Расчет асинхронного короткозамкнутого двигателя с всыпной обмоткой статора

“Расчет асинхронного короткозамкнутого
двигателя с всыпной обмоткой статора”
Литература для выполнения КП
• В.С. Баклин, В.В. Големегрейн - “Расчет асинхронного
короткозамкнутого двигателя с всыпной обмоткой
статора” .
• Проектирование электрических машин :учебник для вузов
/И.П. Копылов, Б.К. Клоков… - М.:Высшая школа., 2002. –
757 с.
• Проектирование электрических машин :учебник для вузов
/О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин… - М.:Высшая школа., 1984. –
431 с.
• Асинхронные машины общего назначения / Е.П. Бойко,
Ю.В. Гаинцев… - М.:Энергия., 1980. -488с.
• ….
План работы
Итоги защиты курсового проекта:
«5»  54-60 баллов
«4»  42-53 баллов
«3»  33-41 баллов
Итоги оценки курсового проектирования:
«5»  90-100 баллов
«4»  70-89 баллов
«3»  55-69 баллов
Пояснения по работе
• Асинхронный двигатель - это асинхронная машина,
предназначенная для преобразования электрической энергии
переменного тока в механическую энергию. Само слово
“асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду,
что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля
статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают
асинхронные двигатели, как понятно из определения, от
сети переменного тока.
• Всыпные обмотки – тип электрической обмотки,
которые наматываются на станках на специальные шаблоны. Для них
используется круглый изолированный провод. Обмотки не имеют
формы с точно установленными размерами, поэтому они
укладываются (всыпаются) по одному проводнику в пазы через узкие
проходы. Всыпные обмотки используют в электрических машинах в
широком диапазоне мощностей.
Вариант задания
Параметр
Значение
Номинальная мощность
3 кВт
Номинальное напряжение
220/380 В
Номинальная частота
50 Гц
Число фаз
3
Число полюсов
2р = 2
Высота оси вращения
90 мм
Степень защиты
IP 44
Конструктивное исполнение
IM1001
Система охлаждения
IC0141
Пояснение к варианту
• IP44 – степень защиты характеризуемая, защитой
оболочки от постороних предметов диаметром >=
1мм(шайбы, болты, провода) и брызг падающих в любом
направлении.
• IM1001 – исполнение на лапах с подшипниковыми
щитами с одним концом вала.
• IC0141 – закрытая машина с
внутренней самовентиляцией
и обдувом наружной поверхности
вентилятором, установленным на валу двигателя.
Выбор главных размеров
Частота вращения магнитного поля АМ зависит от
частоты сети и числа пар полюсов:
Рассчитанное значение n = 1500.
Внешний диаметр сердечника статора Da
выбирается из таблицы 9.8 [1, c.344] по заданной
высоте оси вращения h.
Для h=90 диаметр сердечника выбирается из
диапазона : 0,149 – 0, 157 м
0
Предварительно выберем значение 0.157 м.
Внутренний диаметр D определяется по формуле: D = Da * KD ;
Значение коэффициента KD выбирается:
Т.к. 2p = 2, то предварительно возьмем значение 0,6.
Таким образом D = 0,094м.
Далее находят полюсное деление:
Рассчитанное значение составило τ = 0,148м
Расчетная мощность двигателя определяется по формуле:
Где ke – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению,
определяют значение коэффициента из рисунка 9.20.
Значение cosφ и ȵ принимаются из рисунков 9.21.
Для нашего случая Da = 0.157 и 2р = 2, Ke принимает значение 0.98.
А значение КПД = 85% = 0.85 и cosφ = 0.87
Таким образом расчетная мощность P = 3976 ВА
Предварительные значения электромагнитах нагрузок: выбираются по рисунку 9.22.
Линейная нагрузка – А = 23000 А/м.
Индукция в воздушном зазоре – B = 0.72 Тл
Предварительное значение обмоточного коэффициента для однослойной обмотки
находится в диапазоне 0.95 – 0.96, в качестве первоначального примем значение 0.96.
Синхронная угловая частота двигателя рассчитаем по формуле
Исходя из выше перечисленного получим расчетную длину магнитопровода из выражения
Ld = 0.167м
Критерием правильного выбора главных размеров двигателя D и ld служит их соотношение.
λ = ld/τ = 1.13
Согласно рисунку 9.25 для 2р = 2 и h < 250мм, λ находится в
диапазоне 0.3 < λ < 1.3.
Рассчитанное значение попадает в указанный диапазон, что
показывает верность полученных результатов.
Если значение не попадает, то необходимо редактировать параметры: A, В, Da, Kd.
Если значение все таки не попадает в диапазон, то это должно быть аргументировано
подтверждено и максимально приближенно к границам рекомендуемого диапазона.
Определение числа пазов
сердечника статора, числа витков …
Чтобы найти число пазов статора и число витков в фазе обмотки статора,
необходимо, вначале выбрать предварительно зубцовое деление tz в
зависимости от типа обмотки, номинального напряжения и полюсного
деления машины. Для более равномерного зазора требуется большое
число пазов, то есть малое зубцовое деление, при этом ширина паза не
должна быть слишком малой, что может привести к худшему
заполнению медью и уменьшением прочности зубцов.
Значения зубцовых делений статора асинхронных двигателей с обмоткой
из круглого провода, необходимые для предварительного числа пазов
приведены на рисунке 9.26.
1 – h<=90
2 – 90<h<250
3 – h<=280
Наиболее целесообразно, не ограничиваться конкретным значением а рассмотреть
возможный диапазон. По имеющемуся рисунку определяем предельные значения
зубцового деления: tzmin = 0.01м и tzmax=0.012м.
Возможное число пазов статора соответствующее выбранному диапазону выразится, как:
Z1min…Z1max = πD/tzmax… πD/tzmax.
Возможное число пазов сердечника статора находится в диапазоне 24,6…29,6.
Нужно выбрать такое число пазов из диапазона, чтобы оно было кратно числу фаз (3-м), а
число пазов на полюс чаще всего целым(q). Из указанного диапазона это значение 27.
Для числа пазов сердечника, число пазов на полюс получилось не целым числом q = 4,5.
Не целое число все таки характерно для большинства асинхронных машин, приводят к
асимметрии МДС. Выберем тогда q = 5.
Окончательное значение зубцового деления сердечника статора tz1 = 0.01м.
Для машин с h > 56мм, данное значение не должно быть менее 7мм исходя из
прочностных соображений.
Далее необходимо рассчитать число эффективных проводников в пазу сердечника Un –
оно должно быть обязательно целым! Для этого найдем номинальный ток, использовав
выражение 9.18:
Получим значение: In = 6.147A. Для определения предварительного числа эффективных
проводников в пазу воспользуемся условием, что число параллельных ветвей обмотки
статора а = 1, тогда по выражению 9.17:
Полученное значение составило 36,912.
Т.к. максимальное число параллельных ветвей однослойной обмотки равно числу пар
полюсов. То нам остается лишь принять а = 1.
Тогда число проводников в пазу оказывается 36.
Рассчитываем окончательное число витков в фазе обмотки статора:
Учитывая все выше сказанное получим w1 = 180.
Уточненное окончательное значение линейной нагрузки A рассчитываем по формуле 9.23.
A = 22400 A/м, что входит в рекомендуемый диапазон.
Затем находим уточненное значение обмоточного коэффициента статора, используя
таблицу 3.16 страницы 112.
После уточнения расчета kob уточняют значение потока и определяют индукцию в
воздушном зазоре:
Если линейная нагрузка и индукция находятся в рекомендуемых пределах, переходят к
расчету сечения эффективного проводника.
Для определения сечения, исходят из тока одной параллельной ветви и допустимой
плотности тока в обмотке:
С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J1 должна
быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери меди.
Определяют предварительную плотность тока в обмотке статор, с учетом уточнений
линейной нагрузки:
Значение AJ находят из рисунка 9.27
Таким образом плотность тока составила: 6*10^6 А/м2.
Исходя из этого значения находим площадь поперечного сечения:
Получим значение: 1*10^-6 м2.
Уточненное сечение эффективного проводника с учетом числа проводников в
эффективном.
Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ стр. 713.
Диаметр неизолированного элементарного проводника: d = 0.63 мм (е)
Сечение элементарного провода: q = 0.312 * 10^-6 м2
Тогда сечение эффективного проводника :
составит 0.936*10^-6 мм2.
Уточняем через выражение 9.27 значение плотности тока: 6.5*10^6 A/м2.
Расчет размеров зубцовой зоны
сердечника статора
Всыпную обмотку статора укладывают в полузакрытые пазы одной из конфигураций,
представленных на рис 9.29.
Такие зубцы имеют постоянное, не изменяющиеся с высоты
зубца поперечное сечение, индукция в них также не
изменяется, и магнитное напряжение зубцов с
параллельными гранями оказывается меньше, чем
трапециевидных зубцов. В современных двигателях
выполняют трапецеидальные пазы. Поэтому выбираем
именно их. Угол наклона клиновой части пазов первой
конфигурации при h < 250мм обычно равен 45 градусам, при
большой высоте оси вращения 30.
По таблице 9.12 стр. 357 находим рекомендуемые значения
индукции.
Используя указанную таблицу, принимаем
индукцию в ярме статора – Ba = 1.4 Тл
в зубцах сердечника статора при постояном
сечении – Bz1 = 1.6 Тл.
Выбираем способ изолирования листов –
оксидирование , т.к. h < 250, тогда по таб.
9.13: kс = 0.97
В дальнейшем увидим , что lст необходимо
будет уменьшить на 0.025 м!!!
Определим предварительную ширину зубцов
сердечника статора и высоту ярма по
формулам 9.37 и 9.28:
Согласно выше приведенным выражениям, ширина зубцов и высота ярма составила:
bz1 = 0.005м и ha = 0.0152м
Далее определяется размер паза в штампе. В таблице 9.16 – Средние значения
ширины шлица полузакрытых пазов… Для АД с h = 90 и 2p = 2 Среднее значение
ширины шлица составляет bш = 3 мм. Высоту для шлица паза hш в двигателях с h <
132 мм принимают 0.5 мм. Для двигателей с большей осью вращения увеличивают
до 1 мм.
По имеющимся данным находят размеры паза в штампе(9.38-9.40):
Получаем следующие значения: hп = 0.0162 м, b1 = 0.0049 м, b2 = 0.008м.
Из 9.44 и 9.45 найдем клиновую часть паза. hпк = 0.0147 м.
Размер паза “в свету” с учетом припуска на шихтовку сердечника определим из 9.42,
припуск на шихтовку зависит от высоты вращения находится по таблице 9.14.
Таким образом размеры паз в свету: b’1 = 0.0048м, b’2 = 0.0076м, h’пк = 0.0146м
Площадь поперечного сечения паза для размещения
проводников обмотки согласно ф.9.48.
Для расчета необходимо посмотреть одностороннюю
толщину изоляции по таб. 3.1.
bиз = 0.00025 м
Материал для корпусной изоляции выбираем
Изофлекс или Идидофлекс, в зависимости от класса
нагревостойкости.
Таким образом площадь корпусной изоляции:
Sиз = 1,136*10^-5 м2
Площадь поперечного сечения паза: S’п = 7,4*10^-5 м2
Контролем правильности размещения обмотки в
пазах является коэффициент заполнения паза, если не
удовлетворяет условиям, то смотрим инструкцию.