Электрические машины. 9

1. Курстық жобаны есептеуге арналған тапсырмалар

 

 

  Номиналды фазалық  кернеу (В) – U_1н=380В;

  Орамдардың қосылу схемасы  – Ү;

  Қосылу желісінің жиілігі  (Гц) – f₁=50 Гц;

  Магнит өрісінің айналу жиілігі  (айн/мин) – n₁=1500 айн/мин;

  Қорғау дәрежесі;

  Өзекшелердің геометриялық өлшемдері;

      Статор өзекшесінің диаметрі (м) – D_a=0,191м;

      Статор өзекшесінің ішкі диаметрі (м) – D=0,126м;

      Статор өзекшесінің ұзындығы (м) – l₁=0,06+3D;

      Ауа саңылауы (м) –δ=0,0003;

      Статор пазыныңөлшемі (м) – b₁₁=0,0065м;

                                                             b₁₂=0,0082м;

                                                             h₁₁=0,0145м;

                                                             b_ш1=0,0035м;

                                                             h_ш1=0,0005м ; (Сурет 1.1)

       Ротор пазының өлшемі (м)  – b₂₁=0,0058м;

                                                             b₂₂=0,0018м;

                                                             h₂₁=0,0222м;

                                                             b_ш2=0,0015м;

                                                             h_ш2=0,0007м;  (Сурет  1.2)

Сурет 1.1 Статордың тізбекше орамының тісшелі                                Сурет 1.2 Қысқа тұйықталған

                                    аймағы                                                                             ротордың  сопақ пазы

 

 Статор пазының саны z₁=36;

 Ротор пазының саны z₂=34;

 Ротор пазының қисаю мәні (м) – b_қис=0,011м;

 Қысқа тұйықталу сақинанаың ені (м) – а_сақ=0,0098м;

 Қысқа тұйықталушы сақинанаың биіктігі (м ) – b_сақ=0,0245м;

 

 

2. Ротор мен статордың өзекшесінің геометриялық өлшемі мен тұрақтыларын есептеу

 

 

1. Статор өзекшесінің есептеу ұзындығы, (м):

 

                                  l_δ=l₁=0,06+0,3∙D;                                               (2.1)

 

                                  l_δ=0,07+0,3∙0,126=0,0978 м.

 

2.  Статордың пазының өлшемдері (м) – сурет-2.1:

• паздың биіктігі:

 

                              h_n1=h₁₁+h_ш1 ;                                                                                        (2.2)

 

                                                h_n1=0,0145+0,0005=0,015м.

 

• тісшенің биіктігі:

 

                            h_z1=h_n1 ;                                                            (2.3)

                                 h_z1=0,015м.  

 

• коронка биіктігі:

 

 

м.

 

• паздың өлшемі:

 

    h₁₂=h₁₁–h_k1 ;                                                    (2.5)

 

      h₁₂=0,0145-0,00086=0,01364 м.

 

3.  Статордың тісшелі қадамы (м):

 

 

4.  Статордың тісшесінің ені (м):

 

 

 

 

 

5.  Статор тісшесінің ортасы ені (м):

 

 

 

6.  Статор жармасының биіктігі (м):

 

 

 

7.  Ротор өзекшесінің ұзындығы (м):

 

l₂=l₁+0,005;                                       (2.11)

 

l₂=0,0978+0,005=0,1028 м.

 

8.  Ротор өзекшесінің сыртқы диаметрі (м):

 

D₂=D-2·δ;                                          (2.12)

 

D₂=0,126-2∙0,0003=0,1254 м.

 

9.  Ротор өзекшесінің ішкі диаметрі (м):

D_j=0,3∙D;                                           (2.13)

 

D_j=0,3∙0,126=0,0378 м.

 

10. Ротор пазының өлшемдері (Сурет 2.2):

- ротор пазының биіктігі:

 

h_n2=h₂₁+h_ш2;                                       (2.14)

 

h_n2=0,0222+0,0007=0,0229м.

 

- ротор тісшесінің биіктігі:

 

h_z2=h_n2=0,0229м.                                   (2.15)

 

- паздың өлшемі:

 

 

 

11. Ротордың тісшелі қадамы (м):

 

 

 

12. Ротор тісшесінің ені (м):

 

                                (2.18)

 

 

 

 

13. Ротор тісшесінің орташа ені (м):

 

 

 

14. Ротор жармасының биіктігі (м):

 

 

            мұндағы D_j=0,3∙D₂=0,3·0,1254=0,03762.

 

 

15. Паздың қисаюының салыстырмалы мәні:

 

 

 

16.  Ротор пазының көлденең қимасының ауданы (мм²):

 

                          (2.23)

 

 

17.  Ротор орамының қысқа тұйықталу сақинасының көлденең қимасының   ауданы (мм²):

 

q_сақ=a_сақ∙b_сақ∙10⁶;                                      (2.24)

 

q_сақ=0,0098∙0,0245∙10⁶=240,1

.

 

18.  Магнит өрісінің айналуының синхронды бұрыштың жылдамдығы (рад/с):

 

рад/с.

 

19.  Машинаның полюс жұбының саны:

 

 

 

20. Полюстік бөліну (м):

 

 

 

21. Полюс пен фазадағы паздар саны:

 

 

m₁=3 полюстер саны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.   Статор мен ротордың өзекшесін есептеу

 

 

1. Статор орамын таңдау

 

Кіші қуатты асинхронды машинаға бір қабатты орам таңдалады, ал орташа және үлкен қуатты машиналарын екі қабатты орамдар таңдалады. Егер машинада h≤132 мм (мұндағы h – айналу осінің биіктігі) болса онда бір қабатты орам таңдалады, егер h>132 мм болса онда екі қабатты орам таңдалады.

 

2. Қадамды қысқарту коэффициенті: Бір қабатты орамдар үшін β=1, мұнда орам қадамы

 

-   бүтін сан.                         (3.1)

 

β=1

 

3.  Қысқарту коэффициенті:

 

                   К_ул1=sin(β∙90⁰);                                       (3.2)

 

К_ул1=1.

Орамдық коэффициент:

 

К_ор1= К_р1∙ К_ул1;                                                            (3.3)

 

К_ор1=1·0,960=0,96.

 

Үлестіру коэффициенті К_ул1 – полюс пен фазадағы паздар санына q байланысты. Ол байланыс 3.1. кестесінде көрсетілген

    

Кесте 3.1

 

q	1	2	3	4	5	6	∞
Кул1	1,0	0,966	0,960	0,958	0,957	0,956	0,955

 

 

 

 

 

 

 

         Сызықтық жүктеме және магнитті индукция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р^’=1,11∙0,126²∙0,0978∙157∙0,96∙23∙10³∙0,85=5030,1 Вт. 

 

4.  Статор орамының номинал тоғы (А):

 

 

Е₁=К_Е∙U_1H= 0,97∙ U_1H= 0,97 ∙380=368,6;

 

 

5.  Статор орамының фазасының өткізгіштігінің қимасы (мм²):

 

(3.5)

 

мұндағы J₁-тоқ тығыздығы (А/мм²);

J₁=6,7 мм²    мұндағы Һ=80мм.

 

мм².

 

6. Қарапайым өткізгіштің диаметрі мен қимасын таңдау

 

Таңдау әдісі айналу осі һ≤280мм-ге дейінгі қозғалтқыштарға  негізделген, бұл жағдайда жұмсақ секциялы орамдар қолданылады. Бұл орамдардың қарапайым жалаңаш өткізгіштері мына екі шартты қанағаттандыру керек:

 

 мм;                                          (3.6)

 

d<1,8мм, мұндағы һ- айналу осінің биіктігі.

 

 

Осы шарттар арқылы 1-қосымшадан жалаңаш өткізгіштің диаметрін d табамыз. Осы қосымшадағы кесте арқылы қарапайым өткізгіштің қимасы q_кар (мм²) және изоляциямен капталған өткізгіштер d_из(мм) таңдалады. Изоляцияланған сымның диаметрінің d_измәні мына шартты қанағаттандыру керек d_из+1,5≤ b_ш1, бұл орамдарды орналастырған кездегішлиц арқылы еркін өту қажеттілігінің технологиялық шарты. Егер бұл шарт орындалмаса, онда жалаңаш сымның диаметрін кішірек қылып алу қажет.

 

d_из+1,5≤ b_ш1;

 

0,615+1,5≤0,0035*10³ м.

 

2,115мм≤3,5мм.

 

7. Фазадағы қарапайым өткізгіштің параллель орналасу саны:

 

 - бүтін сан.                                   (3.7)

 

 

8.  Кесте 3.2 арқылы параллель өткізгіштердің санына таңдаймыз.

                                                                                          

Кесте 3.2

 

Түрі	Полюс жұптарының саны
	1	2	3	4
	Параллель өткізгіштердің саны а
Бір қабатты	1	1,2	1,3	1,2,4
Екі қабатты	1,2	1,2,4	1,2,3,6	1,2,4,8

 

Мұндағы а=1 болады.

 

9.  Бір тиімді аралықтағы қарапайым өткізгіш саны (немесе орамдағы бір параллель өткізгіштегі қарапайым орамдар саны)

 

 

Тоқтың тығыздығы J₁ = , мұнда q_ф = q_кap ∙ n_кар ∙ а;

 

q_ф = 0,246∙3∙1=0,738 мм;

 

J₁ =

= = 6,15 А/мм².

 

Тоқ қысымы шектен шықпау қажет.

 

Индукция мен магнит өрісін есептеу

 

11.  Негізгі магнит ағыны (Вб) мен сызықтық жүктеме (А/м):

 

 

 

 

 

12.  Фазадағы орамдар саны (алдын-ала алынған):

 

)

 

 

 

13.  Паздағы тиімді өткізгіштердің саны:

 

 

 

14. Орам санының анықталған мәні:

 

 

 

15.  Магнит ағымының анықталған саны (Вб):

 

 

Вб.

 

16.  Ауа саңылауындағы магнит индукциясының анықталған мәні (Тл):

 

 

Тл.

 

17. Статор мен ротордың тісшелеріндегі магнит индукциясы (Тл):

 

 

=0,97 – пакетті болатпен толтыру  коэффициенті.

 

Тл.

 

Тл.

 

18.   Статор мен ротор жармасындағы магнит индукциясы (Тл):

 

B_a=

 

            B_a=

= 1,51Тл;

 

             B_j= (3.19)

 

B_j=

= 1,2Тл.

 

19.  Жарма мен тісшедегі магнит индукциясы мына шартқа сәйкес келуі керек:

B_z1,B_z2  <1,9 Тл  В_а,В_j < 1,6 Тл.

 

20.  Өлшемдері   b₁₁, b₁₂,h₁₂.

 

= һ₁₂∙10³;  = һ₁₂∙10³;   = һ₁₂∙10³;

 

=6,5.      =8,2.     = 13,64.

 

21. Бір қабатты орамдар оралатын паздың бос орнының ауданы:

 

= ∙                               (3.20)

 

= 0,5∙(6,5+8,2)∙13,64-41,98(0,4+0,2)= 95,06.

 

мұндағы L_U = 2 + + паздың аумағы бойынша паздың изоляцияның ұзындығы.

L_U =2∙13,64+6,5+8,2 = 41,98.

 

- паздың изоляцияның  қалыңдығы;

- өзекшенің шихтовкаға жіберілуі;

= 0,1 егер һ ≤ 100; = 0,2 егер һ> 100.

 

22.  Екі қабатты орамға арналған статор пазының бос орамның ауданы (мм²):

 

- 0,75 ∙( );                               (3.21)

95,06- 0,75∙0,4∙(6,5+8,2) = 91 мм².

23. Статор пазын толтыру коэффициенті:

 

К_тол = ( )/                                   (3.22)

 

мұндағы S_nc =   - бір қабатты орамдар үшін                                                                                         S_nc =   - екі қабат орамдар үшін                                                                           К_тол = (0,7 ∞ 0,73) болу керек.

 

К_тол = (0,615²∙57,65∙3)/91 = 0,72.

 

 

Ротор тоғы

 

24.   Ротор стерженінің тоғы (А):

 

І₂ = 0,9∙(6W₁ ∙К_ор1)∙I_1н/z₁;                                                 (3.23)

 

   І₂ = 0,9∙(6∙346∙0,96)∙4,54/36 = 226,2A.

 

25.   Ротор стерженіндегі ток тығыздығы:

 

J₂ = I₂/q_c ;                                            (3.24)

 

J₂ =226,2/77,17=2,93 А/мм².

 

Ротордың  тоқ тығыздығы мына аралықта болу кажет: J₂=(2 ∞ 4) А/мм².

 

26. Ротор орамының қысқа түйықталған сақинасының тоғы (А):

          I_сақ = I₂/Δ;  мұндағы Δ = 2sin полюсының жұбының саны.

 

Δ=2sin

= 0,367.   

      

  I_сак = 226,2/0,367 = 617,4A.

 

27. Сақинадағы токтың тығыздығы (А/мм²):

 

J_сак = I_сак/q_cак;                                       (3.25)

 

мұндағы J_cак (2 ∞ 4,5) А/мм².  

         

J_cак = 617,4/240,1=2,6 A/мм².

 

4.  Магнит тізбегін есептеу

 

 

1.   Магнит тізбегінің есептеудің негізгі мақсаты статордың М.Қ.К. мен магниттелу тоғын табу. Бұл мәндер арқылы машинада жеткілікті магнит ағыны туғанын білеміз. 4.1-суретте төртполюсті машинаның магнит тізбегінің есептеу бөлігі берілген. Бұл бөлік бес учаскеден тұрады: ауа саңылауы, ротор мен статор кабаттарының тісшелері, ротор мен статордың артқы бөлігі, полюс жұптары магнит тізбегінің М.Қ.К.Бұл тізбектің магнит кернеуі F_тіз, әр учаскенің магнит кернеуінің қосындысына тең:

 

F_тіз = F_δ+F_z1+F_z2+F_a+F_j ;                                           (4.1)

 

       F_тіз = 555,98+64,8+64,5+78,96+35,4=799,64. 

 

2.     Полюс жүптарының ауа саңылауының магнит кернеуі:

 

F_δ = 1,6В_δ∙δ∙К_δ∙10⁶ ;                                         (4.2)

 

мұндағы K_δ = K_δ1 ∙ K_δ2 - статор мен ротордың  тістерін ескере отырып, ауа саңылауын есептеу:

 

K_δ1= (4.3)

 

      K_δ1=

= 1,3;

 

K_δ2= (4.4)

 

      K_δ2=

= 1,1;

 

K_δ=K_δ1·K_δ2 ;                                              (4. 5)

 

K_δ= 1,3∙1,1,1 = 1,43;

 

F_δ= 1,6∙0,85∙0,0003∙1,43∙10⁶ = 555,98.

 

3.   Статордьщ тісшелі қабатындағы магнит кернеуі:

 

F_zl = H_zl∙L_z1; L_zl=2h_z1(м) H_z, (А/м) ротор тісшелеріндегі магнит өрісінің кернеулігі, болат маркалары екінші қосымшадан алынған, 3.17 пункт бойынша есептелінеді.

L_z1 = 2∙0,015= 0,03.   H_{z 1}= 2160;

 

F_z1 = 0,03∙2160 = 64,8 A/м.

 

4.   Ротордың тісшелі кабатындагы магнит кернеуі:

 

F_z2 = H_z2∙L_z2; L_z2 = 2h_z2(м). H_z2(А/м) ротор тісшелеріндегі магнит өрісінің кернеулігі, болат маркалары екінші қосымшадан алынған, 3.17 пункт бойынша есептелінеді.

 

L_z2 = 2∙0,0229 = 0,05.   H_z = 1290.

 

F_z2 = 0,05∙1290 = 64,5 A/м.

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1-сурет.

5. Статор жармасының магнит кернеуі (A):

 

F_a=H_a∙L_a;

 

L_a = π(D_а - һ_а)/2р(м) Н_а - З-қосымшадан 3.18 пункті бойынша есептелінеді.

H_a = 564.

 

L_a = 3,14·(0,191-0,0175)/2·2 = 0,14м.

 

F_a = 0,14∙564 = 78,96 A.

 

6.  Ротор жармасьшың магнит кернеуі (A):

 

F_j = H_j∙L_j;

 

L_j  =  π(D_j–2hz₂ - һj)/2р(м);

 

Н_j (А/м) - 3-қосымшадан 3.18 пункті бойынша   есептелінеді.

H_j = 272;

 

L_j = 3,14·(0,191-2·0,0229-0,0209)/2·2= 0,13м;

F_j= 272·0.13 = 35,4 A.

 

7.  Магнит тізбегінің магнит кернеуінің қосындысы 4.1. пункт бойынша есептелінеді:

 

F_тіз = F_δ+F_z1+F_z2+F_a+F_j;

 

   F_тіз = 555,98+64,8+64,5+48,96+35,4=799,64.

 

8.  Қозғалтқьштың магнит тізбегінің толықтыру коэффициенті:

 

K_μ=F_тіз/F_δ;                                             (4.6)

 

 K_μ=799,64/555,98=1,4.

 

  K_μ= 1,1∞1,6.

 

9.   Магнитгелу тоғы:

 

I_μ= (4.7)

 

               

=1,7.

 

10. Магниттелу тоғының салыстырмалы мәні:

 

I_μ* = I_μ / І_Ін ;                                             (4.8)

 

I_μ* = 1,7/7,54 = 0,37.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Статор мен ротор орамдарының актив және индуктив кедергісі

 

 

Статор орамдарының кедергісі

 

1.  Статордың тісшелі бөлігінің орташа мәні:

 

t_opl = π(D + h_z1)/ z₁;                                            (5.1)

 

t_opl = 3,14∙(0,126+0,015)/36 = 0,012.

 

2.  Статор орамының орташа ені (м):

 

b_opт1=t_op1∙y ;                                              (5.2)

 

мұндағы у өзекше қадамы 3.2 пункттен табылады.

 

b_орт1= 0,012∙9 = 0,11.

 

3.  Секцияның маңдайшасының орташа ұзындығы(м):

 

l_л1=(1,16+0,14·р)∙b_орт1;                                  (5.3)

 

 l_л1=(1,16+0,14∙2)∙0,11=0,16 м.

 

4.  Статор орамының орташа ұзындығы (м):

 

l_орт1 = 2(l₁ + 1_л1);                                               (5.4)

 

l_орт1 = 2∙(0,0978+0,16)=0,52 м.

 

5.  Статор орамының маңдайшасының ұзындығы(м):

 

l_b1=(0,12 + 0,15р)b_орт1+0,01;                             (5.5)

 

l_b1=(0,12+0,15∙2)∙0,11+0,01=0,0562 м.

 

6.  Орамның фазасының өткізігішінің ұзындығы(м):   

  

L₁ = l_opт1 ∙W₁;                                               (5.6)

 

L₁ = 0,52∙346=180 м.

 

7.   115°С жүмыс істеу температурасын ескере отырып алынған статор орамының актив кедергісі (изоляцияның F класы үшін) (Ом):

 

r₁ = ρ₁₁₅ ∙ (5.7)

 

   r₁ =

=6,75 Ом.

 

мұндағы ρ₁₁₅ =1/41 Ом ∙ мм² / м мыстың 115°С-тағы меншікті кедергісі,q_ф - 3.10 пункт бойынша табылады.

 

8.  Салыстырмалы бірліктегі актив кедергі (с.б.):

 

r_1*=r₁∙I_1н /U_1н ;                                            (5.8)

 

мұндағы I_1н, U_н1фазалық тоқ пен кернеудің номинал мәні:

 

r_1* = 6,75∙ 4,54/380=0,08.

 

9.   Статор орамының таралуының индуктивті кедерпсі өткізгіштікке, паздық таралуға, дифференциалдық таралуға және маңдайша бөлігінің таралуына байланысты болады.

Трапеция түріндегі  паздың таралуының магнит өткізгішінің коэффициенті (Сурет 1.1-2.1):

 

К_β1 =1.       

= 1.

 

β	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Кβ1	0,62	0,73	0,82	0,88	0,93	1,0
	0,5	0,66	0,77	0,84	0,92	1,0

λ_п1 = ·К_β1 ∙ (5.9)

 

λ_п1 =

·1+ = 1,38.

 

Кесте 5.1

мұндағы К_β1, орамның кадамын қысқартуды ескертетін коэффициент,(3.2 — пунктті қара) 5.1-кесте бойынша анықталады. 

10. Статордың дифференциалды таралуының өткізгіштік коэффициенті:

 

λ_g1 =0,9·t₁·(q·K_op1)² ∙K_σ∙K_ш1/δ∙К_δ ;                                    (5.10)

 

Кесте 5.2

λ_g1 =0,9∙0,0092∙(6∙0,956)²∙0,005∙0,89/0,0003∙4,09 = 0,978.

 

мұндағы K_σ = f(q) - дифференциалды таралу коэффициенті, кесте 5.2    бойынша анықталады.

 

К_ш1 = 1 - 0,033 /t₁ ∙δ - ашық паздың әсерін  ескереді.

 

К_ш1 = 1-0,0033·0,0030²/0,0092∙0,0003=1- 0,11=0,89

 

q1	КоэффициентКσ1
	Однослойная обмотка	Двухслойная обмотка
1	2	3
1	0,070	0,060
2	0,028	0,023
3	0,014	0,011
4	0,009	0,006
5	0,007	0,004
6	0,005	0,003