Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

12 3 4

С короткозамкнутым ротором

Методические указания

к курсовому проектированию

по дисциплине “Электрические машины”

Для студентов дневного

и заочного отделений

специальности 180400

Санкт-Петербург

2002г.

Содержание Введение.…………………………………………………………..2

1. Исходные данные для проектирования асинхронного

двигателя с короткозамкнутым ротором. ………………….…4

2. Определение главных размеров асинхронного двигателя .….4

3. Расчет обмотки статора. ………………….……………………6

4. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного

зазора……………………………………….……………………9

5. Расчет ротора….………………………….…………………….11

6. Расчет магнитной цепи………………….………………..…....13

7. Параметры рабочего режима двигателя.. ……………….……16

8. Расчет потерь. …………………………………………….……20

9. Расчет рабочих характеристик аналитическим

методом……………………………………………………….…...23

10. Расчет пусковых характеристик…………………………..…24

11. Тепловой расчет………………………………………………30

Приложение 1……………………………………………….….…36

Приложение 2……………………………………………………..52

Список литературы..……………………………………………...65

Введение

Курсовое проектирование расширяет и закрепляет знания, полученные при теоретическом изучении дисциплины “Электрические машины”.

В методических указаниях приведена методика расчета асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

В имеющихся приложениях даны вспомогательные материалы для проектирования.

Расчет асинхронного двигателя рекомендуется выполнять в последовательности, определенной методическими указаниями. При использовании вспомогательного материала из приложений необходимо делать ссылки.(Например, [П.1,табл.5];[П.2,рис.10]).

В состав пояснительной записки должны входить:

1.Титульный лист.

2.Задание на курсовое проектирование.

3.Содержание с указанием всех разделов и страниц, с которых они начинаются.

4.Расчетная часть.

5.Графический материал в следующем составе: разрезы пазов статора и ротора с указанием изоляции и расчитанных размеров; рабочие и пусковые характеристики двигателя.

6.Список использованной литературы.

Пояснительная записка выполняется на листах фармата А4. Графический материал рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге.

Заключительным этапом проектирования является разработка сборочного чертежа двигателя в двух проекциях (продольный и поперечный виды с разрезами). Чертеж выполняется на листе стандартного формата А1.

1.Исходные данные для проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

- номинальная мощность асинхронного двигателя (АД), кВт ; - фазное напряжение обмотки статора, В ;

- синхронная частота вращения АД, об/мин ;

- частота тока, Гц ;

S1, S2, S3 …- режим работы АД (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный и т.д.);

IP23, IP44 …- исполнение АД по степени защиты (каплезащищенное исполнение, брызгозащищенное исполнение и т.д.).

2. Определение главных размеров асинхронного двигателя

Главными размерами АД являются диаметр статора и длина статора.

Под диаметром статора понимают внутренний диаметр расточки статора – его активную длину.

2.1. Число пар полюсов

2.2. Предварительная высота оси вращения h определяется по рис.1.Затем по табл.1 принимается ближайшее меньшее стандартное значение h и соответствующий наружный диаметр статора Da.

2.3. Внутренний диаметр статора

, м ,

где определяется по табл. 2.

2.4. Полюсное деление

, м ,

где 2р – число полюсов АД.

2.5. Расчетная мощность АД

,кВт ,

где - определяется по рис.2 ;

- номинальный расчетный КПД (по рис. 3 и 4) ;

- номинальный расчетный коэффициент

мощности (по рис. 3 и 4).

2.6. Электромагнитные нагрузки предварительно определяются по рис. 5 и 6

А, А/м ; , Тл.

2.7. Обмоточный коэффициент зависит от типа обмотки статора.

Предварительно задаются :

для однослойных обмоток ;

для двухслойных обмоток при 2р =2 ;

для двухслойных обмоток при 2р >2 .

2.8. Расчетная длина воздушного зазора

, м ,

где - коэффициент формы поля в воздушном зазоре, ;

- синхронная угловая скорость АД,

или , рад/с.

2.9. Отношение .

Это отношение в значительной степени влияет на технические характеристики и экономические данные машины.

Величина является критерием правильности выбора главных размеров и , которая должна находится в пределах, указанных на рис.7. Если больше указанных пределов, то следует повторить расчет (по пунктам 2.2-2.9) для ближайшей из стандартного ряда большей высоты оси вращения . Если меньше указанных пределов, то расчет повторяют для следующей в стандартном ряду меньшей высоты .

На этом выбор главных размеров заканчивается.

3. Расчет обмотки статора

3.1. Предельные значения зубцового деления определяется по рис.8: , , м.

3.2. Число пазов статора

; .

3.3. Окончательное число пазов принимается из полученного в п.3.2 предела с учетом того, что должно быть кратным числу фаз m, а также число пазов на полюс и фазу должно быть целым числом.

3.4. Число пазов на полюс и фазу

3.5. Окончательное значение зубцового деления статора

, м .

Окончательное значение не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10%. В любом случае для двигателей с мм зубцовое деление должно быть не менее 6-7 мм (0,006-0,007м).

3.6. Предварительное число эффективных проводников в пазу (при условии, что число параллельных ветвей в обмотке а=1)

где А - принятое ранее (п.2.6) значение линейной нагрузки;

- номинальный ток обмотки статора,

, А .

Здесь и определены в п.2.5.

Полученное число эффективных проводников в пазу округляется до целого числа, а при двухслойной обмотке – до целого чётного числа. Чтобы это округление не было слишком грубым, сначала значение не округляют до целого, а находят такое число параллельных ветвей обмотки, при котором число эффективных проводников в пазу потребует незначительного изменения для получения целого или целого чётного числа.

При изменении числа параллельных ветвей число эффективных проводников в пазу определяется:

где а - число параллельных ветвей обмотки, которое зависит от числа полюсов. При выборе значения а можно пользоваться следующими данными:

Число полюсов 2р
Допустимое число а		1;2	1;2;3	1;2;4	1;2;5

3.7. Окончательное число витков фазы обмотки статора

3.8. Окончательное значение линейной нагрузки.

, .

Значение линейной нагрузки должно лишь незначительно отличаться от принятого ранее. Полученное значение нужно сопоставить с рекомендуемым на рис. 5 и 6.

3.9. Выбор типа обмотки

Машины мощностью до 15кВт в большинстве случаев имеют всыпную однослойную обмотку. У более мощных машин всыпные обмотки выполняют двухслойными. Обмотки из прямоугольного провода делают только двухслойными.

3.10. Обмоточный коэффициент

где - коэффициент распределения, учитывающий уменьшение

Э.Д.С. распределенной по пазам обмотки по сравнению с сосредоточенной. находят из табл. 3 для первой гармоники при соответствующем значении q, равном числу пазов на полюс и фазу

- коэффициент укорочения, учитывающий уменьшение Э.Д.С. витка, вызванное укорочением шага обмотки.

- для двухслойной обмотки. Здесь - укорочение шага обмотки. Для однослойной обмотки всегда равен единице.

3.11. Окончательное значение магнитного потока

, Вб ,

где - коэффициент определяется по рис. 2.

3.12. Индукция в воздушном зазоре

, Тл .

Если полученное значение выходит за пределы рекомендуемой области (рис. 5 и 6) более чем на 5%, следует принять другое значение uп и повторить расчет.

3.13. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

Значение определяется из рис. 9.

3.14. Сечение эффективного проводника (предварительно)

, .

Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8 мм.

Если расчетное qэф1>1,8 мм, то проводник разделяется на несколько элементарных. Для этого по табл. 4 подбирается qэл и число элементарных проводников nэл , составляющих один эффективный, таким образом, чтобы их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника

У всыпных обмоток

3.15. Плотность тока в обмотке статора (окончательно).

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4.1. Для всыпной обмотки рекомендуется выбирать паз статора, показанный на рис.10а.

4.2. Принимаются предварительно по табл. 5:

Bа – значение допустимой индукции в ярме статора, Тл ;

Вz1 – значение допустимой индукции в зубцах статора, Тл.

4.3. Предварительный расчет размеров паза.

Ширина зубца

, ,

где - длина стали сердечника статора;

- определяется по табл. 6.

Высота ярма статора

, .

4.4. Размеры паза в штампе принимаются:

- высота шлица паза;

- ширина шлица паза.

4.5. Размеры паза в штампе рассчитываются:

, ;

, .

Величина справедлива для трапецеидальных пазов (рис. 10а) с углом наклона граней клиновой части у двигателей с мм. Полученные в п. 4.5 размеры округляют до десятых долей миллиметра.

4.6. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

, ,

где ; - припуски по ширине и высоте паза. Принимается мм. , мм

Площадь поперечного сечения паза для размещения

проводников

где - площадь поперечного сечения корпусной изоляции

здесь - односторонняя толщина изоляции в пазу (по табл.7);

- площадь поперечного сечения прокладок в пазу

4.7. Коэффициент заполнения паза (характеризует плотность укладки проводников в пазы)

При ручной укладке обмоток коэффициент заполнения паза должен быть , а при механизированной укладке .

Если значение отличается от рекомендованных, то необходимо изменить размеры паза. Для этого надо принять другие значения и и повторить расчет пп. 4.2-4.7.

4.8. После выполненных расчетов необходимо показать размеры паза в штампе на рисунке паза.

Расчет ротора

5.1. Воздушный зазор определяется по рис. 11.

5.2. Число пазов ротора определяется по табл.8.

5.3. Внешний диаметр ротора

, м.

5.4. Длина ротора принимается равной длине статора

, м .

5.5. Зубцовое деление

, м .

5.6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал

, м ,

где определяется по табл.9.

5.7. Ток в стержне ротора

, А ,

где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение . Определяется по рис.12;

- коэффициент приведения токов для двигателя с короткозамкнутым ротором

5.8. Площадь поперечного сечения стержня

, ,

где - плотность тока в стержне литой клетки ротора принимается в пределах .

5.9. Паз ротора АД с короткозамкнутым ротором с высотой оси вращения мм выполняется грушевидным с литой обмоткой.

В двигателях с применяют полузакрытые пазы (рис.13а) с размерами :

; - при ;

; - при .

В двигателях с применяют закрытые пазы (рис.13б) с размерами : ; . При этом высота перемычки над пазом в двигателях с выполняется равной , а при - .

5.10. Допустимая ширина зубца

, ,

где - допустимая индукция (по табл. 5);

5.11. Размеры паза (рис. 13):

, ;

, .

5.12. Полная высота паза

, .

5.13. Уточненная площадь сечения стержня

, .

5.14. Плотность тока в стержне

, .

5.15. Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец (рис.14)

, ,

где - ток в кольце

, A ,

здесь - ток в стержнях ротора;

;

- плотность тока в короткозамыкающих кольцах. Принимается , .

5.16. Размеры короткозамыкающих колец

, ;

, .

Средний диаметр короткозамыкающего кольца

, .

Расчет магнитной цепи

6.1. Значения магнитных индукций в зубцах статора и ротора

, Тл ;

, Тл .

6.2. Индукция в ярме статора

, Тл ,

где - расчетная высота ярма статора

, м .

6.3. Индукция в ярме ротора

, Тл ,

где - расчетная высота ярма ротора

, м .

6.4. Магнитное напряжение воздушного зазора

, А ,

где - коэффициент воздушного зазора;

- воздушный зазор, м;

, Гн/м ;

здесь .

6.5. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

, А ,

где - расчетная высота зубца статора, м.

Для рис.10а ;

- напряженность поля в зубцах статора, А/м,

определяется по табл.12 при .

6.6. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора

, А ,

где - расчетная высота зубца ротора, м.

Для рис.13 ;

- напряженность поля в зубцах ротора, А/м,

определяется по табл.12 при .

6.7. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Коэффициент характеризует правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных машины и должен находится в пределах . Если это условие не выполняется, необходимо в расчет внести коррективы.