1.2. Выбор типа обмотки и расчёт зубцового слоя якоря

Предварительное значение ЭДС якоря в номинальном режиме –

. (14)

Расчётный ток якоря –

. (15)

Простая волновая обмотка ( ) предпочтительнее, поскольку не требует уравните-лей первого рода. Рекомендуемый фрагмент условий её выполнения представлен следую-щими соотношениями: при р = 2 число коллекторных делений на паз u должно составлять 3 или 5, а число пазов – при любом целом x; для число u должно составлять 4 или 5, а . Однако, с ростом мощности машины расчёт этой обмотки на уровне кур-сового проектирования становится всё более затруднительным с точки зрения выполнения других рекомендаций. В случае возникновения таких затруднений следует предпочесть простую петлевую обмотку ( ). При номинальном напряжении 220 В целесо-образность применения петлевого варианта обмотки начинается ориентировочно с 45 кВт, а при более высоких напряжениях область применения волновых обмоток может быть продвинута до 55 – 65 кВт. Чёткой границы здесь не существует. Поэтому обмотка рассчи-тывается методом последовательных приближений. По мере совершенствования результатов следует заполнять свободные строки в таблице главных размеров и электромагнитных нагру-зок и в таблице параметров зубцового слоя якоря.

Расчётный ток параллельной ветви обмотки якоря –

. (16)

Предварительное полное число эффективных проводников двухслойной обмотки якоря

(округляется до ближайшего целого чётного) –

. (17)

В зависимости от диаметра якоря рекомендуются следующие диапазоны размеров зуб-цовых делений: см при D ≤ 30 см и см при D > 30 см.

Предварительное значение зубцового деления якоря –

. (18)

Предварительное число пазов якоря (округляется до целого) –

. (19)

Уточнённое зубцовое деление –

. (20)

Предварительное число эффективных проводников на паз (округляется до чётного) –

(21)

Число витков в секции якорной обмотки (предпочтительнее секции одновитковые, но в случае необходимости можно принимать и двухвитковое исполнение) –

. (22)

Число коллекторных делений на паз (рекомендуется 3…5) –

. (23)

Полное число коллекторных делений (предварительно) –

. (24)

Шаг по коллектору для простой волновой обмотки (при чётном p полное число коллек-торных делений K должно быть нечётным и наоборот) –

. (25)

Методом последовательных приближений следует добиться согласования совокупности условий (16)-(26). Затем необходимо снова уточнить Z и , добиваясь наименьшего откло-нения N от принятого предварительно.

К дальнейшему расчёту приняты:

, , , , . (26)

Первый частичный шаг обмотки якоря (укорочение ε выбирается таким образом, чтобы шаг измерялся целым числом и обмотка не была ступенчатой) –

. (27)

Уточнённое значение линейной нагрузки якоря (не должно выходить за пределы, огра-ниченные на рис. 3 красными линиями) –

. (28)

Принятые для дальнейших расчётов уточнённые параметры следует свести в соответствующие таблицы.

Очертания зубцового слоя якоря и заполнение пазов проводниками обмотки со стандар-тизованной изоляцией также проектируются методом последовательных приближений.

Предварительное значение ширины паза с параллельными стенками –

. (29)

Предварительное значение глубины паза якоря –

. (30)

Предварительное значение ширины зубца якоря у основания –

. (31)

Коэффициент заполнения шихтованного сердечника якоря электротехнической сталью толщиной 0,5 мм –

. (32)

Предварительное значение индукции в основании зубца якоря (должно находиться в пределах 2…2,2 Тл) –

. (33)

Размеры паза и очертания зубцового деления якоря определяются на основе следующего ряда рекомендаций.

Предварительное значение плотности тока в эффективном проводнике обмотки (вычисляется из фактора нагрева, который выбирается по рис. 5) –

. (34)

Рис. 5

Предварительное значение площади поперечного сечения эффективного проводника –

. (35)

Для открытых прямоугольных пазов с изоляцией класса В применяется провод прямо-угольного сечения марки ПСД с двухсторонней толщиной изоляции Размеры ширины и высоты > неизолированного провода, исходя из расчётного зна-чения , можно выбрать в любых сочетаниях из ряда чисел, представленных в таблице 2.

Таблица 2

Отрезок ряда размеров сторон неизолированного провода (мм)

1,00 1,08 1,16 1,25

1,35 1,45 1,56 1,68

1,81 1,95 2,1 2,26

2,44 2,63 2,83 3,05

3,28 3,53 3,8 4,1

4,4 4,7 5,1 5,5

5,9 6,4 6,9 7,4

8,0 8,6 9,3 10

Рис. 6

На рис. 6 представлен пример заполнения паза для варианта Здесь красным цветом обозначена изоляция проводников, зелёным – изоляция катушек, синим – корпусная изоляция, жёлтым – изоляционные прокладки. Тот же вид имеет поперечное сечение паза и при w = 1, но с разделением каждого эффективного проводника на два элементарных с целью снижения потерь на вихревые токи. Разделение эффективного проводника на элементарные с

той же суммарной площадью поперечного сечения становится необходимым, если высота выбираемого эффективного проводника превышает критическое для частоты значение (см. таблицу 3).

Таблица 3

Предельно допустимые значения высоты эффективных проводников обмотки якоря

[Гц]	100	75	50	25
h [мм]	5,9	6,4	7,4	9,3

Изоляция обмоток якорей стандартизована в зависимости от класса нагревостойкости и допустимого напряжения. На уровне курсового проектирования можно принять следующие значения её толщины:

1) изоляция катушек двухсторонняя – = 2×0,75 мм;

2) корпусная изоляция – = 2×0,25 мм по ширине паза и

= 3×0,25 мм – по высоте;

3) изоляционная прокладка – Δ = 0,5 мм.

Толщина изоляционного пазового клина с фасками, образующими прямой угол, требует расчёта на прочность, но на уровне курсового проектирования может быть принята равной 4…5 мм.

Принятая толщина клина –

. (36)

Ширина эффективного проводника в первом приближении –

. (37)

Высота эффективного проводника в первом приближении (после сопоставления с дан-ными таблицы 6 в случае необходимости эффективный проводник собирают из двух элемен-тарных с такой же суммарной высотой) –

. (38)

Размеры эффективного проводника, принятые по сортаменту обмоточных проводов прямоугольного сечения –

(39)

Плотность тока в принятом поперечном сечении эффективного проводника –

. (40)

Ширина паза для выбранных поперечных размеров эффективного проводника –

. (41)

Глубина паза для выбранных поперечных размеров эффективного проводника (на при-мере рис. 6) –

. (42)

(для одновитковых секций с массивными эффективными проводниками глубина паза на меньше).

Зубцовое деление на глубине паза –

. (43)

Ширина зубца у основания –

. (44)

Расчётная индукция в основании зубца при выбранных размерах эффективного проводника –

. (45)

Очертания зубцового деления можно признать рациональными, если ; ; Тл. В случае отклонения от этих рекомендаций следует повто-рить расчёт зубцового слоя. В простейшем случае можно изменить соотношение размеров проводника, сохраяя в допустимых пределах уточнённое значение плотности тока. Если этого недостаточно, то можно варьировать сочетание u, w, и Z таким образом, чтобы новое значение N оставляло в допустимых пределах . Получив новое значение А, необходимо снова уточнить В. Окончательные результаты расчёта зубцового слоя якоря следует свести в таблицу и использовать для дальнейших построений.

Параметры зубцового слоя якоря

				j				A	B
-	-	-	-	А/мм2	см	см	см	А/см	Тл	Тл

Чертёж принятого зубцового деления с заполненным пазом, подобный эскизу на рис. 6, следует в масштабе 4:1 или 5:1 представить на отдельной странице расчётно-пояснительной записки как рис.1 с соответствующим названием.

Магнитный поток пары полюсов в воздушном зазоре в номинальном режиме –

. (46)

Если оказалось, что , то следует скорректировать , уточнить , и новые значения использовать в дальнейших расчётах.

Окончательное расчётное значение длины сердечника якоря –

. (47)