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.

4. 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

Примечания: 1. Эскиз паза с позициями спецификации

приведен на рис. 4.2.

2. Толщина изоляции дана после опрессовки.

Таблица 4.2

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,