Синтез электромагнитной подсистемы

5.1.1. Выбор электромагнитных нагрузок и главных размеров. Предварительно электромагнитные нагрузки и сле­дует выбирать в пределах значений, рекомендованных в [1] для выбранного типоразмера, класса нагревостойкости изоляции и исполнения двигателя по способу охлаждения. При проектировании допускается относительно широкое варьирование их величин. Выбор больших (по верхним пределам допускаемых областей) значений и , приводит к уменьшению габаритов машины и ее массы, но одновременно увеличивает нагрев обмотки и снижает энергетические показатели двигателя. При низ­ких значениях и размеры машины увеличиваются, и объем ее активной части используется не полностью.

Для правильного выбора электромагнитных нагрузок сле­дует, кроме того, учесть, что от соотношения их значений в значительной мере зависят особенности характеристик дви­гателя, определяемые дополнительными требованиями техни­ческого задания или предполагаемыми условиями работы проектируемой машины.

Выбранные значения и определяют только необхо­димый «объем» активной части машины , который может быть получен при различных соотношениях главных раз­меров.

Поэтому в начале проектирования выбирают несколь­ко вариантов значений и , связанных между собой вели­чиной машинной постоянной. После сравнительного анализа вариантов принимают наиболее удачный из них, при кото­ром спроектированный двигатель будет удовлетворять требованиям технического задания и ГОСТов. При этом величина наружного диамет­ра сердечника статора должна быть увязана с высотой оси вращения из стандарт­ного ряда.

Дальнейшее проектирование может показать целесообраз­ность некоторого изменения предварительно выбранных глав­ных размеров двигателя.

5.1.2. Обмотка и зубцовая зона статора. Основной задачей настоящего раз­дела является синтез обмотки статора и размещение ее в пазах. Предварительно должен быть решен вопрос о конструкции обмотки (из мягких, жестких или полужестких секций), кото­рый определяет форму паза (полузакрытый, полуоткрытый или открытый). Далее задаются величиной зубцового деления статора [1] и выбирают число пазов .При этом число пазов на полюс и фазу должно быть це­лое, так как в асинхронных двигателях дробное число применяют редко, только для тихоходных многополюсных машин. На этой стадии выбирается тип обмотки: однослойная концентрическая, двухслойная равносекционная или одно-двухслойная концентрическая (для механизированной намотки). Одновременно выбирается шаг обмотки и уточняется обмоточный коэффициент.

Число эффективных проводников в пазу целесообраз­но выбирать по принятой ранее линейной нагрузке. Полу­ченное значение округляется в зависимости от особеннос­тей принятого типа обмотки. После этого необходимо рас­считать число витков в фазе, уточнить линейную нагрузку, поток и индукцию в воздушном зазоре.

Вновь полученные величины и могут несколько от­личаться от принятых в начале расчета, но не должны вы­ходить за пределы допустимых значений. При больших рас­хождениях следует проверить правильность проведенных вы­числений. Дальнейший расчет проводится при уточненных в этом разделе значениях и .

При выборе материалов и конструкции изоляции обмот­ки необходимо руководствоваться данными, приведенными в [1].

Размеры пазов и зубцов статора в штампе уточняются после выбора размеров обмоточного провода, проверки коэф­фициента заполнения паза и индукций в зубцах и ярме с учетом припуска на штамповку листов и шихтовку сердеч­ника.

5.1.3. Воздушный зазор. Магнитное напряжение воздуш­ного зазора в основном определяет МДС машины, требуемую для обеспечения выбранной величины , увеличение зазора приводит к возрастанию намагни­чивающего тока и снижению . Чрезмерное умень­шение зазора вызывает резкое возрастание поверхностных и пульсационных потерь, которое может привести к ухудше­нию КПД двигателя. Необходимо учесть также и технологические возможности выполнения воздушного зазора. Поэтому величину воздушного зазора следует выбирать, ориентируясь на заводские исполнения аналогичных по типу и мощности асинхронные двигатели но­вых серий [1 - 5].

5.1.4. Обмотка и зубцовая зона ротора. При расчете короткозамкнутого ро­тора вначале выбирается число пазов ротора в соответствии с рекомендациями о допустимых соотношениях и 2р. Да­лее следует принципиально решить вопрос о форме паза ро­тора с учетом мощности машины и требований к пусковым характеристикам. После этого выбираются площади по­перечных сечений стержней и КЗ колец, размеры пазов и зубцов и рассчитываются индукции в зубцах и ярме ротора.

В роторах с двойной клеткой или с фигурными пазами размеры пусковой клетки или, соответственно, соотношения размеров фигурных пазов выбираются с учетом задан­ного пускового момента.

При проектировании фазного ротора число витков его обмотки выбирается по допустимому напряжению на контактных кольцах, которое регламентируется в зависимости от мощ­ности и условий эксплуатации двигателя с целью обеспечения его надеж­ной работы. Наименьшее значение напряжения при двухслойной об­мотке на роторе достигается при двух эффективных провод­никах в пазу. В этом случае выполняется стержневая волно­вая обмотка, в которой количество межгрупповых соединений по сравнению с петлевой для машин с 2р > 2 существенно уменьшается.

В некоторых случаях максимальная индукция в зубцах ротора превышает рекомендованный предел. Большей частью это является следствием неудачно выбранных размерных соот­ношений пазов, особенно при применении фигурных пазов (лопаточных, колбообразных и др.), или чрезмерно глубоких прямоугольных (и в короткозамкнутых и в фазных роторах). В этих случаях нужно проверить правильность выбора плотности тока и сечения обмотки ротора и, если ошибка не обнаружена, то изменить соотношение размеров паза таким образом, чтобы минимальная ширина зубца воз­росла. Попытка уменьшить индукцию в зубцах ротора путем уменьшения числа его пазов практически не дает эффекта, особенно в короткозамкнутых роторах.

В двигателях, сердечники роторов которых посажены не­посредственно на вал, часто после расчета зубцовой зоны выясняется, что индукция в ярме ротора существенно ниже допустимых значений. Если при этом на других участках магнитопровода индукция соответствует нормам, то прини­мать какие-либо искусственные меры для повышения индук­ции в ярме ротора (установка втулки на валу и т. п.) не следует. Они приводят к усложнению конструкции и уве­личению стоимости двигателя.