Проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Другое
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    469,66 kb
  • Опубликовано:
    2012-02-26
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Введение


Данный курсовой проект содержит проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства. В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Проектирование электрической машины сводится к многократному расчету зависимостей между основными показателями, заданных в виде системы формул, эмпирических коэффициентов, графических зависимостей, которые можно рассматривать как уравнения проектирования.

Техническое задание

Рассчитать трехфазный асинхронный двигатель со следующими параметрами:

1. Тип двигателя:                                с короткозамкнутым ротором

2.       Номинальный режим работы:        S1

.        Номинальная мощность, P2Н:        11 кВт

.        Номинальное напряжение Υ/Δ:       380/220В

.        Число пар полюсов 2р:          4

.        Частота сети:       50Гц

.        Способ охлаждения:    ICA0141

.        Исполнение по способу монтажа:  IM1081

.        Климатические условия работы:    УЗ

10. Класс нагревостойкости изоляции: F

Основные требования к проектируемому двигателю:

1.       Значения КПД и cosφ в номинальном режиме должны быть не хуже, чем у аналогичных серийных двигателей

2.       Перегрузочная способность MMAX*= MMAX/M2H ≥1.8

.        Кратность начального пускового момента MП*= MП/M2H ≥1.2

.        Кратность начального пускового тока I1П*= I1П/I1H ≤7.5

.        Установочные и присоединительные размеры должны соответствовать действующим стандартам

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя

 

Определение предварительных значений величин

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

1.1

Предварительная высота оси вращения hпред=ѓ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.1 стр.8 [1]. Найденное из графиков значение округляется до ближайшего из стандартного ряда.

hпред

132

мм

1.2

Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора Dа.пред=ѓ(hпред) Определяется по таблице 1.1 стр.9 [1]. Определяется по таблице соответствия наружных диаметров статоров асинхронных двигателей и высот оси вращения электрических машин.

Dа.пред

0.225

м

1.3

Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению KE=ѓ(2p,Dа.пред) Определяется по рис.1.2 стр.9 [1].

KE

0.972


1.4

Коэффициент, характеризующий отношение внутреннего диаметра статора к наружному (D/Da) KD=ѓ(2p) Определяется по таблице 1.2 стр.10 [1].

KD

0.68


1.5

Предварительное значение номинального КПД ηн.пред=ѓ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.3 стр.11 [1].

ηн.пред

0.87

о.е.

1.6

Предварительное значение коэффициента мощности cosφн.пред=ѓ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.4 стр.12 [1].

cosφн.пред

0.873


1.7

Предварительное значение индукции в магнитном зазоре Bδ.пред=ѓ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.5 стр.14 [1].

Bδ.пред

0.89

Тл

1.8

Предварительное значение линейной нагрузки Aпред=ѓ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.6 стр.15 [1].

Aпред

28200

А/м

1.9

Идентификатор обмотки Ид.обм.=ѓ(2p,hпред)

Ид.обм.

1


1.10

Предварительное значение обмоточного коэффициента kоб.1.пред=ѓ(2p,Ид.обм.) Обмоточный коэффициент задается по аналитическим правилам исходя из данных двигателя

kоб.1.пред

0.96


1.11

Верхняя граница критерия λ λmax=ƒ(2p,IP,hпред) Определяется по рис.1.7 стр.17 [1].

λmax

1.2


1.12

Нижняя граница критерия λ λmin=ƒ(2p,IP,hпред) Определяется по рис.1.7 стр.17 [1].

λmin

0.78


 

Параметры расчетов:

·              P2H=11 кВт - Номинальная мощность

·              2p=4 - Число полюсов

·              IP=IP44 - Степень защиты

 

Расчет главных размеров двигателя и их проверка

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

1.13

Предварительное значение внутреннего диаметра магнитопровода статора Dпред=KDЧDа.пред Dпред=0.68Ч0.225=0.153 м

Dпред

0.153

м

1.14

Предварительное значение полюсного деления τпред=πЧDпред/(2p) τпред=πЧ0.153/(4)=0.12017 м

τпред

0.12017

м

1.15

Расчетная мощность P'=(KEЧP2H)/(ηн.предЧcosφн.пред) P'=(0.972Ч11)/(0.87Ч0.873)=14.077 кВЧА

P'

14.077

кВЧА

1.16

Синхронная угловая скорость вращения (скорость вращения магнитного поля в воздушном зазоре) Ω=2ЧπЧf1/p Ω=2ЧπЧ50/2=157.08 c-1

Ω

157.08

c-1

1.17

Предварительное значение расчетной длины воздушного зазора lδ.пред=(P'Ч103)/(1.11ЧDпред2ЧΩЧkоб.1.предЧAпредЧBδ.пред) lδ.пред=(14.077Ч103)/(1.11Ч0.1532Ч157.08Ч0.96Ч28200Ч0.89)=0.143 м

lδ.пред

0.143

м

1.18

Заготовительная масса электротехнической стали для изготовления магнитопровода mc=kcЧγcЧ(Dа.пред+0.01)2Чlδ.пред mc=0.97Ч7800Ч(0.225+0.01)2Ч0.143=59.8 кг

mc

59.8

кг

1.19

Критерий правильности выбора главных размеров λ=lδ.пред/τпред λ=0.143/0.12017=1.19 Величина критерия должна находиться в диапазоне между найденными λmin и λmax.

λ

1.19


 

Параметры расчетов :

·              KD=0.68 - Коэффициент, характеризующий отношение внутреннего диаметра статора к наружному (D/Da)

·              Dа.пред=0.225 м - Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора

·              2p=4 - Число полюсов

·              KE=0.972 - Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению

·              P2H=11 кВт - Номинальная мощность

·              ηн.пред=0.87 о.е. - Предварительное значение номинального КПД

·              cosφн.пред=0.873 - Предварительное значение коэффициента мощности

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              p=2 - Число пар полюсов

·              kоб.1.пред=0.96 - Предварительное значение обмоточного коэффициента

·              Aпред=28200 А/м - Предварительное значение линейной нагрузки

·              Bδ.пред=0.89 Тл - Предварительное значение индукции в магнитном зазоре

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              γc=7800 кг/мі - Удельная масса стали

Конструирование обмотки статора

 

Данные, выбранные для дальнейшего расчета варианта главных размеров двигателя

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.1

Высота оси вращения двигателя

h

132

мм

2.2

Наружный диаметр магнитопровода статора

0.225

м

2.3

Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению KE=ѓ(2p,Dа.пред) Определяется по рис.1.2 стр.9 [1].

KE

0.972


2.4

Предварительное значение номинального КПД ηн.пред=ѓ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.3 стр.11 [1].

ηн.пред

0.87

о.е.

2.5

Предварительное значение индукции в магнитном зазоре Bδ.пред=ѓ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.5 стр.14 [1].

Bδ.пред

0.89

Тл

2.6

Предварительное значение линейной нагрузки Aпред=ѓ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.6 стр.15 [1].

Aпред

28200

А/м

2.7

Идентификатор обмотки Ид.обм.=ѓ(2p,hпред)

Ид.обм.

1


2.8

Внутренний диаметр магнитопровода статора

D

0.153

м

2.9

Расчетная длина воздушного зазора

0.155

м

2.10

Полюсное деление

τ

0.1202

м

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              Dа.пред=0.225 м - Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора

·              P2H=11 кВт - Номинальная мощность

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              hпред=132 мм - Предварительная высота оси вращения

 

Предварительное значение зубцового деления статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.11

Предварительное максимальное значение зубцового деления статора t1предmax=ѓ(Обм.стат.,τ,h) Определяется по рис.2.1 стр.22 [1].

t1предmax

0.0131

м

2.12

Предварительное минимальное значение зубцового деления статора t1предmin=ѓ(Обм.стат.,τ,h) Определяется по рис.2.1 стр.22 [1].

t1предmin

0.0108

м

2.13

Предварительное минимальное число пазов статора Z1предmin=πЧD/t1предmax Z1предmin=πЧ0.153/0.0131=36.69

Z1предmin

36.69


2.14

Предварительное максимальное число пазов статора Z1предmax=πЧD/t1предmin Z1предmax=πЧ0.153/0.0108=44.51

Z1предmax

44.51


 

Параметры расчетов:

·              Обм.стат.=Всыпная - Тип обмотки статора

·              τ=0.1202 м - Полюсное деление

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

 

Выбор чисел пазов статора и ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.15

Число пазов статора Z1=ѓ(2p,Паз,Z1предmin,Z1предmax) Определяется по таблице 2.1 стр.23 [1].

Z1

36


2.16

Число пазов ротора Z2=ѓ(2p,Z1) Определяется по таблице 2.1 стр.23 [1].

Z2

26


2.17

Значение зубцового деления статора t1=πЧD/Z1 t1=πЧ0.153/36=0.01335 м

t1

0.01335

м

2.18

Проерка правильности размера зубцового деления статора Δt1=t1-6Ч10-3 Δt1=0.01335-6Ч10-3=0.0074 м

Δt1

0.0074

м

2.19

Число пазов статора на полюс и фазу q=Z1/(2pЧm1) q=36/(4Ч3)=3 паз.

q

3

паз.

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              Паз=без скоса - Тип паза

·              Z1предmin=36.69 - Предварительное минимальное число пазов статора

·              Z1предmax=44.51 - Предварительное максимальное число пазов статора

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

 

Варианты значений параллельных ветвей обмотки статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.20

Количество катушечных групп в фазе КГф=ѓКГф(Ид.обм.) В однослойных концентрических обмотках принимается равным p, а для двуслойных 2p.

КГф

2


2.21

Максимальное число параллельных ветвей обмотки amax=КГф amax=2 В дальнейшем возможные варианты числа параллельных ветвей отбираются по условию amax/a - целое число.

amax

2


2.22

Вариант №1 значения параллельных ветвей обмотки a1=ѓ(КГф) Должно выполнятся условие КГф/a1 - целое число (2/1=2).

a1

1


2.23

Вариант №2 значения параллельных ветвей обмотки a2=ѓ(КГф) Должно выполнятся условие КГф/a2 - целое число (2/2=1).

a2

2


2.24

Предварительное значение фазного тока статора I1н.пред=(P2HЧ103)/(m1ЧU1HЧηн.предЧcosφн.пред) I1н.пред=(11Ч103)/(3Ч220Ч0.87Ч0.873)=21.944 А

I1н.пред

21.944

А

2.25

Вариант №1 предварительного значения эффективных проводников uп1=(πЧDЧAпред)/(I1н.предЧZ1) uп1=(πЧ0.153Ч28200)/(21.944Ч36)=17.16

uп1

17.16


2.26

Вариант №2 предварительного значения эффективных проводников uп2=a2Чuп1 uп2=2Ч17.16=34.32

uп2

34.32


Параметры расчетов :

·              Ид.обм.=1 - Идентификатор обмотки

·              P2H=11 кВт - Номинальная мощность

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              ηн.пред=0.87 о.е. - Предварительное значение номинального КПД

·              cosφн.пред=0.873 - Предварительное значение коэффициента мощности

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              Aпред=28200 А/м - Предварительное значение линейной нагрузки

·              Z1=36 - Число пазов статора

 

Выбор чисел параллельных ветвей и эффективных проводников обмотки статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.27

Рациональное число эффективных проводников в пазу статора uп=ѓ(Ид.обм.,uп1,uп2) Величина uп должна быть целым числом для однослойной обмотки или целым четным числом для двухслойной обмотки. Определяется подбором из предварительных значений эффективных проводников наиболее близкого у заданному условию, с последующим округлением.

uп

17


2.28

Число параллельных ветвей обмотки статора a=ѓ(uп) Определяется по выбранному варианту значения uп.

a

1


2.29

Число катушечных групп в одной параллельной ветви KГв=КГф/a KГв=2/1=2

KГв

2


2.30

Число катушек в одной катушечной группе Kгр=q Kгр=3 кат.

Kгр

3

кат.

2.31

Полюсное деление в пазах τп=Z1/2p τп=36/4=9

τп

9


2.32

Смещение фаз обмотки статораотносительно друг друга в пазах Cф=2Чτп/3 Cф=2Ч9/3=6

6


 

Параметры расчетов :

·              Ид.обм.=1 - Идентификатор обмотки

·              uп1=17.16 - Вариант №1 предварительного значения эффективных проводников

·              uп2=34.32 - Вариант №2 предварительного значения эффективных проводников

·              КГф=2 - Количество катушечных групп в фазе

·              q=3 паз. - Число пазов статора на полюс и фазу

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              2p=4 - Число полюсов

 

Расчет трехфазной обмотки статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.33

Смещение катушечных групп фазы относительно друг друга Cгр=2Чτп Cгр=2Ч9=18 паз. Вид формулы зависит от идентификатора обмотки

Cгр

18

паз.

2.34

Наружный шаг обмотки yнар=4Чq-1 yнар=4Ч3-1=11 паз. Используется при идентификаторе обмотки равном 1

yнар

11

паз.

2.35

Внутренний шаг обмотки yвн=2Чq+1 yвн=2Ч3+1=7 паз. Используется при идентификаторе обмотки равном 1

yвн

паз.

2.36

Относительный шаг обмотки β1=1 β1=1 паз. Вид формулы зависит от идентификатора обмотки.

β1

1

паз.

2.37

Коэффициент укорочения шага обмотки kу1=sin(β1Ч90°) kу1=sin(1Ч90°)=1

kу1

1


2.38

Коэффициент распределения обмотки kр1=0.5/(qЧsin(30°/q)) kр1=0.5/(3Чsin(30°/3))=0.9598

kр1

0.9598


2.39

Обмоточный коэффициент kоб1=kу1Чkр1 kоб1=1Ч0.9598=0.9598

kоб1

0.9598


 

Параметры расчетов :

·              τп=9 - Полюсное деление в пазах

·              q=3 паз. - Число пазов статора на полюс и фазу

 

            Данные обмотки статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.40

Число витков в фазе статора W1=(uпЧZ1)/(2ЧaЧm1) W1=(17Ч36)/(2Ч1Ч3)=102 вит

W1

102

вит

2.41

Расчетное значение линейной нагрузки A=(2ЧI1н.предЧW1Чm1)/(πЧD) A=(2Ч21.944Ч102Ч3)/(πЧ0.153)=27939.969 А/м

A

27939.969

А/м

2.42

Отклонение расчетного значения линейной нагрузки о ранее принятой ΔA=(A-Aпред)/AЧ100 ΔA=(27939.969-28200)/27939.969Ч100=-0.93 %

ΔA

-0.93

%

2.43

Расчетное значение магнитного потока Φ=(KEЧU1H)/(4.44ЧW1Чkоб1Чf1) Φ=(0.972Ч220)/(4.44Ч102Ч0.9598Ч50)=0.009839 Вб

Φ

0.009839

Вб

2.44

Расчетное значение индукции в воздушном зазоре Bδ=(2pЧΦ)/(2ЧDЧlδ) Bδ=(4Ч0.009839)/(2Ч0.153Ч0.155)=0.8298 Тл

0.8298

Тл

2.45

Отклонение расчетного значения индукции в воздушном зазоре ΔBδ=(Bδ-Bδ.пред)/BδЧ100 ΔBδ=(0.8298-0.89)/0.8298Ч100=-7.25 %

ΔBδ

-7.25

%

 

Параметры расчетов :

·              uп=17 - Рациональное число эффективных проводников в пазу статора

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              Aпред=28200 А/м - Предварительное значение линейной нагрузки

·              KE=0.972 - Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              2p=4 - Число полюсов

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              Bδ.пред=0.89 Тл - Предварительное значение индукции в магнитном зазоре

 

Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока в обмотке статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.46

Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока в обмотке статора (AJ1)=ѓ(2p,h,Dа,IP) Определяется по рис.2.2 стр.33 [1].

(AJ1)

190

Ч109 AІ/мі

2.47

Значение ширины шлица паза статора bш(1)=ѓ(2p,h) Определяется по таблице 2.2 стр.34 [1].

bш(1)

3.5

мм

2.48

Предварительное значение плотности тока в обмотке статора J1.пред=((AJ1)Ч109/A)Ч10-6 J1.пред=(190Ч109/27939.969)Ч10-6=6.8003 А/ммІ

J1.пред

6.8003

А/ммІ

2.49

Предварительное значение площади поперечного сечения эффективного проводника qэф.пред=I1н.пред/(aЧJ1.пред) qэф.пред=21.944/(1Ч6.8003)=3.2269 ммІ

qэф.пред

3.2269

ммІ

2.50

Коэффициент эффективного проводника Kф=qэф.пред/2.011 Kф=3.2269/2.011=1.6046

1.6046


 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              A=27939.969 А/м - Расчетное значение линейной нагрузки

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора

 

            Выбор стандартного обмоточного провода

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.51

Число элементарных проводников в одном эффективном nэл=ѓ(qэф.пред,Kф) Число элементарных проводников не должно быть более 4-х.

nэл

2


2.52

Предварительное значение площади поперечного сечения элементарного проводника qэл.пред=qэф.пред/nэл qэл.пред=3.2269/2=1.61345 ммІ

qэл.пред

1.61345

ммІ

2.53

Площадь поперечного сечения неизолированного стандартного провода qэл=ѓ(qэл.пред) Определяется по таблице 2.3 стр.35-36 [1]. Произведение qэлЧnэл≈qэф.пред (1.539Ч2=3.078≈3.2269)

qэл

1.539

ммІ

2.54

Отклонение в площадь поперечного сечения эффективного проводника Δqэф=qэф.пред-qэлЧnэл Δqэф=3.2269-1.539Ч2=0.14890 ммІ

Δqэф

0.14890

ммІ

2.55

Диаметр стандартного изолированного провода dиз=ѓ(qэл) Определяется по таблице 2.3 стр.35-36 [1].

dиз

1.485

мм

2.56

Номинальный диаметр неизолированного провода d=ѓ(qэл) Определяется по таблице 2.3 стр.35-36 [1].

d

1.4

мм

2.57

Тип провода для намотки статора

ТипПроводаСтатора

ПЭТ-155А


2.58

Разность диаметра провода Δd=1.685-dиз Δd=1.685-1.485=0.2 мм

Δd

0.2

мм

2.59

Разность ширины шлица паза статора Δbш=bш(1)-dиз Δbш=3.5-1.485=2.015 мм

Δbш

2.015

мм

2.60

Площадь поперечного сечения эффективного проводника qэф=qэлЧnэл qэф=1.539Ч2=3.07800 ммІ

qэф

3.07800

ммІ

 

Параметры расчетов :

·              qэф.пред=3.2269 ммІ - Предварительное значение площади поперечного сечения эффективного проводника

·              Kф=1.6046 - Коэффициент эффективного проводника

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

 

Плотность тока в обмотке статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.61

Расчетная плотность тока в обмотке статора J1=I1н.пред/(aЧqэф) J1=21.944/(1Ч3.07800)=7.1293 А/ммІ

J1

7.1293

А/ммІ

2.62

Отклонение расчетной плотности тока от ранее выбранной ΔJ1=(J1-J1.пред)/J1Ч100 ΔJ1=(7.1293-6.8003)/7.1293Ч100=4.615 %

ΔJ1

4.615

%

2.63

Минимально допустимое значение плотности тока в обмотке статора J1.min=0.91ЧJ1.пред J1.min=0.91Ч6.8003=6.188 А/ммІ

J1.min

6.188

А/ммІ

2.64

Минимально допустимое значение плотности тока в обмотке статора J1.max=1.10ЧJ1.пред J1.max=1.10Ч6.8003=7.48 А/ммІ

J1.max

7.48

А/ммІ

 

Параметры расчетов :

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора

Минимальные и максимальные значения индукции в ярме и зубцах статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.65

Минимальное значение индукции в ярме статора Ba.min=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 2.5 стр.41 [1].

Ba.min

1.4

Тл

2.66

Максимальное значение индукции в ярме статора Ba.max=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 2.5 стр.41 [1].

Ba.max

1.6

Тл

2.67

Минимальное значение индукции в зубцах статора BZ1.min=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 2.5 стр.41 [1].

BZ1.min

1.6

Тл

2.68

Максимальное значение индукции в зубцах статора BZ1.max=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 2.5 стр.41 [1].

BZ1.max

1.9

Тл

 

Параметры расчетов :

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              2p=4 - Число полюсов

 

Предварительные значения индукции в ярме и зубцах статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.69

Предварительное значение индукции в ярме статора Ba.пред=ѓ(B'a.min,B'a.max)

Ba.пред

1.61

Тл

2.70

Предварительное значение индукции в зубцах статора BZ1.пред=ѓ(B'Z1.min,B'Z1.max)

BZ1.пред

1.91

Тл

 

Параметры расчетов :

·              B'a.min=1.33 Тл - Допустимое минимальное значение индукции в ярме статора

·              B'a.max=1.68 Тл - Допустимое максимальное значение индукции в ярме статора

·              B'Z1.min=1.52 Тл - Допустимое минимальное значение индукции в зубцах статора

·              B'Z1.max=1.995 Тл - Допустимое максимальное значение индукции в зубцах статора

Стандартные размеры паза статора и значения припусков

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.71

Высота шлица статора hш(1)=ѓ(h)

hш(1)

0.5

мм

2.72

Припуск по ширине паза статора Δbп=ѓ(h)

Δbп

0.1

мм

2.73

Припуск по высоте паза статора Δhп=ѓ(h)

Δhп

0.1

мм

2.74

Односторонняя толщина корпусной изоляции класса нагревостойкости F или H bиз=ѓ(Ид.обм.,h)

bиз

0.25

мм

2.75

Длина магнитопровода статора lст.1=lδ lст.1=0.155 м Для асинхронных двигателей с h≤250мм и lδ≤300 мм магнитопроводы статора и ротора собираются каждый в один пакет без радиальных аксиальных каналов, поэтому lст.1=lδ

lст.1

0.155

м

2.76

Длина магнитопровода ротора lст.2=lδ lст.2=0.155 м Для асинхронных двигателей с h≤250мм и lδ≤300 мм магнитопроводы статора и ротора собираются каждый в один пакет без радиальных аксиальных каналов, поэтому lст.2=lδ

lст.2

0.155

м

2.77

Предварительное значение ширины зубца статора bZ(1)пред=(BδЧt1Чlδ)/(BZ1.предЧlст.1Чkc)Ч103 bZ(1)пред=(0.8298Ч0.01335Ч0.155)/(1.91Ч0.155Ч0.97)Ч103=5.98 мм

bZ(1)пред

5.98

мм

2.78

Высота ярма статора ha(1)=Φ/(2ЧkcЧBa.предЧlст.1)Ч103 ha(1)=0.009839/(2Ч0.97Ч1.61Ч0.155)Ч103=20.3 мм

ha(1)

20.3

мм

2.79

Высота паза статора в штампе hп(1)=0.5Ч(Dа-D)Ч103-ha(1) hп(1)=0.5Ч(0.225-0.153)Ч103-20.3=15.7 мм

hп(1)

15.7

мм

2.80

Припуск по высоте паза статора Δhп(1)=ѓ(h) При h≤160мм принимается равным 0.1 мм, в противном случае 0.2 мм

Δhп(1)

0.1

мм

2.81

Ширина паза статора в штампе b2(1)=πЧ(DЧ103+2Чhп(1))/Z1-bZ(1)пред b2(1)=πЧ(0.153Ч103+2Ч15.7)/36-5.98=10.1 мм

b2(1)

10.1

мм

2.82

Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45° b1(1)=[πЧ(DЧ103+2Чhш(1)-bш(1))-Z1ЧbZ(1)пред]/(Z1-π) b1(1)=[πЧ(0.153Ч103+2Ч0.5-3.5)-36Ч5.98]/(36-π)=7.8 мм

b1(1)

7.8

мм

2.83

Высота клиновой части паза статора hк(1)=0.5Ч(b1(1)-bш(1)) hк(1)=0.5Ч(7.8-3.5)=2.2 мм

hк(1)

2.2

мм

2.84

Высота паза статора под укладку проводов hп.к.(1)=hп(1)-(hш(1)+hк(1)) hп.к.(1)=15.7-(0.5+2.2)=13 мм

hп.к.(1)

13

мм

2.85

Высота зубца статора hZ(1)=hп(1) hZ(1)=15.7 мм

hZ(1)

15.7

мм

 

Параметры расчетов :

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              Ид.обм.=1 - Идентификатор обмотки

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              Bδ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              BZ1.пред=1.91 Тл - Предварительное значение индукции в зубцах статора

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              Φ=0.009839 Вб - Расчетное значение магнитного потока

·              Ba.пред=1.61 Тл - Предварительное значение индукции в ярме статора

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

 

Оценка расчета размеров паза статора и значений припусков

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.86

Межзубцовое расстояние по наружному радиусу статора b'Z(1)=πЧ(DЧ103+2Ч(hш(1)+hк(1)))/Z1-b1(1) b'Z(1)=πЧ(0.153Ч103+2Ч(0.5+2.2))/36-7.8=6.023 мм

b'Z(1)

6.023

мм

2.87

Межзубцовое расстояние по внутреннему радиусу статора b''Z(1)=πЧ(DЧ103+2Чhп(1))/Z1-b2(1) b''Z(1)=πЧ(0.153Ч103+2Ч15.7)/36-10.1=5.992 мм

b''Z(1)

5.992

мм

2.88

Разность межзубцовых расстояний по внутреннему и внешнему радиусу статора ΔbZ(1)=b''Z(1)-b'Z(1) ΔbZ(1)=5.992-6.023=-0.031 мм

ΔbZ(1)

-0.031

2.89

Ширина зубца статора bZ(1)=0.5Ч(b'Z(1)+b''Z(1)) bZ(1)=0.5Ч(6.023+5.992)=6 мм

bZ(1)

6

мм

2.90

Отклонение от предварительной ширины зубца Δb'Z(1)=bZ(1)-bZ(1)пред Δb'Z(1)=6-5.98=0.02 мм

Δb'Z(1)

0.02

мм

 

Параметры расчетов :

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              hш(1)=0.5 мм - Высота шлица статора

·              hк(1)=2.2 мм - Высота клиновой части паза статора

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              b1(1)=7.8 мм - Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45°

·              hп(1)=15.7 мм - Высота паза статора в штампе

·              b2(1)=10.1 мм - Ширина паза статора в штампе

·              bZ(1)пред=5.98 мм - Предварительное значение ширины зубца статора

 

Размеры паза в свету с учетом припусков на шихтовку и сборку

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.91

Площадь поперечного сечения паза статора в штампе Sп=0.5Ч(b1(1)+b2(1))Чhп.к.(1) Sп=0.5Ч(7.8+10.1)Ч13=116.35 ммІ

Sп

116.35

ммІ

2.92

Коэффициент заполнения паза медью kм=qэфЧuп/Sп kм=3.07800Ч17/116.35=0.45 Среднее значение коэффициента заполнения паза медью для всыпных обмоток kм≈0.3ч0.4.

0.45


2.93

Ширина паза статора в свету, соответствующая углу β=45° b'1(1)=b1(1)-Δbп b'1(1)=7.8-0.1=7.7 мм

b'1(1)

7.7

мм

2.94

Ширина паза статора в свету b'2(1)=b2(1)-Δbп b'2(1)=10.1-0.1=10 мм

b'2(1)

10

мм

2.95

Высота паза статора в свету под укладку проводов h'п.к.(1)=hп.к.(1)-Δhп h'п.к.(1)=13-0.1=12.9 мм

h'п.к.(1)

12.9

мм

 

Параметры расчетов :

·              b1(1)=7.8 мм - Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45°

·              b2(1)=10.1 мм - Ширина паза статора в штампе

·              hп.к.(1)=13 мм - Высота паза статора под укладку проводов

·              qэф=3.07800 ммІ - Площадь поперечного сечения эффективного проводника

·              uп=17 - Рациональное число эффективных проводников в пазу статора

·              Δbп=0.1 мм - Припуск по ширине паза статора

·              Δhп=0.1 мм - Припуск по высоте паза статора

 

Площади поверхностей в статоре

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.96

Площадь корпусной изоляции Sиз=bизЧ(2Чhп(1)+b1(1)+b2(1)) Sиз=0.25Ч(2Ч15.7+7.8+10.1)=12.3 ммІ

Sиз

12.3

ммІ

2.97

Площадь прокладок в пазу статора Sпр=0 ммІ Вид формулы зависит от индетификатора обмотки.

Sпр

0

ммІ

2.98

Площадь поперечного сечения паза статора, остающаяся для размещения проводников обмотки S'п=0.5Ч(b'1(1)+b'2(1))Чh'п.к.(1)-Sиз-Sпр S'п=0.5Ч(7.7+10)Ч12.9-12.3-0=101.9 ммІ

S'п

101.9

ммІ

 

Параметры расчетов :

·              bиз=0.25 мм - Односторонняя толщина корпусной изоляции класса нагревостойкости F или H

·              hп(1)=15.7 мм - Высота паза статора в штампе

·              b1(1)=7.8 мм - Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45°

·              b2(1)=10.1 мм - Ширина паза статора в штампе

·              b'1(1)=7.7 мм - Ширина паза статора в свету, соответствующая углу β=45°

·              b'2(1)=10 мм - Ширина паза статора в свету

·              h'п.к.(1)=12.9 мм - Высота паза статора в свету под укладку проводов

Контроль правильности размещения обмотки в пазах магнитопровода статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

2.99

Коэффициент заполнения паза обмоточным проводом kз=(dиз2ЧuпЧnэл)/S'п kз=(1.4852Ч17Ч2)/101.9=0.736 При правильном размещении обмотки в пазах kз=0.69ч0.71 для двигателей с 2p=2 и kз=0.72ч0.74 для двигателей с 2p≥4.

0.736


 

Параметры расчетов :

·              dиз=1.485 мм - Диаметр стандартного изолированного провода

·              uп=17 - Рациональное число эффективных проводников в пазу статора

·              nэл=2 - Число элементарных проводников в одном эффективном

·              S'п=101.9 ммІ - Площадь поперечного сечения паза статора, остающаяся для размещения проводников обмотки

Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора

 

Выбор величины воздушного зазора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.1

Предварительная величина воздушного зазора δпред=ѓ(2p,h,D) Определяется по рис.3.1 стр.52 [1].

δпред

0.419

мм

3.2

Величина воздушного зазора δ=ƒ(δпред) Найденное ранее по графикам значение округляется до ближайшего целого из ряда 0.25, 0.3, 0.35, 0.4, 0.45, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1 и т.д

δ

0.45

мм

3.3

Внешний диаметр ротора D2=D-2ЧδЧ10-3 D2=0.153-2Ч0.45Ч10-3=0.1521 м

D2

0.1521

м

3.4

Зубцовое деление ротора t2=πЧD2Ч103/Z2 t2=πЧ0.1521Ч103/26=18.38 мм

t2

18.38

мм

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              Z2=26 - Число пазов ротора

 

Расчет внутреннего диаметра сердечника ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.5

Коэффициент для расчета внутреннего диаметра сердечника ротора Kв=ѓ(2p,h) Определяется по таблице 3.1 стр.53 [1].

0.23


3.6

Диаметр вала Dв=KвЧDа Dв=0.23Ч0.225=0.0518 м

0.0518

м

3.7

Внутренний диаметр сердечника ротора Dj=Dв Dj=0.0518 м

Dj

0.0518

м

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

 

Расчет предварительного сечения стержня обмотки ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.8

Плотность тока в стержнях ротора J2.пред=ѓ(IP) Для степени защиты IP44 J2.пред=2.5ч3.5А/ммІ.

J2.пред

3.3

А/ммІ

3.9

Коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания K1=0.2+0.8Чcosφн.пред K1=0.2+0.8Ч0.873=0.898

K1

0.898


3.10

Коэффициент приведения тока ротора v1=2Чm1ЧW1Чkоб1/Z2 v1=2Ч3Ч102Ч0.9598/26=22.592

v1

22.592


3.11

Предварительное значение номинального фазного тока ротора I2н.пред=K1Чv1ЧI1н.пред I2н.пред=0.898Ч22.592Ч21.944=445.191 А

I2н.пред

445.191

А

3.12

Предварительное значение сечения стержня обмотки ротора qс.пред=I2н.пред/J2.пред qс.пред=445.191/3.3=134.906 А/ммІ

qс.пред

134.906

А/ммІ

 

Параметры расчетов :

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              cosφн.пред=0.873 - Предварительное значение коэффициента мощности

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

 

Расчет предварительного значения ширины зубца ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.13

Предварительное значение индукции в зубцах ротора BZ(2)пред=ѓ(IP) Для степени защиты IP44 BZ(2)пред=1.7ч1.95Тл.

BZ(2)пред

1.9

Тл

3.14

Предварительное значение ширины зубца ротора bZ(2)пред=(BδЧt2)/(kcЧBZ(2)пред) bZ(2)пред=(0.8298Ч18.38)/(0.97Ч1.9)=8.3 мм

bZ(2)пред

8.3

мм

 

Параметры расчетов :

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              2p=4 - Число полюсов

·              Bδ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

 

Выбор формы паза ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.15

Идентификатор формы паза Ид.форм.паза=ѓ(h) При высоте оси вращения h<160мм , применяются трапецеидальные (грушевидные) полузакрытые пазы (идентификатор формы паза 4).

Ид.форм.паза

4


 

Расчет геометрических размеров зубцовой зоны ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.16

Ширина прорези паза ротора bш(2)=ѓ(Ид.форм.паза,h) Для полузакрытого трапецеидального паза ротора (идентификатор 4) ширина прорези, в зависимости от высоты ротора, принимается 1.0мм, если h≤100мм или 1.5мм еслиh=112ч132мм.

bш(2)

1.5

мм

3.17

Глубина прорези паза ротора hш(2)=ѓ(Ид.форм.паза,h) Для полузакрытого трапецеидального паза ротора (идентификатор 4) глубина прорези, в зависимости от высоты ротора, принимается 0.5мм, если h≤100мм или 0.75мм еслиh=112ч132мм.

hш(2)

0.75

мм

3.18

Высота перемычки над пазом ротора h'ш(2)=ѓ(Ид.форм.паза) Для полузакрытого трапецеидального паза ротора (идентификатор 4) высота перемычки над пазом равна 0

h'ш(2)

0

мм

3.19

Диаметр закругления верхней части ротора b1(2)=[πЧ(D2Ч103-2Чhш(2)-2Чh'ш(2))-Z2ЧbZ(2)пред]/(π+Z2) b1(2)=[πЧ(0.1521Ч103-2Ч0.75-2Ч0)-26Ч8.3]/(π+26)=8.8 мм

b1(2)

8.8

мм

3.20

Поверочное число правильности выбора предварительного значения плотности тока в стержне ротора Δqc=b1(2)2Ч(Z2/π+π/2)-4Чqс.пред Δqc=8.82Ч(26/π+π/2)-4Ч134.906=222.916 ммІ

Δqc

222.916

ммІ

3.21

Диаметр закругления нижней части паза ротора b2(2)=[(b1(2)2Ч(Z2/π+π/2)-4Чqс.пред)/(Z2/π-π/2)]½ b2(2)=[(8.82Ч(26/π+π/2)-4Ч134.906)/(26/π-π/2)]½=5.8 мм

b2(2)

5.8

мм

 

Параметры расчетов :

·              Ид.форм.паза=4 - Идентификатор формы паза

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              D2=0.1521 м - Внешний диаметр ротора

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              bZ(2)пред=8.3 мм - Предварительное значение ширины зубца ротора

·              qс.пред=134.906 А/ммІ - Предварительное значение сечения стержня обмотки ротора

Проверка правильности расчета геометрических размеров зубцовой зоны ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.22

Расстояние между центрами верхней и нижней окружностей паза ротора h1(2)=(b1(2)-b2(2))ЧZ2/(2Чπ) h1(2)=(8.8-5.8)Ч26/(2Чπ)=12.4 мм

h1(2)

12.4

мм

3.23

Высота паза ротора hп(2)=h1(2)+0.5Чb1(2)+0.5Чb2(2)+hш(2)+h'ш(2) hп(2)=12.4+0.5Ч8.8+0.5Ч5.8+0.75+0=20.5 мм

hп(2)

20.5

мм

3.24

Площадь сечения стержня ротора qс=π/8Ч(b1(2)2+b2(2)2)+0.5Ч(b1(2)+b2(2))Чh1(2) qс=π/8Ч(8.82+5.82)+0.5Ч(8.8+5.8)Ч12.4=134.1 ммІ

134.1

ммІ

3.25

Первое проверочное число параллельности граней зубцов ротора b'Z(2)=πЧ(D2Ч103-2Ч(hш(2)+h'ш(2))-b1(2))/Z2-b1(2) b'Z(2)=πЧ(0.1521Ч103-2Ч(0.75+0)-8.8)/26-8.8=8.3 мм

b'Z(2)

8.3

мм

3.26

Второе проверочное число параллельности граней зубцов ротора b''Z(2)=πЧ(D2Ч103-2Чhп(2)+b2(2))/Z2-b2(2) b''Z(2)=πЧ(0.1521Ч103-2Ч20.5+5.8)/26-5.8=8.3 мм

b''Z(2)

8.3

мм

3.27

Отклонение от параллельности граней ΔbZ(2)=|b'Z(2)-b''Z(2)| ΔbZ(2)=|8.3-8.3|=0 мм

ΔbZ(2)

0

мм

 

Параметры расчетов :

·              b1(2)=8.8 мм - Диаметр закругления верхней части ротора

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              hш(2)=0.75 мм - Глубина прорези паза ротора

·              h'ш(2)=0 мм - Высота перемычки над пазом ротора

·              D2=0.1521 м - Внешний диаметр ротора

Геометрические размеры зубцовой зоны ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.28

Ширина зубца ротора bZ(2)=0.5Ч(b'Z(2)+b''Z(2)) bZ(2)=0.5Ч(8.3+8.3)=8.3 мм

bZ(2)

8.3

мм

3.29

Расчетная высота зубца ротора hZ(2)=hп(2)-0.1Чb2(2) hZ(2)=20.5-0.1Ч5.8=19.9 мм

hZ(2)

19.9

мм

3.30

Расчетное значение индукции в зубцах ротора BZ(2)=(BδЧt2)/(kcЧbZ(2)) BZ(2)=(0.8298Ч18.38)/(0.97Ч8.3)=1.89 Тл

BZ(2)

1.89

Тл

3.31

Проверочное число величины расчетного значения индукции в зубцах ротора ΔBZ(2)=2.1-BZ(2) ΔBZ(2)=2.1-1.89=0.21 Тл

ΔBZ(2)

0.21

Тл

 

Параметры расчетов :

·              b'Z(2)=8.3 мм - Первое проверочное число параллельности граней зубцов ротора

·              b''Z(2)=8.3 мм - Второе проверочное число параллельности граней зубцов ротора

·              hп(2)=20.5 мм - Высота паза ротора

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              Bδ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

 

Расчет ярма ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.32

Максимальная индукция в ярме короткозамкнутого ротора Bj max=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 2.5 стр.41 [1].

Bj max

1.4

Тл

3.33

Условная высота ярма ротора ΔD=0.75Ч(D2/2-hп(2)Ч10-3) ΔD=0.75Ч(0.1521/2-20.5Ч10-3)=0.0417 м

ΔD

0.0417

м

3.34

Расчетная высота ярма ротора h'j=(2+p)/(3.2Чp)Ч(D2Ч103/2-hп(2)) h'j=(2+2)/(3.2Ч2)Ч(0.1521Ч103/2-20.5)=34.7 мм Вид формулы соответствует условию 2p=2 или 2p=4 и Dj>ΔD(0.0518>0.0417)

h'j

34.7

мм

3.35

Индукция в ярме ротора Bj=Φ/(2ЧkcЧh'jЧ10-3Чlδ) Bj=0.009839/(2Ч0.97Ч34.7Ч10-3Ч0.155)=0.943 Тл

Bj

0.943

Тл

3.36

ΔBj

0.457

Тл

3.37

Плотность тока в стержне ротора J2=I2н.пред/qс J2=445.191/134.1=3.32 А/ммІ

J2

3.32

А/ммІ

3.38

Отклонение плотности тока в стержне ротора ΔJ2=3.5-J2 ΔJ2=3.5-3.32=0.18 А/ммІ Вид формулы зависит от степени защиты двигателя (IP=IP44).

ΔJ2

0.18

А/ммІ

 

Параметры расчетов :

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              2p=4 - Число полюсов

·              D2=0.1521 м - Внешний диаметр ротора

·              hп(2)=20.5 мм - Высота паза ротора

·              p=2 - Число пар полюсов

·              Φ=0.009839 Вб - Расчетное значение магнитного потока

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              I2н.пред=445.191 А - Предварительное значение номинального фазного тока ротора

·              qс=134.1 ммІ - Площадь сечения стержня ротора

 

Расчет геометрических размеров замыкающих колец

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.39

Плотность тока в замыкающих кольцах короткозамкнутого ротора Jкл=0.85ЧJ2 Jкл=0.85Ч3.32=2.822 А/ммІ

Jкл

2.822

А/ммІ

3.40

Отношение тока в стержне к току в замыкающем кольце Δ=2Чsin(pЧπ/Z2) Δ=2Чsin(2Чπ/26)=0.479 рад.

Δ

0.479

рад.

3.41

Ток в замыкающем кольце Iкл=I2н.пред/Δ Iкл=445.191/0.479=929.418 А

Iкл

929.418

А

3.42

Площадь поперечного сечения замыкающего кольца qкл=Iкл/Jкл qкл=929.418/2.822=329.35 ммІ

qкл

329.35

ммІ

3.43

Высота сечения замыкающего кольца hкл=1.25Чhп(2) hкл=1.25Ч20.5=25.625 мм

hкл

25.625

мм

3.44

Ширина замыкающего кольца bкл=qкл/hкл bкл=329.35/25.625=12.9 мм

bкл

12.9

мм

3.45

Средний диаметр замыкающего кольца Dкл.ср.=D2-hклЧ10-3 Dкл.ср.=0.1521-25.625Ч10-3=0.1265 м

Dкл.ср.

0.1265

м

 

Параметры расчетов :

·              J2=3.32 А/ммІ - Плотность тока в стержне ротора

·              p=2 - Число пар полюсов

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              I2н.пред=445.191 А - Предварительное значение номинального фазного тока ротора

·              hп(2)=20.5 мм - Высота паза ротора

·              D2=0.1521 м - Внешний диаметр ротора

 

Выбор количества и размеров вентиляционных лопаток

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

3.46

Количество вентиляционных лопаток ротора Nв.л.=ѓ(h,2p) Определяется по таблице 3.3 стр.64 [1].

Nв.л.

11

ед.

3.47

Длина вентиляционной лопатки ротора lв.л.=ѓ(h,2p) Определяется по таблице 3.3 стр.64 [1].

lв.л.

40

мм

3.48

Ширина конца вентиляционной лопатки ротора hв.л.=ѓ(h,2p) Определяется по таблице 3.3 стр.64 [1].

hв.л.

22

мм

3.49

Толщина конца вентиляционной лопатки ротора bв.л.=ѓ(h) Толщина конца вентиляционной лопатки лежит в пределах bв.л.=2ч5мм

bв.л.

3

мм

 

Параметры расчетов :

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              2p=4 - Число полюсов

Расчет магнитной цепи

Расчетная схема магнитной цепи

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.1

Марка электротехнической стали МаркаСтали=ѓ(h)

МаркаСтали

2013


4.2

Условная величина ширины шлица (прорези) паза ротора b'ш(2)=ѓ(Ид.форм.паза) Вид формулы зависит от идентификатора формы паза (4)

b'ш(2)

1.5

мм

4.3

Вспомогательный коэффициент расчета МДС воздушного зазора γ1=(bш(1)/δ)2/(5+(bш(1)/δ)) γ1=(3.5/0.45)2/(5+(3.5/0.45))=4.7343

γ1

4.7343


4.4

Вспомогательный коэффициент расчета МДС воздушного зазора γ2=(b'ш(2)/δ)2/(5+(b'ш(2)/δ)) γ2=(1.5/0.45)2/(5+(1.5/0.45))=1.3333

γ2

1.3333


4.5

Вспомогательный коэффициент расчета МДС воздушного зазора kδ1=t1/(t1-γ1ЧδЧ10-3) kδ1=0.01335/(0.01335-4.7343Ч0.45Ч10-3)=1.1899

kδ1

1.1899


4.6

Вспомогательный коэффициент расчета МДС воздушного зазора kδ2=t1/(t1-γ2ЧδЧ10-3) kδ2=0.01335/(0.01335-1.3333Ч0.45Ч10-3)=1.0471

kδ2

1.0471


4.7

Коэффициент МДС воздушного зазора kδ=kδ1Чkδ2 kδ=1.1899Ч1.0471=1.2459

1.2459


4.8

Магнитное напряжение (МДС)воздушного зазора Fδ=2/(μ0)ЧBδЧδЧ10-3Чkδ Fδ=2/(1.256Ч10-6)Ч0.8298Ч0.45Ч10-3Ч1.2459=740.815 А

740.815

А

4.9

Ширина паза статора в средней части (на половине высоты) bп(1)=0.5Ч(b1(1)+b2(1)) bп(1)=0.5Ч(7.8+10.1)=9 мм

bп(1)

9

мм

4.10

Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи kп(1)=bп(1)/(kcЧbZ(1)) kп(1)=9/(0.97Ч6)=1.546

kп(1)

1.546


4.11

Расчетное значение индукции в зубце статора B'Z(1)=(BδЧt1)/(kcЧbZ(1)Ч10-3) B'Z(1)=(0.8298Ч0.01335)/(0.97Ч6Ч10-3)=1.9 Тл

B'Z(1)

1.9

Тл

 

Параметры расчетов :

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              Ид.форм.паза=4 - Идентификатор формы паза

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              μ0=1.256Ч10-6 Гн/м - Магнитная проницаемость воздуха

·              Bδ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре

·              b1(1)=7.8 мм - Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45°

·              b2(1)=10.1 мм - Ширина паза статора в штампе

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              bZ(1)=6 мм - Ширина зубца статора

 

Расчет действительного значения индукции в зубце статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.12

Предполагаемое действительное значение индукции в зубце статора BпрZ(1)=ѓ(МаркаСтали,B'Z(1))

BпрZ(1)

1.9

Тл

4.13

Напряженность магнитного поля HZ(1)=ѓ(МаркаСтали,BпрZ(1)) Определяется по таблице 4.2 стр.73 [1].

HZ(1)

2070

А/м

4.14

Действительное значение индукции в зубце статора BZ(1)=B'Z(1)-μ0ЧHZ(1)Чkп(1) BZ(1)=1.9-1.256Ч10-6Ч2070Ч1.546=1.896 Тл

BZ(1)

1.896

Тл

4.15

Отклонение действительного значения индукции в зубце статора от предполагаемого ΔBZ(1)=|BпрZ(1)-BZ(1)| ΔBZ(1)=|1.9-1.896|=0.004 Тл

ΔBZ(1)

0.004

Тл

 

Параметры расчетов :

·              МаркаСтали=2013 - Марка электротехнической стали

·              B'Z(1)=1.9 Тл - Расчетное значение индукции в зубце статора

·              μ0=1.256Ч10-6 Гн/м - Магнитная проницаемость воздуха

·              kп(1)=1.546 - Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи

 

Окончательный вариант расчета

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.16

Магнитное напряжение (МДС) зубцовой зоны статора FZ(1)=2ЧhZ(1)Ч10-3ЧHZ(1) FZ(1)=2Ч15.7Ч10-3Ч2070=64.998 А

FZ(1)

64.998

А

4.17

Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи в верхнем сечении зубца ротора kп(2)в=b1(2)/(kcЧb'Z(2)) kп(2)в=8.8/(0.97Ч8.3)=1.093

kп(2)в

1.093


4.18

Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи в нижнем сечении зубца ротора kп(2)н=b2(2)/(kcЧb''Z(2)) kп(2)н=5.8/(0.97Ч8.3)=0.72

kп(2)н

0.72


4.19

Ширина средней части паза ротора bп(2)=0.5Ч(b1(2)+b2(2)) bп(2)=0.5Ч(8.8+5.8)=7.3 мм

bп(2)

7.3

мм

4.20

Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи в среднем сечении зубца ротора kп(2)ср=bп(2)/(kcЧbZ(2)) kп(2)ср=7.3/(0.97Ч8.3)=0.907

kп(2)ср

0.907


4.21

Расчетное значение индукции в верхнем сечении зубца ротора B'Z(2)в=BδЧt2/(kcЧb'Z(2)) B'Z(2)в=0.8298Ч18.38/(0.97Ч8.3)=1.89 Тл

B'Z(2)в

1.89

Тл

4.22

Расчетное значение индукции в нижнем сечении зубца ротора B'Z(2)н=BδЧt2/(kcЧb''Z(2)) B'Z(2)н=0.8298Ч18.38/(0.97Ч8.3)=1.89 Тл

B'Z(2)н

1.89

Тл

4.23

Расчетное значение индукции в среднем сечении зубца ротора B'Z(2)ср=BδЧt2/(kcЧbZ(2)) B'Z(2)ср=0.8298Ч18.38/(0.97Ч8.3)=1.89 Тл

B'Z(2)ср

1.89

Тл

 

Параметры расчетов :

·              hZ(1)=15.7 мм - Высота зубца статора

·              HZ(1)=2070 А/м - Напряженность магнитного поля

·              b1(2)=8.8 мм - Диаметр закругления верхней части ротора

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              b'Z(2)=8.3 мм - Первое проверочное число параллельности граней зубцов ротора

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              b''Z(2)=8.3 мм - Второе проверочное число параллельности граней зубцов ротора

·              bZ(2)=8.3 мм - Ширина зубца ротора

·              Bδ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

 

Прогноз предполагаемых действительных значений индукций в зубце ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.24

Предполагаемое действительное значение индукции в верхнем сечении зубца статора BпрZ(2)в=ѓ(МаркаСтали,B'Z(2)в)

BпрZ(2)в

1.89

Тл

4.25

Напряженность магнитного поля в верхнем сечении зубца статора HZ(2)в=ѓ(МаркаСтали,BпрZ(2)в) Определяется по таблице 4.2 стр.73 [1].

HZ(2)в

2010

А/м

4.26

Действительное значение индукции в верхнем сечении зубца статора BZ(2)в=B'Z(2)в-μ0Чkп(2)вЧHZ(2)в BZ(2)в=1.89-1.256Ч10-6Ч1.093Ч2010=1.887 Тл

BZ(2)в

1.887

Тл

4.27

Отклонение действительного значения индукции в верхнем сечении зубца статора от предполагаемого ΔBZ(2)в=|BпрZ(2)в-BZ(2)в| ΔBZ(2)в=|1.89-1.887|=0.003 Тл

ΔBZ(2)в

0.003

Тл

4.28

Предполагаемое действительное значение индукции в нижнем сечении зубца статора BпрZ(2)н=ѓ(МаркаСтали,B'Z(2)н)

BпрZ(2)н

1.89

Тл

4.29

Напряженность магнитного поля в нижнем сечении зубца статора HZ(2)н=ѓ(МаркаСтали,BпрZ(2)н) Определяется по таблице 4.2 стр.73 [1].

HZ(2)н

2010

А/м

4.30

Действительное значение индукции в нижнем сечении зубца статора BZ(2)н=B'Z(2)н-μ0Чkп(2)нЧHZ(2)н BZ(2)н=1.89-1.256Ч10-6Ч0.72Ч2010=1.888 Тл

BZ(2)н

1.888

Тл

4.31

Отклонение действительного значения индукции в нижнем сечении зубца статора от предполагаемого ΔBZ(2)н=|BпрZ(2)н-BZ(2)н| ΔBZ(2)н=|1.89-1.888|=0.002 Тл

ΔBZ(2)н

0.002

Тл

4.32

Предполагаемое действительное значение индукции в среднем сечении зубца статора BпрZ(2)ср=ѓ(МаркаСтали,B'Z(2)в)

BпрZ(2)ср

1.89

Тл

4.33

Напряженность магнитного поля в среднем сечении зубца статора HZ(2)ср=ѓ(МаркаСтали,BпрZ(2)ср) Определяется по таблице 4.2 стр.73 [1].

HZ(2)ср

2010

А/м

4.34

Действительное значение индукции в среднем сечении зубца статора BZ(2)ср=B'Z(2)ср-μ0Чkп(2)срЧHZ(2)ср BZ(2)ср=1.89-1.256Ч10-6Ч0.907Ч2010=1.888 Тл

BZ(2)ср

1.888

Тл

4.35

Отклонение действительного значения индукции в среднем сечении зубца статора от предполагаемого ΔBZ(2)ср=|BпрZ(2)ср-BZ(2)ср| ΔBZ(2)ср=|1.89-1.888|=0.002 Тл

ΔBZ(2)ср

0.002

Тл

 

Параметры расчетов :

·              МаркаСтали=2013 - Марка электротехнической стали

·              B'Z(2)в=1.89 Тл - Расчетное значение индукции в верхнем сечении зубца ротора

·              μ0=1.256Ч10-6 Гн/м - Магнитная проницаемость воздуха

·              kп(2)в=1.093 - Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи в верхнем сечении зубца ротора

·              B'Z(2)н=1.89 Тл - Расчетное значение индукции в нижнем сечении зубца ротора

·              kп(2)н=0.72 - Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи в нижнем сечении зубца ротора

·              B'Z(2)ср=1.89 Тл - Расчетное значение индукции в среднем сечении зубца ротора

·              kп(2)ср=0.907 - Вспомогательный коэффициент расчета магнитной цепи в среднем сечении зубца ротора

 

Окончательный вариант расчета

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.36

Расчетная напряженность магнитного поля в зубцах ротора HZ(2)=(HZ(2)в+4ЧHZ(2)ср+HZ(2)н)/6 HZ(2)=(2010+4Ч2010+2010)/6=2010 А/м

HZ(2)

2010

А/м

4.37

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора FZ(2)=2ЧhZ(2)Ч10-3ЧHZ(2) FZ(2)=2Ч19.9Ч10-3Ч2010=79.998 А

FZ(2)

79.998

А

4.38

Коэффициент насыщения зубцовой зоны асинхронного двигателя kZ=1+(FZ(1)+FZ(2))/Fδ kZ=1+(64.998+79.998)/740.815=1.2 Данный коэффициент позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных рассчитываемого двигателя.

kZ

1.2


4.39

Высота ярма статора ha=0.5Ч(Dа-D)-hп(1)Ч10-3 ha=0.5Ч(0.225-0.153)-15.7Ч10-3=0.0203 м

ha

0.0203

м

4.40

Длина средней магнитной силовой линии в ярме статора La=πЧ(Dа-ha)/(2p) La=πЧ(0.225-0.0203)/(4)=0.161 м

La

0.161

м

4.41

Индукция в ярме статора Ba=Φ/(kcЧ2ЧhaЧlδ) Ba=0.009839/(0.97Ч2Ч0.0203Ч0.155)=1.61 Тл

Ba

1.61

Тл

 

Параметры расчетов :

·              HZ(2)в=2010 А/м - Напряженность магнитного поля в верхнем сечении зубца статора

·              HZ(2)ср=2010 А/м - Напряженность магнитного поля в среднем сечении зубца статора

·              hZ(2)=19.9 мм - Расчетная высота зубца ротора

·              FZ(1)=64.998 А - Магнитное напряжение (МДС) зубцовой зоны статора

·              Fδ=740.815 А - Магнитное напряжение (МДС)воздушного зазора

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              hп(1)=15.7 мм - Высота паза статора в штампе

·              2p=4 - Число полюсов

·              Φ=0.009839 Вб - Расчетное значение магнитного потока

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

Расчет магнитной цепи ярма статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.42

Напряженность магнитного поля в ярме статора Ha=ѓ(МаркаСтали,Ba) Определяется по таблице 4.4 стр.81 [1].

Ha

788

А/м

4.43

Магнитное напряжение (МДС) ярма статора Fa=LaЧHa Fa=0.161Ч788=126.868 А

Fa

126.868

А

4.44

Геометрическая высота ярма ротора hj=0.5Ч(D2-Dj)-hп(2)Ч10-3 hj=0.5Ч(0.1521-0.0518)-20.5Ч10-3=0.0297 м

hj

0.0297

м

4.45

Длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора Lj=πЧ(Dj+hj)/(2p) Lj=πЧ(0.0518+0.0297)/(4)=0.064 м Вид формулы зависит от значения параметра 2p.

Lj

0.064

м

 

Параметры расчетов :

·              МаркаСтали=2013 - Марка электротехнической стали

·              Ba=1.61 Тл - Индукция в ярме статора

·              La=0.161 м - Длина средней магнитной силовой линии в ярме статора

·              D2=0.1521 м - Внешний диаметр ротора

·              Dj=0.0518 м - Внутренний диаметр сердечника ротора

·              hп(2)=20.5 мм - Высота паза ротора

·              2p=4 - Число полюсов

 

Определение напряженности магнитного поля в ярме ротора и расчет намагничивающего тока

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

4.46

Напряженность магнитного поля в ярме ротора Hj=ѓ(МаркаСтали,Bj) Определяется по таблице 4.4 стр.81 [1].

Hj

154

А/м

4.47

Магнитное напряжение (МДС) ярма ротора Fj=LjЧHj Fj=0.064Ч154=9.856 А

Fj

9.856

А

4.48

Суммарное магнитное напряжение (МДС) магнитной цепи АД на одну пару полюсов Fu=Fδ+FZ(1)+FZ(2)+Fa+Fj Fu=740.815+64.998+79.998+126.868+9.856=1022.535 А

Fu

1022.535

А

4.49

Коэффициент насыщения магнитной цепи kμ=Fu/Fδ kμ=1022.535/740.815=1.38 Для рационально спроектированных асинхронных двигателей 1.3≤kμ≤1.5.

1.38


4.50

Намагничивающий ток (реактивная составляющая тока ХХ АД) Iμ=(pЧFu)/(0.9Чm1ЧW1Чkоб1) Iμ=(2Ч1022.535)/(0.9Ч3Ч102Ч0.9598)=7.737 А

7.737

А

4.51

Намагничивающий ток в относительных единицах Iμ*=Iμ/I1н.пред Iμ*=7.737/21.944=0.353 о.е. Для 2p=4 рациональное значение Iμ*=0.25ч0.30

Iμ*

0.353

о.е.

 

Параметры расчетов :

·              МаркаСтали=2013 - Марка электротехнической стали

·              Bj=0.943 Тл - Индукция в ярме ротора

·              Lj=0.064 м - Длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора

·              Fδ=740.815 А - Магнитное напряжение (МДС)воздушного зазора

·              FZ(1)=64.998 А - Магнитное напряжение (МДС) зубцовой зоны статора

·              FZ(2)=79.998 А - Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора

·              Fa=126.868 А - Магнитное напряжение (МДС) ярма статора

·              p=2 - Число пар полюсов

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

Расчет параметров асинхронного двигателя для номинального режима

Параметрами электрических машин называются активные и индуктивные сопротивления Т-образной электрической схемы замещения. При расчете параметров асинхронного двигателя в рабочих режимах в пределах изменения скольжения от холостого хода до номинального явлениями действия эффектов вытеснения тока и насыщения пренебрегают и поэтому считают параметры асинхронного двигателя постоянными.

Рис. 1 Т-образная электрическая схема замещения асинхронного двигателя

 

Расчет активного сопротивления фазы статора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

5.1

Коэффициент расчета активной фазы статора Kл=ѓ(2p) Определяется по таблице 5.1 [1] [1].

1.3


5.2

Коэффициент расчета активной фазы статора Kвыл=ѓ(2p) Определяется по таблице 5.1 [1] [1].

Kвыл

0.4


5.3

Длина вылета прямолинейной части катушки

B

0.015

м

5.4

Средняя длина катушки bкт=πЧ(D+hп(1)Ч10-3)Чβ1/(2p) bкт=πЧ(0.153+15.7Ч10-3)Ч1/(4)=0.1325 м

bкт

0.1325

м

5.5

Вылет лобовых частей обмотки Lвыл=KвылЧbкт+B Lвыл=0.4Ч0.1325+0.015=0.068 м

Lвыл

0.068

м

5.6

Длина лобовых частей обмотки Lл=KлЧbкт+2ЧB Lл=1.3Ч0.1325+2Ч0.015=0.2023 м

0.2023

м

5.7

Средня длина витка катушки Lср=2Ч(lδ+Lл) Lср=2Ч(0.155+0.2023)=0.7146 м

Lср

0.7146

м

5.8

Общая длина проводников фазы обмотки статора L1=LсрЧW1 L1=0.7146Ч102=72.8892 м

L1

72.8892

м

5.9

Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре r1=ρ115ЧL1/(aЧnэлЧqэлЧ10-6) r1=0.0244Ч10-6Ч72.8892/(1Ч2Ч1.539Ч10-6)=0.5778 Ом

r1

0.5778

Ом

5.10

Активное сопротивление фазы обмотки статора в относительных единицах r1*=r1ЧI1н.пред/U1H r1*=0.5778Ч21.944/220=0.0576 о.е. При правильном расчете r1*=0.01ч0.07 о.е.

r1*

0.0576

о.е.

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              hп(1)=15.7 мм - Высота паза статора в штампе

·              β1=1 паз. - Относительный шаг обмотки

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              ρ115=0.0244Ч10-6 ОмЧм - Удельное сопротивление меди при расчетной температуре 115°

·              a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора

·              nэл=2 - Число элементарных проводников в одном эффективном

·              qэл=1.539 ммІ - Площадь поперечного сечения неизолированного стандартного провода

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

 

Расчет активного сопротивления фазы обмотки ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

5.11

Сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями rкл=πЧ(ρклЧDкл.ср.)/(Z2ЧqклЧ10-6) rкл=πЧ(0.0488Ч10-6Ч0.1265)/(26Ч329.35Ч10-6)=0.000002265 Ом

rкл

0.000002265

Ом

5.12

Сопротивление стержня rс=(ρcЧlδ)/(qсЧ10-6) rс=(0.0488Ч10-6Ч0.155)/(134.1Ч10-6)=0.00005641 Ом

0.00005641

Ом

5.13

Активное сопротивление фазы обмотки ротора r2=rс+2Чrкл/Δ2 r2=0.00005641+2Ч0.000002265/0.4792=0.00007615 Ом

r2

0.00007615

Ом

5.14

Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора r'2=r2Ч4Чm1Ч(W1Чkоб1)2/Z2 r'2=0.00007615Ч4Ч3Ч(102Ч0.9598)2/26=0.336852 Ом

r'2

0.336852

Ом

5.15

Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора r'2*=r'2ЧI1н.пред/U1H r'2*=0.336852Ч21.944/220=0.03360 о.е. При правильном расчете r'2*=0.01ч0.07 о.е.

r'2*

0.03360

о.е.

5.16

Отношение зубцовых делений ротора и статора Δtz=t2Ч10-3/t1 Δtz=18.38Ч10-3/0.01335=1.377

Δtz

1.377


 

Параметры расчетов :

·              ρкл=0.0488Ч10-6 ОмЧм - Удельное сопротивление алюминия при расчетной температуре 115°

·              Dкл.ср.=0.1265 м - Средний диаметр замыкающего кольца

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              qкл=329.35 ммІ - Площадь поперечного сечения замыкающего кольца

·              ρc=0.0488Ч10-6 ОмЧм - Удельное сопротивление алюминия при расчетной температуре 115°

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              qс=134.1 ммІ - Площадь сечения стержня ротора

·              Δ=0.479 рад. - Отношение тока в стержне к току в замыкающем кольце

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

Параметры расчетов :

·              Δtz=1.377 - Отношение зубцовых делений ротора и статора

·              βск=0 - Коэффициент учитывающий форму паза статора (полузакрытые без скоса)

·              hп.к.(1)=13 мм - Высота паза статора под укладку проводов

·              Δhп(1)=0.1 мм - Припуск по высоте паза статора

·              bиз=0.25 мм - Односторонняя толщина корпусной изоляции класса нагревостойкости F или H

·              b1(1)=7.8 мм - Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45°

·              hк(1)=2.2 мм - Высота клиновой части паза статора

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

·              hш(1)=0.5 мм - Высота шлица статора

·              q=3 паз. - Число пазов статора на полюс и фазу

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              Lл=0.2023 м - Длина лобовых частей обмотки

·              β1=1 паз. - Относительный шаг обмотки

·              τ=0.1202 м - Полюсное деление

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              kδ=1.2459 - Коэффициент МДС воздушного зазора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              p=2 - Число пар полюсов

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              bш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

 

Расчет индуктивного сопротивления рассеяния фазы ротора

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

5.30

Вспомогательный коэффициент расчета индуктивного сопротивления рассеяния фазы ротора ΔZ=ƒ(Δbδ2,Δbt2) Определяется по рис.5.7 стр.99 [1].

ΔZ

0.028333


5.31

Расчетная высота паза ротора h0(2)=h1(2)+0.4Чb2(2) h0(2)=12.4+0.4Ч5.8=14.72 мм

h0(2)

14.72

мм

5.32

Полная высота паза ротора hc(2)=h1(2)+0.5Чb1(2)+0.5Чb2(2) hc(2)=12.4+0.5Ч8.8+0.5Ч5.8=19.7 мм

hc(2)

19.7

мм

5.33

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора λп(2)=h0(2)/(3Чb1(2))Ч(1-πЧb1(2)2/(8Чqс))2+0.66-bш(2)/(2Чb1(2))+hш(2)/bш(2) λп(2)=14.72/(3Ч8.8)Ч(1-πЧ8.82/(8Ч134.1))2+0.66-1.5/(2Ч8.8)+0.75/1.5=1.408 Вид формулы зависит от значения идентификатора формы паза (равен 4)

λп(2)

1.408


5.34

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора λл(2)=(2.3ЧDкл.ср.)/(Z2ЧlδЧΔ2)Чlg[(4.7ЧDкл.ср.)/(hклЧ10-3+2ЧbклЧ10-3)] λл(2)=(2.3Ч0.1265)/(26Ч0.155Ч0.4792)Чlg[(4.7Ч0.1265)/(25.625Ч10-3+2Ч12.9Ч10-3)]=0.334

λл(2)

0.334


5.35

Вспомогательный коэффициент расчета магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора ξ(2)=1+0.2Ч(πЧp/Z2)-ΔZ/(1-p2/Z22) ξ(2)=1+0.2Ч(πЧ2/26)-0.028333/(1-22/262)=1.02

ξ(2)

1.02


5.36

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора λд(2)=t2/(12ЧkδЧδ)Чξ(2) λд(2)=18.38/(12Ч1.2459Ч0.45)Ч1.02=2.787

λд(2)

2.787


5.37

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы короткозамкнутого ротора x2=7.9Чf1ЧlδЧ10-6Ч(λп(2)+λл(2)+λд(2)) x2=7.9Ч50Ч0.155Ч10-6Ч(1.408+0.334+2.787)=0.000277 Ом

x2

0.000277

Ом

5.38

Приведенное к статору индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора x'2=x2Ч12Ч(W1Чkоб1)2/Z2 x'2=0.000277Ч12Ч(102Ч0.9598)2/26=1.225 Ом

x'2

1.225

Ом

5.39

Приведенное к статору индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора в относительных единицах x'2*=x'2ЧI1н.пред/U1H x'2*=1.225Ч21.944/220=0.12 о.е.

x'2*

0.12

о.е.

 

Параметры расчетов :

·              Δbδ2=3.333 - Отношение отношения ширины шлица ротора к значению воздушного зазора

·              Δbt2=0.082 - Коэффициент размерных соотношений зубцовой стороны ротора

·              h1(2)=12.4 мм - Расстояние между центрами верхней и нижней окружностей паза ротора

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              b1(2)=8.8 мм - Диаметр закругления верхней части ротора

·              qс=134.1 ммІ - Площадь сечения стержня ротора

·              bш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

·              hш(2)=0.75 мм - Глубина прорези паза ротора

·              Dкл.ср.=0.1265 м - Средний диаметр замыкающего кольца

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              Δ=0.479 рад. - Отношение тока в стержне к току в замыкающем кольце

·              hкл=25.625 мм - Высота сечения замыкающего кольца

·              bкл=12.9 мм - Ширина замыкающего кольца

·              p=2 - Число пар полюсов

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              kδ=1.2459 - Коэффициент МДС воздушного зазора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

Расчет потерь в асинхронном двигателе

 

Расчет основных магнитных потерь (потерь в стали)

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

6.1

Удельные потери в стали P0.1/50=ѓ(МаркаСтали) Определяеся по [1].

P0.1/50

2.5

Вт/кг

6.2

Масса стали ярма статора ma=πЧ(Dа-ha)ЧkcЧγcЧlδЧha ma=πЧ(0.225-0.0203)Ч0.97Ч7800Ч0.155Ч0.0203=15.3 кг

ma

15.3

кг

6.3

Масса зубцов статора mZ(1)=hZ(1)Ч10-3ЧbZ(1)Ч10-3ЧZ1ЧlδЧkcЧγc mZ(1)=15.7Ч10-3Ч6Ч10-3Ч36Ч0.155Ч0.97Ч7800=4 кг

mZ(1)

4

кг

6.4

Коэффициент зависимоти потерь в стали от частоты перемагничивания β=ƒ(f1) Диапазон значений β=1.3ч1.5.

β

1.4


6.5

Основные потери в стали Δpст.осн.=P0.1/50Ч(f1/50)βЧ(kДАЧBa2Чma+kДZЧBZ(1)2ЧmZ(1)) Δpст.осн.=2.5Ч(50/50)1.4Ч(1.6Ч1.612Ч15.3+1.8Ч1.8962Ч4)=223.3 Вт

Δpст.осн.

223.3

Вт

6.6

Активное сопротивление, характеризующее магнитные потери в схеме замещения r12=Δpст.осн./(m1ЧIμ2) r12=223.3/(3Ч7.7372)=1.243 Ом

r12

1.243

Ом

6.7

Активное сопротивление, характеризующее магнитные потери в схеме замещения в относительных единицах r12*=r12ЧI1н.пред/U1H r12*=1.243Ч21.944/220=0.124 о.е.

r12*

0.124

о.е.

6.8

Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора x12=U1H/Iμ-x1 x12=220/7.737-0.899=27.536 Ом

x12

27.536

Ом

6.9

Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора в относительных единицах x12*=x12ЧI1н.пред/U1H x12*=27.536Ч21.944/220=2.747 о.е.

x12*

о.е.

6.10

Отношение ширины шлица статора к значению воздушного зазора Δbδ1=bш(1)/δ Δbδ1=3.5/0.45=7.78

Δbδ1

7.78


 

Параметры расчетов :

·              МаркаСтали=2013 - Марка электротехнической стали

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              ha=0.0203 м - Высота ярма статора

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              γc=7800 кг/мі - Удельная масса стали

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              hZ(1)=15.7 мм - Высота зубца статора

·              bZ(1)=6 мм - Ширина зубца статора

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              kДА=1.6 - Коэффициент влияния неравномерности распределения магнитного потока на потери стали

·              Ba=1.61 Тл - Индукция в ярме статора

·              kДZ=1.8 - Коэффициент влияния неравномерности распределения магнитного потока на потери стали

·              BZ(1)=1.896 Тл - Действительное значение индукции в зубце статора

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              Iμ=7.737 А - Намагничивающий ток (реактивная составляющая тока ХХ АД)

·              I1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              x1=0.899 Ом - Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

 

Расчет поверхностных потерь

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

6.11

Коэффициент пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора β0(1)=ƒ(Δbδ1) Определяется по рис.6.1 стр.108 [1].

β0(1)

0.368


6.12

Коэффициент пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора β0(2)=ƒ(Δbδ2) Определяется по рис.6.1 стр.108 [1].

β0(2)

0.234


6.13

Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора B0(1)=β0(1)ЧkδЧBδ B0(1)=0.368Ч1.2459Ч0.8298=0.38

B0(1)

0.38


6.14

Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора B0(2)=β0(2)ЧkδЧBδ B0(2)=0.234Ч1.2459Ч0.8298=0.242

B0(2)

0.242


6.15

Скорость вращения ротора в режиме ХХ n=60Чf1/p n=60Ч50/2=1500 об/мин

n

1500

об/мин

6.16

Удельные поверхностные потери коронок зубцов статора pпов(1)=0.5Чk01Ч(Z2Чn/10000)1.5Ч(B0(1)Чt2)2 pпов(1)=0.5Ч1.5Ч(26Ч1500/10000)1.5Ч(0.38Ч18.38)2=281.8 Вт/мІ

pпов(1)

281.8

Вт/мІ

6.17

Удельные поверхностные потери коронок зубцов ротора pпов(2)=0.5Чk02Ч(Z1Чn/10000)1.5Ч(B0(2)Чt1Ч103)2 pпов(2)=0.5Ч1.5Ч(36Ч1500/10000)1.5Ч(0.242Ч0.01335Ч103)2=98.2 Вт/мІ

pпов(2)

98.2

Вт/мІ

6.18

Полные поверхностные потери статора Δpпов(1)=pпов(1)Ч(t1-bш(1)Ч10-3)ЧZ1Чlδ Δpпов(1)=281.8Ч(0.01335-3.5Ч10-3)Ч36Ч0.155=15.49 Вт

Δpпов(1)

15.49

Вт

6.19

Полные поверхностные потери ротора Δpпов(2)=pпов(2)Ч(t2Ч10-3-bш(2)Ч10-3)ЧZ2Чlδ Δpпов(2)=98.2Ч(18.38Ч10-3-1.5Ч10-3)Ч26Ч0.155=6.68 Вт

Δpпов(2)

6.68

Вт

 

Параметры расчетов :

·              Δbδ1=7.78 - Отношение ширины шлица статора к значению воздушного зазора

·              Δbδ2=3.333 - Отношение отношения ширины шлица ротора к значению воздушного зазора

·              kδ=1.2459 - Коэффициент МДС воздушного зазора

·              Bδ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              p=2 - Число пар полюсов

·              k01=1.5 - Коэффициент учитывающий влияние обработки коронок зубцов статора на удельные потери

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              k02=1.5 - Коэффициент учитывающий влияние обработки коронок зубцов ротора на удельные потери

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              bш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

 

Расчет пульсационных потерь в стали зубцов статора и ротора и полных магнитных потерь

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

6.20

Амплитуда пульсации индукции в средних сечениях зубцов статора Bпул(1)=γ2Чδ/(2Чt1Ч103)ЧBZ(1) Bпул(1)=1.3333Ч0.45/(2Ч0.01335Ч103)Ч1.896=0.043 Тл

Bпул(1)

0.043

Тл

6.21

Амплитуда пульсации индукции в средних сечениях зубцов статора Bпул(2)=γ1Чδ/(2Чt2)ЧBZ(2) Bпул(2)=4.7343Ч0.45/(2Ч18.38)Ч1.89=0.11 Тл

Bпул(2)

0.11

Тл

6.22

Масса стали зубцов ротора mZ2=Z2Ч(hZ(2)Ч10-3)Ч(bZ(2)Ч10-3)ЧlδЧkcЧγc mZ2=26Ч(19.9Ч10-3)Ч(8.3Ч10-3)Ч0.155Ч0.97Ч7800=5.036 кг

mZ2

5.036

кг

6.23

Пульсационные потери в зубцах статора Δpпул(1)=0.11Ч(Z2Чn/1000ЧBпул(1))2ЧmZ(1) Δpпул(1)=0.11Ч(26Ч1500/1000Ч0.043)2Ч4=1.237 Вт

Δpпул(1)

1.237

Вт

6.24

Пульсационные потери в зубцах ротора Δpпул(2)=0.11Ч(Z1Чn/1000ЧBпул(2))2ЧmZ(1) Δpпул(2)=0.11Ч(36Ч1500/1000Ч0.11)2Ч4=15.525 Вт

Δpпул(2)

15.525

Вт

6.25

Сумма добавочных потерь холостого хода в асинхронном двигателе Δpст.доб.=Δpпов(1)+Δpпов(2)+Δpпул(1)+Δpпул(2) Δpст.доб.=15.49+6.68+1.237+15.525=38.932 Вт

Δpст.доб.

38.932

Вт

6.26

Проверочный коэффициент отношения добавочных потерь к основным Δpдоб/осн=Δpст.доб./Δpст.осн. Δpдоб/осн=38.932/223.3=0.174

Δpдоб/осн

0.174


6.27

Полные магнитные потери (потери в стали) асинхронного двигателя Δpст=Δpст.доб.+Δpст.осн. Δpст=38.932+223.3=262.232 Вт

Δpст

262.232

Вт

 

Параметры расчетов :

·              γ2=1.3333 - Вспомогательный коэффициент расчета МДС воздушного зазора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              BZ(1)=1.896 Тл - Действительное значение индукции в зубце статора

·              γ1=4.7343 - Вспомогательный коэффициент расчета МДС воздушного зазора

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              BZ(2)=1.89 Тл - Расчетное значение индукции в зубцах ротора

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              hZ(2)=19.9 мм - Расчетная высота зубца ротора

·              bZ(2)=8.3 мм - Ширина зубца ротора

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              kc=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования

·              γc=7800 кг/мі - Удельная масса стали

·              n=1500 об/мин - Скорость вращения ротора в режиме ХХ

·              mZ(1)=4 кг - Масса зубцов статора

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              Δpпов(1)=15.49 Вт - Полные поверхностные потери статора

·              Δpпов(2)=6.68 Вт - Полные поверхностные потери ротора

·              Δpст.осн.=223.3 Вт - Основные потери в стали

асинхронный двигатель ротор обмотка

Расчет механических и вентиляционных потерь

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

6.28

Вспомогательный коэффициент расчета механических и вентиляционных потерь Kт=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 6.2 стр.111 [1].

0


6.29

Вспомогательный коэффициент расчета механических и вентиляционных потерь K'т=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 6.2 стр.111 [1].

K'т

0


6.30

Вспомогательный коэффициент расчета механических и вентиляционных потерь K''т=1.3Ч(1-Dа) K''т=1.3Ч(1-0.225)=1.008 Вид формулы зависит от степени защиты и числа полюсов.

K''т

1.008


6.31

Механические и вентиляционные потери Δpмех=K''тЧ(n/10)2ЧDа4 Δpмех=1.008Ч(1500/10)2Ч0.2254=58.126 Вт Вид формулы зависит от степени защиты и числа полюсов.

Δpмех

58.126

Вт

 

Параметры расчетов :

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              2p=4 - Число полюсов

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              n=1500 об/мин - Скорость вращения ротора в режиме ХХ

 

Расчет тока холостого хода и коэффициента мощности холостого хода

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

6.32

Электрические потери в статоре при холостом ходе Δpэ10=m1ЧIμ2Чr1 Δpэ10=3Ч7.7372Ч0.5778=103.763 Вт

Δpэ10

103.763

Вт

6.33

Активная составляющая тока холостого хода Io.a.=(Δpст+Δpмех+Δpэ10)/(m1ЧU1H) Io.a.=(262.232+58.126+103.763)/(3Ч220)=0.643 А

Io.a.

0.643

А

6.34

Ток холостого хода Io=(Io.a.2+Iμ2)½ Io=(0.6432+7.7372)Ѕ=7.764 А

Io

7.764

А

6.35

Коэффициент мощности при холостом ходе cosφo=Io.a./Io cosφo=0.643/7.764=0.083

cosφo

0.083


6.36

Потери, не изменяющиеся при изменени скольжения Δpпост=(Δpст+Δpмех)Ч10-3 Δpпост=(262.232+58.126)Ч10-3=0.32 кВт

Δpпост

0.32

кВт

 

Параметры расчетов :

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              Iμ=7.737 А - Намагничивающий ток (реактивная составляющая тока ХХ АД)

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              Δpст=262.232 Вт - Полные магнитные потери (потери в стали) асинхронного двигателя

·              Δpмех=58.126 Вт - Механические и вентиляционные потери

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

Расчет рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя

Расчет рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя проводится на основе системы уравнений напряжений и токов, а также энергетических соотношений,. которым соответствует точная Г-образная электрическая схема замещения.

Рис. 2 Точная Г-образная электрическая схема замещения асинхронного двигателя

 

Расчет коэффициента эквивалентности C1

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

7.1

Активная составляющая комплексного коэффициента C1 C1a=[r12Ч(r1+r12)+x12Ч(x1+x12)]/(r122+x122) C1a=[1.243Ч(0.5778+1.243)+27.536Ч(0.899+27.536)]/(1.2432+27.5362)=1.0335

C1a

1.0335


7.2

Реактивная составляющая комплексного коэффициента C1 C1p=(r1Чx12-r12Чx1)/(r122+x122) C1p=(0.5778Ч27.536-1.243Ч0.899)/(1.2432+27.5362)=0.0195

C1p

0.0195


7.3

Модуль комплексного коэффициента C1 C1=(C1a2+C1p2)Ѕ C1=(1.03352+0.01952)Ѕ=1.0337

C1

1.0337


7.4

Аргумент комплексного коэффициента C1 |γ|=arctg(C1p/C1a) |γ|=arctg(0.0195/1.0335)=1.08 °

|γ|

1.08

°

 

Параметры расчетов :

·              r12=1.243 Ом - Активное сопротивление, характеризующее магнитные потери в схеме замещения

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              x12=27.536 Ом - Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора

·              x1=0.899 Ом - Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

 

Расчет компонентов комплексного полного сопротивления контура намагничивания

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

7.5

Компонент полного сопротивления контура намагничивания Rm=C1aЧr12+C1pЧx12 Rm=1.0335Ч1.243+0.0195Ч27.536=1.822 Ом

Rm

1.822

Ом

7.6

Компонент полного сопротивления контура намагничивания Xm=C1aЧx12-C1pЧr12 Xm=1.0335Ч27.536-0.0195Ч1.243=28.434 Ом

Xm

28.434

Ом

7.7

Компонент полного сопротивления контура намагничивания Zm=(Rm2+Xm2)Ѕ Zm=(1.8222+28.4342)Ѕ=28.492 Ом

Zm

28.492

Ом

7.8

Компонент полного сопротивления контура намагничивания cosφ0=Rm/Zm cosφ0=1.822/28.492=0.064

cosφ0

0.064


7.9

Компонент полного сопротивления контура намагничивания sinφ0=Xm/Zm sinφ0=28.434/28.492=0.998

sinφ0

0.998


7.10

Ток холостого хода I0=U1H/Zm I0=220/28.492=7.721 А

I0

7.721

А

7.11

Активная составляющая тока холостого хода I0a=I0Чcosφ0 I0a=7.721Ч0.064=0.494 А

I0a

0.494

А

7.12

Реактивная составляющая тока холостого хода I0p=I0Чsinφ0 I0p=7.721Ч0.998=7.706 А

I0p

7.706

А

7.13

Отклонение реактивной составляющей тока холостого хода ΔI0p=(I0p-Iμ)/I0pЧ100 ΔI0p=(7.706-7.737)/7.706Ч100=-0.402 %

ΔI0p

-0.402

%

 

Параметры расчетов :

·              C1a=1.0335 - Активная составляющая комплексного коэффициента C1

·              r12=1.243 Ом - Активное сопротивление, характеризующее магнитные потери в схеме замещения

·              C1p=0.0195 - Реактивная составляющая комплексного коэффициента C1

·              x12=27.536 Ом - Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              Iμ=7.737 А - Намагничивающий ток (реактивная составляющая тока ХХ АД)

 

Расчет постоянных коэффициентов основного контура Г-образной схемы замещения

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

7.14

Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения a'=C1a2-C1p2 a'=1.03352-0.01952=1.068

a'

1.068


7.15

Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения b'=2ЧC1aЧC1p b'=2Ч1.0335Ч0.0195=0.04

b'

0.04


7.16

Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения a0=C1aЧr1+C1pЧx1+b'Чx'2 a0=1.0335Ч0.5778+0.0195Ч0.899+0.04Ч1.225=0.664

a0

0.664


7.17

Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения b0=C1aЧx1-C1pЧr1+a'Чx'2 b0=1.0335Ч0.899-0.0195Ч0.5778+1.068Ч1.225=2.226

b0

2.226


7.18

Предварительное значение номинального скольжения Sн.пред.=r'2* Sн.пред.=0.03360

Sн.пред.

0.03360


7.19

Номинальное скольжение для расчета характеристик Sном=0.98ЧSн.пред. Sном=0.98Ч0.03360=0.03293

Sном

0.03293


7.20

Предварительное значение критического скольжения Sкр.пр=(C1Чr'2)/(r12+(x1+C1Чx'2)2)Ѕ Sкр.пр=(1.0337Ч0.336852)/(0.57782+(0.899+1.0337Ч1.225)2)Ѕ=0.1554

Sкр.пр

0.1554


 

Параметры расчетов :

·              C1a=1.0335 - Активная составляющая комплексного коэффициента C1

·              C1p=0.0195 - Реактивная составляющая комплексного коэффициента C1

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              x1=0.899 Ом - Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

·              x'2=1.225 Ом - Приведенное к статору индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора

·              r'2*=0.03360 о.е. - Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора

·              C1=1.0337 - Модуль комплексного коэффициента C1

·              r'2=0.336852 Ом - Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора

 

Расчет рабочих характеристик для скольжения S=1Sн.пред.

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

7.21

Значение скольжения для расчета характеристик S1Sп=1ЧSн.пред. S1Sп=1Ч0.03360=0.033600

S1Sп

0.033600


7.22

Активное сопротивление Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп R1Sп=a0+a'Чr'2/S1Sп R1Sп=0.664+1.068Ч0.336852/0.033600=11.371 Ом

R1Sп

11.371

Ом

Предварительное значение реактивного сопротивления Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп Xпред 1Sп=b0-b'Чr'2/S1Sп Xпред 1Sп=2.226-0.04Ч0.336852/0.033600=1.825 Ом

Xпред 1Sп

1.825

Ом

7.24

Реактивное сопротивление Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп X1Sп=ѓ(Xпред 1Sп) Если передварительное значение положительное, то оно принимается за значение сопротивления, в противном случае сопротивление считается нулевым.

X1Sп

1.825

Ом

7.25

Общее сопротивление Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп Z1Sп=(R1Sп2+X1Sп2)Ѕ Z1Sп=(11.3712+1.8252)Ѕ=11.517 Ом

Z1Sп

11.517

Ом

7.26

Коэффициент активной составляющей Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп cosφ'2 1Sп=R1Sп/Z1Sп cosφ'2 1Sп=11.371/11.517=0.987

cosφ'2 1Sп

0.987


7.27

Коэффициент реактивной составляющей Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп sinφ'2 1Sп=X1Sп/Z1Sп sinφ'2 1Sп=1.825/11.517=0.158

sinφ'2 1Sп

0.158


7.28

Приведенное к статору значение фазного тока ротора Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп I''2 1Sп=U1H/Z1Sп I''2 1Sп=220/11.517=19.102 А

I''2 1Sп

19.102

А

7.29

Активная составляющая тока I''2 1Sп I''2a 1Sп=I''2 1SпЧcosφ'2 1Sп I''2a 1Sп=19.102Ч0.987=18.854 А

I''2a 1Sп

18.854

А

7.30

Реактивная составляющая тока I''2 1Sп I''2p 1Sп=I''2 1SпЧsinφ'2 1Sп I''2p 1Sп=19.102Ч0.158=3.018 А

I''2p 1Sп

3.018

А

7.31

Активная составляющая фазного тока статора Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп I1a 1Sп=I0a+I''2a 1Sп I1a 1Sп=0.494+18.854=19.348 А

I1a 1Sп

19.348

А

7.32

Реактивная составляющая фазного тока статора Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп I1p 1Sп=I0p+I''2p 1Sп I1p 1Sп=7.706+3.018=10.724 А

I1p 1Sп

10.724

А

7.33

Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения для скольжения равного 1Sп I1 1Sп=(I1a 1Sп2+I1p 1Sп2)Ѕ I1 1Sп=(19.3482+10.7242)Ѕ=22.121 А

I1 1Sп

22.121

А

7.34

Приведенное к статору значение фазного тока ротора в Т-образной схеме замещения для скольжения равного 1Sп I'2 1Sп=C1ЧI''2 1Sп I'2 1Sп=1.0337Ч19.102=19.746 А

I'2 1Sп

19.746

А

7.35

Активная мощность на входе асинхронного двигателя для скольжения равного 1Sп P1 1Sп=3ЧU1HЧI1a 1SпЧ10-3 P1 1Sп=3Ч220Ч19.348Ч10-3=12.77 кВт

P1 1Sп

12.77

кВт

7.36

Электрические потери в обмотках статора для скольжения равного 1Sп Δpэ1 1Sп=3ЧI1 1Sп2Чr1Ч10-3 Δpэ1 1Sп=3Ч22.1212Ч0.5778Ч10-3=0.848 кВт

Δpэ1 1Sп

0.848

кВт

7.37

Электрические потери в обмотках ротора для скольжения равного 1Sп Δpэ2 1Sп=3ЧI'2 1Sп2Чr'2Ч10-3 Δpэ2 1Sп=3Ч19.7462Ч0.336852Ч10-3=0.394 кВт

Δpэ2 1Sп

0.394

кВт

7.38

Активная мощность на входе асинхронного двигателя для скольжения равного 1Sп Δpдоб 1Sп=0.005ЧP1 1Sп Δpдоб 1Sп=0.005Ч12.77=0.064 кВт

Δpдоб 1Sп

0.064

кВт

7.39

Суммарные потери в асинхронном двигателе для скольжения равного 1Sп ΣΔp1Sп=Δpэ1 1Sп+Δpэ2 1Sп+Δpпост+Δpдоб 1Sп ΣΔp1Sп=0.848+0.394+0.32+0.064=1.626 кВт

ΣΔp1Sп

1.626

кВт

7.40

Суммарные потери в асинхронном двигателе для скольжения равного 1Sп P2 1Sп=P1 1Sп-ΣΔp1Sп P2 1Sп=12.77-1.626=11.144 кВт

P2 1Sп

11.144

кВт

7.41

КПД асинхронного двигателя для скольжения равного 1Sп η1Sп=1-ΣΔp1Sп/P1 1Sп η1Sп=1-1.626/12.77=0.873

η1Sп

0.873


7.42

Коэффициент мощности для скольжения равного 1Sп cosφ1Sп=I1a 1Sп/I1 1Sп cosφ1Sп=19.348/22.121=0.875

cosφ1Sп

0.875


7.43

Угловая скорость вращения ротора для скольжения равного 1Sп Ω2 1Sп=2ЧπЧf1Ч(1-S1Sп)/p Ω2 1Sп=2ЧπЧ50Ч(1-0.033600)/2=151.802

Ω2 1Sп

151.802


7.44

Момент на валу двигателя для скольжения равного 1Sп M2 1Sп=P2 1SпЧ103/Ω2 1Sп M2 1Sп=11.144Ч103/151.802=73.411 НЧм

M2 1Sп

73.411

НЧм

 

Параметры расчетов :

·              Sн.пред.=0.03360 - Предварительное значение номинального скольжения

·              a0=0.664 - Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения

·              a'=1.068 - Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения

·              r'2=0.336852 Ом - Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора

·              b0=2.226 - Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения

·              b'=0.04 - Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              I0a=0.494 А - Активная составляющая тока холостого хода

·              I0p=7.706 А - Реактивная составляющая тока холостого хода

·              C1=1.0337 - Модуль комплексного коэффициента C1

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              Δpпост=0.32 кВт - Потери, не изменяющиеся при изменени скольжения

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              p=2 - Число пар полюсов

Сводная таблица результатов расчета рабочих характеристик для различных значений скольжения

S

S0.2Sп

S0.4Sп

S0.6Sп

S0.8Sп

S1Sп

S1.2Sп

Sном

Sкр.пр

Sном,

0.006720

0.013440

0.020160

0.026880

0.033600

0.040320

0.03293

0.1554

Rном, Ом

54.199

27.432

18.509

14.048

11.371

9.587

11.589

2.979

Xпред ном, Ом

0.221

1.223

1.558

1.725

1.825

1.892

1.817

2.139

Xном, Ом

0.221

1.223

1.558

1.725

1.825

1.892

1.817

2.139

Zном, Ом

54.199

27.459

18.574

14.154

11.517

9.772

11.731

3.667

cosφ'2 ном,

1

0.999

0.997

0.993

0.987

0.981

0.988

0.812

sinφ'2 ном,

0.004

0.045

0.084

0.122

0.158

0.194

0.155

0.583

I''2 ном, А

4.059

8.012

11.845

15.543

19.102

22.513

18.754

59.995

I''2a ном, А

4.059

8.004

11.809

15.434

18.854

22.085

18.529

48.716

I''2p ном, А

0.016

0.361

0.995

1.896

3.018

4.368

2.907

34.977

I1a ном, А

4.553

8.498

12.303

15.928

19.348

22.579

19.023

49.21

I1p ном, А

7.722

8.067

8.701

9.602

10.724

12.074

10.613

42.683

I1 ном, А

8.964

11.717

15.069

18.598

22.121

25.605

21.783

65.142

I'2 ном, А

4.196

8.282

12.244

16.067

19.746

23.272

19.386

62.017

P1 ном, кВт

3.005

5.609

8.12

10.512

12.77

14.902

12.555

32.479

Δpэ1 ном, кВт

0.139

0.238

0.394

0.6

0.848

1.136

0.822

7.356

Δpэ2 ном, кВт

0.018

0.069

0.151

0.261

0.394

0.547

0.38

3.887

Δpдоб ном, кВт

0.015

0.028

0.041

0.053

0.064

0.075

0.063

0.162

ΣΔpном, кВт

0.492

0.655

0.906

1.234

1.626

2.078

1.585

11.725

P2 ном, кВт

2.513

4.954

7.214

9.278

11.144

12.824

10.97

20.754

ηном,

0.836

0.883

0.888

0.883

0.873

0.861

0.874

0.639

cosφном,

0.508

0.725

0.816

0.856

0.875

0.882

0.873

0.755

Ω2 ном,

156.024

154.968

153.913

152.857

151.802

150.746

151.907

132.669

M2 ном, НЧм

16.106

31.968

46.871

60.697

73.411

85.07

72.215

156.434


Рис. 3 Рабочие характеристики спроектированного двигятеля

 

Оценка степени оптимальности выбора геометрических размеров и размерных соотношений и параметры при критическом скольжении

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

Ток холостого хода по отношению к номинальному I0*=I0/I1 ном I0*=7.721/21.783=0.354 о.е.

I0*

0.354

о.е.

7.46

Отклонение номинального КПД от предварительного Δnн=(ηном-ηн.пред)/ηномЧ100 Δnн=(0.874-0.87)/0.874Ч100=0.458 %

Δnн

0.458

%

7.47

Отклонение номинального коэффициента мощности от предварительного Δcosφн=(cosφном-cosφн.пред)/cosφномЧ100 Δcosφн=(0.873-0.873)/0.873Ч100=0 %

Δcosφн

0

%

7.48

Предварительное значение максимального момента на валу Mmax.пред=M2 кр.пр Mmax.пред=156.434 Н/м

Mmax.пред

156.434

Н/м

7.49

Перегрузочная способность асинхронного двигателя Kм.пред=Mmax.пред/M2 ном Kм.пред=156.434/72.215=2.166

Kм.пред

2.166


 

Параметры расчетов :

·              I0=7.721 А - Ток холостого хода

·              I1 ном=21.783 А - Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения для номинального скольжения

·              ηном=0.874 - КПД асинхронного двигателя для номинального скольжения

·              ηн.пред=0.87 о.е. - Предварительное значение номинального КПД

·              cosφном=0.873 - Коэффициент мощности для номинального скольжения

·              cosφн.пред=0.873 - Предварительное значение коэффициента мощности

·              M2 кр.пр=156.434 НЧм - Момент на валу двигателя для критического скольжения

·              M2 ном=72.215 НЧм - Момент на валу двигателя для номинального скольжения

Расчет пусковых характеристик трехфазного асинхронного двигателя

 

Расчет величин независящих от значения скольжения

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

8.1

Площадь поперечного сечения стержня ротора qc(2)=πЧ(b1(2)2+b2(2)2)/8+0.5Чh1(2)Ч(b1(2)+b2(2)) qc(2)=πЧ(8.82+5.82)/8+0.5Ч12.4Ч(8.8+5.8)=134.141 ммІ

qc(2)

134.141

ммІ

8.2

Минимальная условная глубина проникновения тока в стержень обмотки ротора hr(1)=0.5Чb1(2) hr(1)=0.5Ч8.8=4.4 мм

hr(1)

4.4

мм

8.3

Максимальная условная глубина проникновения тока в стержень обмотки ротора hr(2)=h1(2)+0.5Чb1(2) hr(2)=12.4+0.5Ч8.8=16.8 мм

hr(2)

16.8

мм

8.4

Коэффициент приведения тока для короткозамкнутой обмотки ротора vi=6ЧW1Чkоб1/Z2 vi=6Ч102Ч0.9598/26=22.592

vi

22.592


8.5

Номинальный фазный ток ротора I2н=viЧI'2 ном I2н=22.592Ч19.386=437.969 А

I2н

437.969

А

8.6

Постоянная составляющая коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния ротора λ'п2=h0(2)/(3Чb1(2))Ч[1-(πЧb1(2)2)/(8Чqc(2))]2+0.66-bш(2)/(2Чb1(2)) λ'п2=14.72/(3Ч8.8)Ч[1-(πЧ8.82)/(8Ч134.141)]2+0.66-1.5/(2Ч8.8)=0.908

λ'п2

0.908


8.7

Коэффициент размерных соотношений зубцовых зон статора и ротора CN=0.64+2.5Ч[δ/(t1Ч103+t2)]Ѕ CN=0.64+2.5Ч[0.45/(0.01335Ч103+18.38)]Ѕ=0.938

CN

0.938


8.8

Пусковое сопротивление взаимоиндукции для скольжений S≥(0.1ч0.15) x12п=kμЧx12 x12п=1.38Ч27.536=38 Ом

x12п

38

Ом

8.9

Скорость вращения магнитного поля в пространстве n1=60Чf1/p n1=60Ч50/2=1500 об/мин

n1

1500

об/мин

8.10

Номинальный электромагнитный момент Mэм.н=(m1Чp)/(2ЧπЧf1)ЧI'2 ном2Чr'2/Sном Mэм.н=(3Ч2)/(2ЧπЧ50)Ч19.3862Ч0.336852/0.03293=73.422 НЧм

Mэм.н

73.422

НЧм

8.11

Прогнозируемая кратность начального пускового тока Iп.пред*=ѓ(h,2p,IP) Определяется по таблице 8.1 стр.147 [1].

Iп.пред*

7


 

Параметры расчетов :

·              b1(2)=8.8 мм - Диаметр закругления верхней части ротора

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              h1(2)=12.4 мм - Расстояние между центрами верхней и нижней окружностей паза ротора

·              W1=102 вит - Число витков в фазе статора

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              I'2 ном=19.386 А - Приведенное к статору значение фазного тока ротора в Т-образной схеме замещения для номинального скольжения

·              h0(2)=14.72 мм - Расчетная высота паза ротора

·              bш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              kμ=1.38 - Коэффициент насыщения магнитной цепи

·              x12=27.536 Ом - Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              p=2 - Число пар полюсов

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              r'2=0.336852 Ом - Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора

·              Sном=0.03293 - Номинальное скольжение для расчета характеристик

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              2p=4 - Число полюсов

·              IP=IP44 - Степень защиты

 

Расчет зависимых величин для скольжения S=1.0

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозначение

Вели- чина

Размер- ность

8.12

Величина скольжения (для S=1.0)

S(s=1.0)

1


8.13

Приведенная высота стержня ротора при расчетной температуре 115°C (для S=1.0) ξ(s=1.0)=63.61Чhc(2)Ч(S(s=1.0))ЅЧ10-3 ξ(s=1.0)=63.61Ч19.7Ч(1)ЅЧ10-3=1.253

ξ(s=1.0)

1.253


8.14

Нелинейная функция стержня ротора (для S=1.0) φ(s=1.0)=ƒ(ξ(s=1.0))

φ(s=1.0)

0.2


8.15

Глубина проникновения тока в стержень (для S=1.0) hr(s=1.0)=hc(2)/(1+φ(s=1.0)) hr(s=1.0)=19.7/(1+0.2)=16.417 мм

hr(s=1.0)

16.417

мм

8.16

Нелинейная функция стержня ротора (для S=1.0) φкр(s=1.0)=ƒ(ξ(s=1.0))

φкр(s=1.0)

0.15


8.17

Условная ширина стержня ротора (для S=1.0) br(s=1.0)=b1(2)-(b1(2)-b2(2))/h1(2)Ч(hr(s=1.0)-b1(2)/2) br(s=1.0)=8.8-(8.8-5.8)/12.4Ч(16.417-8.8/2)=5.9 мм Вид формулы зависит от значения параметра hr(s=1.0).

br(s=1.0)

5.9

мм

8.18

Площадь участка проникновения тока в стержень обмотки (для S=1.0) qr(s=1.0)=πЧb1(2)2/8+(b1(2)+br(s=1.0))Ч(hr(s=1.0)-b1(2)/2)/2 qr(s=1.0)=πЧ8.82/8+(8.8+5.9)Ч(16.417-8.8/2)/2=118.7 ммІ Вид формулы зависит от значения параметра hr(s=1.0).

qr(s=1.0)

118.7

ммІ

8.19

Предварительный коэффициент увеличения активного сопротивления пазовой части стержня ротора при действии эффекта вытеснения тока (для S=1.0) kr пред(s=1.0)=qc(2)/qr(s=1.0) kr пред(s=1.0)=134.141/118.7=1.13008

kr пред(s=1.0)

1.13008


8.20

Коэффициент увеличения активного сопротивления пазовой части стержня ротора при действии эффекта вытеснения тока (для S=1.0) kr(s=1.0)=ѓ(kr пред(s=1.0)) Значение коэффициента приравнивается предварительному значению если последний больше 1, в противном случае он принимается равным 1.

kr(s=1.0)

1.13008


8.21

Коэффициет увеличения активного сопротивления фазы ротора (для S=1.0) KR(s=1.0)=1+rсЧ(kr(s=1.0)-1)/r2 KR(s=1.0)=1+0.00005641Ч(1.13008-1)/0.00007615=1.096

KR(s=1.0)

1.096


8.22

Приведенное к статору сотпротивление фазы ротора (для S=1.0) r'2ξ(s=1.0)=KR(s=1.0)Чr'2 r'2ξ(s=1.0)=1.096Ч0.336852=0.369 Ом

r'2ξ(s=1.0)

0.369

Ом

8.23

Нелинейная функция стержня ротора (для S=1.0) φ'(s=1.0)=ƒ(ξ(s=1.0))

φ'(s=1.0)

0.925


8.24

Коэффициент демпфирования (для S=1.0) kд(s=1.0)=ξ(s=1.0) kд(s=1.0)=1.253

kд(s=1.0)

1.253


8.25

Прогнозируемое значение тока ротора в пусковом режиме (для S=1.0) I2(s=1.0)=Iп.пред*ЧI2нЧe-0.05/S(s=1.0) I2(s=1.0)=7Ч437.969Чe-0.05/1=2916.3 А

I2(s=1.0)

2916.3

А

8.26

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутого ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока (для S=1.0) λп2ξ(s=1.0)=λ'п2Чφ'(s=1.0)+hш(2)/bш(2)+1.12Ч103Чh'ш(2)/I2(s=1.0) λп2ξ(s=1.0)=0.908Ч0.925+0.75/1.5+1.12Ч103Ч0/2916.3=1.34

λп2ξ(s=1.0)

1.34


8.27

Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока (для S=1.0) Kx(s=1.0)=(λп2ξ(s=1.0)+λл(2)+λд(2))/(λп(2)+λп2ξ(s=1.0)+λл(2)) Kx(s=1.0)=(1.34+0.334+2.787)/(1.408+1.34+0.334)=1.447

Kx(s=1.0)

1.447


8.28

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока (для S=1.0) x'2ξ(s=1.0)=Kx(s=1.0)Чx'2 x'2ξ(s=1.0)=1.447Ч1.225=1.773

x'2ξ(s=1.0)

1.773


8.29

Коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) aξ(s=1.0)=C1aЧr1+C1pЧx1+b'Чx'2ξ(s=1.0) aξ(s=1.0)=1.0335Ч0.5778+0.0195Ч0.899+0.04Ч1.773=0.686

aξ(s=1.0)

0.686


8.30

Коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) bξ(s=1.0)=C1aЧx1-C1pЧr1+a'Чx'2ξ(s=1.0) bξ(s=1.0)=1.0335Ч0.899-0.0195Ч0.5778+1.068Ч1.773=2.811

bξ(s=1.0)

2.811


8.31

Активное сопротивление Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) RSξ(s=1.0)=aξ(s=1.0)+a'Чr'2ξ(s=1.0)/S(s=1.0) RSξ(s=1.0)=0.686+1.068Ч0.369/1=1.08 Ом

RSξ(s=1.0)

1.08

Ом

8.32

Предварительное реактивное сопротивление Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) Xпред Sξ(s=1.0)=bξ(s=1.0)-b'Чr'2ξ(s=1.0)/S(s=1.0) Xпред Sξ(s=1.0)=2.811-0.04Ч0.369/1=2.796 Ом

Xпред Sξ(s=1.0)

2.796

Ом

8.33

Реактивное сопротивление Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) XSξ(s=1.0)=ƒ(Xпред Sξ(s=1.0)) Если предварительное значение положительное, то оно принимается за значение сопротивления, в противном случае сопротивление считается нулевым.

XSξ(s=1.0)

2.796

Ом

8.34

Общее сопротивление Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) ZSξ(s=1.0)=(RSξ(s=1.0)2+XSξ(s=1.0)2)½ ZSξ(s=1.0)=(1.082+2.7962)Ѕ=2.997 Ом

ZSξ(s=1.0)

2.997

Ом

8.35

Коэффициент активной составляющей Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) cosφ'2ξ(s=1.0)=RSξ(s=1.0)/ZSξ(s=1.0) cosφ'2ξ(s=1.0)=1.08/2.997=0.36

cosφ'2ξ(s=1.0)

0.36


8.36

Коэффициент реактивной составляющей Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) sinφ'2ξ(s=1.0)=XSξ(s=1.0)/ZSξ(s=1.0) sinφ'2ξ(s=1.0)=2.796/2.997=0.933

sinφ'2ξ(s=1.0)

0.933


8.37

Приведенное к статору значение фазного тока ротора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) I''2ξ(s=1.0)=U1H/ZSξ(s=1.0) I''2ξ(s=1.0)=220/2.997=73.41 А

I''2ξ(s=1.0)

73.41

А

8.38

Активная составляющая тока I''2ξ(s=1.0) (для S=1.0) I''2aξ(s=1.0)=I''2ξ(s=1.0)Чcosφ'2ξ(s=1.0) I''2aξ(s=1.0)=73.41Ч0.36=26.43 А

I''2aξ(s=1.0)

26.43

А

8.39

Реактивная составляющая тока I''2ξ(s=1.0) (для S=1.0) I''2pξ(s=1.0)=I''2ξ(s=1.0)Чsinφ'2ξ(s=1.0) I''2pξ(s=1.0)=73.41Ч0.933=68.49 А

I''2pξ(s=1.0)

68.49

А

8.40

Активная составляющая фазного тока статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) I1aξ(s=1.0)=I0a+I''2aξ(s=1.0) I1aξ(s=1.0)=0.494+26.43=26.92 А

I1aξ(s=1.0)

26.92

А

8.41

Реактивная составляющая фазного тока статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) I1pξ(s=1.0)=I0p+I''2pξ(s=1.0) I1pξ(s=1.0)=7.706+68.49=76.2 А

I1pξ(s=1.0)

76.2

А

8.42

Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) I1ξ(s=1.0)=(I1aξ(s=1.0)2+I1pξ(s=1.0)2)Ѕ I1ξ(s=1.0)=(26.922+76.22)½=80.82 А

I1ξ(s=1.0)

80.82

А

8.43

Фазный ток статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) I1п=I1ξ(s=1.0) I1п=80.82 А

I1п

80.82

А

8.44

Полный ток паза статора Iпаз=I1пЧuп/a Iпаз=80.82Ч17/1=1373.94 А

Iпаз

1373.94

А

8.45

Прогнозируемое значение коэффициента насыщения kнас(1)=ѓ(Iпаз)

kнас(1)

1.58


 

Параметры расчетов :

·              hc(2)=19.7 мм - Полная высота паза ротора

·              b1(2)=8.8 мм - Диаметр закругления верхней части ротора

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              h1(2)=12.4 мм - Расстояние между центрами верхней и нижней окружностей паза ротора

·              qc(2)=134.141 ммІ - Площадь поперечного сечения стержня ротора

·              rс=0.00005641 Ом - Сопротивление стержня

·              r2=0.00007615 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки ротора

·              r'2=0.336852 Ом - Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора

·              Iп.пред*=7 - Прогнозируемая кратность начального пускового тока

·              I2н=437.969 А - Номинальный фазный ток ротора

·              λ'п2=0.908 - Постоянная составляющая коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния ротора

·              hш(2)=0.75 мм - Глубина прорези паза ротора

·              bш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

·              h'ш(2)=0 мм - Высота перемычки над пазом ротора

·              λл(2)=0.334 - Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора

·              λд(2)=2.787 - Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора

·              λп(2)=1.408 - Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора

·              x'2=1.225 Ом - Приведенное к статору индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора

·              C1a=1.0335 - Активная составляющая комплексного коэффициента C1

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              C1p=0.0195 - Реактивная составляющая комплексного коэффициента C1

·              x1=0.899 Ом - Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

·              b'=0.04 - Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения

·              a'=1.068 - Постоянный коэффициент основного контура Г-образной схемы замещения

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              I0a=0.494 А - Активная составляющая тока холостого хода

·              I0p=7.706 А - Реактивная составляющая тока холостого хода

·              uп=17 - Рациональное число эффективных проводников в пазу статора

·              a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора

 

            Расчет пусковых характеристик с учетом эффектов вытеснения тока и насыщения для скольжения S=Sкрпред

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

8.46

Фазный ток статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0) I1п=I1ξ(s=1.0) I1п=80.82 А

I1п

80.82

А

8.47

Полный ток паза статора Iпаз=I1пЧuп/a Iпаз=80.82Ч17/1=1373.94 А

Iпаз

1373.94

А

8.48

Прогнозируемое значение коэффициента насыщения kнас(1)=ѓ(Iпаз)

kнас(1)

1.58


8.49

Предварительное значение коэффициента насыщения (для Sкр.пр) kнас.пред(Sкр.пр)=kнас(1)ЧI1ξ(Sкр.пр)/I1п kнас.пред(Sкр.пр)=1.58Ч60.17/80.82=1.176

kнас.пред(Sкр.пр)

1.176


8.50

Коэффициент насыщения (для Sкр.пр) kнас(Sкр.пр)=ѓ(kнас.пред(Sкр.пр)) Если передварительное значение больше 1, то оно принимается за значение коэффициента, в противном случае коэффициент считается равным 1.

kнас(Sкр.пр)

1.176


8.51

Прогнозируемое значение фазного тока при пуске с учетом вытеснения тока и насыщения (для Sкр.пр) I1нас.пр(Sкр.пр)=kнас(Sкр.пр)ЧI1ξ(Sкр.пр) I1нас.пр(Sкр.пр)=1.176Ч60.17=70.8 А

I1нас.пр(Sкр.пр)

70.8

А

8.52

Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу статора (для Sкр.пр) Fп.ср.(Sкр.пр)=0.7ЧI1нас.пр(Sкр.пр)Чuп/aЧ(k'β+kу1Чkоб1ЧZ1/Z2) Fп.ср.(Sкр.пр)=0.7Ч70.8Ч17/1Ч(1+1Ч0.9598Ч36/26)=1962.2 А

Fп.ср.(Sкр.пр)

1962.2

А

8.53

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре (для Sкр.пр) BΦδ(Sкр.пр)=Fп.ср.(Sкр.пр)Ч10-3/(1.6ЧδЧCN) BΦδ(Sкр.пр)=1962.2Ч10-3/(1.6Ч0.45Ч0.938)=2.905 Тл

BΦδ(Sкр.пр)

2.905

Тл

 

Параметры расчетов :

·              I1ξ(s=1.0)=80.82 А - Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для S=1.0)

·              uп=17 - Рациональное число эффективных проводников в пазу статора

·              a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора

·              I1ξ(Sкр.пр)=60.17 А - Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения при учете эффекта вытеснения тока (для Sкр.пр)

·              k'β=1 - Вспомогательный коэффициент расчета магнитной проводимости пазового рассеяния паза статора

·              kу1=1 - Коэффициент укорочения шага обмотки

·              kоб1=0.9598 - Обмоточный коэффициент

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              Z2=26 - Число пазов ротора

·              δ=0.45 мм - Величина воздушного зазора

·              CN=0.938 - Коэффициент размерных соотношений зубцовых зон статора и ротора

·              t1=0.01335 м - Значение зубцового деления статора

·              bш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора

·              hш(1)=0.5 мм - Высота шлица статора

·              hк(1)=2.2 мм - Высота клиновой части паза статора

·              λп(1)=1.119 - Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора

·              λд(1)=2.288 - Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора

·              x1=0.899 Ом - Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

·              λл(1)=0.825 - Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки статора

·              t2=18.38 мм - Зубцовое деление ротора

·              bш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

·              hш(2)=0.75 мм - Глубина прорези паза ротора

·              λп2ξ(Sкр.пр)=1.396 - Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутого ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока (для Sкр.пр)

·              λд(2)=2.787 - Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора

·              x'2=1.225 Ом - Приведенное к статору индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора

·              λл(2)=0.334 - Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора

·              λп(2)=1.408 - Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора

·              r12=1.243 Ом - Активное сопротивление, характеризующее магнитные потери в схеме замещения

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              x12п=38 Ом - Пусковое сопротивление взаимоиндукции для скольжений S≥(0.1ч0.15)

Параметры расчетов :

·              C1ап(Sкр.пр)=1.018 - Активная составляющая комплексного коэффициента C1п (для Sкр.пр)

·              r12=1.243 Ом - Активное сопротивление, характеризующее магнитные потери в схеме замещения

·              C1рп(Sкр.пр)=0.015 - Реактивная составляющая комплексного коэффициента C1п (для Sкр.пр)

·              x12п=38 Ом - Пусковое сопротивление взаимоиндукции для скольжений S≥(0.1ч0.15)

·              U1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              x1нас(Sкр.пр)=0.674 Ом - Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения (для Sкр.пр)

·              x'2ξнас(Sкр.пр)=0.887 Ом - Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом насыщения (для Sкр.пр)

·              r'2ξ(Sкр.пр)=0.337 Ом - Приведенное к статору сотпротивление фазы ротора (для Sкр.пр)

·              S(Sкр.пр)=0.1554 - Величина скольжения (для Sкр.пр)

·              I1нас.пр(Sкр.пр)=70.8 А - Прогнозируемое значение фазного тока при пуске с учетом вытеснения тока и насыщения (для Sкр.пр)

·              I1 ном=21.783 А - Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения для номинального скольжения

·              p=2 - Число пар полюсов

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              f1=50 Гц - Частота сети

·              C1п(Sкр.пр)=1.018 - Модуль комплексного коэффициента C1п (для Sкр.пр)

·              Mэм.н=73.422 НЧм - Номинальный электромагнитный момент

·              n1=1500 об/мин - Скорость вращения магнитного поля в пространстве

 

Расчет точного значения критического скольжения

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

8.99

Модуль комплексного коэффициента C для критического скольжения C1кр=C1п(Sкр.пр) C1кр=1.018

C1кр

1.018


8.100

Приведенное к статору сотпротивление фазы ротора для критического скольжения r'2кр=r'2ξ(Sкр.пр) r'2кр=0.337

r'2кр

0.337


8.101

Индуктивное сопротивление обмотки статора для критического скольжения x1кр=x1нас(Sкр.пр) x1кр=0.674

x1кр

0.674


8.102

Индуктивное сопротивление обмотки ротора для критического скольжения x'2кр=x'2ξнас(Sкр.пр) x'2кр=0.887

x'2кр

0.887


8.103

Точное значение критического скольжения Sкр=(C1крЧr'2кр)/[r12+(x1кр+C1крЧx'2кр)2]Ѕ Sкр=(1.018Ч0.337)/[0.57782+(0.674+1.018Ч0.887)2]Ѕ=0.204

Sкр

0.204


8.104

Значение критического скольжения с коэффициентом 0.6 ΔS1кр=0.6ЧSкр ΔS1кр=0.6Ч0.204=0.122

ΔS1кр

0.122


8.105

Значение критического скольжения с коэффициентом 0.4 ΔS2кр=0.4ЧSкр ΔS2кр=0.4Ч0.204=0.082

ΔS2кр

0.082


 

Параметры расчетов :

·              C1п(Sкр.пр)=1.018 - Модуль комплексного коэффициента C1п (для Sкр.пр)

·              r'2ξ(Sкр.пр)=0.337 Ом - Приведенное к статору сотпротивление фазы ротора (для Sкр.пр)

·              x1нас(Sкр.пр)=0.674 Ом - Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения (для Sкр.пр)

·              x'2ξнас(Sкр.пр)=0.887 Ом - Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом насыщения (для Sкр.пр)

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

 

Сводная таблица результатов расчета пусковых характеристик для различных значений скольжения

S

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

Sкр

Sкрпред

0.6Sкр

0.4Sкр

S(Sкр),

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0.204

0.1554

0.1224

0.0816

ξ(Sкр),

1.253

1.121

0.971

0.793

0.56

0.566

0.494

0.438

0.358

φ(Sкр),

0.2

0.15

0.079

0.035

0.009

0.009

0.005

0.003

0.001

hr(Sкр), мм

16.417

17.13

18.258

19.034

19.524

19.524

19.602

19.641

19.68

φкр(Sкр),

0.15

0.09

0.079

0.035

0.009

0.009

0.005

0.003

0.001

br(Sкр), мм

5.9

0

0

0

0

0

0

0

0

qr(Sкр), ммІ

118.7

134.1

134.1

134.1

134.1

134.1

134.1

134.1

134.1

kr пред(Sкр),

1.13008

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

kr(Sкр),

1.13008

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

1.00031

KR(Sкр),

1.096

1

1

1

1

1

1

1

1

r'2ξ(Sкр), Ом

0.369

0.337

0.337

0.337

0.337

0.337

0.337

0.337

0.337

φ'(Sкр),

0.925

0.945

0.959

0.974

0.985

0.985

0.987

0.989

0.992

kд(Sкр),

1.253

1.121

0.971

0.793

0.56

0.566

0.494

0.438

0.358

I2(Sкр), А

2916.3

2880

2820.7

2705.5

2387.6

2399.4

2222.3

2037.7

1661.2

λп2ξ(Sкр),

1.34

1.358

1.371

1.384

1.394

1.394

1.396

1.398

1.401

Kx(Sкр),

1.447

1.445

1.443

1.441

1.44

1.44

1.439

1.439

1.439

x'2ξ(Sкр),

1.773

1.77

1.768

1.765

1.764

1.764

1.763

1.763

1.763

aξ(Sкр),

0.686

0.685

0.685

0.685

0.685

0.685

0.685

0.685

0.685

bξ(Sкр),

2.811

2.808

2.806

2.803

2.802

2.802

2.801

2.801

2.801

RSξ(Sкр), Ом

1.08

1.135

1.285

1.585

2.485

2.449

3.001

3.625

5.096

Xпред Sξ(Sкр), Ом

2.796

2.791

2.784

2.769

2.735

2.736

2.714

2.691

2.636

XSξ(Sкр), Ом

2.796

2.791

2.784

2.769

2.735

2.736

2.714

2.691

2.636

ZSξ(Sкр), Ом

2.997

3.013

3.066

3.191

3.695

3.672

4.046

4.515

5.737

cosφ'2ξ(Sкр),

0.36

0.377

0.419

0.497

0.673

0.667

0.742

0.803

0.888

sinφ'2ξ(Sкр),

0.933

0.926

0.908

0.868

0.74

0.745

0.671

0.596

0.459

I''2ξ(Sкр), А

73.41

73.02

71.75

68.94

59.54

59.91

54.37

48.73

38.35

I''2aξ(Sкр), А

26.43

27.53

30.06

34.26

39.96

40.34

39.13

34.05

I''2pξ(Sкр), А

68.49

67.62

65.15

59.84

44.06

44.63

36.48

29.04

17.6

I1aξ(Sкр), А

26.92

28.02

30.55

34.75

40.56

40.45

40.83

39.62

34.54

I1pξ(Sкр), А

76.2

75.33

72.86

67.55

51.77

52.34

44.19

36.75

25.31

I1ξ(Sкр), А

80.82

80.37

79.01

75.96

65.77

66.15

60.17

54.04

42.82

kнас(Sкр),

1.58

1.571

1.545

1.485

1.286

1.293

1.176

1.056

1

I1нас.пр(Sкр), А

127.7

126.3

122.1

112.8

84.6

85.5

70.8

57.1

42.8

Fп.ср.(Sкр), А

3539.1

3500.3

3383.9

3126.2

2344.7

2369.6

1962.2

1582.5

1186.2

BΦδ(Sкр), Тл

5.24

5.183

5.011

4.629

3.472

3.509

2.905

2.343

1.756

χδ(Sкр),

0.487

0.49

0.502

0.536

0.658

0.654

0.731

0.819

0.895

Cэ1(Sкр), мм

19.2

19.3

19.8

21.2

28.8

28.5

36.6

54.4

93.8

Δλп1нас,

0.398

0.399

0.401

0.407

0.429

0.428

0.444

0.463

0.481

λп1нас(Sкр),

0.721

0.72

0.718

0.712

0.69

0.691

0.675

0.656

0.638

λд1нас(Sкр),

1.114

1.121

1.149

1.226

1.506

1.496

1.673

1.874

2.048

x1нас(Sкр), Ом

0.565

0.566

0.572

0.587

0.642

0.64

0.674

0.713

0.746

x1нас*(Sкр), Ом

0.629

0.63

0.636

0.653

0.714

0.712

0.75

0.793

0.83

Cэ2(Sкр), мм

32.9

33.1

33.9

36.4

49.4

48.8

62.8

93.3

160.8

Δλп2нас(Sкр),

0.478

0.478

0.479

0.48

0.485

0.485

0.488

0.492

0.495

λп2ξнас(Sкр),

0.862

0.88

0.892

0.904

0.909

0.909

0.908

0.906

0.906

λд2нас(Sкр),

1.357

1.366

1.399

1.494

1.834

1.823

2.037

2.283

2.494

x'2ξнас(Sкр), Ом

0.691

0.698

0.71

0.739

0.832

0.829

0.887

0.953

1.01

x'2ξнас*(Sкр), Ом

0.564

0.57

0.58

0.603

0.679

0.677

0.724

0.778

0.824

C1ап(Sкр),

1.015

1.015

1.016

1.016

1.017

1.017

1.018

1.019

1.02

C1рп(Sкр),

0.015

0.015

0.015

0.015

0.015

0.015

0.015

0.015

0.015

C1п(Sкр),

1.015

1.015

1.016

1.016

1.017

1.017

1.018

1.019

1.02

Rmп(Sкр), Ом

1.832

1.832

1.833

1.833

1.834

1.834

1.835

1.837

1.838

Xmп(Sкр), Ом

38.551

38.551

38.589

38.589

38.627

38.627

38.665

38.703

38.741

Zmп(Sкр), Ом

38.595

38.595

38.633

38.633

38.671

38.671

38.709

38.747

38.785

I0(Sкр), А

5.7

5.7

5.695

5.695

5.689

5.689

5.683

5.678

5.672

cosφ0п(Sкр),

0.047

0.047

0.047

0.047

0.047

0.047

0.047

0.047

0.047

sinφ0п(Sкр),

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

I0ап(Sкр), А

0.268

0.268

0.268

0.268

0.267

0.267

0.267

0.267

0.267

I0рп(Sкр), А

5.694

5.694

5.689

5.689

5.683

5.683

5.677

5.672

5.666

a'п(Sкр),

1.03

1.03

1.032

1.032

1.034

1.034

1.036

1.038

1.04

b'п(Sкр),

0.03

0.03

0.03

0.03

0.031

0.031

0.031

0.031

0.031

aнас(Sкр),

0.616

0.616

0.617

0.618

0.623

0.626

0.629

0.632

bнас(Sкр),

1.277

1.285

1.305

1.35

1.505

1.499

1.596

1.707

1.803

RSнас(Sкр), Ом

0.996

1.05

1.197

1.487

2.365

2.331

2.873

3.487

4.927

Xпред Sнас(Sкр), Ом

1.266

1.272

1.288

1.325

1.453

1.448

1.529

1.622

1.675

XSнас(Sкр), Ом

1.266

1.272

1.288

1.325

1.453

1.448

1.529

1.622

1.675

ZSнас(Sкр), Ом

1.611

1.649

1.758

1.992

2.776

2.744

3.255

3.846

5.204

cosφ'2нас(Sкр),

0.618

0.637

0.681

0.746

0.852

0.849

0.883

0.907

0.947

sinφ'2нас(Sкр),

0.786

0.771

0.733

0.665

0.523

0.528

0.47

0.422

0.322

I''2нас(Sкр), А

136.56

133.41

125.14

110.44

79.25

80.17

67.59

57.2

42.28

I''2aнас(Sкр), А

84.39

84.98

85.22

82.39

67.52

68.06

59.68

51.88

40.04

I''2рнас(Sкр), А

107.34

102.86

91.73

73.44

41.45

42.33

31.77

24.14

13.61

I1анас(Sкр), А

84.66

85.25

85.49

82.66

67.79

68.33

59.95

52.15

40.31

I1рнас(Sкр), А

113.03

108.55

97.42

79.13

47.13

48.01

37.45

29.81

19.28

I1нас(Sкр), А

141.2

138

129.6

114.4

82.6

83.5

70.7

60.1

44.7

ΔI1нас(Sкр), %

9.561

8.478

5.787

1.399

-2.421

-2.395

-0.141

4.992

4.251

I1п*(Sкр),

6.482

6.335

5.95

5.252

3.792

3.833

3.246

2.759

2.052

Mэм.п(Sкр), НЧм

135.396

147.52

173.404

202.587

209.046

209.733

196.083

178.645

146.694

Mп.*(Sкр),

1.844

2.009

2.362

2.759

2.847

2.857

2.671

2.433

1.998

n2(Sкр), об/мин

0

300

600

900

1200

1194

1266.9

1316.4

1377.6


Рис. 4 Влияние эффектов вытеснения тока и насыщения на сопротивления фаз статора и ротора асинхронного двигателя

Рис. 5 Пусковые характеристики спроектированного двигателя

Рис. 6 Механическая характеристика асинхронного двигателя

Сравнение рассчитанного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и аналогичного серийного асинхронного двигателя

Наименование параметров

Серийный двигатель типа 4А132М4У3

Рассчитанный двигатель

Р2Н, кВт

11

11

h, мм

132

132

Bd, Тл

0.89

0.8298

A, А/м

26400

27940

J, А/мм2

6.1

7.13

η%

87.5

87.4

cosj %

0.87

0.873

mП=МП/М2Н

2.2

2.166

mk=Mmax/M2H

3

2.67

iП=I1П/I1H

7.5

7

SHOM%

2.8

3.3

Skp%

19.5

20.4

Da/Di1, мм/мм

225/145

255/153

l1(ld), мм

160

155

d, мм

0.35

0.45

Z1/Z2

36/34

36/26

Паз статора

b1/b2, мм/мм

6.1/9.2

7.8/10.1

h, мм

17.8

15.7

r1(20°C), Ом

0.346

0.5778

Паз ротора

b1/b2, мм/мм

6.0/2.2

8.8/5.8

h,мм

24.7

14.72


Из сравнения видно, что ряд параметров спроектированного и однотипного двигателей различаются, что объясняется разностью в геометрических параметрах, однако в ходе расчета все проверки подтвердили правильность вычислений и принятых решений.

Тепловой и вентиляционный расчет

 

Расчет электрических потерь

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

9.1

Электрические потери в обмотке статора при номинальном скольжении и температуре 115°С Δpэ1=m1Чr1ЧI1 ном2 Δpэ1=3Ч0.5778Ч21.7832=822.497 Вт

Δpэ1

822.497

Вт

9.2

Электрические потери пазовой части обмотки статора при предельной температуре 140°С Δp'эп1=kpЧΔpэ1Ч(2Чlδ)/Lср Δp'эп1=1.07Ч822.497Ч(2Ч0.155)/0.7146=381.783 Вт

Δp'эп1

381.783

Вт

9.3

Электрические потери в лобовых частях обмотки статора при предельной температуре 140°С Δp'эл1=kpЧΔpэ1Ч(2ЧLл)/Lср Δp'эл1=1.07Ч822.497Ч(2Ч0.2023)/0.7146=498.289 Вт

Δp'эл1

498.289

Вт

 

Параметры расчетов :

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              r1=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре

·              I1 ном=21.783 А - Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения для номинального скольжения

·              kp=1.07 - Температурный коэффициент увеличения потерь

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              Lср=0.7146 м - Средня длина витка катушки

·              Lл=0.2023 м - Длина лобовых частей обмотки

 

Расчет превышения температуры внутренней поверхности сердечника над температурой воздуха внутри двигателя

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

9.4

Коэффициент передачи потерь через станину в окружающую среду K=ѓ(IP,2p) Определяется по таблице 9.1 стр.171 [1].

K

0.2


9.5

Коэффициент теплоотдачи с поверхности α1=ƒ(IP,2p,h,Dа) Определяется по рис.9.1 стр.171 [1].

α1

104

Вт/мІ°C

9.6

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины ΔVпов.1=KЧ(Δp'эп1+Δpст.осн.)/(πЧDЧlδЧα1) ΔVпов.1=0.2Ч(381.783+223.3)/(πЧ0.153Ч0.155Ч104)=15.6 °C

ΔVпов.1

15.6

°C

 

Параметры расчетов :

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              2p=4 - Число полюсов

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              Δp'эп1=381.783 Вт - Электрические потери пазовой части обмотки статора при предельной температуре 140°С

·              Δpст.осн.=223.3 Вт - Основные потери в стали

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

 

Расчет среднего превышения температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

9.7

Коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки λ'экв=ѓ(d/dиз) Определяется по рис.9.3 стр.173 [1].

λ'экв

1.43

Вт/м°C

9.8

Расчетный периметр поперечного сечения паза статора Пп1=2Чhп.к.(1)+b1(1)+b2(1) Пп1=2Ч13+7.8+10.1=43.9 мм

Пп1

43.9

мм

9.9

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора ΔVиз.п(1)=Δp'эп1/(Z1ЧlδЧПп1Ч10-3)Ч[bиз/λэкв+(b1(1)+b2(2))/(16Чλ'экв)]Ч10-3 ΔVиз.п(1)=381.783/(36Ч0.155Ч43.9Ч10-3)Ч[0.25/0.16+(7.8+5.8)/(16Ч1.43)]Ч10-3=3.4 °C

ΔVиз.п(1)

3.4

°C

9.10

Перепад температуры по толщине изоляции ллобовых частей обмотки статора ΔVиз.л(1)=Δp'эл1/(2ЧZ1ЧLлЧПп1)Ч[0.5Ч(dиз-d)/λэкв+hп.к.(1)/(12Чλ'экв)] ΔVиз.л(1)=498.289/(2Ч36Ч0.2023Ч43.9)Ч[0.5Ч(1.485-1.4)/0.16+13/(12Ч1.43)]=0.8 °C

ΔVиз.л(1)

0.8

°C

9.11

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки статора над температерой воздуха внутри машины ΔVпов.л.1=(KЧΔp'эл1)/(2ЧπЧDЧLвылЧα1) ΔVпов.л.1=(0.2Ч498.289)/(2ЧπЧ0.153Ч0.068Ч104)=14.7 °C

ΔVпов.л.1

14.7

°C

9.12

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины ΔV'1=[(ΔVпов.1+ΔVиз.п(1))Ч2Чlδ+(ΔVиз.л(1)+ΔVпов.л.1)Ч2ЧLл]/Lср ΔV'1=[(15.6+3.4)Ч2Ч0.155+(0.8+14.7)Ч2Ч0.2023]/0.7146=17 °C

ΔV'1

17

°C

 

Параметры расчетов :

·              d/dиз=0.943 - Отношение диаметров провода обмотки

·              hп.к.(1)=13 мм - Высота паза статора под укладку проводов

·              b2(1)=10.1 мм - Ширина паза статора в штампе

·              Δp'эп1=381.783 Вт - Электрические потери пазовой части обмотки статора при предельной температуре 140°С

·              Z1=36 - Число пазов статора

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              bиз=0.25 мм - Односторонняя толщина корпусной изоляции класса нагревостойкости F или H

·              λэкв=0.16 Вт/м°C - Средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции

·              b2(2)=5.8 мм - Диаметр закругления нижней части паза ротора

·              Δp'эл1=498.289 Вт - Электрические потери в лобовых частях обмотки статора при предельной температуре 140°С

·              Lл=0.2023 м - Длина лобовых частей обмотки

·              dиз=1.485 мм - Диаметр стандартного изолированного провода

·              d=1.4 мм - Номинальный диаметр неизолированного провода

·              K=0.2 - Коэффициент передачи потерь через станину в окружающую среду

·              D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

·              Lвыл=0.068 м - Вылет лобовых частей обмотки

·              α1=104 Вт/мІ°C - Коэффициент теплоотдачи с поверхности

·              ΔVпов.1=15.6 °C - Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины

·              Lср=0.7146 м - Средня длина витка катушки

 

Расчет среднего превышения температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

9.13

Коэффициент подогрева воздуха αв=ѓ(2p,IP,h,Dа) Определяется по рис.9.4 стр.175 [1].

αв

24.6

Вт/(мІ°C)

9.14

Периметр поперечного сечения ребер корпуса асинхронного двигателя Пр=ѓ(IP,h) Определяется по рис.9.6 стр.176 [1].

Пр

0.2571

мм

9.15

Электрические потери в номинальном режиме и расчетной температуре 115°C Δpэ2=m1Чr'2Ч(I'2 ном)2 Δpэ2=3Ч0.336852Ч(19.386)2=379.784 Вт

Δpэ2

379.784

Вт

9.16

Сумма потерь в двигателе в номинальном режиме при расчетной температуре 115°C ΣΔp=(P1 ном-P2 ном)Ч103 ΣΔp=(12.555-10.97)Ч103=1585 Вт

ΣΔp

1585

Вт

9.17

Сумма потерь в двигателе в номинальном режиме и расчетной температуре 140°С ΣΔp'=ΣΔp+(kp-1)Ч(Δpэ1+Δpэ2) ΣΔp'=1585+(1.07-1)Ч(822.497+379.784)=1669.16 Вт

ΣΔp'

1669.16

Вт

9.18

Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса двигателя Sкор=(πЧDа+8ЧПр)Ч(lδ+2ЧLвыл) Sкор=(πЧ0.225+8Ч0.2571)Ч(0.155+2Ч0.068)=0.8042 мІ

Sкор

0.8042

мІ

9.19

Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя ΣΔp'в=ΣΔp'-(1-K)Ч(Δp'эп1+Δpст.осн.)-0.9ЧΔpмех ΣΔp'в=1669.16-(1-0.2)Ч(381.783+223.3)-0.9Ч58.126=1132.78 Вт

ΣΔp'в

1132.78

Вт

9.20

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды ΔVв=ΣΔp'в/(SкорЧαв) ΔVв=1132.78/(0.8042Ч24.6)=57.3 °С

ΔVв

57.3

°С

9.21

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды ΔV1=ΔV'1+ΔVв ΔV1=17+57.3=74.3 °С Величина превышения температуры обмотки должна быть на 10-20% меньше, чем максимально допустимое превышение температуры принятого класса нагревостойкости изоляции (100°C для класса F).

ΔV1

74.3

°С

9.22

Разница превышения температуры обмотки и максимально допустимой температуры изоляции ΔV=100-ΔV1 ΔV=100-74.3=25.7 °С

ΔV

25.7

°С

9.23

Процент запаса по превышению температуры обмотки ΔV%=ΔV/ΔV1Ч100 ΔV%=25.7/74.3Ч100=34.6 %

ΔV%

34.6

%

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              IP=IP44 - Степень защиты

·              h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              m1=3 - Число фаз обмотки статора

·              r'2=0.336852 Ом - Приведенное к статору активное сопротивление фазы ротора

·              I'2 ном=19.386 А - Приведенное к статору значение фазного тока ротора в Т-образной схеме замещения для номинального скольжения

·              P1 ном=12.555 кВт - Активная мощность на входе асинхронного двигателя для номинального скольжения

·              P2 ном=10.97 кВт - Суммарные потери в асинхронном двигателе для номинального скольжения

·              kp=1.07 - Температурный коэффициент увеличения потерь

·              Δpэ1=822.497 Вт - Электрические потери в обмотке статора при номинальном скольжении и температуре 115°С

·              lδ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора

·              Lвыл=0.068 м - Вылет лобовых частей обмотки

·              K=0.2 - Коэффициент передачи потерь через станину в окружающую среду

·              Δp'эп1=381.783 Вт - Электрические потери пазовой части обмотки статора при предельной температуре 140°С

·              Δpст.осн.=223.3 Вт - Основные потери в стали

·              Δpмех=58.126 Вт - Механические и вентиляционные потери

·              ΔV'1=17 °C - Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины

 

Вентиляцонный расчет

№ п/п

Наименование расчетных величин, формулы и пояснения

Обозна- чение

Вели- чина

Размер- ность

9.24

Вентиляционный коэффициент для двигателей со степенью защиты IP44 m'=ѓ(2p)

m'

1.8


9.25

Коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса Km=m'Ч(nЧDа/100)Ѕ Km=1.8Ч(1500Ч0.225/100)Ѕ=3.307

Km

3.307


9.26

Требуемый для охлаждения двигателя расход воздуха Qв.44=KmЧΣΔp'в/(1100ЧΔVв) Qв.44=3.307Ч1132.78/(1100Ч57.3)=0.059 мі/с

Qв.44

0.059

мі/с

9.27

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором двигателя Q'в.44=0.6ЧDа3Чn/100 Q'в.44=0.6Ч0.2253Ч1500/100=0.103 мі/с

Q'в.44

0.103

мі/с

9.28

Разность объемов требуемого и получаемого воздуха ΔQ44=Q'в.44-Qв.44 ΔQ44=0.103-0.059=0.044 мі/с

ΔQ44

0.044

мі/с

 

Параметры расчетов :

·              2p=4 - Число полюсов

·              n=1500 об/мин - Скорость вращения ротора в режиме ХХ

·              Dа=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора

·              ΣΔp'в=1132.78 Вт - Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя

·              ΔVв=57.3 °С - Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды

Схема-таблица укладки в пазы катушек однослойной концентрической обмотки

 

            Расчет однослойной обмотки

Полюсное деление в пазах

τП=Z1/2p=36/4=9 паз.

Число пазов на полюс и фазу (число катушек в одной катушечной группе)

q=Z1/(2p*m)=36/(4*3)=3

Количество катушек, из которых собирается трехфазная двухслойная обмотка

К=0.5*Z1=0.5*36=18 кат.

Количество катушек в фазе

КФ=К/m1=18/3=6 кат.

Количество катушечных групп в фазе

КГФ=КФ/q=6/3=2

Наружный шаг обмотки

yнар=4q-1=4*3-1=11

Внутренний шаг обмотки

yвн=2q+1=2*3+1=7

Смещение катушечных групп фазы относительно друг друга

СГР= 2τП =2*9=18 паз.

Смещение начал фаз относительно друг друга

СФ=2/3*τП =2/3*9=6 паз.


Рис. 7 Условная схема фазы А однослойной концентрической обмотки Z1=36, 2p=4, m1=3, a=1

Рис. 8 Полная схема обмотки двигателя

 

Обоснование и описание конструкции рассчитанного двигателя


Станина представляет собой остов электрической машины, в котором расположен сердечник статора с обмоткой. Станина воспринимает механическую нагрузку от сердечника статора с обмоткой и от ротора (через подшипниковые щиты), кроме того, станина учитывает в процессе теплоотдачи от сердечника статора к окружающей среде. Для размещения вводного устройства на станине имеются специальные основания, выполненные в процессе отливки или же приваренные, а в самой станине имеются окна, через которые проходят выводные концы обмотки. На торцах станины делают заточки для посадки и центрирования подшипниковых щитов. При h≤250 мм посадочная поверхность заточки обычно внешняя. При массе двигателя 30 кг и более предусматривают один или два рым-болта, облегчающие подъем двигателей при их транспортировке и монтаже. Сердечник статора имеет шихтованную конструкцию, т.е.из предварительно отштампованных и изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Для предотвращения «распущения» сердечника крайние листы штампуют из стали толщиной 1 мм. Листы сердечников статоров двигателей с высотой оси вращения h≤250 мм набирают на отправку по внутреннему диаметру. При сборке листов их ориентируют по шихтованному знаку (полукруглой лунке). Набранный пакет сердечника спрессовывают и без снятия давления пресса скрепляют специальными скобами, располагаемыми по наружной поверхности сердечника в канавках, имеющих форму ласточкина хвоста. Концы скоб загибают, и сердечник оказывается надежно закрепленным. Сердечники роторов асинхронных двигателей шихтуют из листов отштампованных из высечки листов статором. Листы короткозамкнутых роторов набирают на отправку по внутренней вырубке листов. Набранный на отправку и отпрессованный пакет ротора поступает на заливку алюминием. Затем пакеты снимают с оправки и напрессовывают на вал (без шпонки). Сердечники роторов протачивают до необходимого размера по наружному диаметру. Для передачи механических усилии от вала к станине служат подшипниковые щиты. Материалом для изготовления щитов в асинхронных двигателях является алюминии или чугун. Размеры свободного конца вала выбраны в соответствии с ГОСТ 18709-73 и ГОСТ 20839-75 по наибольшему моменту вращения.

Список литературы


[1] «Проектирование трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором. Учебное пособие» В.Н. Полузадов, А.В. Дружинин. Екатеринбург, 2005

[2]     «Асинхронные двигатели серии 4А:Справочник» А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, и др. Москва «Энергоиздат», 1982 год

[3]     «Государственный стандарт СССР «Единая система конструкторской документации» » Издательство стандартов, Москва

Похожие работы на - Проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 

Не нашли материал для своей работы?
Поможем написать уникальную работу
Без плагиата!