Расчет пусковых характеристик

С увеличением частоты тока в стержнях обмотки 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, поэтому при расчетах этих характеристик следует учитывать эффект вытеснения тока.

10.1. Расчетные точки характеристик определяются при скольжениях: S=1,0; 0,8; 0,5; 0,2; 0,15; 0,1; по формуляру (табл. 18).

Критическое скольжение приближенно равно

Необходимые пояснения для расчета по формуляру (табл. 18) приводятся ниже.

Расчет параметров надо начинать для скольжения S=1,0 и представить его в качестве примера в пояснительной записке. Для других скольжений результаты заносятся непосредственно в табл. 18.

10.2. Параметры с учетом вытеснения тока.

- приведенная высота стержня обмотки ротора.

Для литой алюминиевой обмотки ротора :

при расчетной температуре С (класс нагревостойкости изоляции А, Е, В)

;

при расчетной температуре С (класс нагревостойкости изоляции F, H)

,

где S - скольжение;

- высота стержня в пазу (см. п.5.12).

, м.

10.3. Для значения - по рис. 20 определяется величина , а по

рис. 21- величина ,

- коэффициент демпфирования.

10.4. Глубина проникновения тока в стержень

, м.

10.5. Площадь сечения стержня, ограниченная величиной :

при

, ;

при

, .

В этих выражениях

, м;

- (см. п.5.11);

- определяется по рис. 20.

10.6. Коэффициент , определяющий отношение площади всего сечения стержня ( ) к площади сечения стержня, ограниченного высотой

,

где , .

10.7. Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока

,

где и - (см. п.7.3).

10.8. Приведенное активное сопротивление ротора с учетом эффекта вытеснения тока

, Ом ,

где - (см. п.7.4).

10.9. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока определяется по формуле (табл.15) в зависимости от принятого вида паза ротора (рис.16) и с учетом коэффициента (рис 21).

10.10. Коэффициент, учитывающий изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от эффекта вытеснения тока

,

где , , - (см. п.7.8).

10.11. Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом эффекта вытеснения тока

, Ом ,

где - (см. п.7.9).

10.12. Ток ротора без учета влияния насыщения магнитопровода полями рассеяния

, А ,

где и - (см. пп. 7.1 и 7.6).

10.13. Далее при расчете параметров машины будет учитываться влияние насыщения магнитопровода полями рассеяния.

Средняя М.Д.С. обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора

, А ,

где - ток статора, соответствующий расчетному режиму, без учета насыщения. Принимается ; расчет выполняется для тока равного ;

- число параллельных ветвей обмотки статора;

- число эффективных проводников в пазу статора;

- коэффициент укорочения шага (см п.3.10);

- обмоточный коэффициент (см п.3.10);

- коэффициент, учитывающий уменьшение М.Д.С. паза при укороченном шаге (см п.7.6);

- коэффициент, учитывающий увеличение кратности тока при насыщении.

10.14. Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре

, Тл ,

где - коэффициент

,

здесь и - зубцовые деления статора и ротора

(см пп.3.5 и 5.5).

10.15. По рис. 22 определяются коэффициент , характеризующий отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины.

10.16. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения

,

где ,

здесь ;

.

Параметры определены ранее.

10.17. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом насыщения

.

10.18. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом насыщения

, Ом.

10.19. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом насыщения и вытеснения тока

,

где ,

здесь , мм.

10.20. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом насыщения

.

10.21. Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения

, Ом.

10.22. Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме

, Ом ,

где - см. расчет рабочих характеристик.

10.23. Ток в обмотке ротора и статора , А ; , А.

В этих формулах:

;

;

.

Если полученное значение тока статора не отличается от принятого в п. 10.13. значения тока более чем на (10-15)%, то расчет для считается законченным. Если расхождение больше, расчет повторяют (п.п. 10.13.-10.23.) скорректировав коэффициент .

10.24. Относительное значение тока (кратность пускового тока при )

.

При формула примет вид:

.

10.25. Относительное значение момента

,

где - номинальное скольжение, которое определяется по графику рабочих характеристик. Значение соответствует мощности .

при формула примет вид

.

В этом случае будет определять кратность пускового момента. Кратность пускового тока и пускового момента должна находиться в пределах:

;

.

10.26. Действительное критическое скольжение определяется после расчета всех точек пусковых характеристик (табл.18) по средним значениям сопротивлений и , соответствующим скольжениям S= 0.2; 0.15 и 0.1

.

Тепловой расчет

11.1. Превышение температуры внутренней поверхности статора над

температурой воздуха внутри двигателя

,

где - коэффициент теплоотдачи с поверхности (рис.23 или рис.26);

К – коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора передается через станину в окружающую среду (табл. 19).

- электрические потери в пазовой части обмотки статора

, Вт

здесь для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В,

для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F,

для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости H;

- электрические потери в обмотках статора.

, Вт ;

- см. расчет активного сопротивления обмотки статора.

- см. расчет потерь.

11.2. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки ротора

,

где - расчетный периметр поперечного сечения статора

, м ,

здесь - размеры паза статора в штампе;

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

- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции. Для классов нагревостойкости В, F, H - , для классов нагревостойкости А, Е - ;

- определяется по рис. 24 для значения .

Здесь - диаметр неизолированного провода обмотки статора (табл. 4).

- диаметр изолированного провода обмотки статора (табл. 4).

11.3. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей обмотки ротора

,

где ;

Принимаем, что изоляция в лобовых частях обмотки отсутствует. Тогда ;

- электрические потери в лобовых частях обмотки

, Вт ,

здесь , - см. расчет активного сопротивления обмотки статора.

11.4. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины

, ,

где - длина вылета лобовых частей обмотки статора.

, м.

В этом выражении:

определяется по табл. 13;

- см. расчет активного сопротивления обмотки статора;

- длина вылета прямолинейной части секции из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части. Принимается м.

11.5. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины

, .

11.6. Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды

, ,

где - сумма потерь, отводимых в воздух внутри машины.

Для двигателей со степенью защиты IP23

, Вт.

Для двигателей со степенью защиты IP44

, Вт.

В этих формулах

, Вт.

Здесь , - потери в двигателе при нормальном режиме (из табл. 17 при номинальном скольжении );

- коэффициент подогрева воздуха (по рис. 23);

- эквивалентная поверхность охлаждения корпуса двигателя.

Для двигателей со степенью защиты IP23

,

Для двигателей со степенью защиты IP44

, .

Здесь - условный периметр поперечного сечения ребер станины (по рис.25).

11.7. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

, .

11.8. Вентиляционный расчет заключается в сопоставлении расхода воздуха необходимого для охлаждения двигателя и расхода, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя.

Необходимый расход воздуха:

для двигателей со степенью защиты IP23

, ;

для двигателей со степенью защиты IP44

, ,

где - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором

.

Здесь - частота вращения двигателя, ;

для двигателей с при ;

при и ;

при и ;

при и .

11.9. Фактический расход воздуха, получаемый с помощью вентилятора:

для двигателя со степенью защиты IP23

, ;

для двигателей со степенью защиты IP44

, .

В этих формулах:

- частота вращения двигателя, ;

- коэффициент

для двигателей с ;

для двигателей с .

, - число и ширина радиальных вентиляционных каналов.

Если длина стали сердечника статора (см.п.4.3) > 0,15 м, то

,

Здесь - расстояние между вентиляционными каналами. Принимается м.

Ширина вентиляционных каналов принимается м.

Если м, то принимается .

11.10. Сопоставление требуемого и получаемого расхода воздуха.

Получаемый расход воздуха должен быть больше требуемого для охлаждения двигателя

.

Приложение 1.

Справочные таблицы.

Таблица 1.

Высоты оси вращения электрических машин (по ГОСТ 13267-73) и соответствующие им наружные диаметры статоров асинхронных двигателей серии 4А.

Таблица 2.

Отношение K_D =D/D_a в двигателях серии 4А при различных числах полюсов.

2p				8–12
KD	0,52–0,57	0,64–0,68	0,70–0,72	0,74–0,77

Таблица 3.

Коэффициенты распределения k_p трёхфазных обмоток с фазной зоной.

Таблица 4.

Диаметр и площадь поперечного сечения круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ–155.

Номинальный диаметр неизолированного проводника, мм	Среднее значение диаметра изолированного провода, мм	Площадь поперечного сечения неизолированного провода, мм 2
0,08	0,10	0,00502
0,09	0,11	0,00636
0,10	0,122	0,00785
0,112	0,134	0,00985
0,125	0,147	0,01227
(0,132)	0,154	0,01368
0,14	0,162	0,01539
0,15	0,18	0,01767
0,16	0,19	0,0201
0,17	0,20	0,0227
0,18	0,21	0,0255
(0,19)	0,22	0,284
0,20	0,23	0,0314
(0,212)	0,242	0,0353
0,224	0,259	0,0394
(0,236)	0,271	0,0437
0,25	0,285	0,0491
(0,265)	0,300	0,0552
0,28	0,315	0,0616
(0,30)	0,335	0,0707
0,315	0,350	0,0779
0,335	0,370	0,0881
0,355	0,395	0,099
0,375	0,415	0,1104
0,40	0,44	0,1257
0,425	0,465	0,1419
0,45	0,49	0,1590
(0,475)	0,515	0,1772
0,50	0,545	0,1963
(0,53)	0,585	0,221
0,56	0,615	0,246
0,60	0,655	0,283
0,63	0,69	0,312
(0,67)	0,73	0,353
0,71	0,77	0,396
0,75	0,815	0,442
0,80	0,865	0,503
0,85	0,915	0,567
0,90	0,965	0,636
0,95	1,015	0,709
1,00	1,08	0,785
1,06	1,14	0,883
1,12	1,20	0,985
1,18	1,26	1,094
1,25	1,33	1,227
1,32	1,405	1,368
1,40	1,485	1,539
1,50	1,585	1,767
1,60	1,685	2,011
1,70	1,785	2,27
Продолжение табл. 4.
1,80	1,895	2,54
1,90	1,995	2,83
2,00	2,095	3,14
2,12	2,22	3,53
2,24	2,34	3,94
2,36	2,46	4,36
2,50	2,60	4,91

Примечания: 1. Провода, размеры которых указаны в скобках, следует применять только в отдельных случаях при обосновании технико-экономической целесообразности.

2. Среднее значение диаметра изолированного провода вычислено с учётом расчётной средней двухсторонней толщины эмалевой изоляции, принимаемой как округленное среднее арифметическое из минимальной и максимальной толщины.

Таблица 5.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: