Курсовая работа: Расчет асинхронного двигателя серии 4А

где n_эл - число элементарных проводников составляющих эффективный, n_эл =2.

Сечение эффективного проводника

где q_эп - площадь поперечного сечения неизолированного провода, мм².

Обмотка статора выполняется из прямоугольного обмоточного провода и укладывается в прямоугольные пазы.

Тогда сечение эффективного проводника q_эф определим по формуле:

Окончательно плотность тока в обмотке статора рассчитывается по формуле (6.27) [1]:

Контроль правильности: плотность тока в обмотке статора отличается от заданной менее 10%.

Обмотка из прямоугольного провода укладывается в пазы с параллельными стенками. Зубцы в таких пазах имеют трапецеидальное сечение, и индукция в них неравномерна. Выбираем прямоугольный полуоткрытый паз статора. Принимаем предварительно по таблице 6-10 [1] допустимую индукцию в ярме статора В_а=1,2 Тл и индукцию в наиболее узком сечении зубца статора В_z1max=1,8Тл.

Тогда минимальная ширина зубца b_z1min , мм, можно определить по формуле (6.39) [1]

где - длина пакета статора, мм, равная длине воздушного зазора l, мм;

- коэффициент заполнения сталью пакета статора, выбираемый по таблице 6.11 [1], =0,95 лакировка.

Высота ярма статора h_a, мм, определяется по формуле (6-28) [1]

3.2 Расчет паза статора

Размеры паза вначале определяем без учета размеров и числа проводников обмотки статора, исходя только из допустимых значений индукции. Потом, определившись с размерами проводов, уточним значения размеров паза.

Ширина паза b_п, мм, по определяется формуле (6.32) [1]

Ширина проводника b_эл, мм, должна быть меньше ширины паза на толщину всей изоляции с учетом допусков и определяется по формуле (6.35) [1]

где b_из - толщина изоляции с учетом допусков, а также припусков на сборку сердечников, мм.

Толщина изоляции с учетом допусков, а также припусков на сборку сердечников b_из , мм, определяется по формуле (6.34) [1]

где b_из - толщина изоляции с учетом допусков, определяется по таблице 3-7 [1]

b_из=2,2 мм;

b_п - припуск на сборку сердечников, мм; b_п =0,3 мм.

Тогда по формуле (3.19)

Окончательная ширина проводника b=5 (мм), высота проводника а=1,7 (мм), по рекомендации из [1] выбирается прямоугольный провод марки ПЭТП-155 (класс F).

Толщина изоляции обмоточных прямоугольных проводов при меньшей стороне сечения а=1,7 (мм), выбирается из таблицы П-30 [1]. Она равна 0,12 (мм). Тогда ширина изолированного проводника b=5,12 (мм), высота изолированного проводника а=1,82 (мм).

В боковой стенке верхней части полуоткрытых пазов выполняют выемку для крепления пазовых клиньев. Высота выемок под клин, высота шлица h_ш, мм, и высота клиновой части паза h_к, мм, возрастают с увеличением мощности машины и ширины её пазов. Примем h_ш=0,8 мм, h_к=2,5 мм.

Ширина шлица паза b_ш, мм, выбирается из условия обеспечения свободной укладки полукатушек в паз и определяется по формуле

;

С учётом таблицы 3.7 [1] составляется таблица заполнения паза (таблица 1)

Таблица 1 - Таблица заполнения паза статора

Принимаем для выбранного провода следующие размеры паза: высота паза h_п=33,6 мм, тогда изменится значение высоты ярма ha.

Высота паза h_а, мм, определяется по формуле (6.31) [1]

Зубец и паз статора с конструктивными размерами показан на рисунке 1,2.

Рисунок 1 -Зубец статора

1 - клин;

2 - прокладка под клин;

3 - проводниковая изоляция;

4 - прокладка между слоями;

5 - корпусная или пазовая изоляция;

6 - катушечная изоляция;

7 - прокладка на дно паза.

Рисунок 2 - Паз статора

После того как все размеры паза штампа установлены определяют ширину зубцов b_z1max и b_z1min, мм, определяем по формуле (6.37) [1]

3.3 Расчет воздушного зазора статора

Величину воздушного зазора , мм, рассчитаем по формуле (6.54)[1]

Окончательно принимаем величину воздушного зазора =0,9 мм. Округление было произведено к такому числу в результате предварительных расчетов с целью увеличения показателя КПД двигателя.

4 РАСЧЕТ РОТОРА

4.1 Расчет обмотки ротора

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и столько же полюсов, сколько их имеет обмотка статора, т.е. m₂=m₁ и p₂=p₁. Число пазов ротора должно отличатся от числа пазов статора.

Внешний диаметр D₂ , мм, определяется по формуле

Длина пакета стали сердечника ротора , м, определяется по формуле:

Обмотка ротора выполнена стержневой волновой. Число пазов на полюс и фазу ротора q₂, определяется по формуле :

Число пазов ротора Z₂, определяется по формуле 9.16 [1]:

где p₂ - число пар полюсов ротора, p₂=5;

m₂ - число фаз ротора, m₂=3.

Зубцовое деление ротора t₂, м, определяется по формуле (3.18)[1]

Число витков обмотки в фазе ротора щ₂, определяется по формуле (9.55) [1]:

Напряжение на кольцах ротора U_k, В определяется по формуле (9.56) [1]

Обмоточный коэффициент определяется по формуле (3.20)[1]:

где N - числитель неправильной дроби, выражающий число q₂, N = 4.

Коэффициент приведения токов v_i , для фазных роторов определяется по формуле (9.59) [1]:

Ток в стержне ротора I₂, А, по определяется формуле (6.60) [1]

где k_i - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение тока статора к току ротора, его значение по рисунку 6.22 [1].

Сечение эффективных проводников обмотки ротора q_эф2, мм² определяется по формуле (9.60) [1]:

где J₂ - допустимая плотность тока в обмотке ротора. ₂(А/м²).

Предварительно определяем ширину паза ротора b_п2, мм по формуле:

Предварительная ширина стержня в обмотке ротора , мм определяется по формуле:

где b_из2 - толщина изоляции с учетом допусков, мм определяется по таблице 3-11 [1] и принимается равной 0,85 мм.

По таблице П-3.2 [1] выбираем неизолированный провод марки ПЭТВП (класс F) шириной а=4 (мм), высотой b=15 (мм), q_эф2=59,14 (мм²).

Заполнение паза ротора приведено в таблице 2

Таблица 2- Заполнение паза ротора

4.2 Расчет паза ротора

Окончательное значение ширины паза ротора b_п2, мм:

Конструктивные размеры паза находятся из условия постоянства ширины зубца и площади сечения стержня.

Основные геометрические размеры паза: высота шлица h_Ш2=0,8 мм; ширина шлица b_Ш2=1,5 мм, высота клиновой части паза h_k2=2,5 мм, определяется по [1].

Окончательно определяем высоту паза ротора h_п2, мм:

Уточняем допустимую плотность тока в обмотке ротора по формуле (9.60)[1]

Внутренний диаметр сердечника ротора D_j, м при непосредственной посадке на вал равен диаметру вала D_в, м и может быть определен по формуле (9.102)[1]:

где k_е - коэффициент для расчета диаметра вала асинхронных двигателей. По таблице 9-19 [1] для h=355 мм и 2p=8 k_е = 0,23;

Определим минимальную b_Z2min, мм, и максимальную b_Z2max, мм, ширину зубца ротора соответственно по формулам (6.63) и (6.66) [1]

Проверим индукцию в наиболее узком сечении зубца (таблица 6.10 [1])

Значение находится в рекомендуемых пределах (1,85 - 2,1) по таблице 9.12[1].

Рисунок 3 - Зубец и паз ротора

1 - Бандаж; 2 - Прокладка, стеклотекстолит, СТЭФ, толщина 0,5мм;

3 - Изоляция корпусная, синтофолий F, толщина 0,16мм;

4 - Изоляция покровная, стеклоткань, ЛСП-130/155, толщина 0,15мм;

5 - Провод ПЭТП-155 (4,5Ч11,8);

6 - Прокладка, стеклотекстолит, СТЭФ, толщина 0,5мм;

7 - Прокладка, стеклотекстолит, СТЭФ, толщина 0,5мм.

Рисунок 4 - Паз ротора с проводниками и изоляцией

5. РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА

Для расчета магнитного напряжения воздушного зазора найдем коэффициент воздушного зазора или коэффициент «Картера», который отражает неравномерность магнитного напряжения и магнитного сопротивления воздушного зазора. Он определяется по формуле (4.14) [1]

где - параметр, который определяется по формуле (4.15) [1]:

Коэффициент воздушного зазора, определяемый по формуле (4.19) [1]:

Магнитное напряжение воздушного зазора , А, определяется по формуле (6.110) [1]:

Найдем магнитное напряжение зубцовой зоны статора. Значение индукции зубцов статора B_z1ср , Тл, определим по формуле (6.106) [1]:

Минимальное значение индукции в зубцах статора , Тл определим по формуле (6.104) [1]:

Максимальное значение индукции в зубцах статора, Тл, определим по формуле (6.104) [1]:

Для стали 2312 по таблице П-1.10 напряженность поля в наибольшем сечении зубца H_Z1max = 2300 (А/м) для =1,76 (Тл).

Напряженность поля в наименьшем сечении зубца H_Z1min = 879 (А/м) для =1,39 (Тл).

Напряженность поля в среднем сечении зубца H_Z1ср=1370 (А/м) для (Тл).

Расчетная напряженность поля H_Z1, А/м определяется по формуле (9.106) [1]:

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора F_z1 , А, определяется по формуле (6.111) [1]

где h_z1 - расчетная высота зуба статора, мм, h_п1 = 33,6 мм.

Максимальное значение индукции в зубцах ротора , Тл определяется по формуле (9-109) [1]:

где - ширина зубца в нижней части ротора.

Минимальное значение индукции в зубцах ротора , Тл определяется по формуле (9.109) [1]

где - ширина зубца в верхней части ротора.

Найдем магнитное напряжение зубцовой зоны ротора. Среднее значение индукции зубцов ротора B_z2ср , Тл, можно определить по формуле (6.104) [1]

Для стали 2312 по таблице П-1.10 напряженность поля в наибольшем сечении зубца H_Z2max = 7170 (А/м) для =2,01 (Тл).

Напряженность поля в наименьшем сечении зубца H_Z2min = 1150 (А/м) для =1,52 (Тл).

Напряженность поля в среднем сечении зубца H_Z2ср=2300 (А/м) для (Тл).

Расчетная напряженность поля H_Z2, А/м определяется по формуле (9.106) [1]

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора F_z2 , А, определяется по формуле (6.113) [1]

где h_z2 - расчетная высота зуба статора, мм, h_п2 = 37,6 мм.

Коэффициент насыщения зубцовой зоны К_z , можно определить по формуле (6.120) [1]

Полученное значение К_z позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных проектируемой машины. Полученный коэффициент насыщения зубцовой зоны позволяет продолжить дальнейший расчет двигателя, так как он больше 1,2 и меньше 1,5, то есть входит в пределы, рекомендуемые в [1].

Магнитное напряжение ярма статора F_a , А, определяется по формуле (6.121) [1]

где L_a - длина средней магнитной линии ярма статора, мм;

Н_а - напряженность в ярме статора, А/м.

Длина средней магнитной линии ярма статора L_a , мм; определяется по формуле (6.122) [1]

Напряженность в ярме статора Н_а , А/м, определяемая для стали 2312 по таблице П-16 [1], в зависимости от значения индукции в ярме статора В_а , Тл, рассчитываемой по формуле (6.105) [1]

Принимаем Н_а для стали 2312 равным 300(А/м), тогда по формуле (5.2)

Магнитное напряжение ярма ротора F_j , А можно определить по формуле (6.123) [1]

где L_j - длина средней магнитной линии потока ярма ротора, мм;

Н_j - напряженность магнитного поля в ярме ротора, А/м.

Длина средней магнитной линии потока ярма ротора L_j , мм, определяется по формуле (6.124) [1]

где h_j - высота спинки ротора, мм.

Высота спинки ротора h_j , мм, определяемая по формуле (6.125) [1]

Напряженность магнитного поля в ярме ротора Н_j , А/м, определяется по таблице П-16 [1], в зависимости от индукции в ярме ротора В'_j , Тл, рассчитываемой по формуле (6.107) [1], Тл

где h'_j - расчетная высота ярма ротора, мм.

Расчетная высота ярма ротора h'_j , мм, находится по формуле (6.108) [1]