Особенность проектирования электрических машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

1. Выбор главных размеров машины начинается с выбора высоты оси вращения.

Высота оси вращения для данной номинальной мощности для двухполюсного двигателя 355мм ([1], рис. 8.17, б).

Внешний диаметр статора для данной высоты оси вращения 0,66 м ([1], табл. 8.6).

Коэффициент для заданного числа пар полюсов 0,549 ([1], табл. 8.6, для 2р=2).

2. Внутренний диаметр статора ([1], по [8.2])

0,66·0,549=0,362 м.

3. Полюсное деление статора ([1], по [8.3])

0,569 м.

4. Расчетная мощность двигателя ([1], по [8.4])

кВ·А. (kE=0,99 по [1], рис. 8.20; з=0,935; cosц=0,92 - по [1], рис. 8.21, в)

5. Электромагнитные нагрузки (предварительно по [1], рис. 8.23,б)

69,5·103А/м; 0,81Тл.

Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки, см. [1], стр.111, [2], табл. 6.2 )

0,79.

6. Расчетная длина магнитопровода

м.

Синхронная угловая частота двигателя

= 2р рад/с

Предварительно

бд = =2/р ? 0,64; kВ = р/(2v2) = 1,11.

Частота питающей сети Гц.

7. Отношение

=.

Значение 0,351 находится в допустимых пределах для 2р=2 (см.[1],

2. РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА И РАСЧЕТ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА

8. Предельные значения ([1], табл. 8.9).

28мм; 20мм.

9. Число пазов статора ([1], по (8.16)).

Z1min= =40;

Z1max= ==57.

Принимаем 48. Число пазов на полюс и фазу

= =8.

Обмотка двухслойная.

10. Зубцовое деление статора

==23,7·10-3м.

11. Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии a=2, [1], по (8.17))

Номинальный ток обмотки статора ([1], по (8.18))

==356,9А.

12. Принимаем 2,тогда 9 проводников.

13. Окончательные значения:

число витков в фазе([1], по (8.20)):

=;

линейная нагрузка ([1], по (8.21)):

= 67,7·103А/м;

14. Обмоточный коэффициент([1], (3.4))

(по [1], табл. 3.16 для q=8 kр1=0,955; по [1], (3.15)

;

Укорочение шага по [1], (3.12)

;

расчетный шаг принят y=15.

Магнитный поток ([1], (8.22))

= Вб;

индукция в воздушном зазоре([1], (8.23))

= Тл.

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

А/м2.

(320·109А/м ([1], рис.8.27,б))

16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно), a=2 ([1], (8.24)):

= м2.

17. Обмотку выполняем из подразделенных катушек; провод прямоугольный;.Предварительно

м2.

18. Принимаем предварительно 2,0Тл; 1,6Тл, тогда([1], (8.29))

= м;

(для оксидированной стали марки 2312 0,95, см. также рис. 1);

Рис. 1 Размеры прямоугольных полуоткрытых пазов статора

19. Высота паза предварительно([1], (8.31), см. рис. 1)

м;

высота ярма статора предварительно([1], (8.28))

м.

20. Ширина паза предварительно([1],

мм; по([1],

мм

(по [1],табл. 3.9 мм; мм по([1], (8.36)).

21. По [1],табл. П3.2 выбираем провод ПЭТП-155

мм2 ; по

([1],

м2.

22. Ориентируясь на [1],табл. 3.9, составляем таблицу заполнения паза статора (табл. 1).

Таблица 1. Заполнение паза статора

Наименование	Размер,мм
	По ширине паза	По высоте паза
Обмоточный провод изо- лированный
Пазовая изоляция и допу- ск на укладку	2,2	4,5
Всего на паз без клина	12,5	43,2

23. По [1], (8.27) уточняем

А/м2.

24. Размеры паза в штампе (рис. 1) принимаем с учетом припусков и по([1], и [1], табл.

ширина паза([1],(8.36) в штампе

 мм

ширина шлица паза([1],стр.293)

мм

Высота шлица паза([1],стр.293)

мм

Высота клиновой части паза ([1],стр.293)

мм

Высота паза в штампе ([1],(8.36)

мм

25. Определяем расчетные размеры зубцов ([1],табл.8.12)

м.

м.

м.



Рис. 2 Размеры паза статора и зубцовой зоны статора.

Рис. 3 Расположение проводников и изоляции в пазу статора.

Расчет ротора

26. Воздушный зазор 2,0 мм. ([1],рис.8.31)

27. Число пазов ротора 58. ([1],табл.8.16)

28. Внешний диаметр ротора

0,277-2·1,3·10-3=0,275м.

29. Длина магнитопровода ротора ([1],стр.281):

=0,205м.

30. Зубцовое деление ротора ([1],стр.283):

мм.

31. Ток в стержне ротора

0,936·356,9·2,957=987,9 А;

([1],

коэффициент приведения тока по([1],

(пазы ротора выполняем без скоса 1).

32. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)

м2.

(плотность тока в стержне литой клетки принимаем 3,28·106А/м2).



Рис. 4 Паз ротора с обозначениями размеров и зубцовая зона ротора.

Определяем паз ротора([1], рис. 8.41,б), принимаем мм; 1,0мм.(см. рис. 4) Минимальная допустимая ширина зубца

(принимаем 1,92Тл; kc=0,97 для ротора, сталь 2312([1], табл.8.11)).

Размеры паза ([1], (8.86), см. рис. 4):

3,0 мм; сечение верхней части стержня ([1], (8.89)):

мм2;

сечение нижней части стержня [1],

мм2;

диаметр закругления нижней части стержня [1],



расстояние между центрами закруглений нижней части стержня([1], (8.91)):

мм;

высота паза ротора:

м.

33. Уточняем ширину зубцов ротора(см. рис. 3):

размеры верхней части зубца[1],

м;

м;

м;

размеры нижней части зубца[1],

м;

м;

Расчетная высота участков зубца[1],

м;

м.

34. Уточняем площадь сечения стержня ротора [1],

мм2;

мм2;

мм2;

Уточняем плотность тока в стержне ротора:

А/м2

Рис. 5 Размеры паза ротора. Размеры зубцовой зоны ротора

35. Сердечник ротора. Выполняем 9 аксиальных каналов диаметром 15 мм:

м. Эти каналы будут учитываться при расчете магнитной цепи.

36. Короткозамыкающие кольца.

Площадь поперечного сечения кольца[1],

=3273 мм2;

Токи в кольце [1]

А;

коэффициент приведения [1],

=0,108;

Плотность тока в замыкающихся кольцах

2,788·106 А/м2;

Высота сечения кольца(см. рис.6)

Рис. 6 Короткозамыкающее кольцо ротора

 мм;

Ширина замыкающих колец [1],

мм;

Расчетное сечение замыкающих колец литой обмотки

75,8·43,2=3275 мм2;

Средний диаметр замыкающих колец[1],

358 - 75,8=282 мм.

Расчет магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2312, толщина листов 0,5 мм.

37. Магнитное напряжение воздушного зазора [1],

1,59·106·0,82·2,0·10-3·1,153=3009А;где [1],

;

.

38. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора. Ширина зубцов статора неравномерная, и индукция в них неодинакова. Поэтому рассчитываем напряженности поля в трех сечениях: верхнем, среднем и нижнем и по [1], (8.110) найдем расчетную напряженность.

Индукция в наибольшем сечении зубца статора [1],

Тл;

Соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл. П1.10):

А/м.

Индукция в наименьшем сечении зубца статора [1],

Тл;

Соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м.

Индукция в среднем сечении зубца:

Тл;

Соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м.

Расчетная напряженность поля в зубце статора ([1], (8.106)):

А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора [1],

А.

39. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора при зубцах по [1], рис. (8.41,б): разделим зубец ротора на две части: верхнюю и нижнюю и рассчитаем напряженность поля в каждой из частей, учитывая, что это - части с изменяющейся площадью поперечного сечения. Затем рассчитаем магнитные напряжения по [1], (8.113). Верхняя часть:

Индукция в верхнем сечении верхней части [1],

Тл;

Соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м.

Индукция в нижнем сечении верхней части [1],

Тл;

Соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м.

Индукция в среднем сечении верхней части:

 Тл;

Соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м.

Расчетная напряженность поля в верхней части [1],

А/м.

Нижняя часть:

Индукция в верхнем сечении нижней части [1],

Тл; поскольку эта индукция больше 1,8 Тл, необходимо учесть ответвление части магнитного потока в паз ротора. При этом: коэффициент отношения площадей сечений паза и зубца на высоте верхнего сечения нижней части ([1], 4.33):

.

Задаемся действительным значением индукции Тл, при этом соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м. Проверка: расчетная индукция в сечении с учетом ответвления потока([1], 4.32):

Тл.

Равенство соблюдается. Действительная напряженность поля в сечении А/м.

Индукция в нижнем сечении нижней части [1],

Тл; поскольку эта индукция больше 1,8 Тл, необходимо учесть ответвление части магнитного потока в паз ротора. При этом: коэффициент отношения площадей сечений паза и зубца на высоте нижнего сечения нижней части ([1], 4.33):

.

Задаемся действительным значением индукции Тл, при этом соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м. Проверка: расчетная индукция в сечении с учетом ответвления потока([1], 4.32):

Тл.

Равенство соблюдается. Действительная напряженность поля в сечении А/м.

Индукция в среднем сечении нижней части:

 Тл.

Поскольку эта индукция больше 1,8 Тл, необходимо учесть ответвление части магнитного потока в паз ротора. При этом: коэффициент отношения площадей сечений паза и зубца на высоте среднего сечения нижней части ([1], 4.33):

.

Задаемся действительным значением индукции Тл, при этом соответствующая напряженность поля в сечении ([1], табл .П1.10):

А/м. Проверка: расчетная индукция в сечении с учетом ответвления потока([1], 4.32):

Тл.

Равенство соблюдается. Действительная напряженность поля в сечении А/м.

Расчетная напряженность поля в верхней части ([1], (8.106)):

А/м.

Магнитные напряжения верхней и нижней частей зубцов по [1], (8.113): верхней части:

А;

Магнитное напряжение нижней части зубца:

А;

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора с фигурными пазами по [1], (8.114):

А.

40. Коэффициент насыщения зубцовой зоны по [1], (8.115):

.

41. Магнитное напряжение ярма статора

0,878·1040=913,15А;

длина средней магнитной силовой линии по [1], (8.119):

м;

высота ярма статора по [1], (8.120):

м;

Индукция в ярме статора по [1], (8.117):

Тл;

(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре 0,101м), для 1,543Тл находим из [1], табл .П1.9 1040А/м.

42. Магнитное напряжение ярма ротора по [1], (8.121):

0,1909·1520=290,10А;

длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора для двухполюсного двигателя по [1], (8.125):

м;

высота ярма ротора определяется по допустимой индукции в ярме ротора

м.

Сердечник насаживается на вал с помощью шпонки, диаметр вала:

Напряженность поля в ярме ротора из [1], табл .П1.9:

А/м.

Расчетная высота ярма ротора по [1], (8.130):

м;

вентиляционные отверстия расположены в один ряд; .

43. Магнитное напряжение на пару полюсов по [1], (8.128):

3009+118,6+298,4+913,1+290,1=4630А.

44. Коэффициент насыщения магнитной цепи по [1], (8.129):

45. Намагничивающий ток по [1], (8.130):

А

Относительное значение по [1], (8.131):

Iм* =Iм / I1ном =

3. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

46. Активное сопротивление обмотки статора по [1], (8.132):

0,01806 Ом;

(для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура ,для медных проводниковОм*м.).

Длина проводников фазы обмотки по [1], (8.134):

1,586·36=57,09м;

Средняя длина витка обмотки в метрах по [1], (8.135):

2·(0,2+0,593)=1,586м;

Длина пазовой части витка

0,2м;

Длина лобовой части витка по [1], (8.139):

1,2296·0,403+0,025=0,593м,

где средняя ширина катушки статора по [1], (8.138):

м;

м ([1], табл.8.22),

коэффициент Кл по [1], (8.142):

; по [1], (8.144):

;

м ([1], табл.8.22),

Длина вылета лобовой части катушки по [1], (8.140):

м,

где коэффициент Квыл по [1], (8.143):

.

Относительное значение по [1], (8.186):

.

47. Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора.

Принимаем литую обмотку и алюминиевый сплав с повышенным удельным сопротивлением АКЦ11-15. Данный сплав обладает высокими литейными свойствами и пригоден для заливки в узкую часть паза. (См. [3], стр. 84-86) статор магнитный ротор двигатель

Удельное электрическое сопротивление данного сплава при рабочей температуре 115? С равно

Ом*м ([3], табл.5-2).

Активное сопротивление фазы ротора:

Ом;

Длины стержней верхней и нижней клеток([1], стр. 385):

м; м;

Сопротивления стержней верхней и нижней клетки по [1], (8.296):

Ом;

Ом;

Коэффициент б по [1], (8.290):

;

Сопротивление замыкающего кольца по [1], (8.290):

Ом.

Приводим к числу витков обмотки статора по [1], (8.172):

Ом; здесь .

Относительное значение по [1], (8.186):

.

48. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по [1], (8.299):



Ом;

где коэффициент магнитной проводимости потоков пазового рассеяния по [1], табл.8.24 (см. рис. 8.50, а [1] и рис.1):

;

где (см. рис. 8.50, а [1] и рис.1 с учетом данных табл.3.9 [1]):

мм;

мм;

мм;

коэффициент по [1], (8.157):

;

коэффициент по [1], (8.158):

;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния по [1], (8.160):

;где по [1], (8.176):

;

гдеопределен по кривым [1], рис. 8.51,д, для

, и;

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по [1], (8.159):

;

где по [1], (8.153):

.

Относительное значение по [1], (8.186):

0,1635.

49. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по [1], (8.299):



Ом;

где коэффициент магнитной проводимости потоков пазового рассеяния верхней клетки по [1], табл.8.32:

;

коэффициент магнитной проводимости потоков пазового рассеяния нижней клетки по [1], табл.8.32:

;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния по [1], (8.180):

;где по [1], (8.181):

\

;

гдеопределен по кривым [1], рис. 8.51,а, для ,

и;

Коэффициент магнитной проводимости участков замыкающего кольца, приведенный к току ротора по [1], (8.178):

Приводим к числу витков статора по [1], (8.172):

0,10655Ом.

Относительное значение по [1], (8.186):

0,10007.

4. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ

50. Потери в стали основные по [1], (8.186):

=1854Вт;

(1,75Вт/кг для стали 2312([1], табл.8.26), kда=1,4; kдZ=1,7);

Масса стали ярма по [1], (8.186):

262,9кг;

Масса зубцов статора по [1], (8.186):

48,8 кг;

51. Поверхностные потери в роторе по [1], (8.194):

343,8Вт;

Удельные поверхностные потери по [1], (8.192):

1490Вт/м2;

где 1,5; частота вращения n=2928 об/мин;

Амплитуда пульсации индукции в магнитном зазоре над коронками зубцов статора и ротора по [1], (8.190):

0,236Тл;

Для 3,7, 0,25([1],рис. 8.53,б).

52. Пульсационные потери в зубцах ротора по [1], (8.200):

=1745Вт;

Амплитуда пульсаций индукции в среднем значении зубцов ротора по [1], (8.196):

0,121Тл; где

Тл.

Масса стали зубцов ротора по [1], (8.201):

55,09кг; где

м; средняя ширина зубца:

мм.

53. Сумма добавочных потерь в стали по [1], (8.202):

0+0+343,8+1745,0=2089Вт.

54. Полные потери в стали по [1], (8.203):

1854+2089=3943Вт.

55. Механические потери по [1], (8.211):

4868Вт;

56. Ток холостого хода двигателя по [1], (8.217):

60,5А;

Активная составляющая тока холостого хода по [1], (8.218):

7,899А;

Электрические потери в статоре при холостом ходе по [1], (8.219):

194,96Вт;

Коэффициент мощности при холостом ходе по [1], (8.221):

0,131.

5. РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

57. Расчет сопротивлений взаимной индукции обмоток статора и ротора по [1], (8.184):

0,1718Ом; по [1], (8.185):

6,161Ом; по [1], (8.223):

.

Используем приближенную формулу, так как ; по [1], (8.223):



Активная составляющая тока синхронного холостого хода; по [1], (8.223):

1,797А; по [1], (8.227):

=1,057; 0;

1,028·0,01806=0,0186Ом;

1,028(0,1741+1,028·0,1065)=0,292Ом.

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

3,943+4,868=8,811кВт.

58. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений 0,005;0,010;0,015;0,019;0,03;0,035;0,024. Значение номинального скольжения 0,024.

кВт; В; 2р=2; 7,899А; 59,98А; 8,811кВт;

0,0181Ом; 0,02268Ом; 1,028; 1,057;

а=0,0186 Ом; 0; 0,292 Ом; sном=0,024.

Таблица 2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

№ п/п.	Расчетные формулы	Размерность	Скольжение s
			0,005	0,010	0,015	0,019	0,03	0,035	0,024
1		Ом	5,106	2,553	1,702	1,344	0,851	0,729	1,064
2		Ом	5,125	2,572	1,721	1,362	0,87	0,748	1,082
3		Ом	0,292	0,292	0,292	0,292	0,292	0,292	0,292
4		Ом	5,133	2,588	1,745	1,393	0,917	0,803	1,121
5		А	74,0	146,8	217,7	272,8	414,3	473,3	339
6		-	0,998	0,994	0,986	0,978	0,948	0,932	0,966
7		-	0,057	0,113	0,167	0,209	0,318	0,363	0,26
8		А	75,7	147,7	216,5	268,5	394,6	442,7	329,1
9		А	64,2	76,5	96,4	117,1	191,7	231,9	148,2
10		А	99,3	166,3	237,0	292,9	438,7	499,8	360,9
11		А	76,1	151	223,9	280,5	426	486,7	348,6
12		кВт	86,3	168,4	246,8	306,1	449,8	504,7	375,2
13		кВт	0,534	1,499	3,042	4,649	10,43	13,54	7,058
14		кВт	0,42	1,65	3,63	5,7	13,15	17,16	8,8
15		кВт	0,432	0,842	1,234	1,53	2,249	2,524	1,876
16		кВт	10,2	12,8	16,72	20,69	34,63	42,03	26,55
17		кВт	76,1	155,6	230,1	285,4	415,2	462,7	348,6
18		-	0,882	0,924	0,932	0,932	0,923	0,917	0,929
19		-	0,763	0,888	0,914	0,917	0,899	0,886	0,912

6. РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

а) Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с к.з. ротором с учетом эффекта вытеснения тока.

Расчет проводится по формулам табл. 8.30 в целях определения токов в пусковых режимах для дальнейшего учета влияния насыщения на пусковые характеристики. Ниже приведен расчет пускового режима (s=1). Данные расчета остальных характеристик сведены в табл.3.

59. Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока по [1], (8.241):

Ом·м; ; f=50Гц;

62,5-1,0=61,5 мм;

=2,639.

Для 2,665 находим 1,61 по [1], рис.8.57.

Глубина проникновения тока в нижний стержень(см. рис. 7):

;

ток не проникает в нижний стержень.



Рис. 7 Проявление эффекта вытеснения тока в стержне ротора в момент пуска

Поэтому коэффициент приведения по[1], (8.302):

;

Активное сопротивление ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока по [1], (8.300):

Ом;

Коэффициент рассчитывается по [1], (8.302):

Коэффициент по [1], (8.293):

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока по[1], (8.256):

.

Приводим к числу витков статора по [1], (8.172):

0,06099Ом.

60. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока по [1], (8.301):

Ом

Приводим к числу витков статора по [1], (8.172):

0,09149Ом.

61. Пусковые параметры по [1], (8.277):

1,51·6,519=9,478Ом; по [1], (8.278):

=1,01837;

критическое скольжение предварительно по [1], (8.286):

.

62. Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока для по [1], (8.280):

0,01806+1,0184·0,06099/1=0,0802Ом;

0,1741+1,0184·0,09149=0,2673Ом;

Ток в обмотке ротора по [1], (8.281):

=1362А; по [1], (8.283):

1375А.

кВт; В; 2р=2; 360,9А; 348,6А; 0,1741Ом; 0,10655Ом; 0,0181Ом; 0,02415Ом; 9,478Ом;1,018; sном=0,024.

Таблица 3 Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с к.з. ротором с учетом эффекта вытеснения тока

№ п/п.	Расчетные формулы	Раз-мер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,086	Sкр= =0,089
1		-	2,639	2,359	1,865	1,18	0,834	0,778	0,786
2		-	1,61	1,3	0,7	0,14	0,043	0,033	0,034
3		-	-	0,75	0,9	0,95	0,97	0,975	0,974
4		мм	0	3,1	12,6	30,3	35,4	36,0	35,9
5		мм	-	8,1	7,1	5,1	4,5	4,5	4,5
6		мм2	-	28,7	89,7	198	222	224	224
7		Ом**10-4	-	6,9	2,21	1,00	0,893	0,883	0,884
8		-	-	0,489	0,196	0,098	0,059	0,049	0,051
9		-	-	1,092	1,385	1,483	1,522	1,532	1,530
10		Ом**10-4	-	0,863	1,094	1,172	1,203	1,210	1,209
11		-	0	0,291	0,562	0,739	0,760	0,763	0,762
12		-	0	0,063	0,217	0,305	0,322	0,325	0,325
13		-	1	0,9975	0,9884	0,9963	0,9990	0,9992	0,9992
№ п/п.	Расчетные формулы	Раз-мер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,086	Sкр= =0,089
14		Ом**10-4	3,608	2,785	2,030	1,519	1,452	1,445	1,446
15		-	2,526	1,95	1,422	1,063	1,017	1,012	1,013
16		Ом**10-2	6,100	4,708	3,433	2,567	2,454	2,443	2,445
17		Ом**10-4	5,411	5,517	5,802	6,091	6,133	6,138	6,137
18		Ом	0,09149	0,0933	0,0981	0,1030	0,1037	0,1038	0,1038
19		Ом	0,0802	0,0780	0,0880	0,1488	0,2680	0,3040	0,2978
20		Ом	0,2673	0,2691	0,2740	0,2790	0,2797	0,2798	0,2798
21		А	1362	1356	1320	1202	981	920	930
22		А	1375	1370	1334	1215	992,1	930,3	940,7

б) Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.

Расчет проводим для точек характеристик, соответствующих при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учетом влияния вытеснения тока (см. табл.3)

63. Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем , средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора по [1], (8.263):



=5398А; по [1], (8.265):

Фиктивная индукция в зазоре по [1], (8.264):

Тл.

Для 1,431Тл 0,925 по [1], рис. 8.61.

Дополнительное эквивалентное раскрытие паза статора по [1], (8.266):

(19,4-7,4)·(1-0,925)=1,256мм;

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения по [1], (8.272):

;

где уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния полузакрытого паза, вызванное насыщением от полей рассеяния, по [1], (8.268):

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения по [1], (8.274):

.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения по [1], (8.275):

0,1722Ом.

Поскольку паз ротора закрытый, уменьшения коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния не происходит.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения по [1], (8.274):

0,925·0,632=0,583.

64. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения по [1], (8.301):

Ом

Приводим к числу витков статора по [1], (8.172):

0,09084Ом.

Коэффициент по [1], (8.285)

1,01817.

Расчет токов и моментов

0,01806+1,01817·0,06099/1=0,08016Ом;

0,1722+1,01817·0,09084=0,2647Ом;

1476А;

1490А.

Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

4,13.

Кратность пускового момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения

1,01.

Полученный в расчете коэффициент насыщения

1,04

Отличается от принятого 1,03 менее чем на 5%.

Для расчета других точек характеристики задаемся , уменьшенным в зависимости от тока .

кВт; В; 2р=2; 360,9А; 348,6А; 0,1741Ом; 0,10655Ом; 0,0181Ом; 0,02415Ом; 9,478Ом;1,178; sном=0,024.

Таблица 4 Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с к.з. ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от поля рассеяния

№ п/п.	Расчетные формулы	Раз-мер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,086	Sкр= =0,089
1		-	1,03	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01
2		А	5398	5378	5238	4771	3895	3652	3693
3		Тл	1,431	1,426	1,389	1,265	1,033	0,969	0,979
4		-	0,925	0,927	0,930	0,95	0,966	0,971	0,969
5		мм	1,256	1,19	1,14	0,816	0,555	0,473	0,506
6		-	0,0258	0,0246	0,0237	0,0175	0,0122	0,0105	0,0112
7		-	1,186	1,187	1,188	1,195	1,200	1,201	1,201
8		-	0,583	0,577	0,578	0,591	0,601	0,604	0,603
9		Ом	0,1722	0,1723	0,1724	0,1729	0,1732	0,1734	0,1733
10		-	1,0182	1,0182	1,0182	1,0182	1,0183	1,0183	1,0183
11		-	0,583	0,5859	0,5878	0,6004	0,6105	0,6137	0,6124
12		Ом**10-4	5,373	5,481	5,767	6,066	6,116	6,123	6,121
13		Ом	0,09084	0,0927	0,0975	0,1026	0,1034	0,1035	0,1035
№ п/п.	Расчетные формулы	Раз-мер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,086	Sкр= =0,089
14		Ом	0,0802	0,0780	0,0880	0,1488	0,2680	0,3040	0,2978
15		Ом	0,2647	0,2667	0,2717	0,2773	0,2785	0,2788	0,2787
16		А	1476	1368	1331	1208	983,1	921,3	931,7
17		А	1490	1382	1345	1223	1001	940,2	950,5
18		-	1,042	1,0096	1,0086	1	1	1	1
19		-	4,13	4,06	3,96	3,603	2,948	2,769	2,799
20		-	1,01	1,0	1,130	1,605	2,05	2,048	2,055

65. Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений и , соответствующим скольжениям



После чего рассчитываем кратность максимального момента

Мкр=2,055.

7. ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ

66. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя по [1], (8.330):

86,6°С;

0,84([1], табл.8.33); по [1], (8.328):

=1905Вт.

Для находим 7058 Вт (табл.2); 160Вт/(м2*°С)([1], рис.8.71,б) 1,07 для класса нагревостойкости F.

67. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора по [1], (8.331):

;

расчетный периметр поперечного сечения паза статора по [1], (8.333):

0,121м;

односторонняя толщина изоляции в пазу по [1], (8.334):

м.

Для изоляции класса нагревостойкости 0,16Вт/(м2*°С), для катушек из прямоугольного провода

.

68. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей по [1], (8.335):

;по [1], (8.329):

5647Вт;

0,121м, 0,3мм

по [1], табл.3.9; для катушек из прямоугольного провода

.

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя по [1], (8.336):

69. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя по [1], (8.337):

70. 

76,9°С.

71. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды по [1], (8.338):

; по [1], (8.339):

27060Вт;по[1],(8.340):

26550+(1,07-1)·(7045+8820)=27660Вт;

27120Вт, для;эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по[1],(8.341):

3,14·0,66+(0,2+2·0,193)=1,215м2;

где 1250Вт/(м2·єС) для 0,66м([1],рис.8.71,б).

72. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды по [1], (8.344):

=77,1+17,8=94,9°С.

73. Проверка условий охлаждения двигателя. Требуемый для охлаждения расход воздуха по [1], (8.354):

1,38 м3/с;

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором по [1], (8.355):

=3,316м3/с.

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах по [1], табл.7.1.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

8. ВЛИЯНИЕ ОТНОШЕНИЯ ШИРИНЫ К ГЛУБИНЕ ПАЗА РОТОРА НА ПУСКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Как указано в [1], с.363, «…с увеличением частоты тока в стержнях обмотки короткозамкнутого ротора возникает эффект вытеснения тока, в результате которого плотность тока в верхней части стержней возрастает, а в нижней уменьшается, при этом активное сопротивление ротора увеличивается, а индуктивное уменьшается. Изменение сопротивлений ротора влияет на пусковые характеристики машины.

В большинстве случаев эффект вытеснения тока в обмотках короткозамкнутых роторов играет положительную роль, так как увеличивает начальные моменты двигателей. Это широко используют при проектировании асинхронных машин, выполняя роторы с глубокими прямоугольными или фигурными пазами или с двойной беличьей клеткой, в которых эффект вытеснения тока проявляется особенно сильно.»

На рисунке показан эффект вытеснения тока в стержнях различной конфигурации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8 Эффект вытеснения тока в различных стержнях

Чем меньше отношение ширины паза к глубине, тем больше пусковой момент и меньше пусковой ток, поскольку уменьшение этого отношения предполагает следующее:

1) Увеличенная высота стержня увеличивает «приведенную высоту» стержня в пусковом режиме, поскольку «приведенная высота» напрямую зависит от высоты стержня ротора:

2) ([1], (8.241)). Это увеличение «приведенной высоты» вызывает:

А) Увеличение значения функции (см. рис.8.57, [1])

Это увеличение значения функции вызывает уменьшение глубины проникновения тока

hr = hc / (1+ц),

([1], (8.246)), которая обратно пропорциональна . Следовательно, площадь стержня , занятая током, уменьшается, это вызывает увеличение коэффициента kr = qc/qr, ([1], (8.247)) что, в свою очередь, вызывает увеличение сопротивления пазовой части стержня обмотки ротора:

rcо = kr *rc([1], (8.284)), это вызывает увеличение коэффициента

KR = r2о/r2, ([1], (8.256)) от которого напрямую зависит пусковой момент

([1],

(8.284)). Пусковой момент увеличивается.

Пусковой ток уменьшается, поскольку сопротивление

([1], (8.280)) вырастает, а пусковой ток в роторе

Б) Уменьшение значения функции (см. рис.8.58, [1]). Это вызывает уменьшение коэффициента демпфирования kд = ц', который отражает уменьшение магнитной проводимости лпо участка паза, занятого проводником с током, при действии эффекта вытеснения тока по сравнению с проводимостью того же участка, но при равномерной плотности тока в стержне :

kд = л'по / л'п.

([1], (8.239))Это вызывает уменьшение коэффициента

([1], (8.262)), следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока:

x2о = x2*Kx. ([1], (8.261)) Это вызывает увеличение тока в роторе в пусковом режиме, поскольку

([1], (8.280)) а ток в обмотке ротора:

Это вызывает увеличение пускового момента ([1], (8.284))

2) Уменьшенное сечение стержня уменьшает площадь стержня , занятого током, в любом режиме работы. Это увеличивает активное сопротивление стержня и пусковой момент. Кроме того, снижается пусковой ток.

Однако увеличенная высота стержня и уменьшенное сечение (т.е. уменьшенное отношение) снижают максимальный момент двигателя.

Это связано с высоким индуктивным сопротивлением стержней с такими параметрами (с увеличенной высотой и уменьшенным сечением).

Это индуктивное сопротивление напрямую зависит от коэффициента

магнитной проводимости пазового рассеяния. Этот коэффициент при любой форме паза увеличивается при уменьшении ширины стержня и увеличении его высоты. (см.[1] табл.8.25). Например, для прямоугольного паза

Данный коэффициент увеличивается.

Значит, увеличивается индуктивное сопротивление обмотки ротора.



([1], (8.177)).

Это настолько снижает ток в роторе

([1], (8.281)),

что, даже при большом активном сопротивлении его, момент двигателя

([1], (8.284)) снижается.

Момент более сильно зависит от тока ротора (в квадратичной зависимости.) Кроме того, эффект вытеснения тока при малых скольжениях выражен слабее. Ниже приведен результат расчета пусковых характеристик для двух различных размерных соотношений прямоугольного паза, который иллюстрирует вышесказанное более наглядно.



Рис. 9 Прямоугольные пазы ротора различных размерных соотношений и соответствующие пусковые характеристики.



Рис. 10 Прямоугольные пазы ротора различных размерных соотношений и соответствующие пусковые характеристики.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов/И.П.Копылов, Б.К.Клоков, В.П.Морозкин, Б.Ф.Токарев; Под ред И.П.Копылова.- 2-е издание , исправленное и дополненное - М.: Высшая школа, 1993.

2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А.Э.Кравчик, М.М.Шлаф, В.И.Афонин, Е.А.Соболенская - М.:Энергоиздат, 1982 - 504с.

3. Алюминий и алюминиевые сплавы в электротехнических изделиях/Л.А. Воронцова, В.В. Маслов, И. Б. Пешков - М., «Энергия», 1971, 224с. с илл.

4. Технология производства электрических машин: Учеб. для студентов вузов/Антонов М.В., Герасимова Л.С. - М.:Энергоиздат, 1982. - 512 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...