3. Проектування статора

Уточнюємо число витків в фазі.

Спочатку визначимо: частоту струму в режимі холостого ходу fx; магнітний потік в режимі холостого ходу генератора Фδх.

f_x= = =95Гц.

де: р - число пар полюсів; nх - частота обертання ротора в режимі холостого ходу.

Ф_δх=α_i*τ*l_i*B_δx*10^-4=0,7*2,8*3,08*0,45*10^-4=0,00027Вб.

де: αi - середня ширина полюса кігтя; τ - полюсний розподіл; li - ширина пакета статора; Вδ - індукція в повітряному зазорі при холостому ході

w_ф = = =59 витків.

де: Uфх - діюче значення фазної напруги в режимі холостого ходу; kф - коефіцієнт форми поля; k0 - обмотувальний коефіцієнт; fx - частота струму в режимі холостого ходу; Фδх - магнітний потік статора в режимі холостого ходу.

Вибираємо число пазів. Визначаємо число провідників в пазу.

z=2*p*m*q=2*6*3*1=36

де: р - число пар полюсів; m - число фаз; q - число пазів статора припадають на полюс і фазу.

Паз буде напівзакритим (виходячи з досвіду проектування).

U_п= = =20 витків.

де: p - число пар полюсів; q - число пазів статора припадають на полюс і фазу; wв - число витків обмотки збудження; а1 - число паралельних гілок.

Визначення площі поперечного перерізу провідника обмотки статора, діаметра голого дроти провідника обмотки статора.

S_a= = =3,32мм²

де: Iфм - діюче значення фазного струму в максимальному режимі; а1 - число паралельних гілок; jа - щільність струму в обмотці статора (8 - 25 А / ).

d_п=2* =2* =2,05мм.

де: Sa - площа поперечного перерізу провідника.

Вибираємо провід марки ПЕВ – 2. d_п=1,33мм; d_ип=1,4мм.

Визначення площі паза.

S_п= = =661мм².

де: Sa - площа поперечного перерізу провідника; Uп - число провідників в пазу; kзп - коефіцієнт заповнення паза.

Визначення ширини зубця.

Спочатку розрахуємо зубцеву поділ tz.

tz= = 0,942cм=10*10-3 м.

де: D - внутрішній діаметр статора; z - число пазів.

b_z= = =0,45см=4,5*10^-3 м.

де: li - довжина пакета статора; Вz - індукція в зубцях якоря (для стали Э11 Вz = 1 - 1,4Тл); tz - зубцеву розподіл; kδ - коефіцієнт повітряного зазору; Еδх - ЕРС генератора в режимі холостого ходу.

Визначення ширини паза на поверхні статора; ширини котушки статора з ізоляцією; ширини котушки статора по міді.

a_s = t_z - b_z=1 – 0,45 =0,55см=5,5*10^-3м.

де: tz - зубцеву розподіл; bz - ширина зубця.

b_{к из} < a_s –Δ_{из п} = 0,55 – 0,03=0,52см=5,2*10^-3м

де: as - ширина паза на поверхні статора; Δіз п - товщина ізоляції паза.

b_км = b_{к из} – 2 Δ_{из к} = 0,52 – 2*0,03=0,46см=4,6*10^-3м.

де: bк з - ширина котушки статора з ізоляцією; Δіз к - товщина ізоляції котушки на одну сторону.

Визначення числа рядів котушки; числа витків в ряду.

n₂= b_км/ d_ип =0,46/0,14 = 3,2

де: bкм - ширина котушки статора по міді; dіп - діаметр проводу з ізоляцією.

n₁=w_к / n₂=20 / 3,2 = 7

де: wк - число витків в котушці; n2 - число рядів котушки.

Визначення висоти котушки і висоти зубця.

h_к = n₁* d_ип +2 Δ_{из к} = 7*0,14 + 2*0,03 =1см=10*10^-3м .

де: n1 - число витків в ряду; dип - діаметр проводу з ізоляцією; Δиз к - товщина ізоляції котушки на одну сторону.

h_z = h_п = h_к +2 Δ_{из к} + 2 Δ_{из h}+ h_кл + h_s+ Δ_доп = h_к + 3,5мм =1 + 0,4

=1,4см=14*10^-3м .

де: hк - висота котушки.

Визначення ширини паза біля основи зубця.

b_п2 = = =0,73см=7,3*10^-3м.

де: hz - висота зубця; D - внутрішній діаметр статора; bz - ширина зубця; z - число пазів.

Визначення площі паза і коефіцієнта заповнення паза.

S_п= = =89,6мм²=0,896см²=0,0896*10^-3м

де: hz - висота зубця; bп2 - ширина паза біля основи зубця; as - ширина паза на поверхні статора.

k_зп= = =0,74

де: Sa - площа поперечного перерізу провідника; Uп - число провідників в пазу; Sп - площа паза.

Визначення середньої довжини витка обмотки якоря.

Спочатку визначимо: крок обмотки по пазах у; крок обмотки в частках полюсного поділу β; середню ширину секції τу.

У = 3 (визначається за способом намотування обмотки статора).

β = У/τ = 3/2,8 = 1,07.

де: τ - полюсний розподіл; У - крок обмотки по пазах.

τ_у = = =3,21см=32,1*10^-3м.

де: hп - висота паза; D - внутрішній діаметр статора; p - число пар полюсів; β - крок обмотки в частках полюсного поділу.

l_ст=l_i + 2 Δ_пл+ 0,5см = 3,08+2*0,03+ 0,5=3,64см=36,4*10^-3м.

де: li - ширина пакета статора; Δпл - товщина крайніх пластин.

l_s=К₁* τ_у+2В=1,4*3,3+2*1=6,62см=66,2*10^-3м.

де: К1і В - коефіцієнти (визначаємо за таблицею); τу - середня ширина секції.

Тепер можемо визначити середню довжину витка.

l_{а ср}=2*( l_ст+ l_s) =2*( 3,64+6,62) =20,52см=0,205м.

Визначення маси проводів обмотки якоря.

М_ма=m*W_ф*S_a*l_{a ср}*γ*10^-5=3*59*3,32*20,5*8,9*10^-5=1,072кг.

де: m - число фаз; Wф - число витків провідника у фазі; Sa - площа поперечного перерізу провідника; la ср - середня довжина витка обмотки якоря; γ - питома маса матеріалу проводу (для Сu = 8,9).

Визначення висоти ярма і зовнішнього діаметра статора.

h_j= = =0,22см=2,2*10^-3м.

де: Фδх - магнітний потік статора в режимі холостого ходу; kδ - коефіцієнт повітряного зазору; Вja - індукція в cпінке якоря (для стали Э11 Вz = 1,1 - 1,45Тл); kзс - коефіцієнт заповнення стали.

Зовнішній діаметр статора.

D_н=D + 2h_z + 2h_j=10,8 + 2*1,4 + 2*0,22=14,04см=0,14м.

де: D - внутрішній діаметр статора; hz - висота зубця; hj - висота ярма статора.

Визначення маси активної сталі статора та обсягу активної частини статора.

М_{а ст}=l_ст*k_зс*γ_ст*[π/4*(D²_н – D²) – z *b_п* h_п]*10^-3 ==3,6*0,95*7,7*[3,14/4*(14²–10,8²)–36*0,45*1,4]*10^-3=1,043кг

де: kзс - коефіцієнт заповнення сталі; γст - питома маса сталі; Dн - зовнішній діаметр статора; D - внутрішній діаметр статора; hп - висота паза; z - число пазів.

V_a=π/4*(D²_н – D²)*l_i=3,14/4*(14²–10,8²)*3,08=191см³=0,191*10^-3м³.

де: Dн - зовнішній діаметр статора; D - внутрішній діаметр статора; li - довжина пакета статора.