Исходные данные для проектирования




Количество пар полюсов


Магнитная цепь двигателя

Размеры, конфигурация, материал

Высота оси вращения [1, стр. 115], [1, стр. 117]

 мм (высота оси вращения ротора (якоря))

 мм (расстояние от нижней части статора корпуса машины до опорной плоскости лап)

 мм (высота (толщина) стенки статора)

 мм (максимальный наружный диаметр сердечника)

 мм (припуск на штамповку)

Ширина при однорядной штамповке 240 мм.

Двигатель выполняется с литой станиной [1, стр. 117]. Листы статора штампуются из резанной ленты, ширина которой на превышает 500 мм.

(т.к.  мм (что соответствует  мм)).

Наружный диаметр сердечника

 мм

Внутренний диаметр сердечника

 мм

т.к.  мм

Расчетную мощность  определяют по формуле



Значение  [1, стр. 117]


Среднее значение  [1, стр. 118]



Среднее значение  [1, стр. 118]



 Вт

Определим длину сердечника статора .

Для начала найдем длину сердечника [1, стр. 23]



 для  примем  

Форма паза – трапециедальная полузакрытая

Тип обмотки – однослойная всыпная концентрическая [1, стр. 119]

Среднее значение  [1, стр. 120]

 А/см

Среднее значение  [1, стр. 120]

 Тл

Т.к. количество полюсов отличается от , то принятые значения  и умножаем на поправочный коэффициент  и . [1, стр. 121]

; .

При выполнении двигателя с изоляцией класса H [1, стр. 76] – значение    принятое с учетом  должно быть умножено на коэффициент                        [1,  стр.121]

 А/см

 Тл

Длина сердечника

 мм

Примем  мм.

Отношение [1, стр. 122]



Значение  [1, стр. 122]



При количестве полюсов, отличающихся от , значение , должно быть умножено на поправочный коэффициент , для электродвигателя со степенью защиты IP44 [1, стр. 122].





Т.к.  не превышает , следовательно – расчеты выполнены ранее – верны.

Сердечник статора

Сердечник собирают из определенных отштампованных листов электрической стали толщиной 0,5 мм, имеющих для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Марка стали 2013.

Для стали 2013 обычно используют изолирование листов оксидированием (коэффициент заполнения стали ) [1, стр. 122]

Количество пазов сердечника статора [1, стр. 123]



 выбираем равной целому числу [1, стр. 123]

Примем


Сердечник ротора

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электрической стали толщиной 0,5 мм.

Марка стали и изоляционные покрытия такие же, как в статоре.

Марка стали 2013.

Изолирование листов - оксидированием (коэффициент заполнения стали ) [1, стр. 123]

Скос пазов  

Воздушный зазор между статором и ротором , мм [1, стр. 124]

 мм

Наружный диаметр сердечника ротора (мм) по формуле [1, стр. 123]

 мм

Для высот осей вращения  мм внутренний диаметр листов ротора определяется по формуле [1, стр. 124]

 мм

Длину сердечника ротора  принимают равной длине сердечника статора  для  мм [1, стр. 124]

 мм

Количество пазов  для двигателя с короткозамкнутым ротором выбираем в зависимости от  и наличия скоса пазов в роторе. Принимаем : ; пазы со скосом (35, 44, 61, 63, 65) [1, стр. 125]. Уточняем : при

 мм , , ,   
Обмотка статора


В асинхронных двигателях с  мм обычно выполняют однослойные всыпные обмотки [1, стр. 127]

Коэффициент распространения  по формуле [1, стр. 129]







Однослойную обмотку выполняют с диаметральным шагом по пазам        [1, стр. 129]



т. к.  равняется целому числу  [1, стр. 129]

Коэффициент укорачивания [1, стр. 129]



Обмоточный коэффициент [1, стр. 129]



Предварительное значение магнитного потока (Вб) [1, стр. 129]



где  – окруленное значение расчетной длины сердечника статора; при отсутствии радиальных вентиляционных каналов  принимаем равной             [1, стр. 129]

 мм

 Вб

Предварительное количество витков в обмотке фазы [1, стр. 129]



Предварительное количество эффективных проводников в пазу                 [1, стр. 129]



где  – количество параллельных ветков обмотки статора, которое должно быть одним из делителей числа полюсов, например  возможное значение  [1, стр. 129]. В нашем случае  

Примем

  

Уточняем предварительно установленные параметры , ,              [1, стр. 130]:



Уточняем значение магнитного потока (Вб) [1, стр. 130]

 Вб

Уточняем значение индукции в воздушном зазоре (Тл) [1, стр. 130]

 Тл

Предварительное значение номинального фазного тока (А) [1, стр. 130]

 А

Уточненная линейная нагрузка статора (А/см) [1, стр. 130]

 А/см

Полученное значение  не отличается от предварительного   более чем на 10%, следовательно предварительные расчеты являются верными, продолжаем расчет [1, стр. 130].

Среднее значение магнитной индукции в спине статора [1, стр. 130]

 Тл

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора [1, стр. 130]

 мм

Обмотка статора с трапециедальными полузакрытыми пазами

Полузакрытые пазы статора обычно вимеют трапецеидальную форму       [1, стр. 130].

Магнитная индукция в зубцах статора [1, стр. 130]

 Тл

Ширина зубца [1, стр. 131]

 мм

При сборке сердечника размеры пазов в штампе и в свету (после обмотки сердечника) не совпадают из-за неизбежного смещения листов друг относительно друга. Припуски на сборку сердечников статора и ротора электродвигателей с  мм по ширине  и высоте  соответствует 0,1 мм [1, стр. 131].

Размеры трапециедальных пазов:

Высота спинки статора [1, стр. 131]

 мм

Высота паза [1, стр. 131]

 мм
Большая ширина паза [1, стр. 131]

 мм

Меньшая ширина паза [1, стр. 131]



где  мм – высота шлица [1, стр. 131]

– ширина шлица, мм

Предварительное значение ширины шлица [1, стр. 131]

 мм

 

 мм

Проверка правильности определения  и  исходя из требования  [1, стр. 131]





Площадь поверхности сечения паза в штампе (мм²) [1, стр. 131]



 мм²

Площадь поперечного сечения паза в свету (мм²) [1, стр. 131]



 мм²

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции (мм²) [1, стр. 131]

 – среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции, мм

 мм²

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушкой в пазу, на дне паза и под клином (мм²) [1, стр. 131]

 мм²

Площадь поперечного сечения паза занимаемого обмоткой (мм²)               [1, стр. 131]

 мм²

Задавшись , определяем произведение  [1, стр. 132]



Пусть количество элементарных проводов в эффективном  

Диаметр изоляционного провода (мм) [1, стр. 132]

 мм

По приложению 1 [1, стр. 384] находим ближайший стандартизированный диаметр , соответствующий ему диаметр неизолированного провода  и площадь сечения  [1, стр. 132].

 мм;  мм;  мм².

Уточняем коэффициент заполнения паза и ширину шлица (мм) [1, стр. 132]

 мм



Т.к. ,    мм

Плотность тока в обмотке статора (А/мм²) [1, стр. 132]

(А/мм²)

Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке в значительной мере определяет ожидаемое превышение температуры обмотки, этот уровень характерезуется произведением линейной нагрузки на плотность тока в обмотке  (А²/(см·мм²)) [1, стр. 132]

(А²/(см·мм²))

 [1, стр. 133]

(А²/см·мм²)

Размеры (мм) элементов обмотки:

Среднее зубцовое деление статора [1, стр. 133]

 мм

Средняя ширина катушки обмотки статора

 мм

Средняя длина одной лобовой части катушки

 мм

Средняя длина витка обмотки

 мм

Длина вылета любой части обмотки (мм) при  мм

 мм

Максимальный момент

Переменная часть коэффициента статора λ_п1 при трапецеидальном полузакрытом пазе [1, стр. 179]

 

Состовляющая коэффициента проводимости рассеяния статора, зависящая от насыщения [1, стр. 179]



Переменная часть коэффициента ротора λ_п2 при овальном полузакрытом пазе [1, стр. 179]



Состовляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора, зависящая от насыщения [1, стр. 179]



Индуктивное сопротивление рассеивания двигателя, зависящае от насыщения (Ом) [1, стр. 179]:

Ом

Не зависящае от насыщения [1, стр. 179]



Ом

Ток ротора, соответствующий максимальному моменту (А) [1, стр. 179]









 А

Полное сопротивление схемы замещения (Ом):

При максимальном моменте [1, стр. 180]

Ом

При бесконечно большом скольжении [1, стр. 180]

Ом

Эквивалентное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте (Ом) [1, стр. 180]

Ом

Кратность максимального момента [1, стр. 180]



Скольжение при максимальном моменте (о. е.) [1, стр. 180]

 о. е.
Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

Высота стержня клетки ротора (мм) [1, стр. 183]

мм

Приведенная высота стержня ротора [1, стр. 183]



Коэффициент φ по рис 9-23 [1, стр. 183]



Расчетная глубина проникновения тока в стержень (мм) [1, стр. 183]

мм

Ширина стержня на расчетной глубине проникновения тока (мм)              [1, стр. 183]:

мм

Площадь поперечного сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока (мм²) [1, стр. 183]

 

мм²

Коэффициент вытеснения тока [1, стр. 184]



Активное сопротивление стержня клетки при 20 ºC для пускового    режима (Ом) [1, стр. 184]

Ом

Активное сопротивление обмотки ротора при 20 ºC, приведенное к обмотке статора (для пускового режима) (Ом) [1, стр. 184]

Ом

Коэффициент ψ по рис 9-23 [1, стр. 183]



Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора (при пуске): для овального полузакрытого паза [1, стр. 184]





Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора при пуске             [1, стр. 184]



Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения (Ом) [1, стр. 184]

Ом

Не зависящае от насыщения [1, стр. 184]



Ом

Активное сопротивление к. з. при пуске (Ом) [1, стр. 184]

Ом

Начальный пусковой ток и момент

Ток ротора при пуске для двигателя с полузакрытыми пазами короткозамкнутого ротора [1, стр. 186]





А

Полное сопротивление схемы замещения при пуске (с учетом явлений вытеснения тока и насыщения путей потоков рассеяния) (Ом) [1, стр. 186]

Ом

Индуктивное сопротивление схемы замещения при пуске (Ом) [1, стр. 186]

Ом

Активная состовляющая тока статора при пуске (А) [1, стр. 186]



А

Реактивная состовляющая тока статора при пуске (А) [1, стр. 186]



А

Фазный ток статора при пуске (А) [1, стр. 186]

А

Кратность начального пускового тока [1, стр. 186]



Активное сопротивление ротора при пуске, приведенное к статору, при расчетной рабочей температуре и Г-образной схеме замещения (Ом) [1, стр. 186]

Ом

Кратность начального пускового момента [1, стр. 186]


Тепловой и вентиляционный расчет

Обмотка статора

Потери в обмотке статора при максимальной допускаемой         температуре (Вт) [1, стр. 188]

Вт

Условная внутренняя поверхность охлождения активной части         статора (мм²) [1, стр. 188]

 мм²

Условный периметр поперечного сечения трапециедального полузакрытого паза (мм) [1, стр. 188]

мм

Условная поверхность охлождения (мм²):

Пазов [1, стр. 188]

 мм²

Лобовых частей обмоток [1, стр. 188]

 мм²

Высота ребра [1, стр. 56]

мм

Число ребер [1, стр. 56]



Двигателей с охлаждающими ребрами на станине [1, стр. 189]



 мм²

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлождения активной части статора (Вт/мм²) [1, стр. 189]



где , табл. 9-25, примем  [1, стр. 188]


 Вт/мм²

То же, от потерь в активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлождения пазов [1, стр. 189]

 Вт/мм²

То же, от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлождения лобовых частей обмотки [1, стр. 189]

 Вт/мм²

Окружная скорость ротора (м/с) [1, стр. 189]

 м/с

Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины (ºC) [1, стр. 189]



где , рис. 9-24 б [1, стр. 190]

  ºC

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов (ºC) [1, стр. 189]

 

где , рис. 9-26 [1, стр. 191]



Вт/(мм·град)

 ºC

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины (ºC) [1, стр. 189]

 ºC

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов (ºC) [1, стр. 189]

 ºC

Среднее превышение температуры над температурой воздуха внутри двигателя (ºC) [1, стр. 189]



 ºC

Потери в двигателе со степенью защиты IP44, передаваемые воздуху внутри двигателя, (Вт) [1, стр. 190]



где  – потери в обмотке ротора при максимальной допускаемой температуре (Вт) [1, стр. 192]

Вт





 Вт

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха с охлождающими ребрами на станине (ºC)        [1, стр. 190]



где , рис. 9-25 б [1, стр. 191]

  ºC

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха (ºC) [1, стр. 190]

 ºC

Значение ºC не превышает предельно допустимой температуры обмотки машины 125 ºC для класса нагревостойкости изоляции Н [1, стр. 76], следовательно – расчеты выполнены ранее – верны.

Вентиляционный расчет

Наружный диаметр корпуса (мм) [1, стр. 22]



где , рис. 1-3 [1, стр. 23]

мм

Коэффициент, учитывающий измерение теплоотдачи по длине корпуса двигателя [1, стр. 91]



Необходимый расход воздуха (м³/с) [1, стр. 91]



где  – теплоемкость воздуха, Дж/( ºC·м³) [1, стр. 197]

 (м³/с)

Росход воздуха, который может быть обеспечен наружным     вентилятором (м³/с) [1, стр. 91]

(м³/с)

Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором (Па) [1, стр. 91]

 Па
Масса двигателя и динамический момент инерции ротора

Важными техническими показателями асинхронного двигателя является его масса и динамический момент инерции ротора [1, стр. 197].

Масса изоляционных проводов обмотки статора при круглом поперечном сечении (кг) [1, стр. 197]



кг

Масса алюминия короткозамкнутого ротора с литой клеткой (кг)              [1, стр. 198]



где  – количество лопаток [1, стр. 45], примем ,

 – длина лопатки [1, стр. 45] мм,

– высота  [1, стр. 45] мм,

– толщина [1, стр. 197] мм





кг

Масса стали сердечника статора и ротора (кг) [1, стр. 198]



где [1, стр. 145]





кг

Масса изолятора статора при трапециедальных полузакрытых и открытых пазах (кг) [1, стр. 198]



где  – средняя ширина паза  [1, стр. 199]



кг

Масса конструкционных материалов двигателя со степенью защиты IP44, станина и щиты из алюминиевого сплава (кг) [1, стр. 198]



кг

Масса двигателя с короткозамкнутым ротором (кг) [1, стр. 199]



 кг

Приближенное значение динамического момента инерции короткозамкнутого ротора (кг·м²) [1, стр. 197]

 кг·м²
Список литературы


1.            Гольдберг С. Д., Гурин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин. – М.: Высшая школа, 2001. – 432 с.