Асинхронные двигатели с фазным ротором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Асинхронные двигатели с фазным ротором

Введение

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное преобразование механической и электрической энергии. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами - генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80%) вырабатывается на тепловых электростанциях, где при сжигании химического топлива (уголь, газ, торф) нагревается вода и превращается в пар высокого давления. Последний подается в турбину, где расширяясь, приводит ротор турбины во вращение. В результате электромагнитных процессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.

Использование электрических машин в качестве генераторов и двигателей является их главным применением, так как связано исключительно с целью взаимного преобразования электрической и механической энергий. Так, потребление электроэнергии часто связано с преобразованием переменного тока в постоянный или же с преобразованием тока промышленной частоты в ток более высокой частоты. Для этих целей применяют электромашинные преобразователи.

Асинхронные машины получили наибольшее применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей весьма широкие - от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.п.). В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Асинхронные двигатели специального применения изготовляются на повышенные частоты переменного тока (200, 400 Гц и более).

1. Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

электромагнитный статор ротор обмотка

Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров:

Внутреннего диаметра статора D₁ и расчетной длины воздушного зазора l_д. Внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношениями, зависящими от числа полюсов, с наружным диаметром статора D_1Н, в свою очередь определяющим высоту оси вращения h.

В связи с этим выбор главных размеров проводят в следующей последовательности:

Число пар полюсов:

, 2p=6.

Высота оси вращения h=225 мм.

Наружный диаметр сердечника статора и значение коэффициента определяется по значению высоты оси вращения и числа пар полюсов соответственно: D_1Н = 0,392 м.

, выбираем из этого интервала значение .

Внутренний диаметр сердечника D₁ рассчитывается по следующей формуле:

.

Полюсное деление:

.

Расчетная мощность асинхронного двигателя Р_Е, (кВА) определяют по заданной номинальной мощности

.

Предварительные значения з и cosц₁ могут быть взяты по рисунку 1.1, К_Е по рисунку 1.2, а В_д и А₁ по рисунку 1.3:

з = 90%;

cosц₁ = 0,82;

К_Е = 0,958;

В_д = 0,85 Тл;

А₁ = 38 А/мм.

.

Значения коэффициента полюсного перекрытия б_д и коэффициента формы поля k_В предварительно принимают равными

_; ;

электромагнитный статор ротор обмотка

Предварительное значение обмоточного коэффициента для двухслойных всыпных обмоток . Выбираем среднее значение .

Синхронная угловая частота вращения вала двигателя Щ, рад/сек, рассчитывается по формуле

.

Расчетная длина воздушного зазора с учетом значения б_д (м):

.

Критерием правильности выбора главных размеров D₁ и l_д служит отношение

,

которое находится в пределах (1,5 - 2,5) м для принятого исполнения двигателя. На этом выбор главных размеров заканчивается.

Для расчета магнитной цепи, помимо l_д, необходимо определить полную конструктивную длину и длину стали сердечника статора (l₁ и l_ст1). В асинхронных двигателях, длина сердечников статоров которых не превышает 0,25 - 0,3 м, радиальных вентиляционных каналов не делают. Для такой конструкции

.

Стандартная ширина радиального воздушного канала между пакетами b_k =0,01 м. Число пакетов n_пак и их длина l_пак связаны с расчетной длиной следующим соотношением



.

При этом число радиальных каналов

.

Длина стали сердечника статора двигателя

м.

Конструктивная длина сердечника статора

м.

2. Определение числа пазов статора Z₁ и расчет обмотки статора

Тип обмотки статора - двухслойная всыпная, форма пазов статора - трапециадальная.

Число пазов статора

,

где m₁ - число фаз обмотки статора (m₁ = 3);

q₁ = 3

Зубцовое деление статора

м.

Номинальный фазный ток обмотки статора (А)

,

где при соединении обмотки «Y».

Число эффективных проводников на паз

,

где число параллельных ветвей а₁ = 4.

Число витков в фазе обмотки статора

.

Двухслойная обмотка обычно выполняется диаметральным шагом

.

Коэффициент укорочения обмотки

,

Коэффициент распределения обмотки

По таблице для q=3

Обмоточный коэффициент

.

Магнитный поток (Вб)

.

Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре (Тл)

.

Уточное значение линейной нагрузки (А/мм)

м.

Плотность тока в обмотке статора предварительно выбираем как

Д₁ = 6,2 А/мм.

Сечение эффективного проводника фазы (предварительно), (мм²)

.

Так как >, то число элементарных частей, составляющие проводник , т.е. сечение элементарного проводника мм²

По таблице приложения выбирается ближайший по сечению стандартный проводник, этим окончательно определяется сечение элементарного проводника и его диаметр .

Плотность тока в обмотке статора (уточненное значение)

.

3. Расчет размеров трапециадального полузакрытого паза обмотки статора

Ширина зубца b_z1 по рекомендуемому значению индукции в зубцах B_z1

.

где = 0,97 для h =132 - 250 мм;= 2 Тл.

Высота ярма статора (м)

,

где = 1,5 Тл.

Высота зубца (м)

.

Высота паза = .

Наименьшая ширина паза в штампе (м)

,

.

Наибольшая ширина паза в штампе (м)

,

.

Ширина шлица b_ш1 должна быть такой, чтобы можно было уложить в пазы катушки по одному проводу, отсюда ширина шлица (м)

,

где = 0,8 мм.

Высота шлица выбирается из промежутка Угол в=45⁰ при высоте оси вращения h ?250 мм.

Высота клиновой части паза (м)

.

Площади поперечного сечения паза в свету (мм²) определяются с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников



где Дh_П = 0,0002 м; Дb_П = 0,0002 м.

Класс изоляции обмотки статора: в двигателях с высотами оси вращения рекомендуется применять систему изоляции класса нагревостойкости F.

Площадь поперечного сечения пазовой изоляции (мм);

,

где =0,8 мм - ее толщина;

для однослойных обмоток коэффициент а = 1.6

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой (мм)

.

Коэффициент заполнения паза

.

Полученное значение коэффициента заполнения находится в рекомендуемых пределах .

После окончательного определения размеров паза необходимо пересчитать индукцию в зубце

.

Индукция в ярме статора (Тл)

,

.

4. Расчет размеров сердечника, число пазов и обмотки фазного ротора

Воздушный зазор (м)

,

Наружный диаметр сердечника ротора (м)

.

Внутренний диаметр сердечника ротора (он же диаметр вала) в (м)

.

Конструктивная длина сердечника и длина стали сердечника (м)

,

.

Число фаз обмотки статора

.

Число пазов на полюс и фазу

.

Число пазов ротора

.

В двигателях с h ? 200 мм применяется жёсткая волновая обмотка, которая укладывается в полузакрытые прямоугольные пазы.

Расчет числа витков и эффективных проводников в пазу для жёсткой обмотки:

Число витков обмотки (предварительное)

,

Эффективное число проводников в пазу , где число параллельных ветвей а₂ =1.

;

Значение Э.Д.С. Е₂

,

Ток обмотки ротора

.

Сечение эффективного проводника (предварительно) мм

.

Плотность тока в обмотке ротора (уточненное значение)

.

5. Расчет размеров пазов ротора

Расчет размеров прямоугольного паза обмотки ротора с прямоугольными секциями:

Предварительная ширина зубца ротора в наиболее узком месте (м)

,

,

где = 2,1 Тл.

Предварительная высота паза (м) ротора для h > 200 мм

м.

Предварительная ширина паза в штампе:

,

.

Ширина шлицаи его высота h_ш2 = 0,001 м; в =45⁰.

Высота клиновой части м.

Минимальная ширина паза

,

.

Индукция в ярме ротора (Тл)

,

.

6. Расчет магнитной цепи

МДС на магнитную цепь на пару полюсов определяется как сумма магнитных напряжений всех перечисленных участков магнитной цепи

.

Магнитное напряжение воздушного зазора на пару полюсов (А)

,

где коэффициент воздушного зазора

,

,

.

Магнитное напряжение зубцового слоя статора (А)

,

.

А/м - напряженность магнитного поля в зубцах статора определяется при трапециадальных пазах непосредственно по приложению С, т.к. Bz=1.79Тл (при высоте оси вращения h ? 250 мм применяется сталь 2013)

Магнитное напряжение зубцового слоя ротора (А)

,

.

А/м, А/м, А/м - напряженности магнитного поля в зубцах ротора определяется при прямоугольных пазах по приложению С для индукции Bz=1.755 Тл.

Магнитное напряжение ярма статора

,

.

=520 А/м определяется по приложению для индукции Bа1=1.5Тл.

Магнитное напряжение ярма ротора (А)

,

.

А/м определяется по приложению для индукции Bа2=0.542Тл.

Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи

.

Коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя

, ()

Намагничивающий ток (А)

,

а в процентах от номинального тока статора

.

Список литературы

1. Проектирование электрических машин./под ред. И.П. Копылова - М. Энергия, 1980.

2. Кацман М.М. Электрические машины. - М.:Высшая школа, 1990

3. Вольдек А.И. Электрические машины. - Энергия, 1974.

4. Специальные главы электрических машин. Асинхронные двигатели с фазным ротором (Расчет геометрических размеров и обмоток). Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности - Электроэнергетика - Алматы, 2005.

5. Электрические машины. Асинхронные двигатели с фазным ротором (Определение параметров и рабочих характеристик). Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности - Электроэнегретика - Алматы, 2006

Размещено на Allbest.ru

...