1.3 Проектування ротора

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

1.3.2 Зовнішній діаметр ротора .

1.3.3 Довжина пакету осердя ротора .

1.3.4 Кількість пазів короткозамкненого ротора [1], Q_r.

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

.

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, мм h_r1, b_r1;

2) більший і менший радіуси,мм

;

;

3) відстань між центрами дуг радіусів r_r1 і r_r2

;

4) площа поперечного перерізу паза (і одночасно стрижня ),

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

Якщо умова виконується, то розміри пазової зони ротора визначено вірно.

Приклад зубцево-пазової структури короткозамкненого ротора зображено на рис. 1.3.

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;

Рисунок 1.3 – Приклад зубцево-пазової структури короткозамкненого ротора

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 .

Переріз короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки приведено на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 – Приклад перерізу 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 [1],H_ts =8,5 А/см.

1.4.1.4 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці статора ,мм

_{lmts = hs.}

1.4.1.5 Магнітна напруга зубців статора, А

_.

1.4.1.6 Напруженість магнітного поля в спинці статора [1], 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 [1],

= 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 [1],

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, Ом

,

(1.14)

де – ЕРС в обмотці статора, В.

Електрорушійна сила в обмотці статора визначаємо за формулою, В

_.

Підставляємо отримане значення у (1.14) 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 (3.15) 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 − Приклад зображення розмірів 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 у 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

_.

3.4.2.6 Індуктивний опір обмотки ротора:

1) коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

(1.20)

де – коефіцієнт диференціального розсіяння ротора, визначається по [1], = 0,06.

Підставляємо отримане значення у (1.20).

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 (1.21)

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.

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; ;

;

.

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 холостого 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 [1], 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, Вт

,

(1.22)

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

Підставляємо отримане значення K_mec у (1.22).

1.4.3.6 Активна складова струму холостого ходу, А

.

1.4.3.7 Струм холостого ходу, А

.

1.4.3.8 Коефіцієнт потужності при холостому 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

.

Підставляємо отримане значення у (1.23).

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, А/см

,

(1.24)

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

Підставляємо отримане значення у (1.24).

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

.