1.3 Проектування ротора

1.3.1 Повітряний проміжок між осердям статора і осердям ротора  = 0,25 мм.

1.3.2 Зовнішній діаметр ротора мм.

1.3.3 Довжина пакету осердя ротора мм.

1.3.4 Кількість пазів короткозамкненого ротора Q_r=28.

1.3.5 Форма паза ротора − напівзакритий паз трапецеїдальної овальної форми. Висоту паза приймаємо h_r = 10 мм (рис. 1.3).

1.3.6 Внутрішній діаметр осердя ротора мм.

1.3.7 Рекомендована розрахункова висота спинки ротора

мм,

але у підсумку треба узгодити значення і , зважаючи на співвідношення

мм.

1.3.8 Магнітна індукція в спинці ротора

Тл.

1.3.9 Зубцевий крок ротора мм.

1.3.10 Магнітна індукція в зубцях ротора B_tr = 1,6 Тл.

1.3.11 Ширина зубця ротора

мм.

1.3.12 Визначаємо розміри напівзакритого паза ротора:

1) висота і ширина шліца h_r1 = 0,65 мм, b_r1 =1,25 мм;

2) більший і менший радіуси

мм;

мм;

3) відстань між центрами дуг радіусів r_r1 і r_r2

мм;

4) площа поперечного перерізу паза (і одночасно стрижня )

Радіуси і визначені, виходячи з умови, що const. Перевірку правильності їх визначення здійснюють за допомогою виразу . В нашому випадку

,

умова виконується, тобто розміри пазової зони ротора визначено вірно.

Зубцево-пазову структуру короткозамкненого ротора зображено на рис. 1.3.

Рисунок 1.3 – Зубцево-пазова структура короткозамкненого ротора

1.3.13 Визначаємо розміри короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки:

1) поперечний переріз кільця мм²;

2) висота кільця мм;

3) довжина кільця мм;

4) середній діаметр кільця мм.

1.3.14 Визначаємо параметри вентиляційних лопаток:

1) згідно рекомендацій [1] кількість лопаток n_bl, для h = 100 мм, повинна знаходитися в межах від 6 до 9, але для більшої ефективності охолодження приймаємо n_bl = 10;

2) товщина лопатки мм;

3) довжина лопатки мм;

4) висота лопатки мм.

Виходячи з того, що висота вентиляційної лопатки не може бути більша за висоту короткозамикального кільця, остаточно приймаємо мм.

Переріз короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки приведено на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 – Переріз короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки

1.4 Перевірний розрахунок

1.4.1 Розрахунок магнітного кола

1.4.1.1 Коефіцієнт повітряного проміжку

,

(1.13)

де і – коефіцієнти, які враховують зубчасту структуру статора і ротора.

Коефіцієнт, що враховує зубчату структуру статора визначається за формулою

Коефіцієнт, що враховує зубчату структуру ротора визначається за формулою

Підставляємо отримані значення і у (1.13)

1.4.1.2 Магнітна напруга сила повітряного проміжку

А.

1.4.1.3 Напруженість магнітного поля в зубцях статора H_ts =8,5 А/см.

1.4.1.4 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці статора

мм.

1.4.1.5 Магнітна напруга зубців статора

А.

1.4.1.6 Напруженість магнітного поля в спинці статора Н_уs = 10,8 А/см.

1.4.1.7 Середня довжина шляху магнітного потоку в спинці статора

мм.

1.4.1.8 Магнітна напруга спинки статора

А.

1.4.1.9 Напруженість магнітного поля в зубцях ротора = 8,5 А/см.

1.4.1.10 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці ротора

мм.

1.4.1.11 Магнітна напруга зубців ротора

А.

1.4.1.12 Напруженість магнітного поля в спинці ротора Н_yr = 1,82 А/см.

1.4.1.13 Середня довжина шляху магнітного потоку в спинці ротора

мм.

1.4.1.14 Магнітна напруга спинки ротора

А.

1.4.1.15 Магніторушійна сила обмотки статора на один полюс

А.

1.4.1.16 Коефіцієнт насичення магнітного кола

.

1.4.1.17 Складова намагнічувального струму статора

А,

у відносних одиницях .

1.4.1.18 Головний індуктивний опір

,

(1.14)

де – ЕРС в обмотці статора, В.

Електрорушійна сила в обмотці статора визначаємо за формулою

В.

Підставляємо отримане значення у (1.14) Ом,

у відносних одиницях

.

1.4.2 Визначення активних і індуктивних опорів обмоток двигуна

1.4.2.1 Питомі опори при базовій температурі _a=20С, за [1] приймаються такі:

1) для міді Ом·мкм;

2) для алюмінію Ом·мкм.

1.4.2.2 Активний опір фазної обмотки статора при 20С

Ом.

1.4.2.3 Активний опір обмотки статора, приведений до робочої температури

Ом.

1.4.2.4 Активний опір обмотки ротора:

1) активний опір стрижня клітки ротора

Ом;

2) коефіцієнт зведення струму короткозамикального кільця до струму

стрижня ротора

;

3) опір короткозамкнених кілець, зведений до струму стрижня

Ом;

4) центральний кут скосу пазів

,

(1.15)

де – відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого кроку статора.

Відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого кроку статора визначається за формулою

,

(1.16)

де – ширина дуги скосу і в асинхронних двигунах з короткозамкненим

ротором при береться рівною одному зубцевому кроку статора мм [1].

Підставляємо значення у (1.16)

,

а значення у (1.15) рад;

5) коефіцієнт скосу пазів ротора K_sq = 0,98;

6) коефіцієнт зведення опору обмотки ротора до обмотки статора

7) зведений активний опір обмотки ротора при 20С

Ом;

8) зведений активний опір обмотки ротора при робочій температурі

Ом.

1.4.2.5 Індуктивний опір фази обмотки статора:

1) коефіцієнт провідності пазового розсіяння

,

(1.17)

де – висота коронки зубця, мм;

– проміжок між коронкою зубця та обмоткою, мм;

– висота обмотки, мм;

– величина проміжку між обмоткою та дном пазу, мм.

Висота обмотки визначається за формулою

мм.

Розміри паза статора, що необхідні для виконання розрахунків пазового розсіяння вказані на рис. 1.5.

Рисунок 1.5 − Розміри паза статора до розрахунку пазового розсіяння

Підставляємо отримані значення у (1.17)

;

2) коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

(1.18)

де − коефіцієнт, що враховує демпфувальну реакцію струмів, наведених в короткозамкненій обмотці ротора вищими гармоніками поля статора, = 0,93;

– коефіцієнт, що враховує вплив відкриття пазів статора;

− коефіцієнт диференціального розсіяння статора, рівний відношенню сумарної ЕРС від вищих гармонік магнітного поля статора до ЕРС від першої гармоніки, вибирається по [1], = 0,0141;

Коефіцієнт, що враховує вплив відкриття пазів статора

Підставляємо отримані значення , і у (1.18)

;

3) коефіцієнт провідності розсіяння лобових частин обмотки статора

,

(1.19)

де − скорочення кроку обмотки статора, при одношаровій обмотці з діаметральним кроком, ;

– полюсний крок двигуна по розточці статора, мм.

Полюсний крок двигуна по розточці статора знаходиться по формулі

мм.

Підставляємо отримані значення і у (1.19)

4) сумарний коефіцієнт провідності розсіяння обмотки статора

5) індуктивний опір розсіяння фази обмотки статора

Ом.

1.4.2.6 Індуктивний опір обмотки ротора:

1) коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

(1.20)

де – коефіцієнт диференціального розсіяння ротора, визначається по [9], = 0,06.

Підставляємо отримане значення у (3.20)

2) коефіцієнт провідності пазового розсіяння для овального напівзакритого паза

3) кількість пазів ротора на полюс і фазу статора

4) коефіцієнт провідності розсіяння короткозамикальних кілець

5) коефіцієнт провідності розсіяння скосу пазів

,

(1.21)

де – відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого кроку ротора.

Визначаємо відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого кроку ротора

Підставляємо отримане значення у (3.21)

6) сумарний коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора

7) індуктивний опір обмотки ротора

Ом;

8) зведений індуктивний опір обмотки ротора

Ом.

У правильно спроектованій машині зазвичай співвідношення знаходиться у межах від 0,7 до 1,0.

– умова виконується.

1.4.2.7 Опори обмоток перетвореної Г-подібної схеми заміщення, з винесеним намагнічувальним контуром:

1) коефіцієнт розсіяння статора

2) коефіцієнт опору статора

3) перетворені опори обмоток

Ом; Ом; Ом;

Ом.

Перетворена Г-подібна схема заміщення, з винесеним намагнічувальним контуром зображена на рис. 1.6.

Рисунок 1.6 – Схема заміщення зведеного асинхронного двигуна

1.4.3 Режим неробочого ходу

1.4.3.1 Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні

А.

1.4.3.2 Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні

Вт.

1.4.3.3 Магнітні втрати в окремих елементах осердя статора:

1) для сталі марки 2013 питомі магнітні втрати Вт/кг, емпіричний показник ступеню , а поправочний коефіцієнт, який враховує збільшення магнітних втрат через різні технологічні пошкодження листів осердя в процесі його виготовлення, для машин змінного струму приймається по [1]

2) розрахункова маса сталі зубців статора

кг;

3) розрахункова маса сталі спинки статора

кг;

4) магнітні втрати в зубцях статора при f_s = 50 Гц і вказаних значеннях

і для сталі марки 2013

Вт;

5) магнітні втрати в спинці статора при f_s=50 Гц і вказаних значеннях

і для сталі марки 2013

Вт;

1.4.3.4 Сумарні магнітні втрати в осерді статора з урахуванням додаткових

втрат

Вт.

1.4.3.5 Механічні втрати при ступені захисту IP44 і способі охолодження IC0141

,

(1.22)

де K_mec – коефіцієнт, що враховує механічні втрати, K_mec = 1 [1].

Підставляємо отримане значення K_mec у (1.22)

Вт.

1.4.3.6 Активна складова струму неробочого ходу

А.

1.4.3.7 Струм неробочого ходу

А.

1.4.3.8 Коефіцієнт потужності при неробочому ході

1.4.4 Параметри і характеристики номінального режиму роботи

1.4.4.1 Активний опір короткого замикання

Ом.

1.4.4.2 Індуктивний опір короткого замикання

Ом.

1.4.4.3 Повний опір короткого замикання

Ом.

1.4.4.4 Додаткові втрати в номінальному режимі

Вт.

1.4.4.5 Механічна потужність двигуна

Вт.

1.4.4.6 Повний опір схеми заміщення

,

(1.23)

де  опір схеми заміщення (див. рис. 1.6), який імітує навантаження двигуна, Ом.

Опір схеми заміщення, який імітує навантаження двигуна, знаходиться як

Ом.

Підставляємо отримане значення у (1.23)

Ом.

1.4.4.7 Ковзання у номінальному режимі

.

1.4.4.8 Номінальна частота обертання

об/хв.

1.4.4.9 Активна складова струму статора при синхронному обертанні

А.

1.4.4.10 Зведений струм ротора

А.

1.4.4.11 Активна складова струму статора

А.

1.4.4.12 Реактивна складова струму статора

А.

1.4.4.13 Фазний струм статора

А.

1.4.4.14 Коефіцієнт потужності

1.4.4.15 Лінійне навантаження статора

А/см.

1.4.4.16 Густина струму в обмотці статора

А/мм².

1.4.4.17 Лінійне навантаження ротора

,

(1.24)

де K_Wr – обмотковий коефіцієнт короткозамкненого ротора, визначається по [1], K_Wr = 1.

Підставляємо отримане значення у (1.24)

А/см.

1.4.4.18 Струм в стрижні ротора

А.

1.4.4.19 Густина струму в стрижні ротора А/мм².

1.4.4.20 Струм в короткозамикальному кільці

А.

1.4.4.21 Електричні втрати в обмотці статора

Вт.

1.4.4.22 Електричні втрати в обмотці ротора

Вт.

1.4.4.23 Сумарні втрати потужності в двигуні

Вт.

1.4.4.24 Потужність (електрична), що підводиться до двигуна

Вт.

1.4.4.25 Коефіцієнт корисної дії

.

1.4.4.26 Уточнене значення номінальної корисної потужності двигуна

Вт.