7. Исходные данные для расчета трехфазного асинхронного двигателя

7.1 Тип: 4A200L6Y3.

7.2 Номинальная мощность Р_ном=30 кВт.

7.3 Частота тока в сети f₁ =50 Гц.

7.4 КПД ή = 90,5%.

7.5 Число полюсов 2р = 6.

7.6 Высота оси вращения h = 200 мм.

7.7 Номинальное напряжение сети U_ном=220/380 В.

7.8 Перегрузочная способность M_max/M_ном = 2.

7.9 Отношение начального пускового момента к номинальному M_п/M_ном – не менее 1,2.

7.10 Отношение начального пускового тока к номинальному I_1п/I_1ном – не более 6,5.

7.11 Коэффициент мощности cos₁’= 0,9.

7.12 Номинальная частота вращения n_ном=1000 об/мин.

7.13 Степень защиты IP44.

7.14 Способ охлаждения IC0141.

7.15 Класс нагревостойкости изоляции F.

Расчет двигателя постоянного тока осуществлен по методике, изложенной в книге “Расчет и конструирование электрических машин” М.М.Кацман, М.:Энергоатомиздат, 1984.

8. ГЛАВНЫЕ РАЗМЕРЫ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

8.1 Наружный и внутренний диаметры сердечника статора. По таблице [ 5.4, с. 55] при h=200 мм, 2p=6 и способу защиты IP44 принимаем:

D_1нар.= 349 мм; D₁ = 250 мм.

8.2 Предварительные значения КПД и коэффициента мощности заданы: η’ = 0,905; cos₁’= 0,9.

8.3 Расчетная мощность

P_i = (P_ном.× k_E)  ⁄ (η’× cos₁’) , (8.1)

где P_ном. – номинальная мощность, кВт;

k_E – коэффициент мощности, k_E=0,94.

P_i=(30×0,94) / (0,905×0,9) = 34,431 кВ×А.

8 .4 Предварительные значения максимально магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки А₁’, при D_1нар.= 349 мм принимаем: B_δ’= 0,77 Тл; А₁’=380×10² А/м [1, рисунок 5.2, с. 58].

8.5 Предварительное значение обмоточного коэффициента: обмотка задана двухслойной всыпной, тогда k_об1’= 0,93.[с. 57, т. 5.5]

8.6 Расчетная длина сердечника статора

l_i=(8,66×10¹²× Р_i)/(k_об1’×n₁×D₁²×В_δ’×А₁’) (8.2)

где k_об1’– обмоточный коэффициент для основной гармоники ЭДС; n₁ – частота вращения, об/мин; D₁ – внутренний диаметр сердечника статора, мм; B_δ’ – магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл; А₁’ – линейная нагрузка, А/м.

l_i = (8,66×10¹²×34,431) / (0,93×10³×250²×0,77×380×10²) = 175,319 мм,

принимаем l_i =175 мм.

8.7 Коэффициент длины

λ= l_i / D₁, (8.3) λ = 175 / 250 = 0,7, что укладывается в диапазон рекомендуемых значений λ (λ = 0,5÷0,8) [1, рисунок 5.2, с. 58 – 59]. Принимаем l_i = 160 мм (см. п. 2.3.14.) λ = 160 / 250 =0,64.

9. Размеры активной части трехфазного асинхронного двигателя

9.1 Воздушный зазор при h = 200 мм принимаем δ = 0,55 мм [1, рисунок 5.3, с. 60].

9.2  Наружный диаметр сердечника ротора D₂ = D₁ – 2×δ, (9.1) D₂ = 250 – 2×0,55 = 248,9 мм.

9.3  Внутренний диаметр сердечника ротора

D_2вн. = 0,33×D₂ ,  (9.2)

D_2вн. = 0,33×248,9 = 82,137 мм.

Принимаем D_2вн =82 мм.

9.4  Конструктивная длина сердечника статора l₁ = l_i =160 мм.

9.5  Число пазов на статоре и роторе Z₁ = 72; Z₂ = 58 , скос не применяем [1, с. 62 – 63], где Z₁ – число пазов статора; Z₂ – число пазов ротора.

9.6  Форма пазов на статоре [1,таблица 5.9, с. 64]: трапецеидальные полузакрытые [1,  рисунок 5.6а, с. 63]. Форма пазов на роторе [1,таблица 5.10,  с. 68]: овальные закрытые [ 1,рисунок 5.7б, с. 63].

9.7  Размеры полузакрытого трапецеидального паза статора:

зубцовое деление статора

t₁= π×D₁ / Z₁ , (9.3) где π – постоянная величина, π = 3,14.

t₁= 3,14×250 / 72 = 10,903 мм.

Ширина зубца статора

b_z1 = ( t₁× B_δ’) / (k_c1×B_z1max), (9.4)

где k_c1 – коэффициент заполнения; так как марка стали 2013, h=200 мм способ изолировки листов статора – оксидирование; короткозамкнутого ротора – оксидирование: k_c1=0,97 [1, таблица 5.6, с. 59];

B_z1max – допустимое значение магнитной индукции в зубце статора, Тл,

B_z1max = 1,9 Тл [1, таблица 5.9, с. 64].

b_z1= (10,903×0,77) / (0,97×1,9) = 4,555 ≈ 4,55 мм.

Высота спинки статора

h_c1 = (0,5×α_i’× τ × B_δ’) / (k_c1× B_c1), (9.5)

где α_i – коэффициент полюсного перекрытия; при синусоидальном распределении магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя: α_i =2/π ≈ 0,64; τ – полюсное деление, мм;

τ = (π×D₁) / 2p, (9.6) τ = (3,14×250) / 6=130,833 мм.

B_c1 – допустимое значение магнитной индукции в спинке статора, Тл, B_c1 = 1,62 Тл [1, таблица 5.9, с. 64].

h_c1= (0,5×0,64×130,833×0,77) / ( 0,97×1,62 ) = 20,523 ≈ 20,5 мм.

Высота зубца статора

h_z1= 0,5×(D_1нар.– D₁) – h_c1 , (9.7) h_z1=0,5×(349 – 250) – 20,5 = 28,926 ≈ 29,0 мм.

Наименьшая ширина трапецеидального полузакрытого паза в штампе

b_п1’= t₁”– b_z1 , (9.8)

где t₁” – наименьшее зубцовое деление в статоре, мм;

t₁”= π×(D₁+0,2×h_z1)/Z₁ , (9.9)

t₁”=3,14×(250+0,2×29,0)/72 = 11,153 мм.

b_п1’=11,153 – 4,55 = 6,603 ≈ 6,6 мм.

Наибольшая ширина трапецеидального полузакрытого паза в штампе

b_п1= t₁’– b_z1 , (9.10)

где t₁’ – наибольшее зубцовое деление в статоре, мм;

t₁’=π×(D₁+2×h_z1)/Z₁ , (9.11)

t₁’=3,14×(250+2×29,0)/72=13,432 мм.

b_п1=13,432 – 4,55 = 8,882 ≈ 8,9 мм.

Принимаем ширину шлица b_ш1=3 мм, высоту h_ш1=0,8 мм, угол β=45˚, ширина шлица паза статора b_ш1 должна быть такова, чтобы при принятой толщине пазовой изоляции через шлицы можно было уложить в пазы катушки (секции) по одному проводу. Обычно диаметр изолированного провода не превышает d_из.= 1,405 мм, а b_ш1 ≤ 4,0мм.

Высота  клиновой  части паза

h_к1=0,5×(b_п1’– b_ш1), (9.12)

h_к1=0,5×(6,6 – 3) = 1,8 мм.

Высота паза, занимаемая обмоткой

h_п1 = h_z1 – h_ш1 – h_к1, (9.13) h_п1=29,0 – 0,8 – 1,8 = 26,4 мм.

9.8  Размеры закрытого овального паза ротора:

зубцовое  деление ротора

t₂ = ( π×D₂ ) / Z₂ , (9.14) t₂= (3,14×248,9) / 58 = 13,475 мм.

Ширина зубца ротора

b_z2= ( t₂ ×B_δ’) / (k_c2× B_z2max)  , (9.15) где k_c2 – коэффициент заполнения сердечника ротора сталью, k_c2 = 0,97; B_z2max – допустимое значение магнитной индукции в зубце ротора, Тл,  B_z2max= 1,9 Тл [1, таблица 5.10, с. 68].

b_z2 = (13,475×0,77) / (0,97×1,9) = 5,651 ≈ 5,6 мм.

Высота спинки ротора

h_c2= (0,5×α_i’× τ ×B_δ’) / ( k_c2×B_c2) , (9.16)

где B_c2 – допустимое значение магнитной индукции в спинке ротора, Тл,  B_c2 = 0,75 Тл  [1, таблица 5.10, с. 68]. (т.к двигатель небольшой мощности высота спинки h_c2 принимаем исходя из соображения механической прочности сердечника. При этом значение магнитной индукции B_c2 оказывается намного ниже рекомендуемых в таблице 5.10)

h_c2 = (0,5×0,64×130,833×0,77) / (0,97×0,75) = 44,312 ≈ 44,3 мм;

Высота зубца ротора

h_z2 = 0,5×(D₂ – D_2вн.) – h_c2 , (9.17) h_z2 = 0,5×(248,9 – 82,137) – 44,3 = 39,082 ≈ 39,1 мм.

Диаметр в верхней части паза ротора

d_п2’=(π×(D₂ – 2×h_м2) – Z₂×b_z2) / (Z₂+π), (9.18)

где h_м2 – высота мостика, мм, h_м2=0,6 мм.

d_п2’= (3,14×(248,9 – 2×0,6) – 58×5,6)/(58+3,14) = 7,409 мм, принимаем d_п2’ = 7,4 мм.

Диаметр в нижней части паза ротора

d_п2=(π×(D₂ – 2×h_z2) – Z₂×b_z2) / (Z₂ – π), (9.19)

d_п2=(3,14×(248,9 – 2×39,1) – 58×5,6) / (58 – 3,14)=3,851 мм, принимаем d_п2 = 3,9 мм.

Расстояние между центрами окружностей овального паза ротора

h₂ = h_z2 – h_м2 – 0,5×(d_п2+d_п2’) , (9.20)

h₂=39,1 – 0,6 – 0,5×(3,9+7,4) = 32,86 ≈ 32,9 мм.

Площадь овального паза в штампе

S_п2 = 0,25×π×(d_2п²+d_2п’²)+0,5×h₂×(d_п2+d_п2’) , (9.21)

S_п2=0,25×3,14×(7,4² + 3,9²) + 0,5×32,9×(7,4 + 3,9))=240,812 мм².