Коэффициент укорочения

. (9-12)

При однослойной обмотке с диаметральным шагом ₁=1.

Обмоточный коэффициент

. (9-13)

Предварительное значение магнитного потока (Вб)

, (9-14)

где ’₁ – округленное значение расчетной длины сердечника статора; при отсутствии радиальных вентиляционных каналов ’₁ принимается равным ₁.

Предварительное количество витков в обмотке фазы

. (9-15)

Предварительное количество эффективных проводников в пазу

, (9-16)

где а₁ – количество параллельных ветвей обмотки статора, которое должно быть одним из делителей числа полюсов, например при 2 р =12 возможны значения а₁ =1; 2; 3; 4; 6.

Параллельные ветви обмотки должны содержать одинаковое количество витков, а стороны катушек – находиться в магнитном поле в одинаковых условиях. При малом значении N_п1 и вызванных этим трудностях с расположением проводов в пазу увеличение значения а₁ позволяет соответственно повысить N_п1. Полученное из (9-16) N’_п1 округляют до ближайшего целого числа N_п1. При двухслойной обмотке N_{п 1} должно быть выбрано, как правило четным. Однако при малых значениях N_п1, например N_п1 =6; 8, иногда приходиться выбирать N_п1 нечетным. При этом катушки имеют разное количество проводников, отличающееся на единицу. Применяя обмотки с разновитковыми катушками, следует обращать внимание на необходимость образования симметричных параллельных ветвей.

Выбрав целое число N_п1, уточняют предварительно установленные параметры ’₁, A’₁ и :

(9-17)

Уточненное значение магнитного потока (Вб)

. (9-18)

Уточненное значение индукции в воздушном зазоре (Тл)

. (9-19)

Предварительное значение номинального фазного тока (А)

. (9-20)

Уточненная линейная нагрузка статора (А/см)

. (9-21)

Полученное по (9-21) значение А₁ не должно отличаться от предварительно принятого A’₁ более чем на 10%; иначе следует изменить количество витков ₁.

Проектирование обмотки ведут при одновременном определении размеров зубцовой зоны. Для определения высоты паза сначала находят высоту спинки статора h_с1. Средние значения магнитной индукции в спинке статора B_с1 приведены в табл. 9-13.

Таблица 9-13

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора (мм)

(9-22)

Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Полузакрытые пазы статора обычно имеют трепецеидальную форму (рис. 9-7), при этом размеры b₁ и b₂ выбирают такими, чтобы стенки зубцов были параллельными (b_з1 =const). Постоянство магнитной индукции по высоте зуба уменьшает МДС на участке зубца. Кроме того, при полузакрытых пазах коэффициент воздушного зазора и добавочные потери меньше, чем при открытых пазах или полуоткрытых.

Рис 9-7. Трапецеидальный

полузакрытые паз статора

Недостаток полузакрытых трапецеидальных пазов заключается в том, что в них укладывают всыпную обмотку из круглого провода. Это понижает коэффициент заполнения паза и надежность обмотки. Для определения ширины зубца b_з1 следует принять средние значения магнитной индукции в зубцах статора B_з1 по табл. 9-14.

Таблица 9-14

Ширина зубца (мм)

. (9-23)

При сборке сердечника размеры пазов в штампе и в свету (после сборки сердечника) не совпадают из-за неизбежного смещения листов друг относительно друга. Припуски на сборку сердечников статора и ротора электродвигателей с h =50÷132 мм по ширине b_с и по высоте h_с составляют 0,1 мм; с h =160÷250 мм b_с и h_с =0,2 мм; с h =280÷355 мм b_с и h_с =0,3 мм; с h =400÷450 мм b_с и h_с =0,4 мм.

Размеры трапецеидальных пазов определяют в такой последовательности:

Высота спинки статора (мм)		(9-24)
Высота паза (мм)		(9-25)
Большая ширина паза (мм)		(9-26)
Меньшая ширина паза (мм)		(9-27)
Проверка правильности определения b1 и b2 исходя из требования bз1 =const	Условие:	(9-28)
Площадь поперечного сечения паза в штампе (мм2)		(9-29)
Площадь поперечного сечения паза в свету (мм2)		(9-30)
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции (мм2)		(9-31)
Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином (мм2)		(9-32)
Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой (мм2)		(9-33)
Здесь hш1 =0,5 мм – высота шлица; bш1 – ширина шлица, мм; bи1 – среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции:
h, мм	50 – 80	90 – 132	160 – 250	280 – 315
bи1	0,2	0,25	0,4	0,58

Предварительное значение ширины шлица

(9-34)

После выбора диаметра изолированного обмоточного провода d ^' определяют значение b’’_ш1 по (9-38) и вносят при необходимости коррективы в расчеты по формулам (9-27) – (9-30).

Для обмоток статора применяют провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), провода ПЭТ-155 (класс F) и ПЭТ-200 (класс Н). При механизации обмоточных работ применяют провода с механически более прочной изоляцией марок ПЭТВМ, ПЭТМ-155 и ПЭТМ-200 соответственно.

Диаметр провода выбирают таким, чтобы коэффициент заполнения паза k_п не превышал 0,75 (при ручной укладке) и 0,72 (при машинной на статорообмоточных станках). Коэффициент заполнения паза

, (9-35)

где с – количество элементарных проводов в эффективном; d’ – диаметр элементарного изолированного провода, мм.

Задавшись k_п, определяют произведение

(9-36)

Число с выбирают, исходя из условия, чтобы диаметр провода с изоляцией d' не превышал 1,71 мм при ручной укладке и 1,33 при машинной. Причина этого ограничения заключается в затруднении с укладкой проводов большего диаметра в пазы.

При значениях k_п, больших допустимого, увеличиваются механические воздействия при укладке обмотки в пазы и в связи с этим возрастает опасность повреждения изоляции проводов при укладке. При значениях k_п <0,65 в связи с повышением плотности тока в пазу увеличивается температура обмотки. Это может привести к необходимости удлинения сердечников статора и ротора. Кроме того, для уплотнения обмотки в пазу потребуется утолщенные клинья.

Из (9-35) диаметр элементарного изолированного провода (мм)

(9-37)

По приложению 1 находим ближайший стандартизованный диаметр d’, соответствующий ему диаметр неизолированного провода d и площадь поперечного сечения S. После этого уточняют коэффициент заполнения паза по (9-35) и ширину шлица (мм)

. (9-38)

Если окажется, что b_ш1’>b_ш1’’, то принимают b_ш1 = b_ш1’; если b_ш1’<b_ш1’’, то принимают b_ш1 = b_ш1’’.

Плотность тока в обмотке статора (А/мм²)

(9-39)

Рис.9-8. Среднее допустимые значения A₁J₁=f(D_н1)

при классе нагревостойкости F и 2 p =4

Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке в значительной мере определяет ожидаемое превышение температуры обмотки; как показано в § 5-4, этот уровень характеризуется произведением линейной нагрузки на плотность тока в обмотке A₁J₁.

У проектируемой обмотки статора находят указанное произведение и сравнивают его со средним допускаемым значением из рис 9-8, соответствующим исполнению с изоляцией класса нагревостойкости F и с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. При изоляции классов нагревостойкости В и Н, а также при частотах вращения, отличающихся от 1500 об/мин, принимаемое из рисунка значение (A₁J₁)_доп умножают на коэффициент 0,75 (для класса В) или на 1,3 (для класса Н) и на коэффициент k₅ (табл. 9-15), учитывающий изменение эффекта охлаждения обмотки и влияния его на (A₁J₁)_доп при различных частотах вращения.

Если полученный при расчете двигателя показатель A₁J₁ превышает допускаемое значение более чем на 15%, то следует либо повысить площади поперечных сечений провода и паза S’’_п1, для чего необходимо уменьшить размеры h_c1 и b_з1, с учетом того, чтобы B_c1 и B_з1, не превышали допускаемых значений, либо удлинить сердечники статора и ротора. При этом увеличится магнитный поток Ф и уменьшится количество проводников в пазу.

Таблица 9-15

Размеры (мм) элементов обмотки определяют в такой последовательности.

Среднее зубцовое деление статора		(9-40)
Средняя ширина катушки обмотки статора		(9-41)
Средняя длина одной лобовой части катушки		(9-42)
Средняя длина витка обмотки		(9-43)
Длина вылета лобовой части обмотки (мм):
при h ≤132 мм		(9-44)
при h ≥160 мм		(9-45)

Конструкция изоляции обмотки статора из круглых проводников, расположенных в трапецеидальных полузакрытых пазах, приведена в приложениях 27 и 29.

Обмотка статора с прямоугольными полуоткрытыми и открытыми пазами. Достоинством прямоугольных полуоткрытых и открытых пазов статора (рис. 9-9) является возможность размещения в них проводов прямоугольного поперечного сечения, что повышает коэффициент заполнения пазов медью, а также надежность обмотки.

Рис.9-9. Прямоугольное пазы статора:

полуоткрытые () и открытые ().

Для определения предварительной ширины зубца в наиболее узком месте b' _з1min следует принять предварительное значение магнитной индукции в этой части зубца B' _з1min по табл. 9-16.

Таблица 9-16

Рекомендуется применять следующие марки проводов прямоугольного сечения: для класса В – ПЭТВП (при U≤ 660 В) и ПЭТВСД (при U = 6000 В); для класса F – ПЭТП-155; для класса Н – ПЭТП-200.

Выбор размеров прямоугольных полуоткрытых и открытых пазов и расположенных в них проводов производят в такой последовательности.

Предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора (Тл)	B' з1max– по табл. 9-16
Зубцовое деление статора в наиболее узком месте (мм) (для полуоткрытых пазов)		(9-46)
Предварительная ширина зубца в наиболее узком месте (мм)		(9-47)
Предварительная ширина полуоткрытого и открытого паза в штампе (мм)		(9-48)
Ширина шлица полуоткрытого паза (мм)		(9-49)
Количество эффективных проводников по ширине паза	При полуоткрытых пазах и N п1 четном N ш = 2. При N п1 нечетном N ш = 1; при этом количество элементарных проводников с ≥2 и четное. При открытых пазах N ш = 1; 2.
Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (мм)		(9-50)
Количество эффективных проводников по высоте паза		(9-51)
Предварительная высота спинки статора (мм)	h’c1 – по (9-24)
Предварительная высота паза (мм)	h’п1 – по (9-25)
Допустимая высота эффективного проводника с витковой изоляцией (мм)		(9-52)
Площадь эффективного проводника (мм2)		(9-53)

Здесь h _и1, 2 b _и1 – общая толщина изоляции по высоте и ширине паза (табл. 9-17); h _с, b _с – припуски на сборку сердечника по высоте и ширине составляют для h ≤355 мм; h_c и b_c = 0,3, а для h ≥400 мм: h_c и b_c = 0,35; высота шлица h _ш1 = 1,0 мм, высота клина h _к = 3,0 ÷ 3,5 мм.

Таблица 9-17

Для определения количества элементарных проводов в одном эффективном можно исходить из наибольшей допустимой по технологическим соображениям площади и ширины элементарного проводника. Для полуоткрытых пазов: площадь элементарного провода S _доп≤10 мм², ширина b _доп≤4,7 мм; для открытых пазов S _доп≤18 мм², b _доп≤7,4 мм.

Для уменьшения добавочных потерь от вихревых токов, наводимых потоком рассеяния, прямоугольные проводники располагают в пазу статора плашмя, т. е. большей стороной по ширине паза. При этом высота эффективного проводника _эф* ограничена (для низковольтных машин _эф≤2,12 мм, для высоковольтных _эф≤2,5). Если высота (меньшая сторона эффективного проводника) получается больше указанной, то эффективный проводник по высоте также подразделяют на элементарные. Предварительно количество элементарных проводников определяют делением S _эф на S _доп с округлением до ближайшего большего целого числа c’.

Количество элементарных проводников в одном эффективном по ширине определяют делением полученной ширины эффективного проводника b’ _эф на b _доп с округлением до ближайшего большого целого числа с _b. Разделив с’ на с _b, получим предварительно количество элементарных проводников в одном эффективном по высоте паза с’ _а. Разделив ’ _эф на с’ _а, определяют размер элементарного проводника по высоте паза. Если он превысит 2,12 мм (для низковольтных машин) или 2,5 (для высоковольтных), то количество элементарных проводников по высоте паза следует увеличить. Получают окончательное количество элементарных проводников по высоте паза с _а и общее их количество с = с _a c _b.

Меньший ’ и больший b’ размеры неизолированного элементарного провода

; (9-54)

, (9-55)

где _и – двусторонняя толщина изоляции провода, мм (см. приложение 3).

По приложению 2 находят ближайший стандартизованный элементарный неизолированный провод с размерами и b, близкими к вычисленным по (9-54) и (9-55), и площадь его поперечного сечения S.

Размер по высоте паза в штампе (мм)

(9-56)

Размер по ширине паза в штампе (мм)

. (9-57)

Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части (мм)

_. (9-58)

Уточненная магнитная индукция в наиболее узкой части зубца статора (Тл)

. (9-59)

Плотность тока в обмотке статора J ₁ определяют по (9-39), а h _с1 – по (9-24). Далее находят удельную тепловую нагрузку от потерь в обмотке A₁J₁ и сравнивают ее со средним допускаемым значением из рис. 9-8. При классах нагревостойкости В и Н, а также при частотах вращения, отличающихся от 1500 об / мин, принимаемое из рис.9-8 значение (A₁J₁) _доп должно быть умножено на поправочные коэффициенты, как это было рекомендовано для трапецеидальных пазов. Если полученный при расчете двигателя показатель A₁J₁ превышает допускаемое значение более чем на 15%, то следует поступить так, как было рекомендовано для трапецеидальных пазов. Размеры обмотки определяют в такой последовательности.

Среднее зубцовое деление статора (мм)	t ср1 – по (9-40)
Средняя ширина катушки обмотки (мм)	b ср1 – по (9-41)
Средняя длина одной лобовой части обмотки (мм)
при U ≤ 660 В		(9-60)
при U = 6000 В		(9-61)
Средняя длина витка обмотки (мм)	ср1 – по (9-43)
Длина вылета лобовой части обмотки (мм) при U ≤660 В		(9-62)
То же, при U = 6000 В		(9-63)

Конструкция изоляции обмотки статора из прямоугольного провода, расположенного в полуоткрытых или в открытых пазах, приведена в приложениях 28 и 30.

Примеры расчета машин