Курсовой проект АД - часть 2-3.

Пояснения к курсовому проекту по курсу
“Электрические машины и аппараты”
“Расчет асинхронного короткозамкнутого
двигателя с всыпной обмоткой статора”
Ассистент каф. ЭКМ:
Падалко Дмитрий Андреевич
2015
Выбор воздушного зазора и расчет
ротора
Воздушный зазор определяет энергетические показатели
асинхронного двигателя. Чем меньше зазор, тем меньше
магнитное сопротивление и напряжение, составляющие
основную часть МДС. То есть уменьшение зазора приводит к
уменьшению МДС цепи и намагничивающего тока двигателя,
из-за чего уменьшаются потери в меди обмотки статора и
возрастает cosϕ. Но чрезмерное уменьшение приводит к
возрастанию амплитуды пульсаций индукции, как следствие
увеличению пульсационных и поверхностных потерь.
Поэтому зазор не выбирается слишком малым и большим.
Для двигателей мощностью до 20кВт и числе полюсов 2p = 2
δ = (0.3 + 1.5D)*10^-3 м. Для машин с большим числом
полюсов и большей мощностью выражения на стр. 367 9.50 и
9.51.
Согласно приведенной выше формуле воздушный зазор примем 0.44*10^-3
м.
Принято
округлять
значения
зазор
до
кратного
5.
То есть до 0.3, 0.35, 0.4, 0.45 и тд. Используя эту рекомендацию зазор
составит 0.45.
В дальнейшем необходимо будет произвести механический расчет вала,
учитывая условие: Изгиб вала не должен превышать 10% воздушного
зазора.
Приближенное значение воздушного зазора можно найти по рисунку:
Согласно приведенному рисунку, для
АМ с h<= 250мм и 2p = 2.
Для АМ с D = 0.094 зазор составит
0.4-0.5 мм.
Выбор пазов ротора особо важен, т.к. в поле воздушного зазора
машины кроме основной присутствует целый спектр гармоник более
высокого порядка, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротора,
поэтому ток в стержнях обмотки имеет сложный гармонический
характер.
В зависимости от соотношения Z1 и Z2 в той или иной степени
проявляются синхронные и асинхронные моменты от высших
гармоник. В поле зазора присутствуют также высшие гармоники,
порядок которых определенным образом связан с числами пазов и
полюсов машины. Наилучшие соотношения Z1 и Z2 сведенны в
таблицу 9.18.
В двигателях малой мощности обычно выполняют Z1>Z2. Это
связанно с технологией изготовления и тем, что с увеличением Z2, ток
в стержнях уменьшается и в двигателях не большой мощности их
сечения становятся очень малыми. Из таблицы выбираем число пазов
ротора 24 со скосом.
Внешний диаметр ротора при этом: D2 = D – 2δ = 0.0933 м.
Зубцовое деление: t2 = D2*π/Z2 = 0.012 м.
Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к сердечник
ротора непосредственно насаживается на вал(таб. 9.19 и фор. 9.102):
DB = kB*Da = 0.036 м.
Ток в стержне определяется формулой:
Где ki – коэффициент, учитывающий влияние тока намагничевания и
сопротивления обмоток на отношение I1/I2 (фор. 9.58),
vi – коэффициент приведения токов, см. форм. 9.66.
Таким образом ki = 0.896, vi = 41.4, I2 = 228A.
Найдем площадь поперечного сечения стержня (ф. 9.68): qc = I2/J2.
Таким образом поперечное сечение составило: 7.6*10^-5 м2.
При плотности тока в стержне J2 = 3*10^6 A/м2, значение выбирается из
диапазона 2.5 - 3.5 * 10^6.
Для обеспечения высоких энергетических показателей в номинальном
режиме работы выбираем пазы грушевидной формы.
В двигателях с h<100 мм пазы имеют узкую
прорезь с шириной шлица 1.0 мм и высотой
шлица 0.5 мм.
По допустимой индукции определяют ширину зубца ротора (ф. 9.75):
Рассчитанное значение составило: 0.0061м.
Максимальная ширина паза, согласно ф. 9.76:
Минимальная ширина паза , согласно ф. 9.77:
Высота паза ротора, ф. 9.78:
Таким образом, b1 = 0.006, b2 = 0.0022, h1 = 0.0147.
Значения округляются до десятых долей миллиметра из-за этого необходимо
уточнить ширину зубцов ротора и полную высоту паза: у меня ширина зубца
осталась прежней, полная высота составила 0.01956 м.
И уточняем сечение паза по формуле 9.79. В моей случае уточненное
значение совпало с ранее принятым.
Окончательная плотность тока в стержне: 3*10^6 А/м2.
По выражениям 9.70 -9.74 определяем ток в короткозамкнутом кольце,
площадь поперечного сечения, ширину и средний диаметра замыкающий
колец.
Формула
Рассчитанное значение
0.261
873 А
3.114*10^-4 м2
0.0093 м
aкл = qкл/bкл
длина кольца
0.023 м
0.07 м
В качестве проверки выступает сравнение предварительных и
окончательных размеров паза. И адекватная оценка размеров полученного
ротора относительно размеров электрической машины.
Расчёт магнитной цепи
Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого
хода двигателей, при котором для АМ характерно
насыщение стали зубцов статора и ротора. Насыщение
зубцовых зон приводит к уплотнению кривой поля в
воздушном зазоре. Из-за этого за расчетную индукцию
принимают не амплитудной значение, а 0.82Bmax .
Расчет начинают с расчета магнитного напряжения
воздушного зазора.
Где δ – воздушный зазор,
kδ – коэффициент воздушного зазора
μ0 = 4π*10^-7 Гн/м.
Значение магнитного напряжения, составило: 446 А.
Коэффициент воздушного зазора
Общая формула для расчета магнитного напряжения
зубцовой зоны статора:
, где hz1 - расчетная высота зубца статора.
При переменном сечении зубца статора:
Для магнитного расчета необходимо определить
индукцию в зубцах статора и ротора окончательно:
Данный расчет, должен быть приведен выше!
Рассчитанные значения составили: Bz1=1.7 и Bz2=1.8 Тл.
Далее смотрят окончательную индукцию в ярме
ротора и статора, высоту ярма ротора. (ф. 9.117, 9.118,
9.122 и далее).
Согласно указанным формулам индукция в ярме статора: Ва = 1.4 Тл.
При высоте ярма: ha = 0.0152 м.
В таком случае, напряженность поля ярма статора смотрим по таблице(кривая
намагничивания для ярма асинхронных машин для стали 2013): Ha = 400 А/м.
Тогда магнитное напряжение: Fa = La*Ha = 89.105A
, где La – длина средней магнитной силовой линии(ф. 9.119).
Подобным образом определяем высоту ярма ротора, длину средней магнитной силовой
линии в ярме ротора(ф. 9.123 и ф. 9.127) и тд.
hj = 0.0162 м
- высота ярма ротора
Hj = 92 А/м
- напряженность в ярме ротора
Bj = 0.662 Тл
- индукция в ярме
Fj = 7,56 А
- магнитное напряжение
После общих расчетов необходимо найти магнитное напряжение магнитной цепи машины
на пару полюсов:
Fц = 616,033 А.
Коэффициент насыщение магнитной цепи: kμ = 1.38
Намагничивающий ток: 1.38 А
Относительное значение: 0.22
Проверка расчета магнитной цепи
• Для предварительной оценки, рассчитывается коэффициент
насыщения зубцовой зоны, должен находиться в диапазоне:
1.2…1.6, большее значение показывает чрезмерное
насыщение зубцовой зоны, а меньшее недоиспользование
или большой воздушный зазор. В любом случае, если
выходит из диапазона, то следует внести коррективы.
• Так же стоит обратить внимание на намагничивающий ток,
если он менее 0.18 то стоит понять, что размеры машины
завышены и активные материалы недоиспользованы. И
противоположный вывод при > 0.4.
Только стоит учесть, что в маломощных машинах при 2p >4,
значение может достигать 0.5-0.6.
• Весь расчет должен быть выполнен по методике, шаг за
шагом. Для удобства проверки выполнения. И желательно
выводить в виде таблицы в конце.