- •1 Исходные данные для расчета двигателя постоянного тока
- •2 Выбор электромагнитных нагрузок и определение главных размеров двигателя постоянного тока
- •3 Определение дополнительных размеров двигателя постоянного тока
- •4 Расчет пазов и обмотки якоря двигателя постоянного тока
- •5 Расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи и мдс обмотки возбуждения двигателя постоянного тока
- •6 Расчет обмотки возбуждения двигателя постоянного тока
- •7 Исходные данные для расчёта трёхфазного асинхронного двигателя
- •8 Главные размеры трёхфазного асинхронного двигателя
- •9 Размеры активной части трёхфазного асинхронного двигателя
- •10 Обмотка статора трёхфазного асинхронного двигателя
10 Обмотка статора трёхфазного асинхронного двигателя
10.1 Тип обмотки статора – двухслойная всыпная [1, таблица 5.9,с. 64], число параллельных ветвей а1=2, [1, с.70], где пазовые стороны одной катушечной группы, расположенные в соседних пазах, занимают q1 пазов и образуют фазную зону, определяемую углом α.
10.2 Число пазов на полюс и фазу q1 = Z1 / (2×p×m1), (89) где m1 – число фаз обмотки статора. q1 = 72 / (6×3) = 4 паза.
10.3. Шаг по пазам [1, таблица 5.16, с. 77]
τ = Z2 / 2p = 12 пазов;
y1 < τ = 10 пазов;
kоб1 – обмоточный коэффициент, kоб1= 0,925; kу1 – коэффициент укорочения, учитывающий уменьшение ЭДС, обусловленное укорочением шага обмотки, kу1 = 0,966; kр1 – коэффициент распределения, учитывающий уменьшение ЭДС основной гармоники, обусловленное распределением обмотки в пазах, kр1=0,958; β – относительный шаг обмотки, β =0,833.
10.4 Ток статора в номинальном режиме работы двигателя
I1ном. = ((Рном.×103) / (m1 × ηном.× U1ном× cosφ1ном.)), (90)
I1ном. = ((22×103)/(3×220×0,9×0,9)) = 41,152 А.
10.5 Число эффективных проводников в пазу статора
uп = (10–3×А1×t1×a1) / I1ном. , (91) uп = (10–3×А1×t1×a1) / I 1 ном.= (10–3×380×102×10,903×2) / 41,152 = 20,136,
принимаем uп = 20 проводников.
10.6 Число последовательных витков в обмотке фазы статора
W1= (p × q1 × uп ) / а1 , (92)
W1= (3×4×20) / 2 = 120 витков.
10.7 Плотность тока в обмотке статора [1, рисунок 5.11, с. 78]:
Δ1 = 5,0 А/мм2 .
10.8 Сечение эффективного проводника обмотки статора
q1эф. = I1ном. / (а1×Δ1) , (93) q1эф. = 43 / (2×5,0)=4,115 мм2. По таблице [1, П.1.1, с. 333] принимаем провод с сечением q1эл. = 1,368 мм2 (ближайшее к расчетному); d1эл.= 1,32 мм; nэл. = 3; dиз.= 1,405 мм. В соответствии с классом нагревостойкости изоляции F выбираем обмоточный провод марки ПЭТ–155. Площадь поперечного сечения элементарного проводника q1эл. = q1эф. / nэл. , (94) где nэл. – количество элементарных проводов в одном эффективном, nэл.= 3. q1эл. = 4,115 / 3 = 1,371 мм2.
10.9 Толщина изоляции для полузакрытого паза при двухслойной обмотке и классе нагревостойкости F [1, таблица 5.12, с. 74]: по высоте hиз.= 0,9 мм; по ширине bиз.= 0,8 мм.
10.10 Площадь изоляции в пазу [1, таблица 5.12, с. 74] Sп.из. =0,9 bп1’+0,8 hп1 , (95) Sп.из. = 0,9×6,6+0,8×26,4 = 27,06 мм2.
10.11 Площадь паза в свету, занимаемой обмоткой Sп’ = 0,5×(bп1 +bп1’)×hп1 – Sп.из. – Sиз.пр. , (96) где Sиз.пр – площадь межкатушечной прокладки, мм2;
Sиз.пр. = 0,4 bп1+0,9 bп1’ , (97) Sиз.пр.= 0,4×8,9+0,9×6,6 = 9,5 мм2.
S’п =0,5×(6,6+8,9)×26,4 – 27,06 – 9,5 = 168,04 мм2.
10.12 Коэффициент заполнения паза статора изолированными проводниками kз1 = (nп × dиз.2 )/ Sп’ , (98) где nп – число проводников в пазу; nп = uп × nэл , (99) nп = 20×3=60 проводников. kз1 = (60×1,4052 ) / 168,04 = 0,71.
10.13 Уточнение значения плотности тока в обмотке статора
Δ1 = I1ном. / (nэл. × q1эл. × а1), (100)
Δ1 = 41,152 / (3×1,368×2) = 5,014 А/мм2.
10.14 Уточнение значения электромагнитных нагрузок: уточнённое значение линейной нагрузки
A1 = (I1ном.× uп × Z1) /(10–3× π × D1× а1) , (101)
A1 = 41,152×20×72) / (10–3×3,14×250×2) = 377×102 А/м.
Уточненное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре
Bδ = Ф /(αi × τ × li × 10–6), (102)
где Ф – основной магнитный поток, Вб;
Ф = (kE×U1ном.) / (4×kB×f1×W1×kоб.1), (103)
где kB – коэффициент формы поля, kB = π /2√2 = 1,11 [1, с. 57]; Ф = (0,94×220)/(4×1,11×50×120×0,925) = 0,0084 Вб.
Bδ = 0,0084 / (0,64×130,833×130×10–6) = 0,771 Тл, что соответствует рекомендуемым значениям [1, рисунок 5.2, с. 58]. 10.15 Размеры катушек статора: среднее зубцовое деление t1ср. = π×(D1+hz1)/Z1, (104) t1ср. = 3,14×(250+29,0)/72 = 12,168 мм.
Средняя ширина катушки b1ср. = t1ср. × y1ср. , (105) где y1ср. – среднее значение шага концентрической обмотки y1ср. = 10. b1ср. = 12,168 ×10 = 121,68 мм.
10.16 Средняя длина лобовой части катушки lл1 =(1,16+0,14p)×b1ср+15, (106) lл1=(1,16+0,14×3)×121,68+15=207,254 мм.
10.17 Средняя длина витка обмотки статора lср.1 =2×( l1+lл1 ), (107) l1ср1 =2×(140+207,254) = 674,508 мм.
10.18 Длина вылета лобовой части обмотки lв1 =(0,12+0,15p)×b1ср+10, (108)
lв1 =(0,12+0,15×3)×121,68+10=79,358 мм.
10.19 Активное сопротивление одной фазы обмотки статора, приведенное к рабочей температуре
r1 = (ρcu×10–9×W1×l1ср.×103) / (nэл.×q1эл.×а1), (109)
где ρcu – удельное электрическое сопротивление меди при расчетной
рабочей температуре [1, таблица 2.1, с. 31] при t = 115˚C, ρcu = 24,4×10–9.
r1 = (24,4×10–9×120×674,508×103)/(3×1,368×2) = 0,241 Ом.
10.20 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
λп1=(h1/(3×bп1’))×kβ+((h1’/bп1’)+((3×hк1)/(bп1’+2×bш1))+(hш1/bш1))×kβ’, (110)
где kβ ; kβ’ – коэффициенты, учитывающие укорочение шага обмотки [1, рисунок 5.13, с. 82], kβ = 0,9; kβ’ = 0,88.
h1 – высота уложенной обмотки в пазе статора, мм [1, таблица 5.12а, с. 74]; h1 = hz1 – hш1 – hк1 – h1’– hиз. , (111)
где hш1 – высота шлица паза статора hш1 = 0,8 мм;
h1’= 0,5 мм [1, таблица 5.12а, с. 74]; hиз. – высота изоляционной прокладки hиз.= 0,4 мм [1, таблица 5.12а, с. 74]. h1 = 29 – 0,8 – 1,8 – 0,5 – 0,4 = 25,5 мм .
10.21 Коэффициенты воздушного зазора
kδ = kδ1 = 1+(bш1/(t1 – bш1+((5×t1×δ) / bш1))), (112)
kδ = kδ1 =1+(3/(10,903–3+((5×10,903×0,55)/3)))=1,168.
kб=kб1×kб2 , (113)
где kб2 =1, так как на роторе закрытый овальный паз, коэффициент воздушного зазора kб учитывает влияние зубчатости статора и ротора на магнитное сопротивление воздушного зазора. kб=1,16×1=1,16.
10.22 Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора
λд1=(0,9×t1×(q1×kоб1)2×kр,т1×kш1×kд1) / (δ×kδ), (114)
где kр.т1– коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора [1, таблица 5.18, с. 82], kр.т1 = 0,77; kд1– коэффициент дифференциального рассеяния обмотки статора [1, таблица 5.19, с. 83], kд1=0,0062; арр kш1 – коэффициент, учитывающий дополнительно к kб влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния.
kш1=1 – ((0,033×bш12) / (t1×δ)), (115)
kш1 =1 – ((0,033×9)/(10,903×0,6))=0,951. λд1 =(0,9×10,903×(4×0,925)2×0,77×0,953×0,0062) / (0,55×1,168)=0,902.
10.23 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей обмотки статора λл1=0,34×(q1/l1)×(lл1 – 0,64×β×τ), (116)
λл1=0,34×(4/130)×(207,254 – 0,64×0,833×130,833)=2,0076.
10.24 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки статора
λ1= λл1+ λд1+ λп1, (117)
λ1 =1,959+0,902+2,0076=4,869.
10.25 Индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы обмотки статора
х1=((1,58×l1×f1×W12)/(p×q1×108))×λ1, (118)
х1=((1,58×50×130×1202)/(3×4×108))×4,869=0,60006 Ом.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Кацман, М.М. Расчёт и конструирование электрических машин / М.М. Кацман. М.: Энергоатомиздат, 1984. 360 с.
2 Кацман, М.М. Электрические машины / М.М. Кацман. М.: Высшая школа, 2000. 460 с.
3 ГОСТ 19523−74. Двигатели трёхфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью от 0,06 кВт до 400 кВт.
4 ГОСТ 2105−79 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.
5 ГОСТ 2109−73 ЕСКД. Основные требования к чертежам.
6 ГОСТ 2321−84 ЕСКД. Обозначения буквенные.