10.8.2. Обмотка статора.

Эффективные витки в фазе обмотки статора

(10.37)

Двухслойные обмотки статора, как правило, выполняют с укороченным шагом. Шаг обмотки обычно выбирают в пределах

, (10.38)

где округляют до целого числа;.

Коэффициент укорочения

. (10.39)

Коэффициент распределения

. (10.40)

При дробном числе пазов на полюс и фазу в (10.40) вместо подставляют.

Обмоточный коэффициент

. (10.41)

10.9. Воздушный зазор и полюсы ротора

Воздушный зазор в основном определяет технико-экономические показатели машин. С одной стороны, при увеличении зазора возрастают размеры обмотки возбуждения и потери в этой обмотке. С другой стороны, при малых зазорах повышаются добавочные потери на поверхности полюсных наконечников, а также появляется опасность при деформации ротора задевания его о статор. От зазора зависят возможные кратковременные перегрузки синхронной машины по моменту и мощности. На максимальные значения момента и электромагнитной мощностисущественное влияние оказывает синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси. Чем больше зазор, тем меньше индуктивное сопротивлениеи, следовательно, большими будут кратности максимальных значений моментаи мощности. В синхронных машинах общего назначения при выборе воздушного зазоры обычно исходят из значения, при которомилибудут иметь необходимые значения. Связь междуи зазоромустанавливается известным соотношением

. (10.42)

Учитывая, что , после преобразований получаем

, (10.43)

где — индуктивное сопротивление продольной реакции якоря;— индуктивные сопротивления рассеяния и синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси;— коэффициент воздушного зазора;— коэффициент продольной реакции якоря по рис. 10.23;— коэффициент, учитывающий влияние магнитных напряжений стальных участков магнитной цепи и стыков между полюсом и ярмом для ненасыщенной машины;— максимальная индукция в зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении, Тл;Г/м — магнитная постоянная.

Если принять в среднем ито получим

. (10.44)

В (10.44) подставляют в А/м,— в теслах,— в м, тогдаполучаем в метрах. Коэффициент в скобках выбирают тем меньше, чем большее значение имеет. Нижний его предел соответствует. На рис. 10.18 дана зависимость, полученная на основании осреднения расчетных данных явнополюсных синхронных машин общего назначения. По этой зависимости, исходя из заданного значения, можно предварительно найтии подставить в (10.44). Для синхронных двигателей согласно ГОСТ 183. Такое же значение можно принимать для кратности максимальной мощности у генераторов. Обычно отношение лежит в пределах 1,65…2,5.

Рис. 10.18. Зависимость от

В современных синхронных машинах воздушный зазор по ширине полюсного наконечника делают неодинаковым. Чтобы получить распределение магнитного поля, приближающегося к синусоидальному, зазор под краями полюсов берут примерно в 1,5 раза больше, чем в середине, т. е. , где— зазор под серединой полюса. С этой целью радиус дуги полюсного наконечника выбирают меньше внутреннего радиуса статора (рис. 10.19):

. (10.45)

Рис. 10.19. Размеры ротора синхронной явнополюсной машины

Среднее значение зазора принимают равным:

. (10.46)

Равномерный воздушный зазор по всей ширине полюсного наконечника в настоящее время применяют иногда в машинах небольшой мощности.

Длина полюсной дуги

, (10.47)

где — коэффициент полюсного перекрытия (конструктивный).

При хорда, соединяющая края полюсного наконечника, практически не отличается от дуги.

От зависит использование активного объема машины. С увеличениемпри прочих равных условиях уменьшается объем активной части машины, но возрастает поток рассеяния полюсов. Обычновыбирают в пределах 0,68…0,73.

Полюсы чаще всего выполняют шихтованными. В крупных машинах для полюсов используют сталь Ст3 толщиной 1 или 1,4 мм. Запрессовку сердечников полюсов осуществляют с помощью нажимных щек и шпилек.

Полюсы в быстроходных машинах при м/с прикрепляют с помощью хвостов к шихтованному остову (см. рис. 10.3 и 10.19), а в тихоходных машинах приворачивают шпильками к ободу магнитного колеса (см. рис. 10.2). Шихтованный обод и магнитное колесо изготавливают из стали Ст3.

У машин мощностью меньше 100 кВт полюсы собирают из листов электротехнической стали и прикрепляют проходящими через них болтами к напрессованной на вал втулке или непосредственно к валу. Применяют конструкцию ротора, показанную на рис. 10.7. Более подробно о креплении полюсов изложено в § 9.5.

Высоту полюсного наконечника (см. рис. 10.19) выбирают, исходя из того, чтобы была возможность разместить на его краях стержни демпферной (пусковой) клетки, а также из условий достаточной механической прочности. В табл. 10.9 приведены значенияв зависимости от полюсного деления машины.

Длины полюсного наконечник и полюсапо оси машины принимают равными длине статора(или на 1—2 см меньше).

Таблица 10.9. Значения в зависимости от полюсного деления машины

, см	15—20	20—30	30—40	40—50	50—60	Примечание
, см	2,2—3	3—4	4—5	5—6	6—7,5	При наличии демпферной клетки
, см	1,6—2,2	2,2—3	3—3,7	3,7—4,5	4,5—5,5	При отсутствии демпферной клетки

Высота полюсного сердечника , м, предварительно может быть найдена по одной из следующих формул:

для машин 16—20-го габаритов:

;

для машин 10—15-го габаритов при :

; (10.48)

для машин 10—15-го габаритов при :

;

для машин небольшой мощности (до 100 кВт):

.

В (10.48) иподставляют в метрах.

Окончательно высоту устанавливают после расчета и укладки обмотки возбуждения (см. § 10.15) и вычерчивания эскиза с расположением ее проводников в межполюсном пространстве.

Ширину полюсного сердечника определяют, исходя из допустимого значения индукциив основании полюса. При определении индукциинеобходимо учитывать поток рассеяния полюса. Этот поток наряду с основным потокомпроходит по сердечнику полюса (см. § 10.11). Таким образом, поток полюса

, (10.49)

где — коэффициент рассеяния.

Поток и коэффициент рассеяния зависят от размеров полюса, которые пока неизвестны. Предварительно коэффициент рассеяния можно определить так:

, (10.50)

где и— в метрах;— коэффициент, зависящий от высоты полюсного наконечника.

При выборе коэффициента можно руководствоваться следующими данными:

, см	3	4	5	6	7
	7	8,5	10	11	12

Тогда ширину полюсного сердечника находят по следующей формуле

. (10.51)

Коэффициент заполнения полюса сталью принимают при толщине листов 1 мм — 0,95, при толщине листов 1,4 мм — 0,97. Индукциювыбирают в пределах 1,4…1,6 Тл.

Расчетная длина сердечника полюса, м,

, (10.52)

где — толщина одной нажимной щеки полюса, м:

.

В (10.52) принимают , а не, чтобы приближенно учесть ослабление сечения щек за счет закругления краев и отверстий для гаек стяжных шпилек.

Размеры остова или обода магнитного колеса в большинстве случаев определяются конструктивными соображениями и требованиями механической прочности и получаются больше, чем это необходимо для проведения магнитного потока. Ввиду этого при электромагнитном расчете определяют длину остова или ободаи их минимально возможную толщину. В дальнейшем при размещении обмотки возбуждения на полюсе и при разработке конструкции толщина остова или обода, а также их внешние диаметры и размеры самого полюса должны быть уточнены:

, (10.53)

для крупных машин м, для среднихм и для малых;

. (10.54)

Индукция выбирается в пределах 1…1,3 Тл.