Курсовой проект по дисциплине 3 страница

Расчетную высоту зубцов h_z1 принимают равной высоте паза статора:

h_z1 = h_п1.

Индукция в зубце, Тл,

.

Расчетную напряженность поля  H_z1  при индукции В _z1 определяют  по табл. П11А.

3. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

где h_z2 – расчетная высота зубца ротора, м;

    H_z2 – расчетная напряженность поля в зубце, А.

Расчетную высоту зубцов h_z2 определяют по формуле [1]:

h_z2 = h_п2 – 0,1b_2р.

Индукция в зубце, Тл,

.

Расчетную напряженность поля H_z2 при индукции В _{z 2} определяют по табл. П11А.

Коэффициент насыщения зубцовой зоны [1]:

Если k_z > 1,5, то имеет место чрезмерное насыщение зубцовой зоны; если k_z < 1,2 — машина не насыщена.

4. Магнитное напряжение ярма статора, А

F_a = L_a H_a,

где L_a – длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м,

L_a =π (D_a – h_a) / (2p).

Индукция в ярме статора, Тл,

В_а = Ф / (2h _а l_ст1k_c).

Н_а – напряженность поля при индукции  В_а  определяют по табл. П12А, А/м.

5. Магнитное напряжение ярма ротора, А,

F_j = L_j H _j,

где L_j – длина средней магнитной линии потока в ярме ротора, м,

    L_j = 2h ' _j – при 2p = 2;

    L_j = π (D_в – h ' _j ) / (2p) – при 2p > 2;

где h ' _j – расчетная высота ярма ротора [1], м,

— при 2p ≤ 4. В этой формуле учитывается то, что часть магнитных силовых линий потока замыкается через вал;

  — при 2p ≥ 6.

    Индукция в ярме ротора, Тл,

В_j = Ф / (2 h ' _j l_ст2 k_c ),

где H _j – напряженность поля в ярме при индукции B_j  определяют по табл. П12А, А/м.  

Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи (на пару полюсов), А,

F_u = F_δ + F _{z 1} + F_z2 + F_a + F_j.

Коэффициент насыщения магнитной цепи

k_μ = F _u / F_δ. 

Намагничивающий ток, А,

               

Намагничивающий ток выражается также в процентах или в до­лях номинального тока двигателя:

.  

Намагничивающий ток . В небольших двигателях мощностью менее 2…3 кВт  может достигать 0,5…0,6.

 

1.4.6. Расчёт параметров рабочего режима

1. Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом,

                

где L – общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м;

    q_эф – площадь поперечного сечения эффективного проводника, м²;

    а – число параллельных ветвей обмотки;

    ρ₁₁₅ – удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре, Ом·м. Для класса нагревостойкости изоляции F допустимая температура составляет 155℃. Стандартная температура окружающей среды составляет 40℃, следовательно, расчетная температура равна                                     ϑ_расч =155 – 40 = 115℃. Для меди ρ₁₁₅ =10^-6/41 Ом·м.

    Общая длина проводников фазы обмотки L, м,

L = l_cp w₁,                       

где l_cp — средняя длина витка обмотки, м;

    w₁ — число витков фазы. Среднюю длину витка l_ср находят как сумму прямолинейных па­зовых и изогнутых лобовых частей катушки:

l_ср = 2 (l_п + l_л).

Длина пазовой части l_п равна конструктивной длине сердечни­ков машины:

l_п = l₁₍₂₎=l_{δ .}.

Длина лобовой части, м

l_л= K_л b_кт + 2В;         

Вылет лобовых частей обмотки, м

l_выл = K_л b_кт + В.

В этих формулах b_кт – средняя ширина катушки, м, определяемая по окружности, проходящей по серединам высоты пазов:

                            

где β – укорочение шага обмотки статора. Для однослойных обмоток β =1;

    Для двухслойных обмоток:

– β = 0,79…0,83 – при 2p ≥ 4. В этом случае достигается значительное уменьшение амплитуды 5 и 7 гармоник [1];

– β = 0,58…0,63 – при 2p = 2. В этом случае достигается уменьшение длины лобовой части практически в два раза, что ведет к уменьшению активного сопротивления и к уменьшению электрических потерь в статорной обмотке. Кроме того это приведет к уменьшению индуктивного сопротивления, как это будет показано дальше, и к увеличению максимального момента. С другой стороны, это уменьшит площадь охлаждения и, как следствие, приведет к ухудшению охлаждения обмотки.

    К_л и К_выл – коэффи­циенты, значения которых приведены в табл. П13А в зависимости от числа полюсов машины и наличия изоляции в лобовых частях;

    В = 0,01 м – длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части.

   Длина  вылета лобовой части обмотки, м

l_выл = К_выл b_кт + В.

Относительное значение активного сопротивления обмотки статора:

r_1∗ = r₁I_1н /U_1н .

Допустимые значения r_1∗ = 0,03…0,05.

2. Активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора.

За фазу обмотки, выполненной в виде беличьей клетки, принимают один стержень и два участка замыкающих колец. Токи в стержнях и за­мыкающих кольцах различны, поэтому их сопротивления при рас­чете общего сопротивления фазы должны быть приведены к одному току. Таким образом, сопротивление фазы короткозамкнутого ро­тора r₂ является расчетным параметром, полученным из условия равенства электрических потерь в сопротивлении r₂ от тока I₂ и сум­марных потерь в стержне и участках замыкающих колец соответственно от тока в стержне I_c и тока в замыкающем кольце I_кл реальной машины:

,

где I_с – ток в стержне ротора;

    I_кл – ток в замыкающих кольцах;

    r_с – сопротивление стержня;

    r_кл – сопротивление участка замыка­ющего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями.

Ток I_с называют током ротора и в расчетах обозначают I₂.

Учитывая, что

I_кл = I_с/Δ = I₂/Δ,

где ,

тогда

,                                    

где ;                                    

    .

В этих выражениях l_с– полная длина стержня, равная расстоя­нию между замыкающими кольцами, м; D_кл.ср – средний диаметр замыкающих колец, м;

ρ_с115 = ρ_кл115 =10^-6/20,5  Ом·м – соответственно удельные сопротивления материала (алюминий) стержня и замыкающих колец, при расчетной температуре 115℃.

Сопротивление r₂ для дальнейших расчетов должно быть приве­дено к числу витков первичной обмотки. Выражение коэффициента приведения для сопротивления фазы короткозамкнутого ротора по­лучают:

.

Приведенное значение активного сопротивления фазы обмотки короткозамкнутого ротора

r '₂= r₂ v₁₂.

Относительное значение

r '_2∗ = r '₂I_1н / U_1н .

Допустимые значения r '_2∗ = 0,015…0,03

3. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора асинх­ронного двигателя с короткозамкнутым ротором рассчитывается по формуле [1]:

.

• Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния (обозначения в формуле соответствуют рис. 1):

,

где b_из – пазовая изоляция,

     – при угле скоса 45°, при  –  30° необходимо h_кл разделить на .

 – при однослойной обмотке (P₂ < 15 кВт , β =1 );

 и  – при двухслойной обмотке [1].

• Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

,

где q – число пазов на полюс и фазу;  

    l_л1 – длина лобовой части;

    τ – полюсное деление.

• Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

 ,             

где k _𝛿 – коэффициент воздушного зазора;

ξ₁ – коэффициент учета скоса пазов [1]:

 ,

где ;

     –   коэффициент, который определяют по рис. П14Б.

Сумма коэффициентов магнитных проводимостей статорной обмотки:

Σλ₁=  λ_п1+ λ_л1 +  λ_д1.

Относительное значение индуктивного сопротивления статорной обмотки:

x_1∗ = x₁I_1н /U_1н , которое находится в пределах x_1∗ = 0,08…0,12 .

4. Индуктивное сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора [1]:

,    

• Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния (обозначения в формуле соответствуют рисунку 2):

λ_п2 = [k1]∙k _Д + [k2] + [k3]/k_I ,

где —    коэффициент проводимости в      верхней полуокружности (b_1р – широкая часть паза), в трапецеидальной части  (h_1p) и в нижней полуокружности (b_2р);

    — коэффициент проводимости в шлицевой части;

    — коэффициент проводимости в перемычке.

В рабочих режимах k _Д = k_I =1.

• Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

.

В этих формулах: D_кл.ср – средний диаметр замыкающих колец;

Δ = 2 sin(πp/Z₂)  – коэффициент приведения токов в кольце к току в стержне;

h_кл и b_кл – средние высота и ширина колец.

• Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки:

 ,                         

где ξ₂ = 1 – для роторов с литой беличьей клеткой.

Сумма коэффициентов магнитных проводимостей роторной обмотки:

Σλ₂=  λ_п2 + λ_л2 +  λ_д2.

Приведенное значение индуктивного сопротивления фазы обмотки короткозамкнутого ротора:

x '₂ = x₂ v₁₂.

Относительное значение индуктивного сопротивления роторной обмотки:

x '_2∗ = x '₂ I_1н /U_1н , которое находится в пределах x '_2∗ = 0,08…0,15.

 

1.4.7. Расчёт потерь

Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали (основные и добавочные), электрические, вентиляционные, меха­нические и добавочные при нагрузке.

Основные потери в стали в асинхронных двигателях рассчитыва­ют только в сердечнике статора, так как частота перемагничивания ротора, равная f₂ = s·f₁, в режимах, близких к номинальному, очень мала и потери в стали ротора даже при больших индукциях незна­чительны.

В пусковых режимах f₂ близка к  f₁ и потери в стали ротора соответственно возрастают, однако при расчете пусковых характеристик потери находят только для определения нагрева ротора за время пуска. Наибольшими потерями в пусковых режимах являются элект­рические потери в обмотках. Они во много раз превышают потери номинального режима, поэтому пренебрежение потерями в стали ротора при больших скольжениях не вносит сколько-нибудь замет­ной погрешности в расчет.

Основные потери в стали статоров асинхронных машин определяют по следующей формуле:

где p_1,0/50 – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц по табл. П14А. Для стали 2013 p_1,0/50 = 2,5…2,6 Вт/кг.

    k_да и k_дz – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов. Для машин мощностью меньше 250 кВт приближенно можно принять k_да = l,6 и k_дz = 1,8; для машин большей мощности k_да = 1,4 и k_дz = 1,7;

    В_а и В_z1 — индукции в ярме и в зубцах статора, Тл;

    m _а, m_z1 – масса стали ярма и зубцов статора, кг:

m_a = π(D_a – h_a) h_a l_ст1 k_c1 γ_c ;          

m_z1 = h_z1b_z1 Z₁ l_ст1 k_c γ_c ;               

где h _а – высота ярма статора;

    h_z1= h_п1 – расчетная высота зубца статора;

    b_z1 – ширина зуб­ца статора;

     l_ст1= l_δ – длина стали статора;

    γ_с – удельная масса стали, в расчетах принимают γ_с = 7,8 · 10³ кг/м³.

Добавочные потери в стали (добавочные потери холостого хода) подразделяют на поверхностные (потери в поверхностном слое ко­ронок зубцов статора и ротора от пульсаций индукции в воздушном зазоре) и пульсационные потери в стали зубцов (от пульсации ин­дукции в зубцах).

Для определения поверхностных потерь вначале находят ампли­туду пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зуб­цов статора и ротора, Тл:

B₀₁₍₂₎ = β₀₁₍₂₎ k_δ B_δ.

Для зубцов статора  β₀₁ зависит от отношения ширины шлица пазов ротора к воздушному зазору: β₀₁ = f (b_ш2 / δ); для зубцов ротора – от отношения ширины шлица пазов статора к воздушно­му зазору: β₀₂ = f (b_ш1 / δ) .

По  В₀  и частоте пульсаций индукции над зубцами, равной  Z₂ n для статора и Z₁ n  для ротора, рассчитывают удельные поверхност­ные потери, т.е. потери, приходящиеся на 1м² поверхности головок статора и ротора:

---

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 224; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!