ТЭМ переменного тока. Тяговые генераторы переменного тока, страница 2

Катушку обмотки статора наматывают на широкое ребро и укладывают в паз, геометрические параметры которого уточняются с учетом витковой и покровной изоляции и соблюдения условий (*) (рис. 19).

Длина активной части статора принимается исходя из условия, чтобы индукция в его зубцах не превысила допустимого значения:

,

где - значение магнитного потока; - коэффициент полюсного перекрытия, который в тяговых электродвигателях принимает переменное значение из-за переменного насыщения магнитной цепи.

Расчет сопротивления обмотки статора основывается на геометрических параметрах ее катушки и выполняется после конструктивной проработки аналогично ТЭД. Омическое сопротивление фазы обмотки статора

,

где - длина витка обмотки.

Расчет параметров ротора. Сердечник ротора тепловозных АТД выполняется шихтованным с прямыми пазами и аксиальными вентиляционными каналами. Наружный диаметр сердечника . Вследствие того, что тяговые электродвигатели работают в тяжелых условиях пуска число пазов ротора  должно удовлетворять неравенству . На практике значение  выбирают исходя из условий минимизации добавочных потерь, паразитных моментов, радиальных вибрационных сил и шума АТД. Исследования, выполненные на заводе «Электросила», позволили определить рекомендуемые значения  в зависимости от значений  и  (табл. 7).

                                                 Таблица 7

Рекомендуемое число пазов ротора АТД

3	54 72 90	44; 64; 66; 68 56; 58; 62; 82; 84; 86; 88 74; 76; 78; 80; 100; 102; 104
4	84 96	66; 70; 98; 100; 102; 104 78; 82; 110; 112; 114

Стержни ротора отливают из алюминия; поэтому пазы имеют грушевидную форму со шлицом (рис. 20). Значения диаметров большего  и меньшего  овалов стержня принимаются такими, чтобы обеспечить приблизительно постоянную ширину зубца ротора . Кроме того, ширина зубца ротора должна удовлетворять условиям  (*) и (**).

При определении высоты стержня следует учитывать, что напряжение на входе АТД имеет сложный гармонический состав. Чем больше номер гармонической составляющей, тем сильнее сказывается эффект вытеснения тока в стержнях ротора на добавочные потери. Поэтому надо стремиться к тому, чтобы  ротор не получался глубокопазным. Окончательно геометрические параметры стержня ротора определяются его электрической нагрузкой.

Рассматривая беличью клетку ротора как короткозамкнотую многофазную сосредоточенную обмотку с числом фаз , обмоточным коэффициентом  и  числом витков в фазе  действующее значение основной гармонической фазной эдс обмотки ротора находится как

.

По значению  определяются фазные значения тока в стержне

  

и короткозамыкающем кольце .

По значению  рассчитывается минимально возможное сечение стержня  .

После расчета геометрических размеров стержня должны быть выполнены проверки по значению линейной нагрузки  и тепловому фактору .

Пакет сердечника ротора в спрессованном состоянии удерживается двумя нажимными шайбами, каждая толщиной ; поэтому короткозамыкающие кольца отстают от сердечника якоря на расстояние , а длина стержня между кольцами  (для тепловозных электродвигателей ).

Параметры короткозамыкающего кольца определяются параметрами стержня. Высота кольца в радиальном направлении принимается , где - высота стержня ротора (рис. 20). Ширина кольца в осевом направлении определяется допустимой плотностью тока в кольце , но по технологии производства не может быть меньше . Средний диаметр кольца . Средняя длина кольца, приходящаяся на одно пазовое деление . Сопротивление кольца, приходящегося на одно пазовое деление при нормальных условиях , где  - удельное сопротивление аллюминия при 20⁰С; - сечение кольца.

Расчетная длина стержня учитывает ширину колец . Сопротивление стержня при нормальных условиях .

Роторы тепловозных АТД не являются глубокопазными, поэтому эффект вытеснения основной гармонической тока в стержнях не оказывает значительного влияния на изменение их сопротивления. Опыт проектирования показывает, что при высоте стержня во всем рабочем диапазоне изменения частоты основной гармонической питающего напряжения учет вытеснения тока позволяет повысить точность расчета активного и реактивного сопротивлений ротора не более, чем на 1%. Таким образом, активное сопротивление фазы обмотки ротора для основной гармонической допустимо определять без учета эффекта вытеснения тока , где .

Расчет магнитной цепи АТД выполняется по первой гармонической поля с учетом переменного значения . На распределение магнитной индукции в воздушном зазоре асинхронного двигателя сильно сказывается насыщение зубцов статора и ротора (т.к. воздушный зазор очень мал), приводя к  «уплощению» синусоидальной кривой поля  в области ее максимума. В результате величина  увеличивается (), что необходимо учитывать при определении намагничивающей силы.

В практических расчетах  значение величины  определяют по графической зависимости , где  - коэффициент насыщения, - напряженности магнитного поля в зубцовом слое статора, воздушном зазоре и зубцовом слое ротора (рис. 18). В результате расчет магнитной цепи сводится к нелинейной задаче.

Использование средств вычислительной техники позволяет вести расчет магнитной цепи, учитывая переменное значение  при задании сечений магнитороводов.

Номинальный магнитный поток первой гармонической в воздушном зазоре определяется из зависимости для номинального значения трансформаторной э.д.с. обмотки :

,

где - коэффициент формы первой гармонической кривой индукции.

Значения магнитных индукций определяются аналогично магнитной цепи ТЭД с той лишь разницей, что для зубцовых слоев и воздушного зазора учитывается переменное насыщение: