курсового проекта по дисциплине

Задания и методические указания для выполнения

«Электрические машины»

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 051000.62 Профессиональное обучение (по отраслям),

профиля подготовки «Энергетика»,

профилизации «Электропривод и автоматика»

 

 

Екатеринбург

РГППУ

Задания и методические указания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Электрические машины». Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Рос. гос. проф.- пед. ун-т», 2014. 110 с.

 

Составители: к.т.н., доцент И.Л. Щеклеина

доцент А.А. Емельянов

ст. преподаватель В.В. Ипполитов

ассистент А.В. Медведев

 

Методические указания обсуждены на заседании кафедры электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий. Протокол от «10» апреля 2014 г. № 7.

 

Зав. кафедрой электрооборудования

и автоматизации промышленных предприятий И.Л. Щеклеина

 

 

Рекомендованы к печати научно-методической комиссией электроэнергетического факультета ЭлИн РГППУ. Протокол от «___» ____________ 2014 г. № ___.

 

Председатель научно-методической

комиссии ЭлИн РГППУ А.О. Прокубовская

 

 

ã ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2014

ã И.Л. Щеклеина, А.А. Емельянов,

В.В. Ипполитов, А.В. Медведев, 2014
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.. 7

1.1. Техническое задание и исходные данные. 7

1.2. Содержание курсового проекта. 8

1.3. Указания к оформлению пояснительной записки. 10

1.4. Указания к расчёту отдельных разделов. 11

1.4.1. Выбор главных размеров. 11

1.4.2. Определение Z ₁, w ₁ и сечение провода обмотки статора. 13

1.4.3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. 16

1.4.4. Расчёт ротора. 20

1.4.5. Расчёт намагничивающего тока. 24

1.4.6. Расчёт параметров рабочего режима. 27

1.4.7. Расчёт потерь. 32

1.4.8. Расчёт рабочих характеристик. 37

1.4.9. Расчёт пусковых характеристик. 40

1.4.10. Тепловой расчёт. 48

1.4.11. Расчёт вентиляции. 50

1.4.11. Расчёт и построение круговой диаграммы.. 51

2. ПРИМЕР РАСЧЁТА.. 54

2.1. Задание. 54

2.2. Выбор главных размеров. 55

2.3. Определение Z ₁, w ₁ и сечения провода обмотки статора. 56

2.4. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. 57

2.5. Расчет ротора. 58

2.6. Расчет намагничивающего тока. 62

2.7. Параметры рабочего режима. 64

2.8. Расчет потерь. 67

2.9. Расчет рабочих характеристик. 68

2.10. Расчет пусковых характеристик. 74

2.11. Тепловой расчет. 78

2.12. Расчет вентиляции. 80

2.13. Заключение. 81

3. СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 82

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 83

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.. 98

ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 108

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. 109

 

Введение

 

Курсовое проектирование является важным этапом в освоении дисциплины «Электрические машины». Для успешного выполнения курсового проекта необходимы знания по техническим дисциплинам: «Теоретическая и прикладная механика», «Теоретические основы электротехники».

Для современного электромашиностроения свойственны единые серии электрических машин, характеризуемых общностью назначения и подобием конструкции всей серии [1]. С учетом этого законы проектирования машин также характеризуются общностью, устанавливающей наиболее целесообразные соотношения основных размеров и параметров, создавались на основе этих законов и большого опыта проектирования и длительной эксплуатации. Поэтому при проектировании особое внимание уделяется расчету и проектированию серийных электрических машин. Однако студент в своей работе проектирует единичную машину, и для более глубокого усвоения особенностей проектирования на всех этапах выполнения проекта рекомендуется вести “вручную”. При этом необходимо учитывать многие, подчас противоречивые факторы, которые должны быть приведены к единым критериям. Это делает необходимым многовариантность расчетов отдельных параметров и характеристик машин и, следовательно, использование персонального компьютера в целях оптимизации работы.

При проектировании электрических машин необходимо учитывать соответствие их технико-экономических показателей современному уровню при соблюдении требований государственных и отраслевых стандартов, а также назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных материалов, КПД, технологию производства и надежность в работе [2].

Курсовой проект имеет целью ознакомить студента с современной практикой проектирования электрических машин и её основными проблемами, научить его применять полученные значения при решении реальной задачи, воспитать и развить навыки самостоятельной работы и самостоятельного принятия решений. Каждый студент выполняет индивидуальное задание, пользуясь рекомендованной литературой. При этом студент должен работать с возможными вариантами расчетных и конструктивных решений, оценить их достоинства и недостатки, обосновать принятое им решение.

Методические указания включают: техническое задание и исходные данные, содержание курсового проекта, требования к оформлению курсового проекта, методические рекомендации по выполнению всех разделов проекта, пример расчета, справочные данные, необходимые при проведении расчетов, перечень учебной литературы. Использование настоящих указаний позволит студенту ориентироваться в литературе по проектированию и преодолеть трудности, встречаемые при проектировании электрических машин. Выполнение проекта предполагает знание физических процессов и основных вопросов теории асинхронных машин.

При создании электрической машины рассчитывают размеры статора и ротора, выбирают типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины [1, 3]. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при ее изготовлении трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью [2] и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

1. Методические указания

1.1. Техническое задание и исходные данные

Необходимо произвести расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в соответствии с техническим заданием. Техническое задание к проектированию включает в себя основные исходные данные (тип двигателя, номинальная мощность на валу, КПД, коэффициент мощности, число пар полюсов, класс нагревостойкости изоляции и номинальное фазное напряжение), приведенные в табл. 1, и дополнительные исходные данные (частота питающего напряжения, величина воздушного зазора), которые выдаются руководителем курсового проектирования индивидуально. Кроме того, руководитель формулирует дополнительные требования, например, наименьшие допустимые значения кратности максимального и минимального моментов, предельные значения пускового тока и наименьшие значения пусковых моментов и т.д. Номер варианта исходных данных определяется согласно номеру в журнальном списке.

Табл. 1

Исходные данные к курсовому проектированию

№ варианта	Тип асинхронного двигателя	Р 2н, кВт	η	cos φ	2 p	Класс нагревостойкости изоляции	U 1ф, В
	АИР 90L2У3		0.85	0.88		F
	АИР 100S4У3		0.82	0.83		А
	АИР 100L6У3	2.2	0.81	0.73		B
	АИР 100S2У3		0.865	0.89		E
	АИР 100L4У3		0.84	0.84		A
	АИР 112M6У3		0.81	0.76		B
	АИР 100L2У3	5.5	0.875	0.91		E
	АИР 112M4У3	5.5	0.855	0.85		A
	АИР 112L6У3		0.82	0.81		B
	АИР 112M2У3	7.5	0.875	0.88		E
	АИР 132S4У3	7.5	0.875	0.86		A
	АИР 132S6У3	5.5	0.85	0.8		B
	АИР 132M2У3		0.88	0.9		F
	АИР 132M4У3		0.875	0.87		A
	АИР 132M6У3	7.5	0.855	0.81		B
	АИР 160S2У3		0.88	0.91		F
	АИР 160S4У3		0.88	0.91		B
	АИР 160S6У3		0.86	0.81		F
Окончание табл. 1
№ варианта	Тип асинхронного двигателя	Р 2н, кВт	η	cos φ	2 p	Класс нагревостойкости изоляции	U 1ф, В
	АИР 160M2У3	18.5	0.885	0.92		F
	АИР 160M4У3	18.5	0.895	0.88		B
	АИР 160M6У3		0.875	0.87		B
	АИР 180S2У3		0.885	0.91		F
	АИР 180S4У3		0.9	0.9		B
	АИР 180M6У3	18.5	0.88	0.87		B
	АИР 180M2У3		0.905	0.9		F
	АИР 180M4У3		0.91	0.89		F
	АИР 200M6У3		0.9	0.9		F
	АИР 200M2У3		0.9	0.89		F
	АИР 200L6У3		0.905	0.9		F
	АИР 225M6У3		0.91	0.91		F

 

В отношении требований, неоговоренных в задании, спроектированный двигатель должен удовлетворять соответствующим ГОСТам. При работе над проектом, если нет специальных указаний руководителя, следует ориентироваться на конструктивное исполнение, принятое в машинах единой серии.

 

1.2. Содержание курсового проекта

Содержание курсового проекта направлено, прежде всего, на расширение и углубление знаний, развитие навыков в расчетах с широким использованием справочной литературы, каталогов, учебных пособий и др.

Проектирование электрической машины – это сложная многовариантная задача. Стремясь получить наиболее быстрым путём близкий к заданию расчетный вариант, студент при работе над проектом обязан научиться оптимизировать многие расчеты. Поэтому перед началом расчета он должен тщательно изучить конструкцию базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные.

К защите курсового проекта должны быть представлены пояснительная записка и сборочный чертеж спроектированной машины.

 

Записка должна содержать нижеперечисленные разделы:

1. Техническое задание.

2. Выбор главных размеров.

3. Определение Z ₁, w ₁ и сечения провода обмотки статора.

4. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

5. Расчёт ротора.

6. Расчёт намагничивающего тока.

7. Расчёт параметров рабочего режима.

8. Расчёт потерь.

9. Расчёт рабочих характеристик.

10. Расчет круговой диаграммы.

11. Расчёт пусковых характеристик.

12. Тепловой и расчет.

13. Расчёт вентиляции.

14. Сравнительный анализ спроектированного двигателя.

По результатам технических расчетов выполняется графическая часть проекта. Графический материал включает в себя следующее:

– эскизы пазов статора и ротора в штампе;

– графики рабочих, пусковой и механической характеристик;

– круговая диаграмма.

Графики характеристик и эскизы пазов выполняются в пояснительной записке и обозначаются как иллюстрации. При изображении графиков характеристик разрыв осей не допускается; все рабочие характеристики изображаются на одном графике (с несколькими осями ординат), пусковая и механическая характеристика выполняются также на одном графике (с двумя осями абсцисс). При изображении эскизов пазов допускается применение масштаба М1:1, М2:1, М4:1 или М5:1.

 

1.3. Указания к оформлению пояснительной записки

Пояснительная записка должна быть выполнена на стандартных листах формата А4. Оборотная сторона листов не используется. Титульный лист к записке составляется по форме приложения В. На первой странице должно быть помещено задание на проект, выданное в начале работы. Далее следуют оглавление и текст записки. В конце записки помещается список использованной литературы, причем на каждую из приведенных в списке книг или статей должна быть ссылка в тексте записки.

Страницы записки необходимо пронумеровать, рисунки (эскизы, графики) выполнить на отдельных листах миллиметровой бумаги формата А4 и сброшюровать вместе с текстом пояснительной записки. Допускается выполение рисунков с использованием компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР).

В тексте записки следует избегать многословных пояснений и общих рассуждений. Необходимые по ходу расчета пояснения и обоснования следует делать кратко и ясно. При записи расчетов нужно обязательно привести расчетную формулу в общем виде, затем ту же формулу с заменой символов соответствующими числами и, наконец, численный результат с указанием единицы измерения. Результаты промежуточных вычислений могут быть опущены.

Все расчёты рекомендуется проводить в системе СИ.

1.4. Указания к расчёту отдельных разделов

1.4.1. Выбор главных размеров

Для начала необходимо установить синхронную скорость вращения магнитного поля, об/мин, по формуле:

,

где f ₁ – частота напряжения питающей сети, Гц;

p – число пар полюсов машины.

Далее определяют высоту оси вращения h, которая является главным размером в двигателе. Высоту h необходимо принять из типа машины в техническом задании. Например, если задан тип машины — АИР112L6У3, то цифры 112 и означает высоту оси вращения. В соответствии с главным размером h заданы стандартные значения внешнего диаметра магнитопровода статора D_a, которые определяются по табл. П1А.

Внутренний диаметр статора D зависит от внешнего диаметра статора и параметров пазов статора. Но поскольку на начальном этапе расчета параметры пазов неизвестны, внутренний диаметр статора определяется приблизительно по формуле:

,

где К_D – отношение диаметров, определяемое по табл. П2А, или по формуле:

.

На данном этапе расчета рекомендуется принимать среднее значение внутреннего диаметра статора. При последующем расчете этот параметр может быть изменен в найденных пределах.

Далее находят полюсное деление τ, м:

τ = πD/2p

и расчётную мощность Р', Вт:

где Р₂ – мощность на валу двигателя, Вт;

k_E – отношение ЭДС об­мотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по рис. П4Б.

Предварительно электромагнитные нагрузки А и В_δ следует выбирать в пределах, рекомендованных значений для заданного типоразмера и исполнения двигателя (рис. П1Б). Так как при проектировании допускается относительно широкое варьирование этими величинами, то при их выборе необходимо руководствоваться следующим. Выбор больших (по верхним пределам допускаемых областей) значений А и В_δ приводит к уменьшению габаритов машины, но, одновременно, увеличивает нагрев обмотки и ухудшает энергетические показатели двигателя. При низких значениях А и В_δ размеры машины увеличиваются и объем ее активной части используется не полностью.

Для правильного выбора электромагнитных нагрузок следует, кроме того, учесть, что от соотношения их значений в значительной мере зависят особенности характеристик двигателя, определяемые дополнительными требованиями технического задания или предполагаемыми условиями работы проектируемой машины.

Выбранные значения А и В_δ определяют только необходимый «объем» активной части машины, который может быть получен при различных соотношениях главных размеров:

А – линейная нагрузка, А/м

B_δ – индукция в воздушном зазоре, Тл.

При выполнении этого раздела проекта следует иметь в виду, что дальнейший расчет может показать целесообразность некоторого изменения предварительно выбранных главных размеров двигателя.

Предварительное значение обмоточного коэффициента k _об1 вы­бирают в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток (Р _2н ≤ 15 кВт) k _oб1 = 0,95...0,96. Для двухслойных обмоток (Р _2н > 15 кВт) при 2 р = 2 следует принимать k _oб1 = 0,75... 0,83 и при 2 р > 2 — k _oб1 = 0,91...0,92.

Расчётная длина воздушного зазора определяется по формуле [1, 3]:

где – коэффициент формы поля;

Ω – синхронная угловая скорость вала двигателя:

или ,

где n ₁ — синхронная частота вращения, об/мин;

f ₁ — частота пита­ния, Гц.

Критерием правильности выбора главных размеров D и l _δ слу­жит отношение λ = l _δ /τ, которое находится в пределах, пока­занных на рис. П2Б.

 

1.4.2. Определение Z₁, w₁ и сечение провода обмотки статора

Основной задачей настоящего раздела является расчет, числа витков фазы обмотки, распределение ее в пазах и расчет индукции на участках магнитопровода статора.

Здесь работу начинают с предварительного выбора зубцового деления t ₁, учитывая тип обмотки, номиналь­ное напряжение и полюсное деление машины.

Значения зубцовых делений статора асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода, необходимые для предварительного выбора числа пазов, приведены на рис. П3Б.

Однако в процессе расчета целесообразно не ограничиваться выбором какого-либо одного конкретного зубцового деле­ния, а, руководствуясь приведенными выше соображениями, рассмотреть диапазон возможных значений t_{z 1} в пределах указанных значений зубцовых делений t _1min ÷ t _2max. Тогда возможность числа пазов статора, соответствующих выбранному диапазону t ₁:

Окончательное число пазов статора Z ₁ следует выбирать в полу­ченных пределах с учетом условий, налагаемых требованиями сим­метрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значе­ния числа пазов на полюс и фазу q ₁. Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз m, а число q ₁ = Z ₁ /( 2 pm) в большинстве асинхронных машин должно быть

Окончательное значение зубцового деления статора находят по формуле:

.

Число эффективных проводников в пазу u' _п целесообразно определить по принятой ранее величине линейной нагрузки (а = 1).

,

где А – принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м;

I _1н – номинальный ток обмотки статора, А:

Полученное значение u' _п не округляют до целого, а на­ходят такое число параллельных ветвей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетворять отмеченным условиям, либо потребует лишь незна­чительного изменения: u _п = а u' _п.

Число а при этом взято только из ряда возможных чисел параллельных ветвей для обмотки данного типа и заданного числа полюсов. Ряд возможных чисел а можно определить по следующим формулам:

· p / а = целое число, при однослойной обмотке (Р < 15 кВт);

· 2 p / а = целое число, при двухслойной обмотке (Р > 15 кВт). Например, при 2 p = 6 число параллельных ветвей может быть а = 1,2,3 и 6.

Из ряда чисел а необходимо начинать расчет с наибольшего, так как при этом уменьшается ток в параллельной ветви и уменьшается число проводников в жгуте при намотке катушки статорной обмотки. Но увеличение числа параллельных ветвей а приведет к уменьшению диаметра провода всыпаемого в паз. Так как с уменьшением провода толщина изоляции остается постоянной, то это приведет в процентном отношении к большему заполнению паза изоляцией. На этом примере видно, что студент с самого начала расчета должен делать выбор между противоречивыми требованиями. Весь процесс расчета сопровождается решением противоречий и от качества их решения зависят выходные характеристики двигателя.

Данное полученное значение u _п округляют до ближайшего целого или четного числа в зависимости от типа обмотки.

Окончательное число витков в фазе обмотки:

w ₁ = u _п Z ₁ / 2 a m.

Окончательное значение линейной токовой нагрузки, А/м

А = 2 I _1ном w ₁ m / πD.

После этого уточняют значение потока Ф, Вб:

и определяют индукцию в воздушном зазоре В_δ, Тл:

.

Если линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов находятся в рекомендуемых пределах, то переходят к расчету сечения эффектив­ного проводника q _эф (сечение жгута, по которому протекает ток параллельной ветви).

Сечение эффективных проводников, определяют, исходя из тока одной параллельной ветви (I _пар) и допустимой плотности тока в об­мотке (J ₁):

I _пар =I _1н / а; q _эф = I _пар / J ₁= I _1н /(аJ ₁),

где J ₁ = (AJ ₁)/ A, причем допустимая плотность тока в статорной обмотке из медного провода при степени защиты IP44 должна находиться в следующих пределах J ₁ = 4,5…6.5. Тепловая нагрузка (AJ ₁)определяется по рис. П5Б.

Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник q _эф делят на несколько элемен­тарных q _эл. Для двигателей мощностью P ₂ = 3…37 кВт диаметр элементарного (голого) провода находится в пределах d _эл= 1…1,7 мм, верхний предел которого ограничивается шириной шлица паза b _ш1. Сечение элементарного провода для всыпной обмотки имеет следующие пределы q _эл = 0,75…2 мм².

По табл. П4А подбираются сечение q _эл и число элементарных проводников n _эл, составляющих один эффективный (жгут), таким образом, чтобы диаметр d _эл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:

q _эл n _эл = q _эф. _.

Причем по справочным данным n _эл ≤ 6, то есть число проводников в жгуте не превышает шести (в редких случаях для двухполюсных машин n _эл достигает восьми).

Далее проводят окончательный расчёт плотности тока:

J ₁ = I _1ном / (аq _эл n _эл).

 

1.4.3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Рис. 1 ­– Паз статора

Для всыпных обмоток, как правило, выполняют зубцы магнитопровода статора с постоянной шириной по высоте, что приводит к трапецеидальной форме паза. В этом случае индукция в зубце статора B_z1 будет постоянной и допустимые значения которой находятся в пределах B_{z 1} = 1,7…1,9 Тл. Как правило, начинают расчет с максимального значения индукции B_{z 1} = 1,9 Тл. В этом случае достигается полное использование магнитных свойств магнитопровода зубца, так как небольшое увеличение магнитного сопротивления в результате уменьшения магнитной проницаемости ведет к небольшому увеличению тока холостого хода в статорной обмотке. При этом значении ин­дукции будет минимальная ширина зубца и, следовательно, максимальная площадь паза.

Значения индукции в ярме статора находятся в пределах B_{а 1} = 1,2…1,5 Тл. Для двухполюсных двигателей B_{а 1} приближается к нижнему пределу, а для многополюсных – к верхнему. Это означает, что в двухполюсных машинах высота ярма h_{а 1} будет больше высоты паза статора h _п1.

По выбранным значениям индукций определяются:

− высота ярма статора, м:

h_a = Ф / (2 B_a l _ст1 k _ст1);

− ширина зубца статора, м

где k_c − коэффициент заполнения сталью магнитопровода;

l _ст1 = l_δ − при длине воздушного зазора меньше 0,3 м, в противном случае необходимо установить радиальные каналы охлаждения, которые приведут l _ст1 < l_δ.

Размеры паза вначале определяют без учета размеров и числа проводников обмотки, исходя только из допустимых значений ин­дукций в зубцах и ярме статора:

− высота паза:

− широкая часть паза b _{1 с} или дно паза (рис. 1):

b _{1 с} = (D+ 2 h _п1) / Z ₁ – b_{z 1}.

− Размер b _2с определяют в зависимости от угла β [1, 3]:

- при β = 45°

;

- при β = 30°

.

В последних формулах высота шлица паза h _ш1 обычно лежит в пределах от 0,5 до 1 мм в зависимости от мощности двигателя. Следует иметь в виду, что h _ш1 должна быть достаточной для обеспечения механической прочности кромок зубцов, удерживающих в уплотненном состоянии проводники паза после заклиновки пазов. Однако увеличение h _ш1 приводит к возрастанию потока рассеяния паза, что в большинстве случаев нежелательно. Обычно в двигателях с h ≤ 132 мм принимают h _ш1 = 0,5 мм, а в двигателях с h ≥ 160 мм увеличивают до h _ш1 = 1 мм.

Ширину шлица паза в статорах, рассчитанных на укладку обмотки вручную, принимают равной b _ш1 = d _из + (1,5...2) мм, где d _из – диаметр изолированного обмоточного провода, мм. Размер b _ш1 должен обеспечить возможность свободного пропуска проводников об­мотки через шлиц с учетом толщины изоляционных технологических прокладок, устанавливаемых при укладке обмотки для предохранения изоляции проводников от повреждений об острые кромки шлица (табл. П6А).

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза “в свету” и учесть площадь поперечного сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией S _из и прокладками в пазу S _пр. Размеры паза “в свету” определяют с учетом припусков на шихтовку сердечников Δ b _п и Δ h _п :

где Δ b _п и Δ h _п — определяют по табл. П7А.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в кото­рой размещаются обмотка,

,

Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу,

S _из = b _из(2 h _п1 + b _1с + b _2с),

где b _из – односторонняя толщина изоляции в пазу (табл. П8А).

Площадь прокладок в пазу:

– S _пр=0,4 b _{1 с} + 0,9 b _{2 с} – при двухслойных обмотках (для двигателей с h =180…250 мм);

– S _пр= 0 – для однослойных обмоток.

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся свободной для размещения проводников обмотки

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза:

k _з = (d ²_из u _п n _эл ) / S' _п,

который должен находиться в пределах:

· k _з = 0,69... 0,71 для двигателей с 2 р = 2;

· k _з = 0,72... 0,74 для двигателей с 2 р ≥ 4.

Выбор воздушного зазора. Чем меньше воздушный 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 намагничиваю­щие тока двигателя, благодаря чему возрастает его cos φ 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 и зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.

Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор можно определить по следующим формулам [1, 3]:

· δ ≈ (0,3 + 1,5 D)10^-3 − при 2 р = 2;

· δ ≈ (0,25 + D)10^-3 − при 2 р ≥ 4.

Для двигателей средней и большой мощности:

 

1.4.4. Расчёт ротора

Рис. 2 – Паз ротора

Внешний диаметр магнитопровода ротора D ₂:

D ₂ = D – 2 δ.

Внутренний диаметр магнитопровода ротора:

D_j = D _в = k _в D_а ,

где коэффициент k _в определяется по табл. П10А.

При проектировании зубцовой зоны короткозамкнутых роторов особое вни­мание следует уделять выбору числа па­зов ротора. Это объясняется тем, что в поле воздушного зазора машины кроме основной присутствует целый спектр гар­моник более высокого порядка, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротора, поэтому ток в стержнях обмотки имеет сложный гармонический состав. В результате взаимодействия токов и полей высших гармоник возникают электромагнитные моменты, которые при неблагоприятном соотношении Z ₁ и Z ₂ могут существенно ухудшить механическую характеристику двигателя.

Исследования, проведенные для изучения влияния соотношений чисел зубцов на статоре и роторе на характеристику момента, а также на шумы и вибрации, позволили определить наилучшие сочетания Z ₁ и Z ₂ (табл. П9А).

Зубцовое деление t ₂, представляющее собой расстояние между центрами соседних пазов по окружности ротора, рассчитывается по формуле:

t ₂ =π D ₂ /Z ₂.

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором серии АИР с высотой оси вращения h ≤ 250 мм выполняют грушевидные пазы и литую обмотку на роторе (рис. 2). В двигателях с h < 160 мм пазы имеют узкую прорезь со следующими размерами [1, 3]:

− b _ш2 = 1 мм, h _ш2 = 0,5 мми h' _ш2 = 0 − при h < 100 мм;

− b _ш2 = 1,5 мм, h _ш2 = 0,75 мми h' _ш2 = 0 − при h =112 и 132 мм;

В двигателях с h = 160…250 мм:

− b _ш2 = 1,5 мм, h _ш2 = 0,7 мми h '_ш2 = 0,3 − при 2 p ≥ 4;

− b _ш2 = 1,5 мм, h _ш2 = 0,7 мми h' _ш2 = 1…1,5 − при 2 p = 2.

Размеры паза b ₁, b ₂ и h ₁ (рис. 2), рассчитывают, исходя из сечения стержня q_c и из условия постоянства ширины зубцов ротора.

Индукция в зубце ротора принимается B_{z 2} = 1,75…1,95 Тл (расчет рекомендуется начинать со среднего значения), тогда ширина зубца определится по следующей формуле:

где l _ст2 = l_δ − при длине воздушного зазора меньше 0,3 м.

Далее необходимо определить ток в стержне ротора:

где значение коэффициента k_i определяются по рис. П6Б;

ν_i − коэффициент приведения статорного тока к току в стержне беличьей клетки:

Сечение стержня определяется током I ₂и плотностью тока в стержне J ₂:

q_c = I ₂ / J ₂,

где J ₂= 2,5…3,5 А/мм² − допустимая плотность тока в стержнях для асинхронных двигателей со степенью защиты IP44 и алюминиевой беличьей клеткой. Верхние пределы J ₂ относятся к двигателям меньшей мощности P ₂ = 3…5,5 кВт.

Площадь паза ротора условно можно представить в виде следующих геометрических фигур:

− верхней полуокружности с диаметром b _1р,

− нижней полуокружности с диаметром b _2р ,

− трапеции с основаниями b _1р, b _2р и высотой h _1р .

Широкая часть паза b _1ропределяется по формуле:

Узкая часть паза b _2р [1, 3]:

По условиям высококачественной заливки пазов алюминием b _2р ≥ 1,5 мм (при h ≥ 160 мм –не менее2,5 мм).

Расстояние между центрами полуокружностей или высота трапеции:

Полная высота паза ротора (рис. 2):

Сечение стержня q_c:

Рис. 3 – Размеры короткозамыкающих колец

 

Ток в короткозамыкающих кольцах находят [1, 3]:

где

При расчете в градусах π = 180 ^°,а в радианах π = 3,14.

Площадь поперечного сечения замыкающих колец:

q _кл = I _кл / J _кл,

где J _кл =0,85 J ₂.

Уменьшение плотности тока в кольцах на 15% ведет к усилению оттока тепла из стержней к кольцам.

Высоту сечения кольца выбирают h _кл ≥ 1,2 h _п2.

Ширину замыкающих колец рассчитывают исходя из q _кл, и выбранной h _кл:

b _кл = q _кл / h _кл.

Средний диаметр замыкающих колец:

D _кл.ср = D ₂ – h _кл.

 

1.4.5. Расчёт намагничивающего тока

Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого хода, при котором для асинхронных двигателей характерно относительно сильное насыщение стали зубцов статора и ротора. Магнитная цепь состоит из следующих участков:

− воздушный зазор,

− зубцы статора,

− зубцы ротора,

− ярмо статора,

− ярмо ротора.

Для проведения потока через эти разнородные участки потребуются ра

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: