Расчет статора

Этот этап расчета включает определение числа пазов статора Z₁, числа витков в фазе обмотки статора w₁ и размеров зубцовой зоны. При этом число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка двигателя и индукция в воздушном зазоре как можно более близко совпадали с их значениями, принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

Чтобы выполнить эти условия, вначале выбирают предварительно зубцовое деление t_Z1 в зависимости от типа обмотки, номинального напряжения и полюсного деления машины. Для более равномерного распределения катушек обмотки по длине окружности зазора необходимо большое число пазов, а следовательно, маленькие зубцовые деления. В то же время ширина паза, составляющая примерно половину зубцового деления, не должна быть слишком малой, так как в этом случае ухудшается заполнение паза медью обмотки, а в машинах небольшой мощности может также недопустимо уменьшиться механическая прочность зубцов. Кроме того, надо иметь в виду, что стоимость машины с увеличением числа пазов возрастает, так как увеличиваются сложность штампа и трудоемкость изготовления и укладки обмоток.

Значения зубцовых делений статора асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода, необходимые для предварительного выбора числа пазов, приведены на рис. 4.1. Меньшие значения в каждой из показанных на рисунке областей возможных значений t_Z1 характерны для машин меньшей мощности для каждого из диапазонов высот осей вращения. Следует отметить, что двигатели с h ³ 280 мм обычно выполняют с обмоткой из прямоугольного провода, но в многополюсном исполнении при
2р ³ 10 (в двигателях с Н = 280 и 315 мм) из–за малой высоты спинки статора размещение лобовых частей катушек из прямоугольного провода затруднено, поэтому такие машины выполняют с обмоткой из круглого провода, имеющей мягкие, легко поддающиеся формовке лобовые части.

Для машин с обмоткой из прямоугольного провода при U_ном£ 660 В и в высоковольтных машинах t_Z1 зависит от мощности и номинального напряжения и может быть взято в соответствии с данными табл. 4.1. В процессе расчета целесообразно не ограничиваться выбором какого–либо одного конкретного зубцового деления, а, руководствуясь приведенными выше соображениями, рассмотреть диапазон возможных значений t_Z1 в пределах указанных значений зубцовых делений t_Z1min ¸ t_Z1max. Тогда возможное число пазов статора, соответствующих выбранному диапазону t_Z1 , равно

^. (4.1)

Рис. 4.1. Зубцовые деления статоров асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода с высотами оси вращения:

1 – h£ 90 мм; 2 – 90 <h £ 250 мм; 3 – h³ 280мм

Таблица 4.1

Зубцовое деление статора t_Z1, м, при прямоугольных пазах

Полюсное деление t,м	Напряжение, В
до 660
<0,15 0,15–0,4 >0,4	0,016–0,02 0,017–0,022 0,02–0,028	0,022–0,025 0,024–0,027 0,026–0,032	0,024–0,03 0,026–0,024 0,028–0,038

Окончательное число пазов статора Z₁ следует выбирать в полученных пределах с учетом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значения числа пазов на полюс и фазу q₁. Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число q₁ =Z₁/(2pm) в большинстве асинхронных машин должно быть целым. Лишь в многополюсных асинхронных двигателях иногда выполняют такое число пазов, при котором q₁ является дробным, причем большей частью со знаменателем дробности, равным двум, например q₁ = 2¹∕₂ или 3¹∕₂. В отдельных случаях это правило может быть нарушено, однако необходимо иметь в виду, что обмотки с дробным q₁ при сравнительно небольших числах пазов и полюсов, характерных для большинства асинхронных двигателей, приводят к некоторой асимметрии МДС. Поэтому выбор окончательного числа пазов следует проводить с четкой увязкой и контролем получаемого при этом числа q₁. Окончательное значение t_Zl=pD/(2pmq) не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10% и в любом случае для двигателей с h ³ 56 мм не должно быть менее 6—7 мм.

При определении числа эффективных проводников в пазу u_П руководствуются следующим: u_П должно быть целым, а в двухслойной обмотке желательно, чтобы оно было кратным двум. Применение двухслойных обмоток с нечетным u_П допускается лишь в исключительных случаях, так как это приводит к необходимости выполнять разновитковые катушки, что усложняет технологию изготовления и укладки обмотки. Поэтому полученные в расчете числа и_Пприходится округлять до ближайшего целого или четного числа. Чтобы это округление не было слишком грубым (что особенно заметно при малых u_П), вначале определяют предварительное число эффективных проводников в пазу u_П' при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а = 1):

, (4.2)

где А — принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м: I_1hom –номинальный ток обмотки статора, А,

(4.3)

(h и cos j заданы или выбраны в начале расчета).

Полученное по (4.2) значение и_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:

(4.4)

Число а при этом, естественно, может быть взято только из ряда возможных чисел параллельных ветвей для обмотки данного типа и заданного числа полюсов (2p=2, a=1,2; 2p=4, a=1,2,4; 2p=6, a=1,2,3,6; 2p=8, a=1,2,4,8).

Полученное из (4.4) число и_Покругляют до ближайшего целого или четного, если обмотка двухслойная.

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 и_П.

Окончательное число витков в фазе обмотки

. (4.5)

Окончательное значение линейной нагрузки, А/м,

. (4.6)

Оно, как правило, незначительно отличается от принятого ранее, так как его изменение определяется только отношением рассчитанного по (4.4) и принятого числа эффективных проводников в пазу и_п. Полученное значение А нужно сопоставить с рекомендуемым (см. рис. 3.6–3.8).