Оглавление

  ПРИЛОЖЕНИЕ  А: схема двухслойной  обмотки

  ПРИЛОЖЕНИЕ  Б: круговая диаграмма

 

   ПРИЛОЖЕНИЕ  В: рабочие характеристики 
 
 

  Введение

  Электромашиностроение прошло большой путь развития, начиная  от простейших моделей, созданных полтора века назад, до современных электродвигателей и генераторов.

  Начиная с середины двадцатых годов, советские электромашиностроители приступили к созданию новых отечественных конструкций, а также к разработке теоретических вопросов и проведению исследований, связанных с проектированием машин. К середине тридцатых годов был создан и внедрён в производство ряд серий асинхронных двигателей, синхронных машин и машин постоянного тока. Развившиеся и окрепшие к этому периоду электромашиностроительные заводы выпускали разные серии машин, с несовпадающими техническими данными, конструкцией и технико-экономическими показателями, что влекло за собой затруднения для потребителей в части замены, ремонта и создания резерва машин.                                                                

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Расчёт  асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором  производим на основании [1].

   1 Магнитная  цепь двигателя.  Размеры, конфигурация, материал

   1.1 Главные размеры

   Высоту  оси вращения асинхронного двигателя определяем по таблице 9 – 1 на основании n₁ и Р_н.

   Для Р_н =85 кВт.

   n₁=1000об/мин.

   h=280 мм, 2р=6.

   Наружный  диаметр сердечника D_Н1 при стандартной высоте оси вращения h=225 мм выбираем из таблицы 9-2. При данных условиях D_Н1=406мм.

   Для определения внутреннего диаметра сердечника статора D₁ воспользуемся зависимостью D₁=f(D_Н1) приведённой в таблице 9 – 3. Для D_Н1=520 мм;

               D₁=0,72 D_Н1–3; (1.1)

               D₁=0,72∙520–3 = 371,4 мм.

   Принимаем D₁ = 225 мм.

   Из  рисунка 9 – 1 найдём среднее значение к_н=f(P₂) асинхронных двигателей:

         Для Р_н=85 кВт;

         k_н=0,975.

   Для двигателей с короткозамкнутым ротором  исполнения по защите IP44 предварительные значения h¢ по рисунку 9-2.

         Для Р_н=85 кВт;

         h¢=0,93.

   

   Для двигателей с короткозамкнутым ротором  исполнения по защите IP44 принимаем значение cos j¢ по рисунку 9 – 3,а при 2р = 6.

         cos j¢=0,87.

   Расчётная мощность для двигателей переменного тока определяется по формуле

               ; (1.2)

   где Р_Н  – номинальная мощность на валу;

         h¢ – КПД;

         cos j¢ – коэффициент мощности при номинальной нагрузке.

                Вт.

   8.Для  нахождения линейной нагрузки  обмотки статора А₁¢ воспользуемся рисунком 9 – 4 а. и таблицей 9 – 5.

   А₁¢ =445 × 0,915=407,175 А/см.

   При нахождении максимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре будем использовать рисунок 9 – 4б. и таблицу 9 – 5.

   В_d¢=0,76 · 1,04=0,7904 Тл.

   Для определения длины сердечника статора  зададимся предварительным значением  обмоточного коэффициента, при 2р=6

   K_об1¢=0,9175.

   Найдём  расчётную длину сердечника l₁¢.

                ; (1.3)

   

                мм.

   Конструктивная  длина сердечника статора l₁ округляется до ближайшего кратного 5.

                 l₁= 220 мм.

   Коэффициент l найдём по формуле

               l= l₁ / D₁; (1.4)

               l=220 / 371 = 0,593.

   Из  таблиц 9 – 6 и 9 – 7 находим  l_max .                                                                           

   Для  двигателя  с 2р=6 определяем   l_max = (1,46 – 0,00071 × D_H1)∙ k₄ , (1.5)

   где k₄=1,05.

               l_max = (1,46 – 0,00071 · 520)∙1,05  = 1,16.

   1.2 Сердечник статора.

   Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2312.

   Сердечник собираем из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

   Для стали 2312 используем изолирование листов лакировкой.

   Коэффициент заполнения стали, принимаем равным

         k_С = 0,95.

   Количество  пазов на полюс и фазу выбираем из таблицы 9 – 8.

   При 2р = 6,

         h = 280 мм,

         q₁ =4.

   По  выбранному значению q₁ определяем количество пазов сердечника статора z₁ в соответствии с формулой

               z₁ = 2 р × m₁ × q₁; (1.6)

   m₁ – количество фаз.

               z₁ = 6 × 3 ×4 = 72.

   1.3 Сердечник ротора.

   Для данной высоты оси  вращения выбираем марку стали 2312.

   Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

   Для сердечника принимаем то же изолирование листов, что и для статора – лакировкой.

   Коэффициент заполнения стали принимаем равным

         k_c = 0,95.

   Размер  воздушного зазора между статором и  ротором d принимаем из таблицы 9 – 9.

   При h = 280 мм и 2р = 6.

         d = 0,8 мм.

   Скос  пазов   bck=1. 

   Наружный  диаметр сердечника ротора по формуле (9 – 5)

               D_Н2 = D₁ – 2 d; (1.7)

               D_Н2 = 371 – 2 × 0,8 =369,4 мм.

   Для высоты вращения h ³ 71 мм внутренний диаметр листов ротора рассчитываем по формуле

   

               D₂ » 0,23 × D_Н1; (1.8)

               D₂ » 0,23 × 520 = 119,6 мм.

   Длина сердечника ротора l₂ принимаем равной длине сердечника статора l₁  при h =280 мм.

               l₂ = l₁  = 220мм. (1.9)

   Количество  пазов на полюс и фазу находим  из соотношения

               q₂ = q₁ + 1 (1.10)

               q₂ = 4 + 1 =5.

   Количество  пазов в сердечнике для двигателя  с короткозамкнутым ротором находим  по таблице 9-12 при  q₁=6

               z₂ = 82; 

   2. Обмотка  статора

   2.1 Параметры, общие для любой обмотки

 

   Для нашего двигателя принимаем двухслойную  обмотку из провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости F), укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.

   Обычно  обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 электрических  градуса. При шестизонной обмотке  коэффициент распределения

               k_Р1 = 0,5/(q₁sin(α/2)), где α=60/q₁=60º/4=15º (2.1)

               k_Р1 = 0,5/(4 × sin(7,5º)) = 0,96.

   Укорочение  шага принимаем равным

         b₁ ≈ 0,8,  при 2р=6.

   Двухслойную обмотку выполняем с укороченным шагом по по формуле

   

               У_п1 = b₁ × z₁ / 2p; (2.2)

               У_п1 = 0,8 × 72 / 6 = 9,6.

   Коэффициент укорочения определяется по формуле  (9-12)

   k_у1=sin(b₁∙90º)                                                  (2.3)                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

   k_у1= sin(0,8∙90^o)=0,95.

   Обмоточный коэффициент по формуле

               k_ОБ1 = k_Р1 · k_y1; (2.4)

               k_ОБ1 = 0,96 · 0,95 = 0,912.

   Предварительное значение магнитного потока найдём из формулы 

               Ф¢ = В¢_d D₁l¢₁ × 10^-6/p; (2.5)

               Ф¢ = 0,7904 × 371× 220×10^-6/3= 0,02 Вб.

   Предварительное количество витков в обмотке фазы

               w¢₁ = k_нU₁/(222 k_об1(f₁/50) Ф¢); (2.6)

               w¢₁ = 0,975 × 220/(222 × 0,912 × 0,02) ≈ 53.

   Количество  параллельных ветвей обмотки статора  а₁ выбираем как один из делителей числа полюсов

         а₁ =3.

   Предварительное количество эффективных проводников  в пазу найдём по формуле

               N¢_п1 = w¢₁а₁/(рq₁); (2.7)

               N¢_п1 = 53×3/(3×4) = 13,25.

   Значение  N_п1 принимаем, округляя N¢_п1до ближайшего целого значения

         N_п1 = 13.

   Выбрав  целое число, уточняем значение w₁ по формуле

               w₁ = N_п1рq₁/а₁; (2.8)

               w₁ = 13× 3 × 4/3 = 52.

   Уточняем  значение магнитного потока по формуле

               Ф = Ф¢w¢₁/w₁; (2.9)

               Ф = 0,025 × 53/52 = 0,02 Вб.

   Уточняем  значение индукции в воздушном зазоре по формуле

               В_d = В¢_dw¢₁/w₁; (2.10)

               В_d = 0,7904×53/52 = 0,81 Тл.

        Предварительное значение номинального фазного тока найдём по  формуле

                ; (2.11)

   

                .

   Уточняем  линейную нагрузку статора по формуле

                                                    ;                                                 (2.12)                                          

                А/см.

   Среднее значение магнитной индукции в спинке статора В_С1 найдём из      таблицы 9 – 13

   При  h = 280 мм;

         2р =6;

               В_С1 = 1,5Тл.

   Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора найдём по формуле

               t₁ = pD₁/z₁; (2.13)

               t₁ = 3,14×280 /72 = 16,2 мм.

   2.2 Обмотка статора с  трапецеидальными полузакрытыми   пазами.

   Принимаем предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора по таблице 9 – 14

   В'_з1max = 1,7 Тл. 

   Из  §9.4 принимаем следующие значения:

   Высота  шлица h_ш1=1 мм.

   Высота  клина h_к=3 мм.

   В соответствии с этими значениями зубцовое деление статора в наиболее узком месте t_1min определяем по формуле  

   t_1min=π(D₁+2 h_ш1+2 h_к)/z₁;                                                               (2.14) 

   t_1min=3,14∙(371+2∙1+2∙3,5)/72=16,5 мм.

   Предварительная ширина зубца статора наиболее узком месте по формуле

   b'_з1min=t_min В_d/k_c В'_з1max ;                                                               (2.15)

   b'_з1min=14,2∙0.81/0,75∙1,7=9,02 мм.

   Предварительная ширина полуоткрытого паза в штампе по формуле

   b'_п1= t_1min– b_з1min ;                                                                    (2.16)

   b'_п1=16,5–9,02=7,58 мм.

   Ширина  шлица полуоткрытого паза

   b_ш1≈0,6 b'_п1;                                                                    (2.17)

   b_ш1≈0,6∙7,58=4,5 мм.

   Количество  эффективных проводников по ширине паза примем из § 9-4.

   Так как  N_п1 = 13 то N_ш=1.

   Так как h=280 то общая толщина изоляции по высоте и ширине паза соответственно равны:

   2b_и1=2,2 мм.

   h_и1=4,5 мм.

   Допустимая  ширина эффективного проводника с витковой изоляцией по

   b'_эф= (b'_п1–2b_и–b_c)/N_ш ;                                                                      (2.18)                          

   b'_эф=(7,58–2,2–0,3)/1=5,08 мм.

   Количество  эффективных проводников по высоте паза определим по формуле

   N_в=N_п1/N_ш1;                                                                                   (2.19)

   N_в=13/1=13.

   Предварительную высоту спинки статора найдём по формуле 

                                            h'_c1=Ф∙10⁶∕(2∙k_c∙l₁∙В_c1);                                               (2.20)

h' _c1=0,02∙10⁶   ∕ (2∙0,95∙220∙1,5)=31,8 мм.

     Предварительная высота паза статора определяется по формуле 

   h' _п1= [ (D _H1– D₁)∕ 2]– h' _c1;                                               (2.21)

   h' _п1=[(520–371,4)/2]–31,8=42,5 мм.

   Допустимая  высота эффективного проводника с витковой изоляцией определяется по формуле

   

   h'_эф=(h_п1–h_и1–h_ш1–h_с)/ N_в;                                                                           (2.22)

   h'_эф=(42,5–4,5–3–1–0,3)/3=2,5 мм.

   Площадь эффективного проводника

   S'_эф= h'_эф ·b'_эф;

   S'_эф=2,5·5,08=12,7 мм².

   Количество  элементарных проводников в пазу конструктивно принимаем                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

   с=2.

   Количество  элементарных проводников в одном  эффективном по ширине вычисляется по формуле с_b= b'_эф/b_доп с округлением до ближайшего целого значения

   с_b=5,08/4,7=1.

   Количество  элементарных проводников по высоте паза вычисляется по формуле

   с_а=с/ с_b;                                                      (2.23)

   с_а=2/1=2.

   Меньший и больший размеры неизолированного провода вычисляются по формулам

   а'=(а_эф/с_а)– _и, где _и –двухсторонняя толщина изоляции провода. Определяем из приложения 3, а_эф–высота эффективного провода. Из § 9-4 принимаем 2,5 мм

   

и =0,15 мм.

   а'=(2,5/2)–0,15=1,1 мм.

   b'=(b_эф/c_b)– _и; b'=(5,08/1)–0,15=4,93 мм.

   Размеры провода по стандарту выбираем из приложения 2

   а

b=1,06 5 мм.

   S=5,085 мм².

   Размер  по высоте паза в штампе определим по формуле

   h_п1= N_в∙c_a(a+ _и);                                                 (2.24)

   h_п1=13∙2∙(1,06+0,15)+4,5+0,3=36,26 мм.

   Размер  по ширине паза в штампе определим  по формуле

   b_п1=N_ш∙с_b∙(b+ _и)+2b_и+b_c;                                                        (2.25)      

   b_п1=1∙1∙(5+0,15)+2,2+0,3=7,65 мм.

   Высота  спинки статора определяется по формуле

   h_c1=[(D_H1–D₁)/2]–h_п1;                                                                      (2.25)

   h_c1=[(520–371,4)/2]–36,26=38,04 мм.

   Уточнённая  ширина зуба в наиболее узкой части  определяется по формуле

   b_з1min= t_1min– b_п1;                                                  (2.26)

   b_з1min=16,6–7,65=8,95 мм.

   Уточнённую магнитную индукцию в наиболее узкой части зубца статора определим по формуле

   В_з1max= t₁∙B_δ/ b_з1min∙k_c;                                            (2.27)

   В'_з1max=16,2∙0,75/8,95∙0,75=1,81 Тл.

   Плотность тока в обмотке статора по формуле

               J₁ = I₁/(c·S·a₁); (2.28)