4 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора по таблице 9.12 [1].
Круглые обмоточные провода всыпной обмотки могут быть уложены в пазы произвольной конфигурации, поэтому размеры зубцовой зоны при всыпных обмотках выбирают таким образом, чтобы параллельные грани имели зубцы, а не пазы статора. Выбираем трапециидальный полузакрытый паз статора. Принимаем предварительно по таблице 9.12 [1] допустимую индукцию в ярме статора Ва=1,52 Тл и индукцию в наиболее узком сечении зубца статора Вz1max=1,8 Тл.
Тогда минимальную ширину зубца bz min , мм, можно определить по формуле (9.29) [1]
,
где lст1 - длина пакета статора, мм, равная длине воздушного зазора l, мм; lст1 = 201,5 мм,
- коэффициент заполнения сталью
магнитопровода статора, выбираем по
таблице 9.13 [1];
= 0,97.
(мм).
Высота ярма статора ha, мм, определяется по формуле (9.28) [1]
,
(мм).
Находим размеры паза в штампе.
Высота паза hп, мм, определяется по формуле (9.38) [1]
,
(мм).
Высота шлица паза статора принимается hш = 1 мм.
Ширина шлица паза статора принимается bш = 3,7 мм.
Ширина паза b1 в самом узком месте определяется по формуле (9.33)
;
(мм).
Ширина паза b2 в самом широком месте определяется по формуле (9.39)
;
(мм).
Определяем hк по формуле (9.45)
;
(мм).
Определяем h1 по формуле (9.44)
;
(мм).
Припуск на сборку по ширине паза принимаем bп = 0,2 мм, а по высоте паза hп = 0,2 мм.
Размеры паза статора в свету с учётом припуска на сборку определяем по формуле (9.42)
b1' = b1 - bп ,
b2' = b2 - bп ,
hп' = hп - hп ;
b1' = 9,3 - 0,2 = 9,7 (мм),
b2' = 12,1- 0,2 = 11,9 (мм),
hпк' = 31,3 - 0,2 = 31,1 (мм).
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников вычисляем по формуле (9.48)
,
где Sиз – площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу статора, определяемая по формуле (9.46)
Sиз = bиз (2hп + b1 + b2),
где bиз – односторонняя толщина изоляции, bиз = 0,4 мм;
(мм2);
где Sпр – площадь поперечного сечения прокладок в пазу статора, определяемая по формуле (9.47)
Sпр = 0,4b1 + 0,9b2 ;
(мм2);
(мм2).
Коэффициент заполнения паза вычисляем по формуле
;
.
Полученное
значение
допустимо как для ручной, так и для
механизированной укладки обмотки.
Паз статора с проводниками и изоляцией показан на рисунке 4.2. Зубец и паз статора с конструктивными размерами показан на рисунке 4.1. Схема электрическая принципиальная обмотки статора представлена в приложении А.
Рисунок 4.1 - Паз статора
1 - клин; 2 – проводники обмотки; 3 – изоляция слоя; 4 - прокладка между слоями; 5 - корпусная или пазовая изоляция;
Рисунок 4.2 - Паз статора с проводниками и изоляцией
5 Расчет ротора
Величину воздушного зазора , мм, рассчитаем по формуле (9.51) [1]
,
(мм).
Окончательно принимаем величину воздушного зазора =0,8 мм.
Короткозамкнутые обмотки роторов в отличие от всех других существующих обмоток не имеют определенного числа фаз и числа полюсов. Один и тот же ротор может работать в машинах, статоры которых выполнены на различные числа полюсов. Обычно принято считать, что каждый стержень обмотки образует одну фазу короткозамкнутой обмотки. Тогда число её фаз равно числу пазов ротора и обмотка каждой из фаз имеет половину витка. Обмоточный коэффициент такой обмотки равен единице.
По таблице 9.18 [1] принимаем число пазов ротора Z2 = 74.
Внешний диаметр D2 , мм, определяется по формуле
,
(мм).
Примем длину магнитопровода ротора lст2, (мм), равной длине воздушного зазора l , мм, тогда lст2 = 201,5 (мм).
Зубцовое деление tz2 , мм, определяется по формуле
(мм).
Внутренний диаметр сердечника ротора Dj, (мм), при непосредственной посадке на вал равен диаметру вала Dв, и определяется по формуле (9.102) [1]
,
где kв - коэффициент, определяемый по таблице 9.19 [1], kВ = 0,23.
.
Коэффициент приведения токов vi , для короткозамкнутых роторов определяется по формуле (9.66) [1]
.
Тогда
.
Ток в стержне ротора I2, А, определяется по формуле (9.57) [1]
где ki - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение тока статора к току ротора, который определим по формуле 9.58 [1].
Плотность тока J2 в стержнях ротора машин защищенного исполнения при заливке пазов алюминием выбирается в пределах от 2,5 до 3,5 А/мм2. При этом для машин больших мощностей следует брать меньшие значения плотности тока. Для проектируемого двигателя примем J2 = 3,0 А/мм 2.
Тогда площадь поперечного сечения qc, мм 2 , стержня предварительно определятся по формуле (9.68) [1]
,
(мм2).
Для проектируемого двигателя паз ротора выполним трапецеидальным закрытым.
Значение допустимой индукции Bz2 примем по таблице 9.12 [1] равным 1,8 Тл. Ширину зубца bz2 , мм, находим по формуле (9.75) [1]
,
где kc2 - коэффициент заполнения сталью магнитопровода ротора, который выбирается по таблице 9.12 [1]; kc2 = 0,97.
(мм).
Принимаем bz2 = 6,8 мм.
Конструктивные размеры паза находятся из условия постоянства ширины зубца и площади сечения стержня.
Принимаем ширину шлица паза ротора bш = 1,5 мм, высоту шлица поза ротора hш = 0,7 мм, высоту перемычки над пазом ротора равной h'ш = 0,3 мм.
Диаметр верхнего скругления паза определим по формуле (9.76)
Тогда по формуле (9.76) [1] определим диаметр верхнего скругления паза
,
(мм).
Диаметр нижнего скругления паза определим по формуле (9.77) [1]
,
(мм).
Расстояние между центрами скруглений определим по формуле (9.78) [1]
,
(мм).
Полная высота паза ротора вычисляется по формуле
;
(мм).
Уточняем ширину зубцов ротора проектируемого двигателя по формулам (9.80) и (9.81)
;
(мм).
;
(мм).
На рисунке 5.1 представлен паз ротора.
Расчетная высота зубца ротора hz2 ,мм, определим по формуле (9.82) [1]
,
(мм).
Уточняем площадь поперечного сечения стержня qc, мм2, по формуле (9.79) [1].
(мм).
Рисунок 5.1 - Паз ротора
Определим окончательно плотность тока в стержне J2 , А/мм2, по формуле
(А/мм2).
Полученное значение площади поперечного сечения стержня и плотности тока в стержне отличаются от ранее принятых менее чем на 5%.
Далее определяются размеры замыкающих колец из условия, что плотность тока в них на 15 - 20% ниже, чем в плотность тока в стержнях. Это объясняется двумя причинами. Во - первых, замыкающие кольца, имея лучшие условия охлаждения по сравнению со стержнями, являются своего рода радиаторами, которые отводят тепло стержней, усиливая их охлаждение. Во - вторых, в машинах, в которых для улучшения пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока, большое сопротивление замыкающих колец снижает кратность увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске.
Примем плотность тока в замыкающих кольцах Jкл равной 2,57 (А/мм2).
Для расчета токов в кольцах определим значение коэффициента , который показывает во сколько раз ток в стержнях больше тока в замыкающих кольцах.
Коэффициент определяется по формуле (9.71) [1]
,
.
Ток в кольце Iкл, А, находится по формуле (9.70) [1]
,
(А).
Площадь поперечного сечения замыкающих колец qкл, мм2, вычисляется по формуле (9.72) [1]
,
(мм2).
Высота кольца bкл, мм, вычисляется по формуле
,
(мм).
Ширина кольца hкл, мм, вычисляется по формуле
,
мм.
Средний
диаметр кольца
,
мм, по формуле
,
мм.
На этом расчет ротора заканчивается.
Сборочный чертёж двигателя 4А250S4 представлен в графической части 140604.11.881.23.00 СБ.