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