Радзишевский Ю.А. Проектирование судовых асинхронных двигателей с к/з ротором (часть 1)

Подождите немного. Документ загружается.

высоты оси вращения h. Если  слишком мало, то расчет повторяется для

следующей в стандартном ряду меньшей высоты h. Здесь следует иметь в

виду, что большие  имеют машины относительно малого диаметра и большей

длины, а малые значения  соответствуют коротким машинам с большим

диаметром. В первом случае машины имеют меньшую массу и меньшую

высоту оси вращения. В них лучше используется медь обмотки, так как длина

лобовых частей катушек по сравнению с длиной их пазовых частей становится

меньше. Однако, относительное увеличение длины машины при больших 

затрудняет условия их охлаждения. В машинах небольших габаритов с

увеличением  возникают трудности с выполнением необходимого для

нормальной работы числа пазов.

Асинхронные двигатели, в которых длина сердечника статора не

превышает 0,25-0,3 м, выполняют с аксиальной вентиляцией, и сердечник

шихтуется в один пакет. Для такой конструкции

l l l

ст

 

1 1

где l

- полная

конструктивная длина статора; l

ст1

- длина стали сердечника статора. В более

длинных машинах сердечники подразделяют на отдельные пакеты,

разделенные между собой радиальными вентиляционными каналами.

Коэффициент полюсного перекрытия 



и коэффициент формы поля К

в асинхронных машинах определяется степенью уплощения кривой поля в

зазоре, возникающей при насыщении зубцов статора и ротора, и могут быть

достаточно достоверно определены только после расчета магнитной цепи. При

предварительной выборке конкретных значений 



и К

считаем, что поле в

зазоре синусоидально (влияние уплощения не учитывается). Поэтому







   

0 64

2 2

1 11, , . и К

4.1.2. Проектирование статора.

Материал по этому разделу проекта помещен в [1, с. 169-180] . Учитывая

сложность этого раздела курсового проекта, приводим подробные

рекомендации по проектированию статора.

4.1.2.1.Выбор типа обмотки и формы паза.

При выборе типа обмотки и формы паза в асинхронных двигателях с

напряжением (линейным) до 660 В включительно, целесообразно

воспользоваться рекомендациями, приведенными в таблице 3.

Таблица 3.

Тип обмотки и форма пазов статора.

h, мм 2p Тип обмотки Форма паза

50-160 2,4,6,8 Однослойная

всыпная

Трапецеидальный

полузакрытый

концентрическая

двухплоскостная

180-250 2,4,6,8 Двухслойная

всыпная

Трапецеидальный

полузакрытый

280-355

355

2,4,6,8

10,12

Двухслойная из

жестких

полукатушек

Прямоугольный

полуоткрытый

280;315 10,12 Двухслойная

всыпная

концентрическая

Трапецеидальный

полузакрытый

4.1.2.2.Определение числа пазов статора.

Число пазов статора предварительно можно определить по формуле

Z p m q p q

1 1 1

2 6      

;

где q

- число пазов на полюс и фазу.

Для улучшения пусковых характеристик проектируемого двигателя в ку-

рсовом проекте рекомендуется выбирать целое число q

, руководствуясь дан-

ными таблицы 4.

Таблица 4.

Рекомендуемые значения q

h, мм Значения q

при 2р

2 4 6 8 10

50-63 4 2 2 - -

71 4 2 2 2 -

80-100 4 3 2 2 -

112-132 4 3 3 2 -

160 6 4 3 2 -

180-225 6 4 4 3 -

250 8 5 4 3 -

280-355 8 5 4 3 3

После предварительного определения величины Z

необходимо

проверить совпадение зубцового деления статора







с рекомендуемыми

значениями табл. 5.

Таблица 5.

Зубцовое деление статора при прямоугольных пазах t

, и

напряжением до 660 В включительно.

Полюсное <0,15 0,15-0,4 >0,4

деление , м

Зубцовое

деление статора

, м

0,016-0,020 0,017-0,022 0,020-0,028

Полученное значение зубцового деление t

должно быть не менее

минимального рекомендуемого значения, в противном случае необходимо

уменьшить q

Здесь же необходимо уточнить обмоточный коэффициент К

об1

который теперь можно рассчитать, зная тип обмотки и величину q

Обмоточный коэффициент К

об1

рассчитывается в зависимости от принятого

укорочения шага обмотки  и числа q

следующим образом :

K K K

об p y1 1 1

  



 

sin







Для однослойных обмоток при q

, равному целому числу, К

=1.

Для двухслойных обмоток относительный шаг обмотки рекомендуется

принимать 0,83 при 2р4; =0,58-0,63 при 2р=2. Укорочение шага в

двухслойной обмотке улучшает форму кривой поля, снижая тем самым

добавочные потери и провалы в кривой момента.

4.1.2.3.Определение числа витков и эффективных проводников обмотки

статора

Предварительное число последовательно соединенных витков в фазе

обмотки статора W

можно определить по формуле:

нф





где I

нф

- номинальный фазный ток обмотки статора, А.

нннф

нф



cos





где Р

- номинальная мощность, кВт.

Вычислив по этой формуле величину W

, необходимо проверить

индукцию в воздушном зазоре В



, Тл:

111

WlfKK

обB

нфE









где Ф - величина потока, Вб.

Полученное значение В



не должно отличаться от ранее принятого при

определение главных размеров более чем на 5%. Корректировку В



необходимо осуществить путем изменения длины машины l



Предварительно определяем число параллельных ветвей а в обмотке

статора, исходя из условия, что ток в параллельной ветви обмотки статора не

должен превышать 50-55 А. При выборе числа параллельных ветвей следует

обязательно проверить выполнимость обмотки, т.е. соотношение

2 р

должно быть целом числом для двухслойной обмотки;

должно быть целом числом для однослойной обмотки.

Определяем число эффективных проводников в пазу:

DAa

I Z

DAa

I pmq

н н

1 1 1 1

 

 

Значение

округляем до ближайшего целого числа для однослойной

обмотки и целого четного числа для двухслойной обмотки.

Для уменьшения жесткости и улучшения укладки обмотки (для более

плотной укладки) наибольший диаметр изолированного провода,

применяемый для всыпных обмоток, не должен превышать d

Из

=1,810

-3

м (q

эл

2,5410

-6

Для обмоток статоров с полузакрытыми пазами рекомендуется

применение следующих марок эмалированных проводов круглого по-

перечного сечения: ПЭТВ или ПЭТВМ при классе нагревостойкости В и

ПЭТ-155 или ПЭТМ при классе нагревостойкости F.

Размеры проводника обмотки статора определяются исходя из теплового

фактора Aj, который характеризует тепловую нагрузку (или нагрев пазовой

части) обмотки статора. Для этого по кривым

Aj f Da ( ),

приведенным на рис 4

выбираем произведение Aj. Далее определяем допустимую плотность тока j



Рис. 4. Среднее значение произведения (AJ) асинхронных двигателей.

а – со степенью защиты IP44, h132 мм; б – тоже при h=160250 мм;

в – тоже при h=280355 мм (при продуваемом роторе).

Определяем сечение эффективного проводника (без изоляции) исходя из

тока параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:

эф

 .

Если расчетное сечение эффективного проводника в машине со всыпной

обмоткой окажется выше допустимого значения (т.е. 2,5410

-6

), то

эффектив-ный проводник разделяется на несколько элементарных с сечением

элементар-ного проводника меньше допустимого. Число элементарных

проводников под-бирается таким образом, чтобы суммарная площадь сечения

последних n

Эл

q

Эл

как можно ближе приближалась к расчетной площади q

Эф1

т.е.

q n q

Эф Эл Эл1

  .

Используя таблицу 6 в случае всыпной обмотки подбираем

бли-жайшее к расчетному сечению q

Эл

стандартное сечение элементарного

проводника и определяем соответственно этому сечению диаметр

изолированного провода d

Из

1,810

-3

м). После окончательного выбора n

Эл

и q

Эл

следует уточнить плотность тока в обмотке j

и тепловой фактор Aj

аq n

Эл Эл

 .

Уточненное значение Aj

не должно отличаться от ранее принятого

больше чем на 10%, в противном случае необходимо добиться более точного

соотношения произведения n

Эл

q

Эл

расчетному значению q

Эф1

В полуоткрытые пазы укладываются катушки (секции )обмотки статора,

в которых число элементарных проводников по ширине паза всегда равно

двум, т.е. n

Элш

=2. Обмотка статора в этом случае выполняется полужесткой.

Катушки такой обмотки наматываются из прямоугольного провода и

подразделяются по ширине паза на две части. При этом элементарные

проводники (n

Элш

=2) располагаются рядом на одной высоте, чтобы их

индуктивные сопротивления были одинаковые. Чтобы уменьшить влияние

эффекта вытеснения тока на равномерность распределения плотности тока в

каждом из проводников, их располагают в пазу плашмя, т.е.широкой стороной

сечения параллельно дну паза. Из технических соображений рекомендуется

избегать применение проводников с сечением, подобным квадрату. Наибо-

льшая площадь сечения элементарного проводника для низковольтных

двигателей с высотами оси вращения 280-355 мм при полуоткрытых пазах

статора обычно составляет около 1810

-6

при наибольшей высоте

элементарного проводника около 310

-3

м. Если площадь поперечного сечения

эффективного проводника будет больше 1810

-6

, то такой эффективный

проводник разбивается на ряд элементарных проводников, площадь

поперечного сечения которых q

эл

1,810

-6

, при этом высота элементарного

проводника а

эл

310

м. Взаимное расположение элементарных проводников в

катушке и в полуоткрытом пазу показано на рис. приведенном в таблице 10.

Таблица 6.

Диаметр и площади поперечного сечения круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ-

155.

Номинальный диаметр не-

изолированного провода, мм

Среднее значение диаметра

изолированного провода, мм

Площадь поперечного

сечения неизолированного

провода, мм

Номинальный диаметр не-

изолированного провода, мм

Среднее значение диаметра

изолированного

провода, .мм

Площадь поперечного

сечения неизолированного

провоДа, мм

0,08

0,09

0,10

0,112

0,125

(0,132)

0,14

0,15

0,16

0,17

0,18

(0,19)

0,20

(0,212)

0,224

(0,236)

0,25

(0,265)

0,28

(0,30)

0,315

0,335

0,355

0,375

0,40

0,425

0,45

(0,475)

0,50

0,10

0,11

0,122

0,134

0,147

0,154

0,162

0,18

0,19

0,20

0,21

0,22

0,23

0,242

0,259

0,271

0,285

0,300

0,315

0,335

0,350

0,370

0,395

0,415

0,44

0.465

0,49

0,515

0,545

0,00502

0,00636

0,00785

0,00985

0,01227

0,01368

0,01539

0,01767

0,0201

0,0227

0,0255

0,0284

0,0314

0,0353

0,0394

0,0437

0,0491

0,0552

0,0616

0,0707

0,0779

0,0881

0,099

0,1104

0,1257

0,1419

0,1590

0,1772

0,1963

(0,53)

0,56

0,60

0,63

(0,67)

0,71

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,06

1,12

1,18

1,25

1,32

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,90

2,00

2,12

2,24

2,36

2,50

0,585

0,615

0,655

0,69

0,73

0,77

0,815

0,865

0,915

0,965

1,015

1,08

1,14

1,20

1,26

1,33

1,405

1,485

1,585

1,685

1,785

1,895

1,995

2,095

2,22

2,34

2,46

2,60

0,221

0,246

0,283

0,312

0,353

0,396

0,442

0,503

0,567

0,636

0,709

0,785

0,883

0,985

1,094

1,227

1,368

1,539

1,767

2,011

2,27

2,54

2,83

3,14

3,53

3,94

4,36

4,91

Примечания: 1. Провода, размеры которых указаны в скобках, следует

применять только в отдельных случаях при обосновании технико-

экономической целесообразности.

2. Среднее значение диаметра изолированного провода вычислено с

учетом расчетной средней двусторонней толщины эмалевой изоляции,

принимаемой как округленное среднее арифметическое из минимальной и

максимальной толщины.

4.1.2.4. Расчет размеров зубцовой зоны.

Рекомендуется расчет размеров зубцовой зоны статора для поузакрытого

паза (обмотка всыпная) проводить в следующей последовательности.

Задаемся максимальными значениями индукций в ярме статора В

и в

зубце В

(при полузакрытых пазах ширина зубца во всех расчетных сечениях

одинакова). Допустимые значения индукций приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Допустимые значения индукции на различных участках

магнитной цепи асинхронного двигателя, Тл.

Участки магнитной Обозна 2р

Цепи че ние 2 4 6 8 10 и 12

Ярмо статора В

1,4-1,6 1,4-1,6 1,4-1,6 1,15-1,35 1,1-1,2

Зубцы статора при

постоянном сечении

(всыпная обмотка)

1,7-1,9 1,7-1,9 1,7-1,9 1,7-1,9 1,6-1,8

Ярмо ротора

короткозамкнутого В

1,45 1,25 1,15 0,85 0,85

Зубцы ротора при

постоянном сечении

(грушевид. Пазы)

я2

1,75-

1,85

1,75-

1,85

1,75-

1,85

1,75-

1,85

1,75-

1,85

Зубцы ротора в

наиболее узком В

z2 max

— 1,5-1,7

1,45-

1,60

1,45-

1,60

1,45-

1,60

По допустимым значениям индукций определяем высоту ярма h

ширину зубца статора b

,м:

В l K

B l

В l K

а ст c а ст c



  



  

  2 2

1 1

  

 

;

cстZ

KlB

ltB







где l



ст1

- для сердечников статоров, которые шихтуются в один пакет, м;

- коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора

(см. табл. 8).

Таблица 8.

Рекомендуемые марки холоднокатонной изотропной электротехнической

стали, способы изолировки листов и коэффициент заполнения сталью

магнитопроводов статора и ротора асинхронных двигателей.

Статор КЗ ротор Фазный ротор

h, мм U, в Марка

стали

Способ

изолиров

ки листов

Способ

изолировк

и листов

Способ

изолировк

и листов

50-250 660 2013 Оксидир. 0,97 Оксидир. 0,97 — —

280-355 660 2312 Лакировка 0,95 Окс.

Пленка

0,97 Лакировка 0,95

400-560 6000 2411 Лакировка 0,95 Лакировка 0,95 Лакировка 0,95

Для изготовления сердечников статора и ротора наиболее прогрессив-

ным является применение холоднокатонной изотропной электротехнической

стали марок 2013 для двигателей с h250мм (К

=0,97, способ изолировки лис-

тов - оксидирование) и 2312 для двигателей с h280-355 (К

=0,95, способ изо-

лировки листов - лакировка).

Используя аналитические зависимости, приведенные в [1, с.178-179], оп-

ределяем геометрические размеры трапециидального полузакрытого паза в

штампе (см. рис. 5).

Рис. 5. Эскиз зубцовой зоны трапециидального полузакрытого паза.

Примечание: для двигателей с h=50-250мм (угол =45

)2(

Zщщ

bZbhD

















