Асинхронный двигатель с фазным ротором
..pdfСинхронная угловая частота двигателя Ω, рад/с, рассчитывается по формуле
Ω = 2π |
n1 |
или Ω = 2π |
f1 |
, |
60 |
|
p |
|
где n1 – синхронная частота вращения, об/мин; f1 – частота пита-
ния, Гц.
6. Расчетная длина магнитопровода (м)
|
lδ = |
|
|
P′ |
|
|
|
, |
||||
|
D2Ωk |
B |
k |
об |
АВ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
δ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
Ω = |
2πf1 |
. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
||
7. Отношение λ = |
lδ |
. Значение λ проверить на допустимость |
||||||||||
τ |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пределов.
Критерием правильности выбора главных размеров D и lδ слу-
жит отношение λ = lτδ , которое обычно находится в пределах, пока-
занных на рис. 5 для принятого исполнения машины. Если λ оказывается чрезмерно большим, то следует повторить расчет для ближайшей из стандартного ряда большей высоты оси вращения h.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
б |
|
Рис. 5. Отношение λ = |
lδ |
у двигателей исполнения по степени защиты: |
|
τ |
|||
|
а – IP44; б – IP23 |
||
|
|
11
Если λ слишком мало, то расчет повторяют для следующей в стандартном ряду меньшей высоты h.
На этом выбор главных размеров заканчивается. В результате проделанных вычислений получены значения высоты оси вращения h, внутреннего диаметра статора D, внешнего диаметра статора Da, расчетной длины магнитопровода lδ и полюсного деления τ.
Следующий этап расчета включает определение числа пазов статора Z1 и числа витков в фазе обмотки статора W1. При этом число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка двигателя и индукция в воздушном зазоре как можно более близко совпадали с их значениями, принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.
Чтобы выполнить эти условия, вначале выбирают предварительно зубцовое деление tz1 в зависимости от типа обмотки, номинального напряжения и полюсного деления машины.
Значения зубцовых делений статора асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода, необходимые для предварительного выбора числа пазов, приведены на рис. 6. Меньшие значения
Рис. 6. Зубцовые деления статоров асинхронных двигателей с обмоткой из круглого провода с высотами оси вращения: 1 – h < 90 мм; 2– 90 < h < 250 мм;
3 – h < 280 мм
12
в каждой из показанных на рисунке областей возможных значений tz1 характерны для машин меньшей мощности для каждого из диапазонов высот осей вращения. Следует отметить, что двигатели с h ≥ 280 мм обычно выполняют с обмоткой из прямоугольного провода.
8. Число пазов статора по |
Z1min = |
πD |
, |
Z2min = |
πD |
. |
|
|
|
||||||
|
|
|
tz max |
|
tz min |
||
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
Принимаем Z1, тогда q = |
Z1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 pm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончательное число пазов статора Z1 следует выбирать в полученных пределах с учетом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значения числа пазов на полюс и фазу q1. Число пазов статора
в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу
фаз, а число q = |
Z1 |
в большинстве асинхронных машин должно |
|
||
1 |
2 pm |
|
|
|
быть целым.
9. Зубцовое деление статора (окончательно), м,
tz1 = 2πpmqD .
10. Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии a = 1)
uп′ = πDA .
I1номZ1
Номинальный ток статора, А,
I1ном = mU1номР2cosϕη.
Принимаем a = 1, тогда uп = auп′ проводников. 11. Окончательные значения:
13
Число витков в фазе
W1 = u2паZm1 .
Линейная нагрузка (А/м)
A = 2I1номW1m .
πD
Магнитный поток (Вб)
Ф = kEU1ном .
4kBW1kоб1 f1
Индукция в воздушном зазоре (Тл)
Bδ = pФ. Dlδ
Значения A и Bδ должны находиться в допустимых пределах. Коэффициент kp1 определяется по табл. 2.
Таблица 2
Коэффициенты распределения kp трехфазных обмоток с фазной зоной 60°
Номер |
|
Число пазов на полюс и фазу q |
|
|||
гармоники |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
∞ |
1 |
0,966 |
0,96 |
0,958 |
0,957 |
0,957 |
0,955 |
Коэффициент укорочения
|
π |
|
|
у |
|
|
z1 |
|
||
kу |
=sin |
|
β |
, где β = |
|
, |
τ = |
|
. |
|
2 |
τ |
2 p |
||||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обмоточный коэффициент
ko1 = ky1 kp1 . 12. Плотность тока в обмотке статора.
Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока (АJ). Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя:
14
J1 = AJA .
Значения АJ для асинхронных двигателей различного исполнения и мощности приведены на рис. 7.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
д |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
е |
Рис. 7. Средние значения произведения АJ асинхронных двигателей со
степенью защиты: а – IP44, h = ≤ 132 мм; б – IP44, h = 160...250 мм; в – IP44, h = 280...355 мм (при продуваемом роторе); г – IP23, h = 160...250 мм;
д – IP23, h = 280...355 мм; е – IP23, при Uном = 6000 В
15
13. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно), м2,
q |
= I1ном . |
||
эф |
|
aJ1 |
|
1 |
|
||
|
|
|
14. Сечение |
эффективного |
проводника (окончательно), мм2: |
||
принимаем nэл, |
тогда q = |
qэф |
. |
Принимаем обмоточный провод |
|
||||
|
эл |
nэл |
|
|
|
|
|
марки ПЭТВ, qэ.ср = nэлqэл. По табл. П1 выбирается стандартное сечение круглого провода.
15. Плотность тока в обмотке статора (окончательно), А/мм2,
J |
1 |
= |
I1ном . |
||
|
|
аq |
n |
|
|
|
|
|
эл |
эл |
16. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.
В асинхронных двигателях мощностью до 100 кВт при напряжении до 500 В применяются полузакрытые пазы статора и всыпные обмотки. Эти обмотки могут быть однослойными и двухслойными. При мощности до 7 кВт обычно применяют однослойные обмотки, свыше 7 кВт – двухслойные. Достоинства и недостатки указанных типов обмоток необходимо изучить по литературе*.
При расчете обмотки, пазов статора и ротора следует придерживаться следующей последовательности:
Выбирается тип обмотки, форма пазов и число пазов на полюс
и фазу q1.
Для двигателей мощностью от 0,6 до 7 кВт применяются однослойные равнокатушечные обмотки. Для больших мощностей, как правило, выбирается петлевая двухслойная обмотка с укороченным
шагом у ≈ 5 τ .
6
* Проектирование электрических машин / под ред. И.П. Копылова. –
М.: Высш. шк., 2002.
16
При мощности до 100 кВт для статора обычно применяются всыпная обмотка, выполненная из мягких секций, и полузакрытые пазытрапецеидальной формызубцов с параллельными стенками (рис. 8).
Число пазов на полюс и фазу q1 для статора выбирается обычно в пределах 2…5, причем q1 = 2 берут для малых двигателей и иногда для тихоходных двигателей средней мощности. Чаще всего для нормальных машин q1 = 3 или q1 = 4.
а
|
|
|
|
|
|
б |
|
в |
Рис. 8. К расчету размеров зубцовой зоны статоров с обмоткой из круглого провода: а–в – различные конфигурации пазов
17.Паз и зубец статора определяем по рис. 8 с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.
18.Принимаем предварительно по табл. 3 Вz1; Ва, Тл.
17
Таблица 3
Допустимые значения индукции на различных участках магнитной цепи, Тл
|
Участок |
Обо- |
Исполнение IР44 при числе полюсов 2р |
Исполнение IP23 при числе полюсов 2р |
|||||||||
|
магнитной |
зна- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
6 |
8 |
10 и 12 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
||
|
цепи |
чение |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ярмо статора |
Ва |
|
|
1,4–1,6 |
1,15–1,35 |
1,1–1,2 |
|
1,45–1,6 |
|
1,2–1,4 |
|
1,1–1,3 |
|
Зубцы статора |
Bz1 |
|
|
1,6–1,9 |
|
1,6–1,8 |
1,8–2,05 |
|
1,7–1,95 |
|
1,6–1,9 |
|
|
при постоянном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечении (обмот- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ка из круглого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
провода) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зубцы статора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при наиболее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
узком сечении: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при полуот- |
Bz max |
|
|
1,75–1,95 |
|
|
1,9–2,1 |
|
|
1,8–2 |
|
|
|
крытых пазах |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при открытых |
Bz1max |
|
|
1,6–1,9 |
|
|
|
|
1,7–2 |
|
|
|
|
пазах |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ярмо ротора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
короткозамк- |
Bj |
≤1,45 |
≤1,4 |
≤1,2 |
≤1 |
|
≤1,55 |
≤1,5 |
≤1,3 |
≤1,1 |
|
|
|
нутого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фазного |
Bj |
|
≤1,3 |
≤1,15 |
≤0,9 |
|
|
≤1,4 |
≤1,2 |
≤1 |
|
|
Окончание табл. 3
|
Участок |
Обо- |
Исполнение IР44 при числе полюсов 2р |
Исполнение IP23 при числе полюсов 2р |
|
|||||||||
|
магнитной |
зна- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
6 |
8 |
10 и 12 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
|
12 |
||
|
цепи |
чение |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Зубцы ротора |
Bz2 |
|
1,7–1,95 |
|
|
|
|
|
1,75–2 |
|
|
|
|
19 |
при постоянном |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечении (трапе- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
цеидальные па- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зы) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зубцы ротора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в наиболее узком |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечении: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
короткозамк- |
Bz2max |
1,5–1,7 |
|
1,6–1,9 |
|
|
1,75–2 |
|
1,7–1,95 |
|
|
|
|
|
нутого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фазного |
Bz2max |
1,75–2,15 |
|
1,7–1,95 |
|
|
1,9–2,2 |
|
1,85–2,1 |
|
|
|
|
19. Ширина зубца статора (мм)
bz1 = Bδtz1lδ .
По выбранному значению индукции Ва определяется высота ярма статора, мм,
ha = 2BaФlc1kc . 20. Размеры паза в штампе – bш, hш (мм)
hп = Da 2−D −ha ,
b1 = π(D +2hш −−bπш ) −Z1bz1 ,
Z1
|
b = |
π(D +2hш ) |
−b , |
|||||
|
|
|
||||||
|
2 |
|
Z1 |
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h |
= h |
− |
h + |
b1 |
−bш |
|
= h . |
|
|
|
|||||||
п.к |
п |
|
ш |
2 |
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
Форма паза и зубца статора показана на рис. 8, а. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку (мм):
b1′ =b1 −∆bп, b2′ =b2 −∆bп,
bп′.к = hп.к −∆hп,
где ∆bп, ∆hп – припуски по ширине и высоте паза (табл. 4).
20