Как рассчитать обмотку статора асинхронного двигателя

6. КАК ВЫБРАТЬ ДИАМЕТР ПРОВОДНИКА?

Часть поперечного сечения паза должна занимать изоляция. Чем она тоньше, тем больше места останется для проводников обмотки, но одновременно тем меньше ее надежность. Однако и чрезмерное увеличение толщины изоляции не приносит пользы.

Рис. 18. Изоляция паза.

Наиболее типичный состав изоляции паза представлен на рис. 18. Каждый слой этой трехслойной изоляции имеет свое особое назначение. Собственно изоляцией является средний слой, для которого нужны изоляционные материалы высокого качества. Для двигателей средних мощностей в качестве этого слоя применяется лакоткань толщиной около 0,2 мм; в более крупных вместо лакоткани применяется миканит толщиной 0,2 — 0,3 мм, а в самых мелких — шелковая лакоткань толщиной 0,1 — 0,15 мм. Может быть применена также синтетическая пленка примерно тех же толщин.

Самый наружный слой представляет защитную оболочку против повреждений основной изоляции; для него применяется электротехнический картон (прессшпан) толщиной 0,15 — 0,2 мм.

Самый внутренний слой предназначается, во-первых, для предохранения основной изоляции от повреждений изнутри, а во-вторых, служит для защиты проводников от повреждений во время укладки обмотки, для чего он нарезается более широкими полосами, так что края его выступают из паза. Самым лучшим материалом для него является глянцевый (лощеный) электротехнический картон 0,1 — 0,15 мм.

Помимо изоляции часть места в пазу занимает деревянный или фибровый клин, закрывающий отверстие паза.

Кроме того, в двухслойных обмотках применяется междуслойная прокладка из электротехнического картона толщиной 0,3 — 0,5 мм (рис. 19).

Таким образом на долю собственно обмотки остается только часть поперечного сечения паза; и эту часть обмотка не может занять полностью, так как между проводниками неизбежно остаются пустые места.

Рис. 19. Разрез паза

Коэффициентом заполнения паза fп называется та доля поперечного сечения паза Qп , которая может быть занята проводниками с их изоляцией. Его величина зависит от формы паза — она тем больше, чем закругленнее очертания паза, и возрастает с увеличением его размеров (следовательно выше у более крупных машин), но почти не зависит от диаметра проводника, и только при очень значительном увеличении последнего заметно уменьшается, так как очень толстые проводники плохо укладываются в паз.

Для пазов по рис. 3, а и б при однослойной обмотке следует считать

fп = 0,40 — 0,50,

а для пазов по рис. 3, в и г,

fп = 0,33 — 0,40.

Применение двухслойных обмоток понижает значение коэффициента заполнения на 0,04 — 0,05. Таким образом, если в каждом   пазу   лежит  число  проводников

Sп =	6 wa
	Z1

поперечное сечение каждого из них с изоляцией будет:

qи =	Qпfп	[мм2].
	Sп

Отсюда диаметр проводника с изоляцией

dи =	√	4qи	[мм] .
		π

Теперь следует выбрать марку проводника, т. е. определить, какую он должен иметь изоляцию. В приложении приведены различные марки проводников круглого сечения, состав и толщина их изоляции при различных диаметрах голой меди. Наиболее употребительной является марка ПЭЛБО, но она изготовляется только для диаметров не менее 0,20 мм и не более 2,10 мм; поэтому меньшие диаметры приходится брать марки ПЭЛШО, а большие — марки ПБД. Прочие марки применяются   значительно реже.

Если теперь вычесть двухстороннюю толщину изоляции из диаметра с изоляцией dи , то получится диаметр голой меди dг . Однако последний может быть принят только в том случае, если он содержится в табл. В приложения; если же такого диаметра в таблице нет, надо выбрать проводник ближайшего диаметра.

Не следует применять проводники с диаметром более dи = 2 ÷ 2,25 мм или с сечением более
qи = 3 — 4 мм2, так как их очень трудно укладывать в пазы.

Зачастую возникают большие затруднения из-за того, что в распоряжении производящего перемотку нет достаточно широкого выбора проводников различного диаметра; в особенности это касается случаев более крупных двигателей, когда сечения проводников велики. В этих случаях приходится разбивать проводник на несколько параллельно включенных проводников, причем вовсе не обязательно, чтобы их диаметры были одинаковы; важно лишь, чтобы сумма сечений всех параллельных проводников с их изоляцией была примерно равна сечению qи .

После всего этого нужно проверить, какой получается в итоге коэффициент заполнения паза.

Следует отметить, что квалифицированный обмотчик может укладывать обмотку с заметно более высокими значениями коэффициента заполнения паза, чем указанные выше; но было бы неправильным добиваться этого, во-первых, потому, что при такой укладке производительность обмотчика понижается, а во-вторых, из-за того, что при слишком плотной укладке затрудняется проникновение пропиточного лака внутрь паза, и в результате теплоотдача его ухудшается.

Пример 4. Определим диаметр проводника для обмотки из предыдущих примеров.
Поскольку рассчитываемый двигатель имеет пазы по форме рис. 3, в, не очень большие, но и не самые маленькие, можно принять для однослойных обмоток среднее значение коэффициента заполнения паза — около fп = 0,40.

При выбранном числе витков в фазе w= 132 число проводников в каждом пазу sп = 22. Отсюда сечение одного проводника с изоляцией.

qи =	Qпfп	=	206,5 ∙ 0,40	= 3,75 мм2
	sп		22

Ему соответствует диаметр проводника с изоляцией

dи =	√	4qи	=	√	4 ∙ 3,75	= 2,185 мм.
		π			3,14

Такой диаметр можно было бы допустить в более крупных двигателях; но в данном случае лучше подразделить сечение на два, что даст диаметр

dи =	√	4 ∙ 3,75	= 2,185 мм.
		3,14 ∙ 2

Согласно табл. Б приложения для марки ПЭЛБО двухсторонняя толщина изоляции составляет 0,21 мм, следовательно диаметр голой меди будет:

dг = 1,55 — 0,21 = 1,34 мм.

Такого диаметра нет в таблице; но есть очень близкий к нему dг = 1,35 мм, который и можно принять. Увеличение диаметра проводника всего на 0,01 мм лишь ничтожно отразится на величине коэффициента заполнения паза. Сечение меди такого проводника qг = 1,431 мм2.

Для цепной обмотки с шагом у = 7 при числе витков в фазе w = 150 каждый паз будет содержать sп = 25 проводников с сечением

qи =	206,5 ∙ 0,40	= 3,31 мм2
	25

и диаметром

dи =	√	4 ∙ 3,31	= 2,05 мм;
		3,14

тогда диаметр голой меди должен быть

d1 = 2,05 — 0,21 = 1,84 мм.

Такого диаметра в таблице нет. Ближайший меньший диаметр — 1,81 мм, ближайший больший — 1,95 мм (помимо мало употребительного диаметра 1,88 мм); сразу можно сказать, что последний не удастся уложить, так как он даст слишком большое увеличение коэффициента заполнения паза — почти до 0,45, что при таком диаметре меди невыполнимо. При меньшем диаметре коэффициент заполнения получится несколько ниже принятого. Дело можно бы исправить, разбив сечение на два; но при этом, несмотря на улучшение коэффициента заполнения, сечение меди станет меньше.

Для двухслойной обмотки с тем же числом витков w = 150 и тем же шагом у = 7 коэффициент заполнения паза должен быть принят меньшим; крайнее, на что можно пойти — это принять
fп = 0,37. Так как в каждом пазу лежат стороны двух секций, а все секции должны иметь одинаковые числа витков, здесь сразу нужно начинать с подразделения сечения на две части:

qи =	206,5 ∙ 0,37	= 1,53 мм2,
	2 ∙ 25

dи =	√	4 ∙ 1,53	= 1,395 мм;
		3,14

Отсюда dг = 1,395 — 0,21 = 1,185 мм. Ближайшим меньшим диаметром является 1,16 мм, ближайшим большим — 1,25 мм (минуя мало употребительный диаметр 1,20 мм); очевидно, нужно принять первый из них.

Наличие 25 витков в каждой секции потребует применения двух параллельных ветвей, как это было показано в предыдущем примере. Если же это нежелательно, то можно пойти другим путем — убавить один виток; тогда в каждой секции будет по 12 витков, индукции несколько возрастут, но диаметр проводника можно будет увеличить:

qи =	206,5 ∙ 0,37	= 3,18 мм2
	24

dи =	√	4 ∙ 3,18	= 2,02 мм;
		3,14

dг = 2,02 — 0,21 = 1,81 мм,

т. е. значения станут такими же, как было принято для цепной обмотки с шагом у = 7.