4.2. Электромагнитный расчет
4.2.1. Расчет статора
Основной задачей настоящего раздела является расчет, числа витков фазы обмотки, распределение ее в пазах и расчет индукции на участках магнитопровода статора. Предварительно должен быть решен вопрос о типе обмотки (всыпная, полужесткая, жесткая), которая, в свою очередь, определяет форму паза (полузакрытый, полуоткрытый или открытый). Далее задаются величиной зубцового деления статора [1] и определяют число пазов Z1 при этом число пазов на полюс и фазу q должно быть целым, так как в асинхронных двигателях дробное число q обычно не применяют.
Число эффективных проводников в пазу uп целесообразно определить по принятой ранее величине линейной нагрузки. Полученное значение uп округляется в зависимости от особенностей принятого типа обмотки. После этого необходимо рассчитать число витков в фазе, величины линейной нагрузки, потока и индукции в воздушном зазоре.
Вновь полученные величины Вδ и А могут несколько отличаться от принятых в начале расчета, но не должны выходить за пределы допустимых значений. При больших расхождениях следует проверить правильность проведенных вычислений.
Весь дальнейший расчет проводится на основании полученных в этом разделе значений А и Вδ, а не ранее принятых их величин.
Переходя к расчету размеров зубцов и пазов статора, следует иметь в виду, что в статорах, имеющих всыпную обмотку из круглого провода, как правило, применяют трапецеидальные или грушевидные пазы, причем их размеры должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки. Наиболее простым способом определения размеров паза, удовлетворяющих этому условию, является следующий. На вычерченном в масштабе зубцовом делении листа статора отмечаются зоны зубцов и спинки, размеры которых определяются допустимым уровнем индукции в них. В оставшейся свободной области пазового деления размещается паз.
При выборе материалов и конструкции изоляции обмотки необходимо руководствоваться данными, приведенными в [1].
Окончательные размеры пазов и зубцов статора в штампе определяются после выбора размеров обмоточного провода, расчета коэффициента заполнения паза и индукций в спинке и в зубцах статора с учетом припуска па штамповку листов и шихтовку сердечника.
4.2.2. Воздушный зазор
Магнитодвижущая
сила воздушного зазора в основном
определяет полную МДС машины, поэтому
увеличение зазора приводит к возрастанию
намагничивающего тока и снижению
.
Однако чрезмерное уменьшение зазора
вызывает резкое возрастание поверхностных
и пульсационных потерь, которое может
привести к ухудшению к.п.д. двигателя.
Поэтому величину воздушного зазора
следует выбирать, ориентируясь на
заводские исполнения аналогичных по
типу и мощности асинхронных двигателей
новых серий [1, 2].
4.2.3. Расчет ротора
При расчете короткозамкнутого ротора вначале выбирается число пазов ротора в соответствии с рекомендациями о допустимых соотношениях Z1 и Z2. Далее следует принципиально решить вопрос о форме паза ротора с учетом мощности машины и требований к пусковым характеристикам. После этого рассчитываются площади сечения стержней и к.з. колец, размеры пазов и зубцов и определяются индукции в зубцах и ярме ротора.
При расчете фазного ротора число витков его обмотки определяется по принятому значению э.д.с. Е2 на ее выводах (на контактных кольцах). Величина Е2 регламентирована в зависимости от мощности и условий работы двигателя. Дли обеспечения надежной работы она не должна превышать установленных пределов. Наименьшее значение Е2 при двухслойной обмотке на роторе достигается при двух эффективных проводниках в пазу. В этом случае выполняется стержневая волновая обмотка, в которой, в отличие от петлевой, для машин с 2р>2 существенно уменьшается количество межгрупповых соединений.
Расчет индукции в зубцах ротора в некоторых случаях показывает, что максимальная индукция в них превышает рекомендованный методиками предел. Большей частью это является следствием неудачно выбранных размерных соотношений пазов, особенно при применении фигурных пазов (лопаточных, трапецеидальных и т. д.), или чрезмерно глубоких прямоугольных (и в короткозамкнутых и в фазных роторах).
В этих случаях нужно проверить правильность выбора плотности тока и расчета 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.
Если при заданном диаметре ротора не удается спроектировать его зубцовую зону, не превышая допустимых значений индукции или плотности тока в обмотке, то следует увеличить главные размеры двигателя, что в некоторых случаях требует перехода на большую высоту оси вращения.
В двигателях, сердечники роторов которых насажены 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. Все они приводят к усложнению конструкции и технологии производства двигателя.