ОБМОТКА И ЗУБЦОВАЯ ЗОНА СТАТОРА

Для статоров синхронных машин находят применение петлевые обмотки, состоящие из многовитковых катушек, и волновые обмотки числом эффективных проводников в пазу не более двух. Применение волновых обмоток имеет определенные преимущества при токах в параллельной ветви более 1000 A, поэтому они целесообразны для очень крупных машин (гидрогенераторы, турбогенераторы).

Для статоров синхронных машин общего назначения находят применение двухслойные катушечные петлевые обмотки с числом эффективных проводников в пазу более двух (см. гл. 3). По условиям технологии каждый эффективный проводник в зависимости от его сечения составляется из нескольких элементарных прямоугольных проводников с поперечным сечением 12…20 мм2. Ток в таком составном проводнике допускается до 150…200 А. Если номинальный фазный ток машины превышает указанные пределы, то обмотку выполняют из нескольких параллельных ветвей.

Номинальный фазный ток обмотки статора при соединении ее в звезду равен линейному току , а при соединении в треугольник будет в раз меньше: .

Номинальный линейный ток машины определяют исходя из заданных номинальных значений мощности и напряжения:

 

для генератора

для двигателя (10.11)

 

При выборе числа параллельных ветвей следует исходить из того, чтобы ток в параллельной ветви находился в пределах от 50 до 150 A или в крайнем случае до 200 A:

. (10.12)

 

В этом диапазоне намечают возможное число параллельных ветвей — целое число , имея виду, что должно быть кратно числу полюсов. В дальнейшем число параллельных ветвей необходимо увязать с выбранным числом пазов.

При выборе числа пазов следует учитывать ряд обстоятельств, влияющих на технико-экономические показатели машины. При большом числе пазов увеличивается расход дорогостоящей пазовой изоляции, уменьшается механическая прочность зубцов, но улучшается форма кривых ЭДС и МДС обмотки статора.

При уменьшении числа пазов возрастает объем тока в пазу и перепад температуры в изоляции, увеличиваются добавочные потери в меди, а так же пульсационные и поверхностные потери. Кроме того, с увеличением размеров катушки усложняются ее изготовление и укладка в пазы. При разработке серии в целях унификации обмоточных проводов и числа применяемых штампов стремятся выбирать одинаковые пазы для машин с различным числом полюсов.

Оптимальный выбор числа пазов может быть сделан путем расчета и сопоставления между собой ряда вариантов. Задача упрощается, если воспользоваться опытом разработки подобных машин, при этом можно исходить из зубцового деления:

. (10.13)

На рис. 10.13 показаны пределы изменения в зависимости от полюсного деления для выпускаемых в настоящее время машин общепромышленного применения мощностью свыше 100 кВт. Определив при данном значении максимальное и минимальное значения , находят числа пазов (зубцов) машины:

 

;

. (10.14)

 

Рис. 10.13. Пределы изменения зубцового деления

в зависимости от полюсного деления для синхронных машин:

1 — 13 и 14-го габаритов; 2 — 16 и 17-го габаритов;

3 — 18—21-го габаритов

 

 

Из этого диапазона выбирают такие числа пазов — целое число , при которых выполняются следующие требования.

1. должно быть кратным числу фаз и числу параллельных ветвей , т. е. — целое число.

2. Число пазов на полюс и фазу должно быть целым или дробным вида — целое число, а — правильная несократимая дробь , причем не может быть кратно числу фаз и должно быть меньше числа пар полюсов.

Для синхронных машин при чаще всего выбирают целое число пазов на полюс и фазу (большие значения для машин с меньшим числом полюсов). При числе полюсов и малом полюсном делении можно выбирать обмотки с дробным .

3. Число параллельных ветви и число полюсов должны быть связаны следующими соотношениями:

а) при целом числе пазов на полюс и фазу — целое число;

б) при дробном числе пазов на полюс и фазу — целое число.

4. Для удобства сегментировки статора желательно, чтобы число пазов разлагалось на возможно большее число простых множителей (2, 3, 5).

5. Число пазов должно быть кратным числу разъемов статора.

Четвертое требование следует выполнять для машин, имеющих внешний диаметр статора мм, а пятое — для машин мм. Из найденного выше диапазона чисел пазов выбирают такие , при которых наиболее полно удовлетворяются указанные требования. Затем определяют число эффективных проводников в пазу и зубцовое деление :

 

, (10.15)

 

значение округляют до ближайшего четного числа.

По найденному значению уточняют линейную нагрузку:

. (10.16)

Наилучшим вариантом числа пазов следует признать такой, при котором уточненное значение линейной нагрузки незначительно отличается от выбранной в начале расчета (± 5 %) и зубцовое деление имеет приемлемое значение. Полученные таким образом значения и для машин с мм являются окончательными и должны использоваться в дальнейших расчетах.

Для машин, имеющих мм, число пазов устанавливают после выбора сегментировки статора (см. § 10.7).

У синхронных машин мощностью менее 100 кВт при B для статора чаще всего применяют полузакрытые пазы и всыпные петлевые обмотки из круглых проводников. Пазы имеют трапецеидальную или грушевидную форму. Число пазов на полюс и фазу берут, целым и выбирают в пределах от 2 до 5. Большее значение принимают для машин с меньшим число полюсов.

Задавшись числом , определяют общее число зубцов статора:

. (10.17)

 

Тогда зубцовое деление статора

. (10.18)

Зубцовое деление для этих машин составляет 1, 5…2, 5 см. Число эффективных проводников в пазу статора

. (10.19)

При двухслойной обмотке статора должно быть четным. При округлении следует контролировать изменение линейной нагрузки . При значительном ее отклонении от ранее выбранной (более ± 5 %) может потребоваться изменение . При этом выбирают другое значение или число параллельных ветвей.

 

СЕГМЕНТИРОВКА СТАТОРА

Листы электротехнической стали выпускаются с максимальной шириной 1000 мм. Поэтому когда мм, то магнитопровод статора собирается из отдельных сегментов (рис. 10.14).

 

 

Рис. 10.14. Сегмент стали статора

 

Хорда сегмента (рис. 10.15) с необходимым припуском на штамповку (5…10 мм) должна быть возможно ближе к ширине одного из стандартных листов электротехнической стали, имеющих размеры 600 1500, 750 1500, 860 1720, 1000 2000 мм.

 

 

Рис. 10.15. Раскрой стандартного листа электротехнической стали

 

Если принять, что число сегментов в полной окружности статора равно , то можно определить длину хорды :

. (10.20)

Хорда также может быть выбрана равной примерно половине ширины листа, но не менее 370 мм. Число сегментов в слое может быть целым или дробным. Предпочтительным является целое число сегментов. Для большинства выпускаемых в настоящее время средних и крупных синхронных машин общего назначения число сегментов равно целому числу и выбрано в пределах от 6 до 18. Однако встречаются отдельные машины, у которых равно целому числу плюс 1/5, или 2/5, или 1/2, или 1/3. На рис. 10.14 показан сегмент с 15 пазами: его дуга соответствует 50⁰. Следовательно, здесь и в одном слое будет укладываться семь сегментов, а 4/5 восьмого перейдет в следующий слой и т. д. Каждый сегмент должен иметь целое число пазовых делений, а стыки между соседними сегментами должны проходить через середину паза. Для того чтобы избежать накладывания краев сегментов друг на друга, между сегментами одного слоя предусматривается промежуток в 0, 4…0, 6 мм. Число пазов в сегменте берется от 8 до 20. При четном числе пазовых делений в сегменте каждый следующий их слой сдвигается на 1/2 сегмента, а при нечетном числе — на 1/3 сегмента, для чего число пазовых делений должно быть кратно трем. Если число сегментов в слое дробное, то число пазов в сегменте должно быть кратным знаменателю дроби.

Сегменты сердечника статора крепят к корпусу на двух, трех, а иногда и большем числе клиньев или шпилек. Для этого на внешней дуге сегмента предусматривают пазы соответствующей формы, расположенные обычно симметрично относительно середины сегмента. При круглых пазах крайние отверстия делают скошенными (см. рис. 10.14). Как правило, синхронные машины общего назначения имеют внешний диаметр меньше 3250 мм. Поэтому подразделение статора на части, вызванное возможностью его транспортировки по железной дороге, у них не производится.

При проектировании статора стремятся к подбору такого числа пазов статора , при котором на один сегмент приходилось бы соответствующее целое их число, а сегменты обеспечивали хороший paскрой листов стали. Задача эта может решаться двояко.

1. При данном находят возможные варианты чисел сегментов и их хорд. Число сегментов должно быть кратно числу пазов, и для их определения целесообразно использовать разложение на множители.

2. Задаются рядом размеров хорды и приближенно находят число сегментов:

.

Хорда должна быть равна или быть несколько меньше следующих значений: 370, 420, 490, 590 740, 850 мм. Затем, округляя до целого или соответствующего дробного числа, добиваются, чтобы число зубцов в хорде было равно целому числу , после чего уточняют длину хорды по (10.20). Такие расчеты целесообразно проделать для нескольких выбранных ранее значений . Для удобства сопоставления результаты расчетов следует свести в таблицу табл. 10.8.

 

Таблица 10.8. Результаты расчетов

Номер варианта	Число пазов	Число сегментов	Хорда сегмента	Число пазов в сегменте	Число пазов на полюс и фазу	Число параллельных ветвей	Число эффективных проводников в пазу	Зубцовое (пазовое) деление	Линейная нагрузка

 

В результате расчета определяют варианты, удовлетворяющие изложенным требованиям к сегментировке, из числа которых выбирают наиболее оптимальный.

Если ни при одном значении удовлетворительной сегментировки не получается, то следует выбрать новые значения за счет небольшого изменения пределов зубцового деления или за счет изменения диаметров и длины статора, а затем повторить расчет.

Число пазов , пазов на полюс и фазу , параллельных ветвей , эффективных проводников в пазу , соответствующих окончательно выбранному варианту, можно принять для дальнейших расчетов.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: