 |
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.
|
|
|
|
Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь поперечного сечения паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нём проводников обмотки с учётом всей изоляции, и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определённых пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется типом обмотки, который в свою очередь зависит от мощности, номинального напряжения и исполнения машины. Расчёт размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора.
Полузакрытые пазы статора обычно имеют трапецеидальную форму (рис. 
), при этом размеры 
и 
выбирают такими, чтобы стенки зубцов были параллельными (
).
Рис. 2. Трапецеидальные полузакрытые пазы статора.
Для определения ширины зубца 
следует принять среднее значение магнитной индукции в зубцах 
и в ярме статора 
. По табл. 8,10[1, стр.289] принимаем 
28. Ширина зубца
где 
- коэффициент заполнения стали. Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 
, имеющих изоляционное покрытие для уменьшения потерь в стали от вихревых токов. Для 
рекомендуется применять сталь марки 
. Для стали 
обычно используют изолирование листов оксидированием. В этом случае 
.
Определяем размеры трапецеидальных пазов:
29. Высота спинки статора
30. Высота паза
31. Большая ширина паза
32. Меньшая ширина паза
где 
- ширина шлица, 
- высота шлица.
33. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку
|
|
|
34. Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки
.
35. Площадь поперечного сечения прокладок 
; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу
,
где 
- среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции. Для 
.
Рис. 3. Трапецеидальные полузакрытые пазы статора в масштабе 2:1.
36. Коэффициент заполнения паза
Полученное значение 
допустимо для механизированной укладки обмотки.
Расчет ротора.
Правильный выбор воздушного зазора 
во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше магнитный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает его 
и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение 
приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми зазорами не улучшается, а часто даже становится хуже.
37. Воздушный зазор определяем по рис. 8,31[1, стр.300] в зависимости от количества пар полюсов и внутреннего диаметра статора:
,
но можно и пересчитать размер воздушного зазора, воспользовавшись формулой для определения его для двигателей средней и большой мощности:
38. Так как зазор удовлетворяет условию 
, округлим с точностью до 
, то есть 
.
Принимаем по таблице 8,16 [1, стр. 306] рекомендуемое число пазов ротора АД без скоса пазов в зависимости от числа пар полюсов и числа пазов статора: 
39. Внешний диаметр ротора:
40. Длина магнитопровода ротора:
41. Зубцовое деление ротора:
|
|
|
42. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал:
,
где 
– коэффициент, выбираемый по табл. 8,17 [1, стр. 319] в зависимости от высоты оси вращения 
и количества полюсов 
.
Тогда:
43. Значение тока в обмотке ротора:
,
где 
коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение 
.
44. Его приближенное значение может быть рассчитано в зависимости от номинального 
, который мы задавались в начале расчета:
Получим:
45. Коэффициент приведения токов 
определяем следующим образом:
,
где 
коэффициент, учитывающий влияние скоса пазов (так как пазы ротора выполняем без скоса, то 
).
Тогда
Соответственно:
46. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):
,
где 
- плотность тока в стержне литой клетки. То есть получим:
Рис. 4. Трапецеидальные пазы короткозамкнутого ротора.
Пазы ротора определяем по рис 
[ 
, стр. 
]. В двигателях с 
выполняют трапецеидальные закрытые пазы с размерами шлица 
и 
. Высота перемычки над пазом 
.
Размеры паза ротора рассчитываем, исходя из требуемого сечения стержня 
, полученного по допустимой индукции в зубце и из условия постоянства ширины зубца, то есть параллельности его граней.
47. По допустимой индукции определяем ширину зубца ротора:
,
где 
принимаем по табл. 
[ 
, стр. 
]. Тогда:
48. Рассчитываем размеры паза:
.
49. Полная высота паза:
;
Рис. 5. Трапецеидальные пазы короткозамкнутого ротора в масштабе 2:1.
50. После расчёта размеров паза и округления их до десятых долей миллиметра уточним площадь сечения стержня:
51. Плотность тока в стержне:
Плотность тока в стержнях машин закрытого обдуваемого исполнения при заливке пазов алюминием выбирается в пределах 
, то есть найденное значение попадает в допустимые пределы.
Рис. 6. Размеры замыкающих колец короткозамкнутого ротора с литой обмоткой.
52. Площадь поперечного сечения замыкающих колец:
где 
токи в кольце, А, 
плотность тока в замыкающих кольцах.
53. Токи в кольце и плотность тока можно найти по соответствующим формулам:
,
|
|
|
где 
токи в стержнях.
Тогда
54. Размеры размыкающих колец:
;
55. Средний диаметр размыкающих колец:
Расчет магнитной цепи.
Марку электротехнической стали выбираем по рекомендациям [ 
, стр. 
] в зависимости от оси вращения проектируемого асинхронного двигателя – сталь 
с толщиной листов 
мм.
56. Магнитное напряжение воздушного зазора:
где 
индукция в воздушном зазоре, Тл, рассчитанная по окончательно принятому числу витков в фазе обмотки 
и обмоточному коэффициенту 
, определенному для принятой в машине обмотки; 
воздушный зазор, м; 
коэффициент воздушного зазора; 
магнитная проницаемость, 
.
57. Коэффициент воздушного зазора:
,
где
58. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:
где 
расчётная высота зубца статора;
59. Расчетная индукция в зубцах:
Тогда
.
60. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:
где 
расчётная высота зубца ротора, определяемая по таблице 
[ 
, стр. 
] в зависимости от формы пазов ротора:
расчётная напряжённость поля в зубце ротора, А, определяемая в зависимости от индукции в зубце 
:
По табл. П1.7 для 
находим 
.
Соответственно:
61. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
,
То есть:
62. Магнитное напряжение ярма статора:
,
где 
длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м;
напряжённость поля при индукции 
по кривой намагничивания для ярма, принятой при проектировании стали, по таблице П-16 [1] приложения 2.
63. Длина средней магнитной силовой линии в ярме статора:
,
где 
высота ярма статора, м.
;
64. Индукция в ярме статора:
,
где 
расчётная высота ярма статора, м. При отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре 
То есть:
При индукции 
напряжённость поля по табл. П1.6 приложения 2 равна 
Соответственно:
65. Магнитное напряжение ярма ротора:
,
где 
напряжённость поля в ярме при индукции 
; 
длина силовых линий в ярме, м:
,
где 
высота спинки ротора:
Получим:
|
|
|
66. Индукция в ярме ротора:
,
где 
коэффициент заполнения сталью ярма ротора, 
принят ранее; 
расчётная высота ярма ротора для двигателей с 
, м:
,
Тогда
Соответственно:
67. При индукции 
напряжённость поля по табл. П1.6 равна 
. Значит магнитное напряжение ярма ротора:
68. На этом расчёт магнитных напряжений участков магнитной цепи двигателя заканчивается. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи на пару полюсов:
.
То есть:
69. Коэффициент насыщения магнитной цепи:
70. Намагничивающий ток:
71. Относительное значение:
Относительное значение 
служит определённым критерием правильности произведённого выбора и расчёта размеров и обмотки двигателя, поэтому можно сделать вывод о том, что размеры машины выбраны правильно.
|
|
|
