Расчет зубцовой зоны сердечника статора

 

В основу этого расчета должно быть положено определение конфигурации и размеров пазов, обеспечивающих размещение обмотки статора при заданных значениях магнитной индукции в зубцах статора (табл.5).

Кроме того, необходимо выбрать марку стали.

 

Допустимые значения магнитной индукции на разных участках магнитной цепи АД,Тл

(Таблица 5)

Исполнение защищенное (IP23)	2р=10-12		1,17-1,4	1,7-1,9	1,8-2,0	0,95	1,8-1,95	1,55-1,7
2р=8		1,2-1,4	1,8-2,0	1,8-2,0	0,95	1,8-1,95	1,55-1,7
2р=6		1,45-1,6	1,8-2,0	1,8-2,0	1,25	1,8-1,95	1,55-1,7
2р=4		1,45-1,6	1,8-2,0	1,8-2,0	1,35	1,8-1,95	1,6-1,8
2р=4		1,45-1,6	1,9-2,1	1,9-2,1	1,55	1,6-1,95	-
Исполнение закрытое обдуваемое (IP44)	2р=10-12		1,1-1,2	1,6-1,8	1,75-1,95	0,85	1,75-1,85	1,45-1,6
2р=8		1,15-1,35	1,7-1,9	1,75-1,95	0,85	1,75-1,85	1,45-1,6
2р=6		1,4-1,6	1,7-1,9	1,75-1,95	1,15	1,75-1,85	1,45-1,6
2р=4		1,4-1,6	1,7-1,9	1,75-1,95	1,25	1,75-1,85	1,5-1,7
2р=2		1,4-1,6	1,7-1,9	1,75	1,45	1,75-1,85	-
Обо- зна- чение		Ba	Bz1	Bz1m	Bj	Bz2	Bz2m
Участки магнитной цепи		Ярмо статора	Зубцы статора (Всыпная обмотка)	Зубцы статора в наиболее узком сечении(полуоткры- тые пазы)	Ярмо короткозамкнутого ротора	Зубцы ротора(грушевидные пазы)	Зубцы ротора в наиболее узком сечении(прямоугольные пазы)

 

В настоящее время для сердечников статора и ротора применяются, как правило, следующие марки стали:

2212 с электроизоляционным термостойким покрытием – для двигателей мощностью до 100кВт;

2412 с лакировкой листов после штамповки – для двигателей большей мощности.

 

Данные электротехнических сталей приведены в табл.6. В этой части расчета необходимо привести основную кривую намагничивания, расшифровку выбранной марки стали и величину удельных потерь (рис.7).

 

 

Формы пазов статора приведены на рис.8, а основные размеры пазов, рекомендуемых в курсовом проекте, показаны на рис.9.

 

Для овальных и трапециевидных пазов (см.рис. 8, а и б) предназначенных для укладки всыпной обмотки в машинах малой мощности, зубцы имеют постоянное сечение. Условимся для двухслойных обмоток применять пазы по форме рис. 8 а, для однослойных – по форме рис.8,б. Расчет зубцовой зоны производится в следующей последовательности:

1. По табл.5 выбирается допустимая индукция в зубце статора Bz_1, которая будет одинаковой по всей высоте зубца, и допустимая индукция в ярме B_a.

2.Рассчитываются высота ярма h_a, ширина зубца b_z1 и предварительные размеры паза в штампе h_n1 и b^’₁ (в м):

 

h_a=F_m/(2B_ai_CT1K_c) (39)

 

b_Z1=(B_bt₁i_d)/(B_Z1i_CT1K_c) (40)

 

h_z1@h_n1=((D_a-D_i)/2)- h_a (41)

 

b^’₁=(p(D₁+2h_П1)/Z₁)-b_z1 (42)

 

 

Данные основных типов электротехнических сталей

Таблица 6

Марка стали	Магнитная индукция,Тл при напряженности магнитного поля, А/см	Удельные потери
В10	В50	В100	В500	В1000	В3000	При толщ. лист., мм	Р1,0/50
	1. Горячекатаная изотропная сталь
	1,26	1,62	1,75	2,07	2,15	2,40	1,0	5,8
	1,0	5,4
	0,5	2,5
	1,36	1,57	1,7	1,94	2,02	2,27	0,5	2,0
	0,5	1,8
	0,5	1,55
	1,28	1,55	1,66	1,97	2,04	2,29	0,5	1,55
	0,5	1,4
	0,5	1,25
	2.Холоднокатаная изотропная сталь
	1,54	1,75	1,85	2,08	2,16	2,41	0,5	2,5
	1,4	1,66	1,74	2,05	2,14	2,4	0,5	2,5
	1,37	1,6	1,7	1,99	2,05	2,27	0,5	1,6
	3.Холоднокатаная анизотропная сталь
	1,74	1,93	1,97	-	-	-	0,5	0,8

 

ПРИМЕЧАНИЕ: В соответствии с ГОСТ 21427.0-75 марка стали состоит из четырех цифр:

Первая цифра (1,2,3) обозначает класс по структурному состоянию и виду прокатки.

Вторая цифра (0,1,2,3,4,5) обозначает содержание кремния (0- содержание кремния до 0,4 %;

1- от 0,4 до 0,8%; 2 – от 0,8 до 1,8%; 3 – от 1,8 до 2,4 %; 4 – 2,8 до 3,8%;5 – от 3,8 до 4,8%).

Третья цифра обозначает группу стали по удельным потерям или величине магнитной индукции при определенной напряженности магнитного поля.

Четвертая цифра обозначает порядковый номер типа стали

где К_с= 0,95-0,97-коэффициент заполнения сердечника сталью.

 

Ширину пазов b₁ легко определить графоаналитическим методом.

 

Например, для паза на рис.8,а необходимо проделать (в крупном масштабе) следующие построения (рис.10,а):

 

а) построить равнобедренную трапецию с основаниями

t=(pD_i)/Z₁ и t₁^`=t₁(D_a/D_i)

и высотой h=(D_a-D_i)/2

 

б) на этой трапеции на расстоянии bz₁/2 провести линии, параллельно боковым граням, и на расстоянии h_a от основания линию, параллельную основанию;

 

в) во внутреннюю трапецию вписать контур паза, принимая высоту шлица h_ш1= 0,5-1,0 мм, ширину шлица b_ш1= d_из+(1,5-2,0) мм. d_из – диаметр изолированного элементарного проводника обмотки статора, высоту клина.

 

h_k=(b₁-b _ш1)/2 (при a=45)

Рис.7.Основная кривая намагничивания сталей 2212 и 2412

Поэтому же методу производится расчет и построение овального паза по рис 8,б (см.рис.10,б). Из центра О проводим три дуги радиусами D_a/2; D_i/2 и (D_i/2)+ h_n1. Проводим линию О_а. От этой линии на дуге радиуса D_i/2 откладываем в обе стороны расстояния, равные t₁/2, до точек b и с, далее проводим линии ob oc продолжаем их до дуги D_a/2. Параллельно этим линиям проводим прямые b^’d^’ и c^’e^’, которые отстоят от линий ab и oc на половину ширины зубца bz₁/2. Фигура b^’d^’ и c^’e^’ представляет собой основу формы паза.

Рис.8. Основные типы пазов статора

В основание паза вписывается полуокружность диаметром b^’₁,а в верхней части паза – полуокружность диаметром b₁. Рекомендации по выбору высоты и ширины шлица такие же, как и в описанном выше построении паза по рис. 10,а.

Полужесткие секции из прямоугольного провода в двигателях большой мощности укладываются в полузакрытые пазы (рис. 8,в 9,в), имеющие параллельные стенки. В табл. 5 приведены допустимые значения индукции Bz_m в наиболее узкой части зубца b_zmin, которая равна

b_zmin=(B_bt₁i_d)/(Bz_mi_CT1K_c) (43)

Высота ярма h_a находится по равенству (39), а ширина паза – по формуле

b_n= t₁-b_zmin (44)

Обычно b_n= (0,4-0,5)t₁

 

Рис.9.Размеры полузакрытых (а,б) и полуоткрытого (в) пазов статора

Размер b_zmax находится путем построения, подобного построению для трапецеидального паза, или по формуле:

b_zmax=t(1+(2h_n/D_i))-b_n (45)

Определенная здесь ширина паза b_n используется для предварительного выбора ширины обмоточного провода с учетом толщины корпусной D_k, витковой D_b, и проводниковой D_np изоляции.

Таким образом, ширина проводника может быть равна

b_np=b_n-2(D_k+D_b+D_np)- D_bn

где D_bn =(0,1-0,4) мм – припуск на сборку сердечника.

Если эффективный проводник состоит из двух элементарных проводников, то ширина каждого из них равна

b_эл=0,5 b_пр

 

 

Окончательно ширина обмоточного провода определяется по приложение 3 с учетом рассчитанных ранее сечений q_эл (по формуле 36,а) и q_эл(по формуле 36,б).

При этом высота проводника не должна превышать 25-30 мм, но и не должна быть меньше

1 мм, что связано с особенностями намотки секций на «ребро».

Ширина шлица b_ш полуоткрытого паза должна обеспечить свободную укладку полукатушек в паз, поэтому равна

b_ш1 = 0,5 b_п+(1,0…1,5)

Высота шлица и высота клиновой части выполняется в пределах h_ш1 = 0,5-0,8мм

h_ш1 =2,5-3,5мм

Глубина боковой выемки паза под клин составляет 1,5-2,5 мм.

Рис.10.построение паза статора

В заключение рассчитываются площади пазов S_п по формулам:

Для рис.9,а

S_n=0,5(b₁+b_ш1)+0,5(b₁+b₁^э)h₁,mm² (46)

Для рис. 9,б

S_n= 1,57(r₁²+r₂²)+0,5(b₁+b₁^э)h1, mm² (47)

Для рис. 9,в

S_n=0,5(b_n+b_{ш 1})+h₁b_n, mm² (48)