2.Электромагнитный расчёт

2 Электромагнитный расчёт

2.1 Номинальные величины

2.1.1 Номинальное фазное напряжение (обмотка статора соединена в звезду)

В.

2.1.2 Номинальная полная мощность

В∙А.

2.1.3 Номинальный фазный ток

А.

2.1.4 Число пар полюсов

.

Коэффициент, учитывающий отношение ЭДС обмотки статора при номинальной нагрузке к номинальному напряжению, при работе синхронного двигателя с опережающим током и , его можно принять в диапазоне от (1.05÷1.06), принимаем: .

2.1.5 Расчётная мощность

В∙А.

2.2 Выбор главных размеров

2.2.1 По рекомендации [1], предварительно находим внутренний диаметр статора, по зависимости , для данного значения и числа пар полюсов . Принимаем

м.

2.2.2 - коэффициент зависящий от числа пар полюсов машины, при , ; ,.

2.2.3 Находим (диапазон возможных значений) предварительное значение внешнего диаметра статора по рекомендации [1]

м;

м.

Исходя из экономических соображений (наиболее благоприятный раскрой листов электротехнической стали, при котором уменьшается отход при штамповке) округляем полученное значение до ближайшего нормализованного диаметра, по величине диаметра определяем высоту оси вращения машины (17 - й габарит), предварительно, по рекомендации [1], принимаем:

м.

Высота оси вращения:

м.

Машина имеет 17 - габарит, следовательно отдельных остовов нет и статор состоит из одного пакета.

2.2.4 Проверка и на соответствие данному диапазону изменения величины :

.

Так как коэффициент входит в заданные пределы, то пересчёт внутреннего диаметра статора не производим.

2.2.5 Полюсное деление машины

м.

2.2.6 Электромагнитные нагрузки

Предварительно принимаем:

Тл,

А/м.

2.2.7 Предварительное значение коэффициента формы поля

Величина коэффициента формы поля находится в следующем диапазоне:

.

По рекомендации [1] принимаем:.

2.2.8 Предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия

Принимаем:.

2.2.9 Значение произведения коэффициента полюсного перекрытия на коэффициент формы поля:

Эта величина находится в диапазоне (0.75 - 0.78).

Принимаем: .

Полученная величина находится в указанном выше диапазоне, следовательно коэффициенты выбраны верно.

2.2.10 Предварительное значение обмоточного коэффициента

По рекомендации [1] принято .

2.2.11 Расчётная величина длины статора.

м.

2.2.12 Показатель экономичности машины

По рекомендации [1] его величина должна находиться в следующих пределах: .

.

Полученная величина находится в указанном выше диапазоне, следовательно коэффициенты выбраны верно.

2.2.13 Действительная длина статора

м.

2.2.14 Число вентиляционных каналов (длину всех пакетов магнитопровода статора принимаем одинаковой)

2.2.14.1 Ширина вентиляционного радиального канала: м.

2.2.14.2 Минимальная длина пакета (предварительная): м.

2.2.14.3 Максимальная длина пакета (предварительная): м.

;

.

2.2.14.4 Полученное число вентиляционных каналов округляем до целого значения, принимаем: .

2.2.15 Длина пакета магнитопровода статора (уточнённая)

м.

2.2.16 Суммарная длина пакетов магнитопровода статора

м.

2.3 Зубцовая зона статора. Сегментировка

2.3.1 Число параллельных ветвей обмотки статора.

Принимаем: .

2.3.2 По справочному графику определяем пределы изменения зубцового деления статора в зависимости от полюсного деления

м;

м.

2.3.3 Пределы изменения числа пазов (зубцов) магнитопровода статора

;

.

В данном диапазоне изменения числа пазов всем требованиям (так как D_a превышает 990 мм, то статор сегментируется) удовлетворяет число пазов

.

2.3.4 Число пазов на полюс и фазу

.

2.3.5 Зубцовое деление статора (окончательное)

м.

2.3.6 Число эффективных проводников в пазу (предварительно)

.

Округляем полученное значение до ближайшего чётного числа, принимаем: .

2.3.7 Число сегментов: .

Число пазов в сегменте: .

Хорда: м.

Листы электротехнической стали выбираем с размерами мм.

2.3.8 Уточнённая величина линейной нагрузки

А/м.

2.3.9 Проверка отклонения величины линейной нагрузки от ранее выбранной

%.

Так как погрешность получилась меньше 5 % (допустимая инженерная погрешность), то принятые выше величины должны использоваться для дальнейшего расчёта.

2.4 Пазы и обмотка статора

2.4.1 Предварительная ширина паза статора

м.

2.4.2 Поперечное сечение эффективного проводника обмотки статора (предварительно)

2.4.2.1 Характеристика тепловой нагрузки обмотки

Принимаем: А/м³.

2.4.2.2 Плотность тока в обмотке статора (предварительная)

А/м².

Поперечное сечение

м².

Изоляция катушек класса нагревостойкости "В", двусторонняя толщина изоляции паза: м.

2.4.3 Возможная ширина изолированных проводников

м.

2.4.4 Размеры проводника обмотки статора

2.4.4.1 Число элементарных проводников по ширине паза: .

2.4.4.2 Число элементарных проводников по высоте паза: .

2.4.4.3 Число элементарных проводников паза в одном эффективном выбирается, исходя из условия, что мм², поэтому: .

2.4.4.4 Сечение элементарного проводника

м².

2.4.4.5 Марка провода ПЭТВ СД с толщиной двусторонней изоляции 0.5 м, принимаем: мм.

2.4.4.6 Предварительная ширина элементарного проводника с изоляцией (должна быть меньше или равной 7.5 мм, по рекомендации [1])

м.

2.4.4.7 Ширина голого прямоугольного проводника (предварительно)

м.

2.4.4.8 По справочной таблице [1] определяем размеры медного проводника обмотки статора

2.4.4.8.1 Без изоляции: мм, мм, мм².

2.4.4.8.2 С изоляцией:

мм;

мм;

мм².

2.4.4.9 Технологические допуски на укладку

2.4.4.9.1 По ширине: мм.

2.4.4.9.2 По высоте: мм.

2.4.4.10 Допуск на разбухание изоляции в ширину

мм.

2.4.4.11 Допуск на разбухание изоляции в высоту

мм.

2.4.5 Ширина паза статора (уточнённая)

мм.

2.4.6 Высота клина паза находится в следующих пределах

мм.

Принимаем высоту клина: мм.

2.4.7 Суммарная толщина изоляции по высоте паза, из справочника [1]

мм.

2.4.8 Высота паза статора (уточнённая)

мм.

2.4.9 Фактическая плотность тока в проводнике обмотки статора

А/м².

2.4.10 Коэффициент заполнения пакета сталью

Коэффициент заполнения пакета сталью выбирается из справочника в зависимости от толщины листов электротехнической стали и способа изоляции листов друг от друга. Для листов статора толщиной 0.5 мм (для машин при частоте питающей сети 50 Гц.) чаще всего листы изолируют друг от друга лакированием, принимаем: .

2.4.11 Проверка индукции в зубцах статора

Индукция в зубцах статора должна находиться в пределах 1.6 – 2 Тл.

Тл.

2.4.12 Высота ярма статора

м.

2.4.13 Проверка индукции в ярме статора

Индукция в ярме статора должна находиться в пределах 1.2 - 1.45 Тл.

Тл.

2.4.14.Ширина зубца статора, при индукции B_Z1

м.

2.4.15 Перепад температуры в изоляции паза

Для изоляции класса нагревостойкости В перепад температуры не должен превышать 30 – 35 ⁰С.

⁰C,

где Вт/(м∙⁰С) – теплопроводность изоляции, выполненной по способу «монолит»;

- коэффициент добавочных потерь, по рекомендации [1] , принимаем .

2.4.16 Градиент температуры в изоляции паза статора

⁰С/м.

Вывод: проверка показала, что размеры паза статора выбраны удачно.

2.4.17 Количество витков фазы обмотки статора

.

2.4.18 Полюсное деление паза

.

2.4.19 Шаг обмотки статора

.

Полученный результат округляем до целого числа: .

2.4.20 Проверка:

:

.

2.4.21 Коэффициент укорочения шага обмотки статора .

2.4.22 Коэффициент распределения

.

2.4.23 Обмоточный коэффициент обмотки статора

.

2.5 Воздушный зазор и полюса ротора

2.5.1 Исходя из заданного соотношения М_max / М_ном = 2.1 (перегрузочная способность) по рекомендации [1] находим: .

2.5.2 Приближённое значение величины воздушного зазора

мм,

где - максимальная индукция в зазоре при холостом ходе и номинальном напряжении, Тл,

Тл.

Принимаем воздушный зазор под серединой полюса равным 2 мм.

2.5.3 Среднее значение воздушного зазора, м.

мм,

где - зазор под краями полюса, мм;

мм.

2.5.4 Ширина полюсного наконечника (длина полюсной дуги)

м,

где - конструктивный коэффициент полюсного перекрытия, по рекомендации [1] , принимаем

2.5.5 Радиус дуги полюсного наконечника

м.

2.5.6 Высота полюсного наконечника

По рекомендации [1] высота полюсного наконечника определяется в зависимости от величины t.

м, принимаем м.

2.5.7 Длина сердечника полюса и полюсного наконечника

м.

2.5.8 Расчетная длина сердечника полюса

l_f - толщина нажимной щеки полюса, находится в диапазоне 0.015 ¸ 0.03 м. (учитываем ослабление сечения щёк за счёт закругления краёв и отверстий для гаек стяжных шпилек, используя не 2l_f, а l_f), принимаем: ,

м,

где - толщина нажимной щеки полюса, по рекомендации [1] м, принимаем м.

2.5.9 Предварительная высота полюсного наконечника

м.

2.5.10 Коэффициент рассеяния полюсов

,

где k – коэффициент, по рекомендации [1] принимаем .

2.5.11 Индукция полюса находится в пределах 1.4 ¸ 1.6 Тл., принимаем

.

2.5.12 Ширина полюсного сердечника

м,

где - индукция полюса, по рекомендации [1] принимаем Тл;

- коэффициент заполнения полюса сталью, при толщине листов 1 мм и марки стали Ст3 по рекомендации [1] принимаем .

2.5.13 Окружная скорость ротора

м/с.

Полученное значение скорости превышает 30 м /с, следовательно, полюса прикрепляются с помощью хвостов к шихтованному остову.

2.5.14 Длина ярма (обода) ротора

м,

где по рекомендации [1] м, принимаем м.

2.5.15 Минимальная высота ярма ротора, м.

м,

где - индукция в ярме ротора, по рекомендации [1] Тл, принимаем Тл.

2.6 Пусковая обмотка

2.6.1 Число стержней пусковой обмотки на полюс выбирается в пределах 5 ¸ 10 (стержни выполняются из: меди или латуни круглого сечения, или из фосфористой бронзы, но чаще из меди, в данной машине использованы медные стержни), принимаем: .

2.6.2 Поперечное сечение стержня пусковой обмотки

м².

2.6.3 Диаметр стержня

мм.

2.6.3.1 Полученную величину округляем до размера кратного 0.5 мм, принимаем: мм.

2.6.3.2 Тогда поперечное сечение стержня пусковой обмотки

м².

2.6.4 Зубцовый шаг на роторе

м,

где z – расстояние между крайним стержнем и краем полюсного наконечника, по рекомендации [1] м, принимаем м.

2.6.5 Проверка условия 1

0.8  t_z1 < t_z2:

< м.

2.6.6 Проверка условия 2

> 0.75.

Так как полученная величина больше 0.75, то пазы выбираем круглые, полузакрытые.

2.6.7 Диаметр паза ротора

мм.

2.6.8 Раскрытие паза

2.6.8.1 Ширина шлица: мм.

2.6.8.2 Высота шлица: мм.

2.6.9 Длина стержня

м

2.6.10 Сечение короткозамыкающего сегмента

м².

2.6.11 По найденному сечению из справочной таблицы выбираем стандартную полосу прямоугольной меди, толщиной не менее:

мм.

2.6.12 Размеры полосы

мм, мм, мм².

2.7 Расчёт магнитной цепи

У выпускаемых в настоящее время синхронных машин магнитопровод статора выполняется из горячекатаной стали марки 1511 (для машин мощностью более 100 кВт, ГОСТ 214273 - 75) с толщиной листов 0.5 мм. Полюсы ротора выполняются из стали марки Ст3 с толщиной листов 1мм.

2.7.1 Задаёмся значением фазной ЭДС в обмотке статора Е₁

В.

2.7.2 Определяем величину магнитного потока в зазоре

Вб.

2.7.3 По справочным зависимостям определяем коэффициент формы поля и расчётный коэффициент полюсного перекрытия, при условии что:

;

;

.

Находим из графиков: , .

2.7.4 Уточняем расчётную длину магнитопровода статора

м,

где м;

где .

2.7.5 Индукция в воздушном зазоре

Тл.

2.7.6 Коэффициент воздушного зазора статора

.

2.7.7 Коэффициент воздушного зазора ротора

.

2.7.8 Коэффициент воздушного зазора

.

2.7.9 Магнитное напряжение воздушного зазора

А.

2.7.10 Зубцовое деление на высоте 1 / 3 h_п1 от его коронки

м.

2.7.11 Ширина зубца статора на высоте 1/3 h_п1 от его коронки

м.

2.7.12 Индукция в сечении зубца статора на высоте 1/3 h_п1 от его коронки

Тл.

2.7.13 Задаёмся величиной напряжённости магнитного поля зубца статора, исходя из ранее найденной величины индукции в сечении зубца статора на высоте 1/3 h_п1 от его коронки H_Z1, по кривой намагничивания для стали 1511.

2.7.14 Магнитная напряжение зубцов статора

А.

2.7.15 Индукция в спинке статора

Тл.

2.7.16 Длина силовой линии спинки зубца статора

м.

2.7.17 По справочной зависимости  = f (B_a) определяем величину коэффициента учитывающего неравномерность распределения индукции по поперечному сечению спинки статора .

2.7.18 Задаёмся величиной напряжённости магнитного поля в спинке статора, исходя из ранее найденной индукции в спинке статора H_a по кривой намагничивания для стали 1511.

2.7.19 Магнитное напряжение спинки статора

А.

2.7.20 Высота зубца ротора

мм.

2.7.21 Ширина зубца ротора на высоте 1/3 h_z2 от его коронки

м.

2.7.22 Индукция в сечении зубца ротора на высоте 1/3 h_z2 от его коронки

Тл.

2.7.23 Задаёмся величиной напряжённости магнитного поля зубца ротора, исходя из ранее найденной величине индукции в сечении зубца ротора на высоте 1/3 от его коронки H_Z2, по кривой намагничивания для стали Ст3.

2.7.24 Магнитное напряжение зубцов ротора

А.

2.7.25 Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностями сердечников полюсов

2.7.26 Удельная магнитная проводимость между внутренними поверхностями полюсных наконечников

2.7.26.1 м.