Расчет размеров пазов статора

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

 

(Расчет геометрических размеров и обмоток)

Методические указания к курсовой работе

для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: Р.М.Шидерова, А.Н.Бестерекова Электрические машины. Асинхронные двигатели фазным ротором (Расчет геометрических размеров и обмоток). Методические указания к курсовой работе (для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика).- Алматы: АУЭС, 2011.–35с.

 

Методические указания содержат варианты задания на курсовую работу, определение главных размеров асинхронного двигателя, расчет обмоток статора и ротора и включают в себя необходимые справочные материалы и таблицы.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Ил. 11, табл. 12, библ. – 10 назв.

 

Рецензент: д-р. техн. наук, проф. П.И.Сагитов.

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2011 г.

 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011г.

 

 

Содержание

1	Введение	4
2	Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок	6
3	Определение числа пазов статора и расчет обмотки статора	14
4	Расчет размеров пазов статора	18
5	Расчет размеров сердечника, числа пазов и обмотки фазного ротора	26
6	Расчет размеров пазов ротора	28
7	Приложения	31
8	Список литературы	35

 

 

Введение

Курсовая работа должна научить студента применять полученные теоретические знания при решении конкретной инженерной задачи - проектировании асинхронного двигателя с фазным ротором общепромышленного назначения.

Курсовая работа должна содержать:

а) задание на курсовую работу;

б) расчетную записку, содержащую электромагнитный расчет, эскизы, поясняющие основные решения, таблицы, в которые сводятся основные и расчетные данные. Текст должен содержать расчетные формулы в общем виде. У каждой величины, являющейся результатом вычислений, должна быть указана размерность.

Все расчеты выполняются на ЭВМ с использованием приложения Mathcad.

При выполнении курсовой работы следует пользоваться рекомендуемой литературой.

Курсовая работа, выполненная не по заданию, соответствующему цифрам шифра и первой букве фамилии, должна быть выполнена заново. На обложке пояснительной записки обязательно должен быть указан шифр.

Вариант задания выбирается по таблицам В1, В2, В3.

 

Таблица В1

Начальная буква фамилии студента	А П	Б Р	В С	Г Т	Д У	Е Ф	Ж Х
Номинальная мощность (кВт) Р2Н	5,5	7,1	7,5	10	11	13	14
Исполнение	закр. обд.	закр. обд.	закр. обд.	закр. обд.	закр. обд.	закр. обд.	закр. обд.

 

Продолжение таблицы В1

Начальная буква фамилии студента	З Ц	И Ч	К Ш	Л Щ	М Э	Н Ю	О Я
Номинальная мощность (кВт) Р2Н	15	18,5	22	30	37	45	55
Исполнение	защ.	защ.	защ.	защ.	защ.	защ.	защ.

 

Таблица В2

Предпоследняя цифра шифра	0	9	8	7	6	5	4	3	2	1
Линейное напряжение питающей сети (В)	380	380	380	380	380	380	380	380	380	380
Соединение обмотки статора	Y	Δ	Δ	Y	Δ	Y	Y	Δ	Y	Δ

 

 

Таблица В3

Последняя цифра шифра	0	1	2	3		4	5	6	7	8	9
Синхронная частотавращения, n1 (об/мин)	1500	1000	750	1000		1500	1500	750	1000	750	1500
Обмотка ротора					фазная
Примечание - В задании приведено линейное напряжение - U1Л; фазное напряжение - U1Ф зависит от способа соединения обмотки статора.

 

Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины магнитопрововда l_δ.

Внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношениями, зависящими от числа полюсов 2р, с наружным диаметром статора D_а, в свою очередь определяющим высоту оси вращения h.

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

1.1 Число пар полюсов .

1.2 Высоту оси вращения предварительно определяют по таблицам 1.1

1.2 для заданных значений P_2н и 2p в зависимости от исполнения двигателя.

1.3 Далее определяется наружный диаметр сердечника статора, исходя из минимальных отходов и припусков на штамповку (при указанных стандартных размерах ленты и листов электротехнической стали), согласно таблице 1.3.

1.4 Как показал опыт проектирования большого числа асинхронных двигателей, внутренний диаметр сердечника D находится в определенном соотношении с наружным

,

где коэффициент K_D определяется по таблице 1.4.

 

Таблица 1.1- Увязка мощности и высоты оси вращения двигателей серии 4А, исполнение по степени защиты IР44

Высота оси вращения, h,(мм)	Условная длина сердечника	Номинальная мощность Р2Н кВт при числе полюсов 2p
		2	4	6	8	10	12
100	S L	4 5,5	3 4	- 2,2	- 1,5	- -	- -
112	MA(B)	7,5	5,5	3 (4)	2 (3)	- -	- -
132	S М	- 11	7,5 11	5,5 7,5	4 5,5	- -	- -
160	S M	15 18,5	15 18,5	11 15	7,5 11	- -	- -
80	S M	22 30	22 30	- 18,5	- 15	- -	- -
200	M L	37 45	37 45	22 30	18,5 22	-	-
225	M	55	55	37	30	-	-
250	S M	75 90	75 90	45 55	37 45	30 37	- -
280	S M	110 132	110 132	75 90	55 75	37 45	- -
315	S M	160 200	160 200	110 132	90 110	55 75	45 55
355	S M	250 315	250 315	160 200	132 160	90 110	75 90

 

Таблица 1.2 - Увязка мощности и высоты оси вращения двигателей серии 4А, исполнение по степени защиты IP23

Высота оси вращения, h,(мм)	Условная длина сердечника	Номинальная мощность Р2Н кВт при числе полюсов 2p
		2	4	6	8	10	12
200	M L	55 75	45 55	30 37	22 30	- -	- -
225	M	90	75	45	37	- -	- -
250	S M	110 132	90 110	55 75	45 55	- -	- -
280	S M	160 200	132 160	90 110	75 90	45 55	- -
315	S M	- 250	200 250	132 160	110 132	75 90	55 75
355	S M	315 400	315 400	200 250	160 200	110 132	90 110

 

Таблица 1.3 – Внешние диаметры статоров асинхронных двигателей

для различных высот оси вращения

h,мм	56	63	71	80	90
Dа,м	0,08-0,096	0,1-1,08	0,116-0,122	0,131-0,139	0,149-0,157
h,мм	100	112	132	160	180
Dа,м	0,168-0,175	0,191-0,197	0,225-0,223	0,272-0,285	0,313-0,322
h,мм	200	225	250	280	315	255
Dа,м	0,349-0,359	0,392-0,406	0,437-0,452	0,52-0,53	0,59	0,66

Таблица 1.4 - Значения коэффициента K_D

2р	2	4	6	8	10-12
КD	0,52-0,6	0,62-0,68	0,7-0,72	0,72-0,75	0,75-0,77

1.5 Далее находят полюсное деление τ, м

.

1.6 Расчетную мощность асинхронного двигателя P^/ ,(кВА) определяют по заданной номинальной мощности

.

 

Предварительные значения η и cosφ₁ могут быть взяты по рисунку 1.2, а по рисунку 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Значения коэффициента

 

 

в)

а) со степенью защиты IP44 мощностью до 30 кВт; б) со степенью

защиты IP44 мощностью до 400 кВт; в) со степенью защиты IP23

Рисунок 1.2 - Примерные значения КПД и cosφ асинхронных двигателей

 

Предварительный выбор электромагнитных нагрузок - линейной токовой нагрузки А и максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре В_δ должен быть проведен особо тщательно, так как они определяют не только расчетную длину сердечника, но и в значительной степени характеристики двигателя.

1.7 Рекомендации по выбору В_δ и А представлены на рисунке 1.3 и 1.4. На каждом из рисунков даются области их допустимых значений.

1.8 Значения коэффициента полюсного перекрытия α_δ и коэффициента формы поля k_В предварительно принимают равными:

 

1.9 Тип обмотки выбирается по таблице 2. Предварительное значение обмоточного коэффициента К_об1 выбирают в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток К_об1 =0,95…0,96, для двухслойных при 2р=2 К_об1 =0,82…0,86 и при большей полюсности К_об1 =0,91…0,92.

1.10 Синхронная угловая частота двигателя Ω, рад/сек: или ,

 

где n₁ - синхронная частота вращения, об⁄мин;

f ₁ - частота питания, Гц.

1.11 Расчетная длина магнитопровода , м:

.

 

1.12 Критерием правильности выбора главных размеров D и l_δ служит отношение , которое обычно находиться в пределах, указанных на рисунке 1.5 для принятого исполнения машины. Если λ оказывается чрезмерно большим, то следует повторить расчет для ближайшего из стандартного ряда бόльшей высоты оси вращения h, а если λ слишком мало, то расчет повторяют для следующей в стандартном ряду меньшей высоты h.

На этом выбор главных размеров заканчивается.

 

 

 

а) - IP44 и б) – IP23.

Рисунок 1.5 – Отношение λ у двигателей исполнения по степени защиты

 

1.13 Для расчета магнитной цепи помимо l_δ необходимо определить полную конструктивную длину и длину стали сердечника статора (l₁ и l_ст1) и ротора (l₂ и l_ст2). В асинхронных двигателях, длина сердечников статоров которых не превышает 250…300 мм, радиальных вентиляционных каналов не делают. Для такой конструкции

.

 

В более длинных машинах сердечники подразделяют на отдельные пакеты, разделенные между собой радиальными вентиляционными каналами.

1.14 Стандартная ширина радиального воздушного канала между пакетами b_к=10 мм. Число пакетов n_пак. и их длина l_пак. связаны с расчетной длиной следующим соотношением

мм,

целое число.

При этом число радиальных каналов, определяемая по таблице 1.5: .

1.15 Длина стали сердечника статора двигателя:

.

 

1.16 Конструктивная длина сердечника статора:

.

 

1.17 Окончательное значение для двигателей для двигателей с воздушным зазором :

.

В машинах с

,

где - расчетная ширина радиальных каналов, определяемая по таблице 1.5.

Таблица 1.5 Расчетная ширина радиальных каналов при =10мм

, мм	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	2,5	3,0
,мм	7,3	7,1	7,0	6,9	6,8	6,7	6,2	5,7

 

2 Определение числа пазов статора и расчет обмотки статора

Число витков фазы обмотки должно быть таким, чтобы линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре как можно ближе совпадали с их значениями, принятыми предварительно при определении главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

2.1 Тип обмотки и форма пазов статора выбирается по таблице 2.1. Пазы статора машин переменного тока приведены на рисунках 3.1 и 3.2.

2.2 Число пазов статора:

,

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

q₁ - число пазов на полюс и фазу (выбирается по таблице 2.1)

2.3 Зубцовое деление статора , мм:

.

 

2.4 Номинальный фазный ток обмотки статора , А:

,

 

где m₁ - число фаз статора, U_1ф - фазное напряжение.

2.5 Число эффективных проводников на паз:

,

 

где а - число параллельных ветвей выбирается по таблице 2.1. Полученное в п. 2.5 число u_П округляют до ближайшего целого, а для двухслойной обмотки оно должно быть четным.

2.6 Число витков в фазе обмотки статора:

.

 

Таблица 2.1 - Рекомендуемые форма паза, тип обмотки статора, значения q₁, а₁, J₁.

h, мм

2р

Форма пазов статора

Тип обмотки статора

q1

а1 число пар. ветвей

Плотность тока J1

Закрытое исполнение

Защищенное исполнение

80÷112

2   4

Трапе-цеидаль-ная

Однослойная всыпная

4   2;3

1;2

6,3÷6,5

6,5÷8

132÷160

2   4   6     8

Трапе-цеидаль-ная

Двухслойная всыпная Однослойная всыпная Однослойная всыпная Однослойная всыпная

6   3;4   2;3   2

1;2   1;2   1;2;3   1;2;4

6,3÷6,5   5,5÷6   5÷6   5÷6

7,5÷8,5   6,5÷7,5   6,5÷7   6÷6,5

180÷315

2 4 6 8

Трапе-цеидаль-ная

Двухслойная всыпная

5;6 3;4 3

2 2 2;3 2;4

6,2÷5,2 6÷5 6÷5

7÷6 6,5÷5,5 6,5÷5,5

355

2   4 6 8

Прямо-угольные полу-открытые

Двухслойная из жестких полукатушек

8   4;5   3;4

2   2;4 2;3;6 2;4

5÷4   4÷3,5   3,8÷4

5,5÷4,5   5,5÷4,5   5÷4,5

355

10   12

Трапеце-идальные полу-закрытые

Двухслойная всыпная

2;3

5   6

3,8÷4

5÷4,5

 

Примечание: как видно из таблицы с увеличением мощности и с уменьшением частоты вращения ротора [n=n₁(1-S)], т.е. с ухудшением условий охлаждения, рекомендуемые значения плотности тока J₁ - в А/мм² имеют тенденцию к их снижению (уменьшению).

 

2.7 Двухслойная обмотка обычно выполняется петлевой с укороченным шагом по пазам:

 

ц.ч.,

где - укорочение шага.

При 2р=2 при β=0,58-0,63, при 2р 4 .

Однослойная обмотка выполняется с диаметральным шагом:

, т.е. .

 

2.8 Одним из важнейших параметров обмотки статора является ее обмоточный коэффициент:

,

 

где коэффициент укорочения обмотки:

;

 

коэффициент распределения обмотки:

2.9 Магнитный поток Ф, Вб:

2.10 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре , Тл:

.

 

2.11 Уточненное значение линейной нагрузки А, А/м:

.

 

Уточненные значения не должны отличаться от предварительно выбранных более, чем на 10%.

2.12 Плотность тока в обмотке статора (предварительно) выбирается в соответствии с таблицей 2.

2.13 Сечение эффективного проводника фазы(предварительно) , мм²:

.

 

2.14 Для всыпных обмоток по технологическим условиям укладки их в пазы диаметр обмоточного провода не должен превышать значения 1,4-1,8 мм (соответствующие им максимальные сечения провода мм²). Если , то эффективный проводник выполняют из нескольких элементарных – n_эл1. Число элементарных проводников в эффективном

=целому числу.

Сечение элементарного проводника (предварительно):

.

 

По таблице Приложения 1 выбирается ближайший по сечению стандартный проводник. Этим окончательно определяется сечение элементарного проводника и его диаметр.

При расчете обмотки статора с жесткими катушками площадь поперечного сечения прямоугольного провода не должна превышать 18мм². Если q_эф1 больше 16мм², то эффективный проводник необходимо выполнить из нескольких элементарных

Сечение элементарного проводника предварительно определяется по п. 2.14.

2.15 Плотность тока в обмотке статора (уточненное значение):

.

 

Расчет размеров пазов статора

 

а) Расчет размеров трапецеидального полузакрытого паза всыпной обмотки статора (см. рисунок 3.1)

 

 

3.1 Сначала определяется ширина зубца b_z1 мм по рекомендуемому значению индукции в зубцах В_z1 , мм:

,

 

где K_с =0,95-0,97- коэффициент заполнения сталью магнитопровода (0,97 для h=132 – 250мм, 0,95 для h=280-355мм).

В_Z1- согласно таблицы 3.1.

 

Таблица 3.1 – Рекомендуемые значения индукции в ярме и зубцах статора

Ва (Тл)		ВZ (Тл)				ВZmax (Тл)
			Закрытое		Защищенное		Закрытое		Защищенное
1,4 –1,65		1,6-1,9		1,8-2,05		1,75-1,95		1,9-2,1

 

3.2 Высота ярма статора , м:

,

 

В_а1 выбирается согласно таблицы 3.1.

3.3 Высота зубца , м:

.

 

3.4 Высота паза .

3.5 Ширина шлица b_ш1 должна быть такой, чтобы можно было уложить в пазы катушки по одному проводу. Отсюда ширина шлица

мм.

где d_из1 - диаметр провода с изоляцией (мм).

3.6 Высота клина в машинах средней мощности и достигает в крупных машинах.

 

3.7 Наименьшая ширина паза в штампе , м:

; , .

 

3.8 Наибольшая ширина паза в штампе , м:

.

 

Высота шлица (м) м. Угол - при высоте оси вращения мм и при мм.

 

3.9 Площади поперечного сечения паза в свету определяются с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников , мм²:

где S_пр.ш – площадь припусков на шихтовку

где и - согласно таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Припуски на шихтовку

Высота оси вращения h, (мм)	Припуски (мм)
	По ширине паза -	По высоте паза -
50-132 160-250 280-355 400-500	0,1 0,2 0,3 0,4	0,1 0,2 0,3 0,4

 

3.10 Выбираем класс изоляции обмотки статора: в двигателях с высотами оси вращения h=50 132мм рекомендуется применять систему изоляции класса нагревостойкости В, а в двигателях с h=160 355мм класса нагревостойкости F.

Конструкция изоляции всыпной обмотки статора приведена в таблице 3.3 и 3.4 соответственно.

3.11 Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой мм:

,

где - площадь поперечного сечения пазовой изоляции (мм);

b_из – толщина изоляции , мм.

3.12 Коэффициент заполнения паза:

или .

 

3.13 Полученное значение коэффициента заполнения должно находиться в рекомендуемых пределах

если значение коэффициента K_з1 выходит за рекомендуемые пределы, то его необходимо скорректировать несколькими способами:

- за счет изменения плотности тока (т.е. за счет изменения площади сечения элементарного проводника, а следовательно и его диаметра d_uз1), - за счет изменения В_а1 и В_z1 в рамках рекомендуемых значений (т.е. за счет изменения размеров и площади поперечного сечения паза ),

- за счет того и другого,

- за счет изменения электромагнитных нагрузок В_d и А.

 

3.14 После окончательного определения размеров паза необходимо пересчитать индукцию в зубце:

.

 

в) Расчет размеров прямоугольного полуоткрытого и открытого пазов обмотки статора с жесткими секциями

 

Предварительная ширина зубца статора в наиболее узком месте , м

 

,

 

где В_z1max- рекомендуемое максимальное значение индукции в наиболее узком сечении зубца, выбирается по таблице 3.1.

3.16 Зубцовое деление в наиболее узком месте , м:

, ,

где, - из п. 3.6.

 

Рисунок	Пози-ция на рисунке	Тип обмотки	Высота оси вращения	Наименование материала изоляции (пленкостеклопласт)			Число слоев	Односторонняя толщина, мм
				Класс нагревостойкости		Толщина материала, (мм)
				В	F H
	1 2     1 2     1 2	Одно- слойная	50…80   90…132   160	Изо- флекс     То же   То же	Имидо- флекс     То же   То же	0,2 0,3     0,25 0,35     0,4 0,5	1     1     1	0,2 0,3     0,25 0,35     0,4 0,5
1	1 2 3	Двух-слойная	180…250	Изо- флекс	Имидо- флекс	0,4 0,4 0,5	1	0,4 0,4 0,5

 

Таблица 3.2 – Изоляция обмоток статоров асинхронных двигателей с высотой оси вращения до 250мм на напряжение на напряжение до 660В

аблица 3.3 – Изоляция обмоток из круглого прововда статоров асинхронных двигателей с высотой оси вращения до h > 280мм на напряжение на напряжение до 660В

Рисунок

Позиция

Материал

Число слоев

Односторонняя толщина, мм

Наименование, марка

Толщина, мм

Класс нагревостойкости

Класс нагревостойкости

В

F

H

В

F

H

B

F

H

* К обмотке

*К стенке паза

Примечание. Междуфазные прокладки в лобовых частях выполняют из лакотканеслюдослпаст

 

Таблица 3.4 – Непрерывная термореактивная изоляция классов нагревостойкости В и F обмоток статоров машин переменного тока на напряжение до 660 В

Часть обмотки	Позиция	Назначение изоляции	Материал			Число слоев	Толщина изоляции, мм
			Наименование	Марка	Толщина, мм		по ширине		по высоте
							1	2	1	2	3	4	5
	1 2 3   4 5 6   1 7 8	Витковая     Корпусная   Покровная     Прокладка То же То же   Витковая   Корпусная   Покровная	Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933) Разбухание изоляции от промазки лаком Стеклослюдинитовая лента Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933) Всего изоляции в пазу Стеклотекстолит То же То же Допуск на укладку Всего изоляции в пазу отклонения Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933) Разбухание изоляции Стеклослюдинитовая лента   Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933) Всего изоляции в лобовых частях	ЛЭС     ЛСП-7   ЛЭС     СТЭФ-1 СТЭФ-1 СТЭФ-1 -   -   ЛЭС     ЛС-ПЭ-934-ТП ЛЭС	0,1     0,13   0,2     0,5 1 0,5   0,1   0,13     0,2	1 слой вполнахлеста     4 слоя вполнахлеста   1 слой вполнахлеста     1 1 1   1 слой вполнахлеста   3 слоя вполнахлеста     2 слоя впритык	0,45     0,05   2.08   0,45     3,03   - - - 0,2 3,23   0,45     0,05   1,56   0,9   2,96	0,45     0,1   2.08   0,45     3,08   - - - 0,2 3,23   0,45     0,1   1,56   0,9   3,01	0.9     0,1   2.08   0,45     3,53   0,5 1 0,5 - 9,06   0,9     0,1   1,56   0,9   3,46	1,35     0,15   2.08   0,45     4,03   0,5 1 0,5 - 10,06   1,35     0,15   1,56   0,9   4,96	1,8     0,20   2.08   0,45     4,53   0,5 1 0,5 - 11,06   1,8     0,2   1,56   0,9   4,46	2,25     0,25   2.08   0,45     5,03   0,5 1 0,5 - 12,06   2,25     0,15   1,56   0,9   4,96	2,7     0,3     2.08   0,45     5,53 0,5 1 0,5   - 13,06   2,7     0,3   1,56   0,9   5,46

 

3.17 Предварительная ширина паза в штампе , мм:

,

3.18 Предварительная высота ярма и зубца (паза) определяется по п.п. 3.2, 3.3.

3.19 После этого производиться разработка конструкции паза согласно таблицы 3.4. Число и сечение эффективных проводников (если надо, они подразделяются на элементарные) известно из расчета – п.п. 2.13, 2.14. Размеры прямоугольных проводников, число их по высоте и ширине паза должны быть близки к предварительным – п.п. 3.16, 3.17 (разница должна быть не более 5-10%). Размеры стандартных проводников приведены в таблице приложения 2.

Таким образом получаем окончательное (уточненное) значения b_п1, h_п1.

3.20 Окончательное значение ширины зубца статора в наиболее узком и широком местах, м:

, ,

 

где

.

 

3.21 Индукции в наиболее узком и широком местах зубца, м :

, .

 

3.22 Индукция в ярме статора, Тл:

,

где .

 

3.23 Окончательное значение плотности тока – по 2.15.

Окончательные значения должны удовлетворять рекомендуемым значениям (см. таблицу 2.1, 3.1).

 

---

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 2094; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!