в виде:
,
Принимаем: y = y1 = 7.
7.2 Коэффициент укорочения шага:
7.3 Коэффициент распределения обмотки статора:
где
7.4 Принимая скос пазов на роторе с дугой скоса равной bc = t1 рассчитываем коэффициент скоса:
где
7.5 Обмоточный коэффициент:
8. Ток стержня короткозамкнутой обмотки ротора:
где kiц - коэффициент учёта влияния характера тока статора, определяемый как: kiц = 0,2 + 0,8cosцн = 0,2 + 0,8·0,7 = 0,76; (2.39)
ki - коэффициент приведения параметров обмотки ротора к параметрам
обмотки статора по току, равный
где, число пазов сердечника ротора.
9. Приняв плотность обмотки ротора А/мм2 получим площадь паза ротора (поперечное сечение стержня короткозамкнутой обмотки ротора):
мм2
Зубцовое деление ротора:
Зададимся грушевидной формой паза ротора и индукцией в зубце ротора Тл, тогда ширина зубца ротора будет:
мм.
Далее необходимо было бы рассчитывать размеры паза , однако и так ясно, что ввиду неравенства использовать только один паз для постановки постоянного магнита не удастся.
Поэтому рассчитаем высоту ярма сердечника ротора .
Магнитный поток воздушного зазора:
5. Задаёмся индукцией ярма ротора Bс2 = 1,85 Тл и рассчитываем высоту ярма ротора:
6. Высота паза ротора:
7. Средняя ширина паза сердечника ротора:
Итак, принимаем площадь паза ротора .
Примем высоту зубца сердечника ротора , тогда площадь одного зубца сердечника ротора будет:
Суммарная площадь 1-го паза и 1-го зубца сердечника ротора:
Этой площади не хватает для размещения магнита, так как Тогда получается, чтобы получить равенство , надо использовать 2 соседних паза и 2 зубца:
.
Есть второй вариант углубить пазы в ярмо сердечника ротора.
Оценим сумму:
, т.е. надо ещё:
Сложим
Необходимый дополнительный радиальный размер углубления ярма сердечника ротора для размещения постоянного магнита:
Выводы по расчету
Вариант 1:
В сердечнике ротора асинхронного электродвигателя PA80 вырезаются четыре (под прямыми углами) углубления за счет каждого из двух пазов и одного зубца сердечника ротора при одновременном углублении на 5 мм в ярме сердечника ротора и в эти углубления на длине l1 = 50 мм вставляются постоянные магниты.
Потребная осевая длина одного постоянного магнита:
,
что вполне укладывается в активную длину асинхронного электродвигателя PA80 равную l1 = 50 мм.
В таком случае, при сохранении объема , уменьшим площадь сечения до величины , и увеличим длину
Вариант 2
Делается то, что в варианте 1, но без углубления в ярмо сердечника ротора и при этом размеры параллелепипеда получаются: длина (осевая по машине), высота (радиальный по машине) , ширина (тангенциальный по машине)
Разработка конструкции водопогружного электромагнитного движителя
Ввиду отсутствия на рынке в открытом доступе нужного электродвигателя глубоководного погружения для привода перемещения телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА) в работе предложен один из возможных вариантов такого ЭД.
В общем описании он представляет собой синхронный электродвигатель магнитоэлектрического возбуждения с постоянными магнитами и демпферной пусковой обмоткой в сердечнике ротора, но в отличие от общепромышленных вариантов в качестве двух подшипниковых щитов содержит таковые специальной конструкции. Она обеспечивает с одной стороны соединительную часть со станиной ЭД, обуславливая рабочий воздушный зазор между сердечниками статора и ротора, с другой стороны размещения двух подшипников, обеспечивающих необходимое вращение вала с сердечником ротора и рабочим органом, например, в виде лопастного винта, осевая тяга которого обуславливает направление поступательного перемещения аппарата.
Наряду с этим, между восемью ребрами щитов вделаны сегменты металлической или полимерной сетки, выполняющей роль фильтра грубой очистки для морской воды. Роль фильтра тонкой очистки воды выполняет вторая сетка, охватывающая магнитную систему и обмотку статора электродвигателя закрепленная, по окружности внутренней поверхности цилиндрического корпуса без традиционных ребер охлаждения электрической машины.
В сердечнике ротора кроме пазов с расположенными в них стрежнями короткозамкнутой (пусковой) обмотки имеются и пазы без всяких стержней обмотки, как у двухклеточных асинхронных электродвигателей. Эти пазы предназначены для свободного прохода морской воды при перемещении ТНПА.
Рисунок 1. Электродвигатель глубоководного погружения: 1,10 - подшипниковые щиты; 2, 11 - подшипники; 3 - вал; 4 - шихтованный сердечник ротора; 5, 15 - постоянные магниты из сплава ниодим-железо-бор; 6,16 - обмотка статора 3-х фазная; 7 - шихтованный сердечник статора; 8 - станина; 9 - рым-борт; 12 - сетка фильтра тонкой очистки морской воды; 13 - пазы свободные от стержней и обмотки; 14 - сетка фильтра грубой очистки морской воды; 17 - опорная рама
4. Натурные лабораторные испытания макетного образца электродвигателя магнитоэлектрического возбуждения
Ввиду отсутствия у института машиностроительной технологисечкой базы в качестве испытуемого макетного образца был принят 4-х полюсный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель типа 4АМУ80А4УЗ, 220/380 В, 4,8/2,8 А, 1,1 кВт, 1400 об/мин, з=0,75, cosц=0,79, режим S1, кл. изол В, ГОСТ 183-74.
На сердечнике ротора были вырезаны 4 паза сечением (15Ч13)мм осевой длины 75 мм. В эти пазы были вмонтированы постоянные магниты из сплава ниодим-железо-бор, изготовленные на заводе в г.Калуга РФ согласно рис. 2. Ввиду того,что завод отказался (не может) изготовить магниты необходимой трапециедальной формы сечения пришлось реализовать крепление магнитов в пазу специальными стальными стержнями сечением (4Ч4)мм.
Рисунок 2. Постоянные магниты
Питание обмотки статора было выполнено от преобразователя частоты фирмы АВВ типа АСS143-4К1-1 со следующими данными:
Номинальная мощность двигателя Pн=1,1 кВт;
Входное напряжение (линейное) U1=380-400 В±10%, 50/60 Гц;
Выходной ток I2=2,8 А;
Выходное напряжение U2=0чU1;
Входной ток I1=4 А.
Измерения выпонялись в двух вариантах. В первом двигатель работал без нагрузки на валу, во втором с нагрузкой в виде трехлопастного винта диаметром 40 см с направлением движения воздуха от двигателя. Все управление
преобразователем частоты выполнялось с местного (встроенного) пульта управления и с него же записывались показания, представленные в таблице 1, где в показаниях в виде дроби числитель относится к работе без нагрузки, а знаменатель относится к работе с нагрузкой. При этом в обоих случаях ПЧ работал в режиме постоянства отношения U1/f12, что рекомендовано обычно для винтолопастных нагрузок, где U1,f1 линейное напряжение и его частота, подаваемые ПЧ на обмотку статора электродвигателя.
Таблица 2
Заключение
двигатель подводный электромагнитный
Приведенный отчет показывает возможность изготовления, специализированного водопогружного электродвигателя с максимальным использованием существующей в РФ технологии изготовления электрических машин, в частности, например, изготовления обмоток и сердечников двухклеточных асинхронных электродвигателей.
При этом существенно можно упростить по сравнению с импортными вариантами системы управления и регулирования скоростей вращения без использования датчиков положения ротора для ЭМ с магнитоэлектрическим возбуждением.