Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электропривода и автоматизации  промышленных установок

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

            

(Расчет геометрических размеров и обмоток)

 Методические указания к курсовой работе

для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика

 

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: Р.М.Шидерова, А.Н.Бестерекова Электрические машины. Асинхронные двигатели фазным ротором (Расчет геометрических размеров и обмоток). Методические указания к курсовой работе (для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика).- Алматы: АУЭС, 2011.–35с.

 

Методические указания содержат варианты задания на курсовую работу, определение главных размеров асинхронного двигателя, расчет обмоток статора и ротора и включают в себя необходимые справочные материалы и таблицы.

Методические указания предназначены для студентов специальности 5В071800 – Электроэнергетика.

Ил. 11, табл. 12, библ. – 10 назв.

 

Рецензент: д-р. техн. наук, проф. П.И.Сагитов. 

 

Печатается по плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2011 г.

 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2011г.

 

                                                              

Содержание

1

Введение

4

2

Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

6

3

Определение числа пазов статора  и расчет обмотки статора

14

 4

Расчет размеров пазов статора

18

5

Расчет размеров сердечника, числа пазов и обмотки фазного ротора

26

6

Расчет размеров пазов ротора

28

7

Приложения

31

8

Список литературы

35

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Курсовая работа должна научить студента применять полученные теоретические знания при решении конкретной инженерной задачи - проектировании асинхронного двигателя с фазным ротором общепромышленного назначения.

Курсовая работа должна содержать:

а)  задание на курсовую работу;

б) расчетную записку, содержащую электромагнитный расчет, эскизы, поясняющие основные решения, таблицы, в которые сводятся основные и расчетные данные. Текст должен содержать расчетные формулы в общем виде. У каждой величины, являющейся результатом вычислений, должна быть указана размерность.

Все расчеты выполняются на ЭВМ с использованием приложения Mathcad.

При выполнении курсовой работы следует пользоваться рекомендуемой литературой.

Курсовая работа, выполненная не по заданию, соответствующему цифрам шифра и первой букве фамилии, должна быть выполнена заново. На обложке пояснительной записки обязательно должен быть указан шифр.

Вариант задания выбирается по таблицам В1, В2, В3.

 

Таблица В1

Начальная буква фамилии студента

 

А

П

 

Б

Р

 

В

С

 

Г

Т

 

Д

У

 

Е

Ф

 

Ж

Х

Номинальная мощность (кВт) Р

 

5,5

 

7,1

 

7,5

 

10

 

11

 

13

 

14

Исполнение

закр. обд.

закр. обд.

закр. обд.

закр. обд.

закр. обд.

закр. обд.

закр. обд.

 

Продолжение таблицы В1

Начальная буква фамилии студента

 

З

Ц

 

И

Ч

 

К

Ш

 

Л

Щ

 

М

Э

 

Н

Ю

 

О

Я

Номинальная мощность (кВт) Р

 

15

 

18,5

 

22

 

30

 

37

 

45

 

55

 

Исполнение

защ.

защ.

защ.

защ.

защ.

защ.

защ.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица В2

Предпоследняя цифра шифра

 

0

 

9

 

8

 

7

 

6

 

5

 

4

 

3

 

2

 

1

Линейное напряжение питающей сети (В)

 

380

 

380

 

380

 

380

 

380

 

380

 

380

 

380

 

380

 

380

Соединение обмотки статора

Y

 

Δ

Δ

Y

Δ

Y

Y

Δ

Y

Δ

 

 

 

 

 

 

Таблица В3

Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Синхронная  частотавращения, n1 (об/мин)

 

1500

 

1000

 

750

 

1000

 

1500

 

1500

 

750

 

1000

 

750

 

1500

Обмотка ротора

фазная

Примечание - В задании приведено линейное напряжение - U;

фазное напряжение - U зависит от способа соединения обмотки статора.

 

 

1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

 

Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины магнитопрововда  lδ.

Внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношениями, зависящими от числа полюсов 2р, с наружным диаметром статора Dа, в свою очередь определяющим высоту оси вращения h.

В связи с этим выбор главных размеров проводят в следующей последовательности:

1.1 Число пар полюсов .

1.2 Высоту оси вращения предварительно определяют по таблицам 1.1

1.2 для заданных значений P и 2p в зависимости от исполнения двигателя.

1.3 Далее определяется наружный диаметр сердечника статора, исходя из минимальных отходов и припусков на штамповку (при указанных стандартных размерах ленты и листов электротехнической стали), согласно таблице 1.3.

1.4 Как показал опыт проектирования большого числа асинхронных двигателей, внутренний диаметр сердечника D находится в определенном соотношении с наружным

,

где коэффициент KD определяется по таблице 1.4.

        

         Таблица 1.1- Увязка мощности и высоты оси вращения двигателей серии 4А, исполнение по степени защиты  IР44

Высота оси вращения, h,(мм)

Условная длина сердечника

Номинальная мощность Р кВт при числе полюсов 2p

2

4

6

8

10

12

100

S

L

4

5,5

3

4

-

2,2

-

1,5

-

-

-

-

112

MA(B)

7,5

5,5

3

(4)

2

(3)

-

-

-

-

132

S

М

-

11

7,5

11

5,5

7,5

4

5,5

-

-

-

-

160

S

M

15

18,5

15

18,5

11

15

7,5

11

-

-

-

-

80

S

M

22

30

22

30

-

18,5

-

15

-

-

-

-

200

M

L

37

45

37

45

22

30

18,5

22

-

-

225

M

55

55

37

30

-

-

250

S

M

75

90

75

90

45

55

37

45

30

37

-

-

280

S

M

110

132

110

132

75

90

55

75

37

45

-

-

315

S

M

160

200

160

200

110

132

90

110

55

75

45

55

355

S

M

250

315

250

315

160

200

132

160

90

110

75

90

 

Таблица 1.2 - Увязка мощности и высоты оси вращения двигателей серии 4А, исполнение по степени защиты IP23

Высота оси вращения, h,(мм)

Условная длина сердечника

Номинальная мощность Р кВт  при числе полюсов 2p

2

4

6

8

10

12

200

M

L

55

75

45

55

30

37

22

30

-

-

-

-

225

M

90

75

45

37

-

-

-

-

250

S

M

110

132

90

110

55

75

45

55

-

-

-

-

280

S

M

160

200

132

160

90

110

75

90

45

55

-

-

315

S

M

-

250

200

250

132

160

110

132

75

90

55

75

355

S

M

315

400

315

400

200

250

160

200

110

132

90

110

 

Таблица 1.3 – Внешние диаметры статоров асинхронных двигателей

для  различных высот оси вращения

h,мм

 

56

63

71

80

90

Dа

0,08-0,096

0,1-1,08

0,116-0,122

0,131-0,139

0,149-0,157

h,мм

100

112

132

160

180

Dа

0,168-0,175

0,191-0,197

0,225-0,223

0,272-0,285

0,313-0,322

h,мм

200

225

250

280

315

255

Dа

0,349-0,359

0,392-0,406

0,437-0,452

0,52-0,53

0,59

0,66

 

         Таблица 1.4 - Значения коэффициента KD

2

4

6

8

10-12

КD

0,52-0,6

0,62-0,68

0,7-0,72

0,72-0,75

0,75-0,77

1.5 Далее находят полюсное деление τ, м

.

 

1.6 Расчетную мощность асинхронного двигателя P/ ,(кВА) определяют по заданной номинальной мощности

.

 

 

Предварительные значения η и cosφ1 могут быть взяты по рисунку 1.2,  а   по рисунку 1.1.

 


Рисунок 1.1 – Значения коэффициента

 

 

 

в)

          а) со степенью защиты IP44 мощностью до 30 кВт; б) со степенью

защиты IP44 мощностью до 400 кВт; в) со степенью защиты IP23

Рисунок 1.2 - Примерные значения КПД и cosφ асинхронных двигателей

 

Предварительный выбор электромагнитных нагрузок - линейной токовой нагрузки А и максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре Вδ  должен быть проведен особо тщательно, так как они определяют не только расчетную длину сердечника, но и в значительной степени характеристики двигателя.

          1.7 Рекомендации по выбору Вδ и А  представлены на рисунке 1.3 и 1.4. На каждом из рисунков даются области их допустимых значений.

          1.8 Значения коэффициента полюсного перекрытия αδ и коэффициента формы поля kВ предварительно принимают равными:

                    

 

 

 

         1.9 Тип обмотки выбирается по таблице 2. Предварительное значение обмоточного коэффициента Коб1 выбирают в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток Коб1 =0,95…0,96, для двухслойных при 2р=2 Коб1 =0,82…0,86 и при большей полюсности  Коб1 =0,91…0,92.

      1.10 Синхронная угловая частота двигателя Ω, рад/сек:

  или  ,

 

 

 

где n1 - синхронная частота вращения, об⁄мин;

      f 1 - частота питания, Гц.

1.11 Расчетная длина магнитопровода , м:

 .

 

 

 

1.12  Критерием правильности выбора главных размеров D и lδ служит отношение , которое обычно находиться в пределах, указанных на рисунке 1.5 для принятого исполнения машины. Если λ оказывается чрезмерно большим, то следует повторить расчет для ближайшего из стандартного ряда бόльшей высоты оси вращения h, а если λ слишком мало, то расчет повторяют для следующей в стандартном ряду меньшей высоты h.

На этом выбор главных размеров заканчивается.

 

 

 

 

 

 

а) - IP44 и б) IP23.

Рисунок 1.5 – Отношение λ у двигателей исполнения по степени защиты

 

1.13 Для расчета магнитной цепи помимо lδ необходимо определить полную конструктивную длину и длину стали сердечника статора (l1 и lст1) и ротора (l2 и lст2). В асинхронных двигателях, длина сердечников статоров которых не превышает 250300 мм, радиальных вентиляционных каналов не делают. Для такой конструкции

.

 

 

В более длинных машинах сердечники подразделяют на отдельные пакеты, разделенные между собой радиальными вентиляционными каналами.

          1.14 Стандартная ширина радиального воздушного канала между пакетами bк=10 мм. Число пакетов nпак. и их длина lпак. связаны с расчетной длиной следующим соотношением

 мм,

целое число.

           При этом число радиальных каналов, определяемая по таблице 1.5: .

1.15 Длина стали сердечника статора двигателя:

.

 

 

          1.16 Конструктивная длина сердечника статора:

.

 

 

          1.17 Окончательное значение для двигателей  для двигателей  с воздушным зазором :

.

 

В машинах с  

,

где - расчетная ширина радиальных каналов, определяемая по таблице 1.5.

Таблица 1.5 Расчетная ширина радиальных каналов при =10мм

, мм

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,5

3,0

,мм

7,3

7,1

7,0

6,9

6,8

6,7

6,2

5,7

 

 

2 Определение числа пазов статора  и расчет обмотки статора

 

          Число витков фазы обмотки должно быть таким, чтобы линейная нагрузка  и индукция  в воздушном зазоре как можно ближе совпадали с их значениями, принятыми предварительно при определении главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

          2.1 Тип обмотки и форма пазов статора выбирается по таблице 2.1. Пазы статора машин переменного тока приведены на рисунках 3.1 и 3.2.

2.2 Число пазов статора:

,

 

 

где m1 - число фаз обмотки статора (m1=3);

                q1 - число пазов на полюс и фазу (выбирается по таблице 2.1)

         2.3 Зубцовое деление статора , мм:

.

 

 

          2.4 Номинальный фазный ток обмотки статора , А:

,

 

 

                   где m1 - число фаз статора, U - фазное напряжение.

2.5 Число эффективных проводников на паз:

,

 

 

         где а - число параллельных ветвей выбирается по таблице 2.1.     Полученное в п. 2.5 число uП округляют до ближайшего целого, а для двухслойной обмотки оно должно быть четным.

2.6 Число витков в фазе обмотки статора:

.

 

 

Таблица 2.1 - Рекомендуемые форма паза, тип обмотки статора, значения q1, а1, J1.

h, мм

Форма пазов статора

Тип обмотки статора

q1

а1 число пар. ветвей

Плотность тока J1

 

Закрытое исполнение

Защищенное исполнение

 

80÷112

2

 

4

Трапе-цеидаль-ная

Однослойная

всыпная

4

 

2;3

 

1;2

 

6,3÷6,5

 

6,5÷8

 

132÷160

2

 

4

 

6

 

 

8

 

 

Трапе-цеидаль-ная

Двухслойная всыпная

Однослойная всыпная

Однослойная всыпная

Однослойная всыпная

6

 

3;4

 

2;3

 

2

1;2

 

1;2

 

1;2;3

 

1;2;4

6,3÷6,5

 

5,5÷6

 

5÷6

 

5÷6

7,5÷8,5

 

6,5÷7,5

 

6,5÷7

 

6÷6,5

 

180÷315

2

4

6

8

Трапе-цеидаль-ная

Двухслойная всыпная

 

5;6

3;4

3

2

2

2;3

2;4

6,2÷5,2

6÷5

6÷5

7÷6

6,5÷5,5

6,5÷5,5

 

355

2

 

4

6

8

Прямо-угольные полу-открытые

 

Двухслойная из жестких полукатушек

8

 

4;5

 

3;4

2

 

2;4

2;3;6

2;4

5÷4

 

4÷3,5

 

3,8÷4

5,5÷4,5

 

5,5÷4,5

 

5÷4,5

 

355

10

 

12

Трапеце-идальные полу-закрытые

Двухслойная всыпная

 

 

2;3

5

 

6

 

3,8÷4

 

5÷4,5

 

Примечание: как видно из таблицы с увеличением мощности и с уменьшением частоты вращения ротора [n=n1(1-S)], т.е. с ухудшением условий охлаждения, рекомендуемые значения плотности тока J1 - в А/мм2 имеют тенденцию к их снижению (уменьшению).

 

         2.7 Двухслойная обмотка обычно выполняется петлевой с укороченным шагом по пазам:

 

 ц.ч.,

 

         где - укорочение шага.

         При 2р=2 при β=0,58-0,63, при 4 .

Однослойная обмотка выполняется  с  диаметральным шагом:

, т.е..

 

 

2.8 Одним из важнейших параметров обмотки статора является ее обмоточный коэффициент:

,

 

 

         где коэффициент укорочения обмотки:

;

 

 

 

         коэффициент распределения обмотки:

 

 

         2.9 Магнитный поток Ф, Вб:

 

 

         2.10 Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре , Тл:

.

 

 

 

2.11 Уточненное значение линейной нагрузки А, А/м:

.

 

 

Уточненные значения не должны отличаться от предварительно выбранных  более, чем на 10%.

2.12 Плотность тока в обмотке статора (предварительно) выбирается в соответствии с таблицей 2.

2.13 Сечение эффективного проводника фазы(предварительно), мм2:

.

 

 

2.14 Для всыпных обмоток по технологическим условиям укладки их в пазы диаметр обмоточного провода не должен превышать значения 1,4-1,8 мм (соответствующие им максимальные сечения провода мм2). Если , то эффективный проводник выполняют из нескольких элементарных – nэл1. Число элементарных проводников в эффективном

=целому числу.

Сечение элементарного проводника (предварительно):

.

 

 

По таблице Приложения 1 выбирается ближайший по сечению стандартный проводник. Этим окончательно определяется сечение элементарного проводника и его диаметр.

При расчете обмотки статора с жесткими катушками площадь  поперечного сечения прямоугольного провода не должна превышать 18мм2. Если qэф1 больше 16мм2, то эффективный проводник необходимо выполнить из нескольких элементарных

Сечение элементарного проводника предварительно определяется по  п. 2.14.

2.15 Плотность тока в обмотке статора (уточненное значение):

.

 

 

         3 Расчет размеров пазов статора

        

а) Расчет размеров трапецеидального полузакрытого паза всыпной обмотки статора (см. рисунок 3.1)

 

 

 

         3.1 Сначала определяется ширина зубца bz1 мм по рекомендуемому значению индукции в зубцах Вz1 , мм:

,

 

 

где Kс =0,95-0,97- коэффициент заполнения сталью магнитопровода (0,97 для h=132 – 250мм, 0,95 для h=280-355мм).

ВZ1- согласно таблицы 3.1.

 

Таблица 3.1 – Рекомендуемые значения индукции в ярме и зубцах статора

Ва (Тл)

ВZ (Тл)

ВZmax (Тл)

 

 

 

Закрытое

Защищенное

Закрытое

Защищенное

1,4 –1,65

1,6-1,9

1,8-2,05

1,75-1,95

1,9-2,1

 

 

3.2 Высота ярма статора , м:

,

 

 

Ва1 выбирается согласно таблицы 3.1.

3.3 Высота зубца , м:

.

 

 

 

3.4 Высота паза .

3.5 Ширина шлица bш1 должна быть такой, чтобы можно было уложить в пазы катушки по одному проводу. Отсюда ширина шлица

мм.

где dиз1 - диаметр провода с изоляцией (мм).

       3.6 Высота клина  в машинах средней мощности и достигает в крупных машинах.

 

3.7 Наименьшая ширина паза в штампе , м:

;  ,

.

 

 

 

3.8 Наибольшая ширина паза в штампе , м:

    .

 

 

 

 

         Высота шлица (м) м. Угол  - при высоте оси вращения мм и  при мм.

 

3.9 Площади поперечного сечения паза в свету определяются с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников , мм2:

 

 

 

         где Sпр.шплощадь припусков на шихтовку

         где  и  - согласно таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Припуски на шихтовку

Высота оси вращения h, (мм)

Припуски (мм)

По ширине паза -

По высоте паза -

50-132

160-250

280-355

400-500

0,1

0,2

0,3

0,4

0,1

0,2

0,3

0,4

 

3.10 Выбираем класс изоляции обмотки статора: в двигателях с высотами оси вращения h=50132мм рекомендуется применять систему изоляции класса нагревостойкости В, а в двигателях с h=160355мм класса нагревостойкости F.

Конструкция изоляции всыпной обмотки статора приведена в таблице 3.3 и 3.4 соответственно.

3.11 Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой  мм:

,

 

 

где  - площадь поперечного сечения пазовой изоляции (мм);

bиз –  толщина изоляции , мм.

3.12 Коэффициент заполнения паза:

   или  .

 

 

 

3.13 Полученное значение коэффициента заполнения должно находиться в рекомендуемых пределах  

если значение коэффициента Kз1 выходит за рекомендуемые пределы, то его необходимо скорректировать несколькими способами:

- за счет изменения плотности тока (т.е. за счет изменения площади сечения элементарного проводника, а следовательно и его диаметра duз1),        - за счет изменения Ва1 и Вz1 в рамках рекомендуемых значений (т.е. за счет изменения размеров и площади поперечного сечения паза ),

- за счет того и другого,

- за счет изменения электромагнитных нагрузок Вd  и А.

 

 

 

3.14 После окончательного определения размеров паза необходимо пересчитать индукцию в зубце:

.

 

 

в) Расчет размеров прямоугольного полуоткрытого и открытого пазов обмотки статора с жесткими секциями

 

 

Предварительная ширина зубца статора в наиболее узком месте , м

 

,

 

 

 

         где Вz1max- рекомендуемое максимальное значение индукции в наиболее узком сечении зубца, выбирается по таблице 3.1.

3.16 Зубцовое деление в наиболее узком месте , м:

, ,

 

 

где, - из п. 3.6.

 

Рисунок

 

Пози-ция на рисунке

 

Тип обмотки

Высота оси вращения

Наименование материала изоляции (пленкостеклопласт)

Число слоев

Односторонняя толщина, мм

Класс нагревостойкости

Толщина

материала, (мм)

В

F  H

1

2

 

 

1

2

 

 

1

2

Одно-

слойная

50…80

 

 

 

90…132

 

 

 

160

Изо-

флекс

 

 

То же

 

 

 

То же

Имидо-

флекс

 

 

То же

 

 

 

То же

 

0,2

0,3

 

 

0,25

0,35

 

 

0,4

0,5

1

 

 

1

 

 

1

0,2

0,3

 

 

0,25

0,35

 

 

0,4

0,5

 

1

 

1

2

3

Двух-слойная

180…250

Изо-

флекс

 

Имидо-

флекс

0,4

0,4

0,5

1

0,4

0,4

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.2 – Изоляция обмоток статоров асинхронных двигателей с высотой оси вращения до 250мм на напряжение на напряжение до 660В

аблица 3.3 – Изоляция обмоток из круглого прововда статоров асинхронных двигателей с высотой оси вращения до h > 280мм на напряжение на напряжение до 660В

Рисунок

Позиция

 

Материал

 

Число слоев

 

Односторонняя толщина, мм

Наименование, марка

Толщина, мм

Класс нагревостойкости

Класс нагревостойкости

В

F

H

В

F

H

B

F

H

                   

* К обмотке

    *К стенке паза

    Примечание. Междуфазные прокладки в лобовых частях выполняют из лакотканеслюдослпаст

 

    Таблица 3.4 – Непрерывная термореактивная изоляция классов нагревостойкости В и F обмоток статоров машин переменного тока на напряжение до 660 В

Часть обмотки

Позиция

Назначение изоляции

 

Материал

Число слоев

Толщина изоляции, мм

Наименование

Марка

Толщина, мм

по ширине

по высоте

1

2

1

2

3

4

5

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

1

 

 

 

 

2

 

3

 

 

 

 

4

5

6

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

7

 

8

Витковая

 

 

 

 

Корпусная

 

Покровная

 

 

 

 

Прокладка

То же

То же

 

 

 

 

 

 

 

Витковая

 

 

 

Корпусная

 

Покровная

Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933)

Разбухание изоляции от промазки лаком

Стеклослюдинитовая лента

Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933)

Всего изоляции в пазу

Стеклотекстолит

То же

То же

Допуск на укладку

Всего изоляции в пазу

отклонения

Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933)

Разбухание изоляции

Стеклослюдинитовая лента

 

Стеклянная лента (пропиттаная в лаке ПЭ-933)

Всего изоляции в лобовых частях

ЛЭС

 

 

 

 

ЛСП-7

 

ЛЭС

 

 

 

 

СТЭФ-1

СТЭФ-1

СТЭФ-1

-

 

-

 

ЛЭС

 

 

ЛС-ПЭ-934-ТП

ЛЭС

0,1

 

 

 

 

0,13

 

0,2

 

 

 

 

0,5

1

0,5

 

 

 

0,1

 

 

 

0,13

 

 

0,2

1 слой вполнахлеста

 

 

 

 

4 слоя вполнахлеста

 

1 слой вполнахлеста

 

 

 

 

1

1

1

 

 

 

1 слой вполнахлеста

 

 

 

3 слоя вполнахлеста

 

 

2 слоя впритык

0,45

 

 

0,05

 

2.08

 

0,45

 

 

3,03

 

-

-

-

0,2

3,23

 

0,45

 

 

0,05

 

1,56

 

0,9

 

2,96

0,45

 

 

0,1

 

2.08

 

0,45

 

 

3,08

 

-

-

-

0,2

3,23

 

0,45

 

 

0,1

 

1,56

 

0,9

 

3,01

0.9

 

 

0,1

 

2.08

 

0,45

 

 

3,53

 

0,5

1

0,5

-

9,06

 

0,9

 

 

0,1

 

1,56

 

0,9

 

3,46

 

 

1,35

 

 

0,15

 

2.08

 

0,45

 

 

4,03

 

0,5

1

0,5

-

10,06

 

1,35

 

 

0,15

 

1,56

 

0,9

 

4,96

 

1,8

 

 

0,20

 

2.08

 

0,45

 

 

4,53

 

0,5

1

0,5

-

11,06

 

1,8

 

 

0,2

 

1,56

 

0,9

 

4,46

 

2,25

 

 

0,25

 

2.08

 

0,45

 

 

5,03

 

0,5

1

0,5

-

12,06

 

2,25

 

 

0,15

 

1,56

 

0,9

 

 4,96

 

 

 

2,7

 

 

0,3

 

 

2.08

 

0,45

 

 

5,53

0,5

1

0,5

 

-

13,06

 

2,7

 

 

0,3

 

1,56

 

0,9

 

5,46


 

3.17 Предварительная ширина паза в штампе , мм:

,

 

3.18 Предварительная высота ярма и зубца (паза) определяется по п.п. 3.2, 3.3.

3.19 После этого производиться разработка конструкции паза согласно таблицы 3.4. Число и сечение эффективных проводников (если надо, они подразделяются на элементарные) известно из расчета – п.п. 2.13, 2.14. Размеры прямоугольных проводников, число их по высоте и ширине паза должны быть близки к предварительным – п.п. 3.16, 3.17 (разница должна быть не более 5-10%). Размеры стандартных проводников приведены в таблице приложения 2.

Таким образом получаем окончательное (уточненное) значения bп1, hп1.

3.20 Окончательное значение ширины зубца статора в наиболее узком и широком местах, м:

,

,

 

 

         где

.

 

 

3.21 Индукции в наиболее узком и широком местах зубца, м :

,

.

 

 

 

 

3.22 Индукция в ярме статора,  Тл:

,

где .

 

3.23 Окончательное значение плотности тока – по 2.15.

         Окончательные значения  должны удовлетворять рекомендуемым значениям (см. таблицу 2.1, 3.1).

 

4 Расчет размеров сердечника, числа пазов и обмотки фазного ротора

 

  4.1 Наружный диаметр сердечника ротора, м:

,

 

 

где воздушный зазор принимается, м:

.

 

 

(Значение  округляется до четвертого знака).

        4.2 Внутренний диаметр сердечника ротора (он же диаметр вала) в, м:

.

 

 

4.3 Конструктивная длина сердечника и длина стали сердечника, м:

.

 

 

 

4.5 Число пазов на полюс и фазу ротора:

 или.

 

 

4.6 Число пазов ротора:

,

       

 

Число фаз обмотки ротора:

.

 

4.7 В двигателях с мм применяется двухслойная петлевая обмотка с мягкими секциями, которые выполняются из круглого провода и укладываются в полузакрытые трапецеидальные пазы (см. рисунок 4.1а). При мм применяется жесткая волновая обмотка, которая укладывается в  полузакрытые прямоугольные пазы (см. рисунок 4.1б).

Расчет числа витков и эффективных проводников в пазу

 

а) Всыпная обмотка (с мягкими секциями)

 

                      а)                                                     б)

 

Рисунок 4.1 – Пазы ротора

 

4.8 Число витков обмотки (предварительное).

Для определения числа витков в фазе роторов с катушечной обмоткой предварительно задаются ЭДС фазы Е2, при которой напряжение на контактных кольцах (UК.К) в момент пуска двигателя приблизительно равно линейному номинальному напряжению двигателя. Обмотки роторов в большинстве случаев соединяют в звезду, при этом  при мм соответственно. Если обмотку ротора соединяют в треугольник, то UК.К2:

.

 

 

                   Эффективное число проводников в пазу:

 целое четное число.

 

 

Число параллельных ветвей .

 Уточненное число витков обмотки:

.

 

 

После этого по (4.8) определяется уточненное значение Э.Д.С. Е2.

б)  Обмотка с жесткими секциями

Эффективное число проводников волновой обмотки ротора всегда выбирается равным двум (т.е. ), , поэтому

                                    .

 

 

 

         После этого определяется Е2 по п. 4.8.

4.9 Ток обмотки ротора:

.

 

где - рассчитывается по п.  2.8 с заменой индекса 1 на 2.

4.10 Сечение эффективного проводника (предварительно), мм:

.

 

 

 

         Для закрытых двигателей (степень защиты ) А/мм2,  для открытых (степень защиты ) – на 20% больше.

4.11 Число элементарных проводников  в эффективном проводнике во всыпных обмотках (с мягкими секциями) определяется так же, как и для обмотки статора. В обмотках же ротора с жесткими секциями .

4.12 Плотность тока в обмотке ротора (уточненное значение) А/мм2

.

 

 

5 Расчет размеров пазов ротора

 

а) Расчет размеров трапецеидального полузакрытого паза ротора (см. рисунок 4.1а) с всыпной обмоткой производиться также как и для статора

5.1 Ширина зубца ротора, м:

,  ,

 

 

где, - по таблице (3.1).

5.2 Предварительная высота паза (м) ротора определяется по эмпирическим формулам:

 для  мм;

 

 для  мм.

5.3 Минимальная ширина паза

,   .

 

 

5.4 Ширина шлица  и его высота  (м) – по п. 3.5 заменой индекса 1 на 2.

5.5 Высота клиновой части:  м.

5.6 Максимальная ширина паза

,  .

 

 

5.7 Площадь поперечного сечения паза и коэффициент заполнения паза определяется по п.п. 3.9 и 3.13, с заменой индекса 1 на 2.

в) Расчет размеров прямоугольного паза (см. рисунок 4.1б) обмотки ротора с прямоугольными секциями

5.8 Предварительная высота зубца – по п.5.2.

5.9 Предварительная ширина зубца ротора в наиболее узком месте, м:

,

 

- по таблице 3.1, - по (5.1).

5.10 Предварительная ширина паза в штампе, м:

;  .

 

 

5.11 После этого производится разработка конструкции паза согласно таблице 5.1. Сечение эффективного проводника известно из п. 4.10, число эффективных проводников в пазу жесткой обмотки ротора всегда равно двум (); размеры проводников (см. приложение 2) подбираются таким образом, чтобы высота и ширина паза с учетом изоляции были бы близки к предварительно найденным.

5.12 После этого определяются окончательно размеры паза ротора, и проверяются индукции в наиболее узком и в широком местах зубца ротора и в ярме по п.п 3.21, 3.22.

5.13 Окончательное значение плотности тока:.

Окончательные значения  не должны превышать рекомендуемых значений – см. таблицу 3.1 и п.4.1

 

Таблица  5.1 - Изоляция катушечной обмотки фазных роторов асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт класса нагревостойкости В

Часть обмотки

Позиция на рисунке

Материал

 

Количество слоев

Двусторонняя толщина изоляции, мм

Наименование, марка

Марка

Толщина,мм

по ширине

по высоте

по ширине

по высоте

Пазовая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

       3

 

 

 

4

 

 

5

 

 

 

6

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

9

 

 

 

10

 

Разбухание изоляции от промазки лаком

 

Стеклянная лента

 

Всего на одну катушку

 

Стеклолакоткань

 

Гибкий миканит

 

Стеклолакоткань

 

Стеклотекстолит

 

То же

 

То же

 

Допуск на укладку

 

Всего на паз без клина

 

Стеклянная лента

 

Стеклолакоткань

 

Стеклянная лента

 

Толщина изоляции крайних катушек

 

 

-

 

 

 

 

ЛЭС

 

 

-

 

 

ЛСБ

 

 

ГФС

 

 

ЛСБ

 

 

СТ

 

 

СТ

 

СТ

 

-

 

 

-

 

 

ЛЭС

 

 

ЛСБ

 

 

ЛЭС

 

 

-

 

-

 

 

 

 

0,1

 

 

-

 

 

0,2

 

 

0,2

 

 

0,2

 

 

0,5

 

 

0,5

 

0,5

 

-

 

 

-

 

 

0,2

 

 

0,2

 

 

0,2

 

 

-

 

-

 

 

 

 

1 слой в

разбежку

 

-

 

 

2

 

 

2

 

 

2

 

 

-

 

 

-

 

-

 

-

 

 

-

 

 

1 слой вполна-хлеста

1 слой вполна-хлеста

1 слой вполна-хлеста

-

 

-

 

 

 

1 слой в разбежку

 

-

 

 

3

 

 

3

 

 

3

 

 

1

 

 

1

 

1

 

-

 

 

-

 

 

1 слой вполна-хлеста

1 слой вполна-хлеста

1 слой вполна-хлеста

-

 

0,1

 

 

 

 

0,2

 

 

0,3

 

 

0,4

 

 

0,4

 

 

0,4

 

 

-

 

 

-

 

-

 

0,5

 

 

2

 

 

0,8

 

 

0,8

 

 

0,8

 

 

1,6

 

0,1

 

 

 

0,2

 

 

0,3

 

 

0,6

 

 

0,6

 

 

0,6

 

 

0,5

 

 

0,5

 

0,5

 

0,8

 

 

4,7

 

 

0,8

 

 

0,8

 

 

0,8

 

 

1,6

Приложение 1

Диаметр и площади поперечного сечения круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТ – 155

 

Номинальный диаметр неизолированного провода, мм

Среднее значение диаметра изолированного провода, мм

Площадь поперечного сечения неизолированного провода, мм2

0,53

0,585

0,221

0,56

0,615

0,246

0,6

0,655

0,283

0,63

0,69

0,312

0,67

0,73

0,353

0,71

0,77

0,396

0,75

0,815

0,422

0,80

0,865

0,503

0,85

0,915

0,567

0,90

0,965

0,636

1,0

1,08

0,785

1,06

1,14

0,883

1,12

1,2

0,985

1,18

1,26

1,094

1,25

1,33

1,227

1,32

1,405

1,368

1,4

1,485

1,539

1,5

1,585

1,767

1,6

1,685

2,011

1,7

1,785

2,27

1,8

1,895

2,54

1,9

1,995

2,83

Приложение 2

Размеры и площади поперечного сечения прямоугольной проволки

 

По большей стороне г.п. - δ

по меньшей стороне голого провода - а

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

2,12

3

3,15

3,35

3,55

4

Примечание

2

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Двухсторонняя толщина изоляции прямоугольных обмоточных проводов ПЭТВП (класс

нагревостойкости В) – 0,15мм, обмоточных проводов ПЭТП(класс нагревостойкости)  - 0,2мм.

 

 

 

2,12

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2,24

3,145

3,369

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2,36

-

3,561

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Подпись: 322,5

3,285

3,785

3,887

4,137

-

-

-

 

-

-

-

-

2,65

-

4,025

-

4,407

-

-

-

-

-

-

-

-

2,8

3,985

4,265

4,397

4,677

4,957

5,237

-

-

-

-

-

-

3

-

4,585

-

5,038

-

5,638

-

-

-

-

-

-

3,15

4,51

4,825

4,992

5,307

5,622

5,937

6,315

-

-

-

-

-

3,35

-

5,145

-

5,667

-

6,337

8,117

-

-

-

-

-

3,75

-

5,785

-

6,837

-

7,137

-

-

-

-

-

-

4

5,185

6,185

6,437

6,837

7,237

7,637

8,117

-

-

-

-

-

4,25

-

6,585

-

7,287

-

8,137

-

-

-

-

-

-

 

4,5

6,535

6,985

7,287

7,737

8,187

8,637

9,177

12,95

13,63

 

 

 

 

5

7,285

7,785

8,137

8,637

9,137

9,637

10,24

14,45

15,2

16,2

 

 

 

5,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Продолжение приложения 2

 

 

По большей стороне г.п. – b, мм

по меньшей стороне голого провода - а

 

1,18

1,32

1,4

1,5

1,8

1,9

2

2,12

2,65

2,8

3,15

3,75

5,6

6,393

8,101

7,625

8,185

9,717

10,28

10,84

11,51

14,29

15,13

17,09

-

6

-

-

8,185

-

10,44

-

11,64

-

-

16,25

18,35

-

6,3

7,219

9,101

8,605

9,235

10,98

11,61

12,24

12,99

16,15

17,09

19,3

22,77

6,7

-

7,22

-

-

11,7

-

13,04

-

-

18,21

-

-

7,1

8,163

7,76

8,35

8,99

10,5

11,3

11,9

13,9

15,0

16,2

17,5

20,3

7,5

7,21

9,157

9,725

10,44

12,42

13,13

13,84

14,69

-

20,45

23,08

-

8

9,225

10,35

10,99

11,79

14,04

14,84

15,64

16,6

20,65

21,85

24,65

-

8,5

-

-

11,69

-

14,94

-

15,64

16,6

-

23,25

26,23

29,14

9

10,41

11,67

12,39

13,29

15,84

16,74

17,64

18,72

23,3

24,65

27,8

-

9,5

-

-

13,09

-

16,74

-

18,64

-

-

26,05

29,38

32,89

10

-

-

13,79

14,79

17,64

18,64

19,64

-

25,95

27,45

30,95

36,64

10,6

-

-

14,63

-

18,72

-

20,84

20,84

27,9

30,1

32,4

37,6

11,2

-

-

15,47

16,59

19,8

20,92

22,04

23,38

29,13

30,81

34,73

41,14

11,8

-

-

-

-

20,88

-

23,24

-

-

32,49

36,62

-

12,5

-

-

-

20,8

24,2

26,1

27,9

32,4

35,0

37,7

40,7

47,2

14,5

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

15

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


 

         Продолжение приложения 2

 

По большей стороне г.п. - δ

по меньшей стороне голого провода - а

3,28

3,35

3,53

3,55

3,75

3,8

4

4,1

4,25

4,4

4,5

4,75

16

-

53,05

-

56,25

59,14

-

63,14

-

67,14

-

-

-

 

16,8

54,62

-

58,82

-

-

63,36

-

68,02

-

73,06

-

-

 

Подпись: 34

18,0

58,56

-

63,06

-

-

67,92

-

72,94

-

78,34

-

-

 

19,5

63,48

-

68,35

-

-

73,68

-

79,09

-

84,94

-

-

 

20

-

-

-

-

-

-

79,52

-

-

-

 

 

 

22

71,68

-

77,18

-

-

83,12

-

89,34

-

95,94

-

-

 

25

81,52

-

-

-

-

94,52

99,52

101,64

-

109,14

-

-

 

26,3

-

-

92,36

-

-

94,46

-

106,97

-

114,86

-

-

 

30,0

-

-

-

-

-

113,52

119,52

122,14

-

131,14

-

-

 

32,0

-

-

-

-

-

-

-

130,34

-

139,94

-

-

 

35

-

-

-

-

 

-

-

-

-

153,14

-

163,64

 

 

Список литературы

1.     Копылов И.П. Проектирование электрических машин. – М.: Энергия, 2002.

2.     Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Высшая школа, Логос, 2000. – 607 с.

3.     Лихачев В.А. Электродвигатели асинхронные. – М.: Высшая школа, 2002.

4.     Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

5.     Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. /Под ред. О.Д. Гольдберга. 2-е изд., перераб. и доп.  – М.: Высшая школа,2001. 430 с.

6.     Кравчук А.Э., Шлаф М.М., Афонин Е.И., Соболевская Е.А. Справочник. Асинхронные двигатели серии 4А. – М.: Энергоиздат, 1982.

7.     Государственные стандарты на электрические машины.

8.     Жерве Г.К. Расчет асинхронного двигателя при перемотке. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1980.

9.     Рубо Л.Г. Пересчет и ремонт асинхронных двигателей мощностью до 160 кВт. – М.; Л.: Госэнергоиздат, 1970.

10.  Лопухина Е.М., СеменчуковГ.А. Проектирование асинхронных двигателей с применением ЭВМ . М.: Высшая школа, 1980. 359 с.

11.  Попов В.И., Ахунов Т.А., Макаров Л.Н. Современные асинхронные машины: Новая Российская серия РА. - М.: Издательство «Знак», 1999. 256 с.

12.  Электротехнический справочник: В 4 т. Т.2 Электротехничесикие изделия и устройства /Под. общ. ред. В.Г. Герасимова. - М.: Издательство МЭИ, 19998. 518 с.