному в зуб-

цах);

- произвольное число меньше 1, доводящее расчетный шаг до целого

числа.

.

Так как обмотка двухслойна, то она почти всегда изготавливается с укороченным шагом.

Укороченный шаг считается по формуле:

;

.