Курсовой проект по дисциплине 2 страница

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:

w₁ = u_п Z₁/ 2 a m.                                                                                   (1)

Окончательное значение линейной токовой нагрузки, А/м

А = 2I_1ном w₁m / πD .                                                                               (2)

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 (J₁):

I_пар= I_1н / а; q_эф = I_пар / J₁= I_1н /( а J₁),

где J₁ = (AJ₁)/ A, причем допустимая плотность тока в статорной обмотке из медного провода при степени защиты IP44 должна находиться в следующих пределах J₁= 4,5…6.5. Тепловая нагрузка (AJ₁)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 P₂ = 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:

J₁ = I_1ном/ (а q_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_z1=1,7…1,9 Тл. Как правило, начинают расчет с максимального значения индукции B_z1=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_а1=1,2…1,5 Тл. Для двухполюсных двигателей B_а1 приближается к нижнему пределу, а для многополюсных – к верхнему. Это означает, что в двухполюсных машинах высота ярма h _а1 будет больше высоты паза статора h_п1. 

По выбранным значениям индукций определяются:

− высота ярма статора, м:

h_a = Ф / (2B_a l_ст1k_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_1с или дно паза (рис. 1):

b_1с = (D +2h_п1)/ Z₁ – b_z1.

− Размер b_2с  определяют в зависимости от угла β [1]:

- 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 Δb_п и Δh_п :

где Δb_п и Δh_п — определяют по табл. П7А.

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в кото­рой размещаются обмотка,

,

.Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу,

S_из = b_из(2h_п1 + b_1с + b_2с),

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

Площадь прокладок в пазу:

– S_пр=0,4b_1с + 0,9b_2с – 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=  ( d²_из u_п n_эл) / S '_п,

который должен находиться в пределах:

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

· k_з = 0,72 ... 0,74 для двигателей с 2р ≥ 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 cosφ 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]:

· δ ≈ (0,3 + 1,5D)10^-3 − при 2р = 2;

· δ ≈ (0,25 + D)10^-3 − при 2р ≥ 4.

   Для двигателей средней и большой мощности:

 

1.4.4. Расчёт ротора

Рис. 2 – Паз ротора

Внешний диаметр магнитопровода ротора D ₂:

D₂= D – 2δ.

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 Z₁ и Z₂ 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 Z₁ и Z₂ (табл. П9А).

Зубцовое деление t₂, представляющее собой расстояние между центрами соседних пазов по окружности ротора, рассчитывается по формуле:

t₂= π D₂/ Z₂.

     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]:

− b_ш2 = 1 мм, h_ш2 = 0,5 мм и h '_ш2= 0 − при h < 100 мм;

− b_ш2 =1,5 мм, h_ш2 = 0,75 мм и 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 мм и  h'_ш2 = 0,3 − при 2p ≥ 4;

− b_ш2 = 1,5 мм, h_ш2 = 0,7 мм и h '_ш2 = 1…1,5 − при 2p = 2.

Размеры паза b₁, b₂  и h₁ (рис. 2), рассчитывают, исходя из сечения стержня q_c  и из условия постоянства ширины зубцов ротора.

Индукция в зубце ротора принимается B_z2 = 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  I₂и  плотностью тока в стержне J₂:

q_c= I₂/ J₂,

где J₂= 2,5…3,5 А/мм² − допустимая плотность тока в стержнях для асинхронных двигателей со степенью защиты IP44 и алюминиевой беличьей клеткой. Верхние пределы J₂ относятся к двигателям меньшей мощности P₂ = 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_1р определяется по формуле:

Узкая часть паза b_2р  [1]:

 

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]:

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 J₂.

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= D₂ – 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 различные магнитодвижущие силы, сумма которых и определит намагничивающий ток в статорной обмотке.

1. Магнитное напряжение воздушного зазора, А,

 

где B_δ – индукция в воздушном зазоре, Тл;

    δ – воздушный зазор, м;

    k _δ – коэффициент воздушного зазора, учитывающий увеличение магнитного сопротивления шлицевыми зонами пазов статора (шлицевыми зонами пазов ротора пренебрегаем, так как они в несколько раз меньше);

    μ₀ — магнитная проницае­мость: μ₀ = 4π · 10^-7 Гн/м.

Подставив значение μ₀получим:

Коэффициент воздушного зазора определяется по следующим формулам [1]:

;            

2. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

где h_z1 – расчетная высота зубца статора, м;

    H_z1 – расчетная напряженность поля в зубце, А.

---

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 402; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!