Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсач ЭМ / poz075_0

.pdf
Скачиваний:
25
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
705.43 Кб
Скачать

Таблица 2

Рекомендуемый класс изоляции и рекомендуемое значение коэффициента kA.

 

 

 

 

Рекомендуемый

Значение kA при системе изоляции

 

h, мм

 

 

 

класса нагревостойкости

 

 

 

класс изоляции

 

 

 

 

 

 

B

 

 

F

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50-132

 

 

 

 

 

B

1

 

 

1,15

 

 

1,32

 

 

160-355

 

 

 

 

 

F

0,87

 

 

1

 

 

1,15

 

 

Таблица 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендуемая марка стали и способ изоляции листов

 

 

 

 

 

h, мм

 

Марка

 

 

Статора

 

 

 

Ротора

 

 

 

 

 

стали

 

 

 

Короткозамкнутого

 

Фазного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50-250

 

2013

 

Оксидирование

 

Оксидирование

 

 

Лакировка

280-355

 

2312

 

 

Лакировка

 

Оксидирование

 

 

Лакировка

Таблица 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примерное соотношение Z1 и Z2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высота оси

 

 

 

 

 

 

Z1/Z2 при 2р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вращения

 

 

 

Двигатели с короткозамкнутым ротором

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4

6

 

8

10

 

 

12

 

 

50

 

 

 

12/9

 

12/15

 

 

 

 

56

 

 

 

24/18

 

24/18

 

 

 

 

63

 

 

 

24/18

 

24/18

36/28

 

 

 

 

 

71

 

 

 

24/20

 

24/18

36/28

 

36/28

 

 

 

 

80-100

 

 

 

24/20

 

36/28

36/28

 

36/28

 

 

 

 

112

 

 

 

24/22

 

36/34

54/51

 

48/44

 

 

 

 

132

 

 

 

24/19

 

36/34

54/51

 

48/44

 

 

 

 

160

 

 

 

36/28

 

48/38

54/50

 

48/44

 

 

 

 

180, 200

 

 

 

36/28

 

48/38

72/58

 

72/58

 

 

 

 

225

 

 

 

36/28

 

48/38

72/56

 

72/56

 

 

 

 

250

 

 

 

48/40

 

60/50

72/56

 

72/56

90/76

 

 

 

 

280-355

 

 

 

48/38

 

60/50

72/82

 

72/86

90/106

 

90/106

 

 

Высота оси

 

 

 

 

 

 

Z1 / Z2 при 2р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вращения

 

 

 

 

 

Двигатели с фазным ротором

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4

6

 

8

10

 

 

12

 

 

160

 

 

 

––

 

48/36

54/36

 

48/36

 

 

 

 

180, 200

 

 

 

 

48/36

72/54

 

72/48

 

 

 

 

225

 

 

 

 

48/66

72/81

 

72/84

 

 

 

 

250 - 355

 

 

 

 

60/72

72/81

 

72/84

90/120

 

90/108

 

 

11

5.3.1. Форма пазов статора:

а) полузакрытый трапецеидальный б) полуоткрытый прямоугольный в) открытый прямоугольный

Таблица 5

Выбор формы паза статора и его типа обмотки

h

2p

Форма пазов статора

Тип обмотки статора

 

 

 

 

50 -

2; 4; 6; 8

Трапецеидальные

Однослойная всыпная;

132

 

 

 

160

2;

То же

Двухслойная всыпная;

4; 6; 8

Однослойная всыпная

 

 

180 -

2;

 

Двухслойная всыпная;

4; 6;

То же

Одно-двухслойная всыпная;

250

8

 

Двухслойная всыпная

 

 

 

 

 

 

280 -

2; 4; 6; 8;

Прямоугольные

Двухслойная из жестких

полуоткрытые;

полукатушек;

355

10; 12

Трапецеидальные

Двухслойная

 

 

полузакрытые

концентрическая всыпная

 

 

 

 

Примечание: для двигателей исполнения по способу защиты IP23 рекомендуемые значения магнитной индукции следует увеличить на 8%

5.3.2. Форма пазов ротора:

а) полузакрытый овальный б) и в) закрытый овальный

г) закрытый лопаточный (бутылочный)

12

Таблица 6

Выбор формы паза ротора и его типа обмотки

h

2p

Форма пазов

статора

 

 

 

 

 

50-132

2; 4; 6; 8

а

160-225

2;

а

4; 6; 8

б

 

250

2;

г

4; 6; 8

а

 

 

2;

г

280-355

4; 6; 8; 10;

б

 

12

 

 

Примечание для таблиц: Формы пазов статора и ротора можно выбрать опираясь на материал, изложенный на странице 175 (358), 183 (371).

Тогда:

q =

Z1

, где m – число фаз

2 p m

Двухслойные обмотки применяются практически во всех машинах переменного тока, мощностью от 15-16 кВт и до крупных гидро- и турбогенераторов. Только некоторые уникальные турбогенераторы большой мощности с непосредственным охлаждением меди статора имеют однослойные обмотки. Следовательно, в нашем случае разумнее применить двухслойную обмотку.

Основным достоинством двухслойных обмоток является возможность использовать укорочение шага для подавления высших гармоник в кривой ЭДС. Кроме того, двухслойные обмотки имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с однослойными, например по количеству возможных вариантов выполнения параллельных ветвей, дробного числа пазов на полюс и фазу, равномерности расположения лобовых частей катушек и др.

Окончательное значение зубцового деления t1 будет определено как:

13

I1н Z1

t1 = 2 πp mD q м.

При определении числа эффективных проводников в пазу uП руководствуются следующим: uП должно быть целым, а в двухслойной обмотке желательно, чтобы оно было кратным двум. В первую очередь определяем предварительное число эффективных проводников в пазу uП при

условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а = 1).

Изначально определяем номинальный ток обмотки статора (формула 6-18, 9.18):

I1н

=

 

P2

= А.

m Uн

η cosϕ

 

 

 

Теперь рассчитаем предварительное число эффективных проводников в

пазу по формуле 6-17 (9.17): uП = π D A .

Полученное значение uП не округляют до целого, а находят такое число

параллельных ветвей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетворять отмеченным условиям, либо

потребует лишь незначительного изменения: uП = a uП .

Принятое на данном этапе расчета число параллельных ветвей а в дальнейшем, при выборе размеров и числа элементарных проводников, пожжет быль изменено. В этом случае пропорционально меняется так же и uП .

Окончательное число витков в фазе обмотки рассчитывается по формуле 6- 20 (9.20):

ω1 = 2uПa Zm1 .

Окончательное значение линейной нагрузки определяем по формуле 6-21 (9.21):

A = 2 I1н ω1 m А/м.

π D

В машинах мощностью свыше 15-16 кВт обмотки выполняются двухслойными, а при механизированной укладке применяют одно-двухслойные или двухслойные концентрические обмотки, которые могут быль уложены в пазы без подъема шага. А обмоточный коэффициент kоб = kp ky

рассчитывается в зависимости от принятого укорочения шага обмотки β и числа q .

В двухслойных обмотках асинхронных двигателей шаг выполняют в большинстве случаев с укорочением, близким к β = 0,8 . На графике, изображенном на рисунке 3-11 (3.12), показана область наиболее распространенных в практике значений укорочения 0,79 < β < 0,83 , при которых достигается значительное уменьшение гармоник (ν = 5 или ν = 7 ) при относительно малом уменьшении ЭДС первой гармоники. В практике почти все

14

машины, кроме машин малой мощности, выполняют с обмоткой, имеющей укороченный шаг.

По таблице 3-13 (3.16) или по формуле 3-6 (3.13) находят коэффициент

распределения (для первой гармоники трехфазных машин):

kp =

sin(π

2

m)

.

q sin(π

2

m q)

 

 

Коэффициент укорочения для первой гармоники (формула 3-4 (3.6) или график рис.3-11 (3.12)):

ky = sin π2 β .

Находят обмоточный коэффициент (формула 3-3 (3.5)): kоб1 = kp ky .

Окончательно определяют значения потока Ф (формула 6-22 (9.22)) и индукцию в воздушном зазоре Bδ (формула 6-23 (9.23)):

Ф =

 

 

kE U1н

 

, Вб;

4 k

B

 

ω

k

об1

f

 

 

 

1

 

1

 

Bδ = Ф p , Тл.

D lδ

С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J1 должна быть выбрана как можно большей, но при этом

возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается на температуре обмотки и на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения влияние плотности тока на нагрев обмотки более существенно, чем на КПД.

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока ( А J1 ). Поэтому выбор допустимой плотности тока

производят с учетом линейной нагрузки двигателя (формула 6-25 (9.25)):

J1 = (AAJ1 ), А/м2.

Сечение эффективных проводников определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:

qэф1 = aI1нJ1 .

В том случае, если расчетная площадь сечения эффективного проводника превосходит площадь поперечного сечения рекомендуемого, то эффективный проводник следует разделить на несколько элементарных.

Пусть эффективный проводник будет состоять из трех элементарных nэл = 6, тогда, исходя из формулы 6-26 (9.26):

qэл = qэф , мм2. nэл

На основании полученных данных выбирают обмоточный провод (приложение 3, таблица П-28 (П3.1)) с параметрами:

15

d

эл

= мм; d

из

= мм; q

эл

= мм2; q

эф

= n q

эл

=

мм2.

 

 

 

 

эл

 

 

Тогда окончательное значение плотности тока в обмотке статора будет рассчитываться по формуле 6-27 (9.27):

J1

 

I1н

2

=

 

 

, А/м .

a qэл

 

 

 

nэл

5.4. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Для всыпной обмотки могут быть выбраны пазы показанной на рисунке 6-19 а-в (9.29) конфигурации; для обмотки из прямоугольного провода – 6-17, 6-18 (9.28).

Размер пазов в электрических машинах выбираются таким образом, чтобы:

Площадь паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции

Значения индукции в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в

зубцах статора (значения принимаются из таблицы 6-10 (9.12)).

Таблица 7

Припуски по ширине и высоте паза

Высота оси

 

 

Припуски

 

 

 

По ширине

 

 

 

По высоте

 

вращения h, мм

 

 

 

 

 

 

 

паза

 

 

 

 

паза

 

 

50-132

 

0,1

 

 

 

0,1

 

 

160-250

 

0,2

 

 

 

0,2

 

 

280-355

 

0,3

 

 

 

0,3

 

 

400-500

 

0,4

 

 

 

0,3

 

формулы для расчета

На странице

175 (356)

 

расположены

прямоугольных пазов:

 

Ф

 

 

 

 

 

Высота ярма статора

ha =

 

 

 

;

 

 

2 Ba

lcm1

 

 

 

 

 

 

 

kcm1

 

 

Минимальная ширина зубца bmin

=

 

Bδt1lδ

;

 

 

Bz1maxlcm1kC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ширина зубца на

расстоянии

1/3 его высоты от наиболее узкой части

b1/ 3

=

Bδt1lδ

Bz1/ 3lcm1kC

 

 

Далее рассмотрим расчет трапецеидальных пазов, так как формулы в двух взятых за основу учебниках несколько расходятся.

16

Производят предварительный выбор размеров, исходя из допустимой индукции в зубцах и ярме статора:

Ширина зубца (формула 6-39 (9.37))

b

=

Bδ t1 lδ

, м,

 

z1

 

Bz1 lст1 kC

 

 

 

 

где значение коэффициента заполнения сердечника сталью kC выбрано по

таблице 6-11 (9.13), исходя из h , а U.

Высота ярма статора (формула 6-28 (9.28))

ha

=

 

 

Ф

, м.

2

Ba

lст1 kC

 

 

 

Далее находятся размеры паза в штампе (формулы 6-40 (9.38), 6-41 (9.39)

и 6.42 - 6-43 (9.40-9.41)): hП = DA 2D ha , м;

b1 = π(D +Z12 hП ) bz1 , м;

При β = 45o и β = 30o (с.178; с.362):

β = 45o: b

=

π (D + 2 hш bш )Z1 bz1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Z1 π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

D

+ 2 h

bш

 

Z

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш

3

1

z1

β = 30o : b =

 

 

 

 

 

 

,

 

 

Z π

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где hш -

 

 

 

3

 

 

 

а bш можно рассчитать по формуле

 

 

 

 

 

 

 

высота

шлица паза,

bш = dиз + (1,5 ÷2 мм), но так как этот размер нормализуется, то ширину шлица

bш принимаем из таблицы 6-12 (9.16).

 

 

 

Для нахождения

площади поперечного

сечения паза

в штампе

SП (формула

6-44

(9.43)),

необходимо

определить

h1 и высоту клиновой части паза hK (формулы 6-45

(9.44) и 6-46 (9-45)):

при β = 30o

 

 

 

 

 

h

=

b2 bш

м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при β = 45o

 

 

 

 

 

 

(b1 +b2 ) h , м2 .

h

= b2 bш

, м;

h = h (h + h ), м;

S

П

=

K

2

3

 

1 П

ш К

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяют расчетные размеры зубцов статора при трапецеидальных пазах (формулы выбраны по таблице 6-14 для рисунка 6-19 а):

bz′ =π D + 2 hП , м;

Z1

17

bz′′=π D + 2 (hП h1) , м;

Z1

hz = hП , м;

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза в свету и учесть площадь сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией Sиз (формула 6-48 (9.46)) и прокладками в пазу Sпр (формула 6-50

(9.47)).

Размеры паза в свету определяются (формулы 6-47 (9.42)) с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников bП и hП (припуски

выбираются из таблицы на странице 177 (360) в соответствии с h): b1′ =b1 −∆bП , м;

b2′ =b2 −∆bП , м; h1′ = h1 −∆hП , м;

при h =180...250 мм

Sпр = (0,4b1 +0,9b2 ) 103, м2;

при h 280 мм

Sпр = 0,6 103 (b1 +b2 ), м2;

S

из

=b

(2 h

+b

+b ), м2

,

 

из

П

1

2

 

где bиз , м - толщина изоляции в пазу (выбирается по таблицам относительно

формы паза).

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников обмотки, рассчитывается по формуле 6-51(9.48):

S

 

(b′+b)

 

2

.

 

 

 

 

 

П

=

 

2

h1 Sиз Sпр, м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение

коэффициента заполнения паза: kЗ =

d 2

u

П

n

из

 

эл

.

 

SП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

современном

электромашиностроении плотность укладки обмотки

стремятся выполнить такой, чтобы значение kЗ было в пределах 0,70 ÷0,75 при ручной укладке обмоток и 0,70 ÷0,72 при механизированной.

Правильный выбор воздушного зазора δ во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть суммарной МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответствующему уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает его cosϕ и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но

чрезмерное уменьшение δ приводит к возрастанию амплитуд пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь, таким образом, КПД двигателя с очень малыми зазорами не возрастает, а наоборот – уменьшается.

18

Зависимость воздушного зазора от внутреннего диаметра статора DА у машин серии 4А можно либо рассчитать по формуле 6-52 – 6-54 (9.49 – 9.51), либо взять по графику, показанному на рисунка 6-21 (9.61):

δ (0,3 +1,5D) 103 , мм

δ (0,25 + D) 103 , мм

δ 1,2D (1+9 2 p) 103, мм

5.5.Расчет короткозамкнутого ротора

Короткозамкнутые обмотки роторов (в отличие от других видов обмоток) не имеют определенного числа фаз и числа полюсов. Один и тот же ротор может работать в машинах, статоры которых выполнены на различные числа полюсов. Это сделало возможность использование короткозамкнутых роторов в двигателях с регулированием частоты вращения путем переключения числа пар полюсов обмотки статора.

Обычно принято считать, что каждый стержень обмотки образует одну

фазу короткозамкнутой обмотки. Тогда число ее фаз

равно числу пазов

( m2 = Z2 )

и обмотка каждой из фаз имеет ½

витка, т.е.

ω2 =½ , так как при

m2 = Z2

к каждой

фазе

относится один

стержень

с

двумя

участками

замыкающих колец, расположенных с разных торцов ротора.

 

 

Из таблицы 6-15 (9.18) выбирают число пазов ротора и при 2 p , Z1 число

пазов ротора будет

равно

Z2 . Это было сделано с тем,

чтобы

ограничить

чрезмерно большой ток в стержнях ротора и увеличить равномерность распределения проводников обмотки (выполняется в крупных двигателях).

Внешний диаметр:

D2 = D 2 δ .

Длина ротора рассчитывается относительно h, если h > 250 мм, то: l2 =l1 +5 мм, м;

Если l2 >300 мм, то сердечник разбивается на пакеты. Зубцовое деление:

t2 = πZD2 , мм.

2

Внутренний диаметр сердечника ротора Dj равен диаметру вала, так как

сердечник непосредственно насажен на вал без промежуточной втулки.

Dj = DB kB DA , м,

где kB - значение коэффициента для расчета диаметра вала асинхронных

двигателей, полученное по таблице 6-16 (9.19).

Если же сердечник ротора насажен на втулку или оребренный вал, то

hj

=

 

Ф

; Dj = D2

2 (hп2

+ hj )

2Bj

lcm2 kC

 

 

 

 

 

19

В двигателях с высотой оси вращения h = 280 мм выполняют аксиальные вентиляционные каналы в сердечнике ротора, располагая в одном ряду 12 каналов диаметром dк2 = 20 ÷30 мм (каналы, в зависимости от диаметра

ротора, могут быль расположены как в одном, так и в двух рядах). Радиальные каналы в сердечнике ротора, так же как и в статоре, выполняют лишь при длине сердечника, превышающей 0,3 м.

С учетом принятых для короткозамкнутой обмотки числа пазов ротора рассчитывают коэффициент приведения токов (формула 6-68 (9.66)):

v =

m1 ω1 kоб1

.

 

i

m2 ω2 kоб2

 

 

Тогда ток в стержне можно определить по формуле:

I2 = ki I1 vi , A ,

где ki - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I1 I2 (значение принимается по следующему графику 6.22 или по формуле ki = 0,2 +0,8 cosϕ).

Площадь поперечного сечения стержня qC рассчитывается по формуле 6-

69(9.68).

Вкороткозамкнутых роторах двигателей с h 280 мм выполняют

закрытые пазы, следовательно J2 = (2,5 ÷3,5) 106 A/м2 , причем меньшее значение J2 соответствует более мощному двигателю (для машин меньшей мощности J2 = (4,0 ÷8,0) 106 A/м2 ). Тогда:

qC = I2 , м2 . J2

Рассчитывают площадь поперечного сечения замыкающих колец по формуле 6-73 (9.72):

qкл = Iкл , м2 ,

Jкл

где Iкл - токи в замыкающем кольце:

Iкл = I2 = 2 sin(πI2 pZ2 ), А;

Jкл - плотность тока в замыкающих кольцах, которая берется в среднем на 15 ÷20% меньше, чем в стержнях, таким образом:

Jкл = 0,85 J2 , A/м2 .

Расчетное сечение замыкающих колец литой обмотки принимают:

qкл = акл bкл ,

где b

1,25 h

, м;

а

кл

= qкл ,м.

кл

П2

 

 

bкл

 

 

 

 

 

В двигателях с высотой оси вращения h < 250 выполняют грушевидные пазы и литую обмотку; с высотой оси вращения h 280 ÷355 мм выполняют закрытые пазы ротора и при 2 р4 - их выполняют трапецеидальными,

сужающимися в верхней части (при 2 р = 2 - лопаточные).

20