Исходные данные для проектирования

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 13Следующая ⇒

Наименование заданных параметров и их условное обозначение	Двигатель № 1	Двигатель № 2
Номинальный режим работы	Продолжительный (S1)
Исполнение ротора	Короткозамкнутый	Фазный
Номинальная отдаваемая мощность P_2, кВт	7,5	160
Количество фаз статора m₁	3	3
Способ соединения фаз статора	Δ/λ	Δ/λ
Частота сети f, Гц	50	50
Номинальное линейное напряжение U, В	220 / 380	380 / 660
Синхронная частота вращения n₁, об/мин	1500	1000
Степень защиты от внешних воздействий	IP44	IP23
Способ охлаждения	IC0141	IC01
Исполнение по способу монтажа	IM1001	IM1001
Климатические условия и категория размещения	У3	УЗ
Вероятность безотказной работы обмотки за наработку 10000 ч P_об	0,9	0,9
Форма выступающего конца вала	Цилиндрическая
Способ соединения с приводным механизмом	Упругая муфта
Количество пар полюсов p, по (9-1)	2	3

Магнитная цепь двигателя.

Размеры, конфигурация, материал

Главные размеры. Пректирование асинхронных двигателей начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра D₁ и длины сердечника статора . Как отмечалось в гл. 1, предельно допускаемая величина наружного диаметра корпуса D_корп и сердечника статора D_н1 зависит от высоты оси вращения h. Если заданием на проектирование значение h не регламентировано, то его предварительно выбирают из табл. 9-1, данные которой соответствуют существующему в России и за рубежом среднему уровню привязки мощностей к h двигателей с разными степенями защиты и способами охлаждения.

В табл. 9-1 приведены также значения вращающего момента на валу М₂, поскольку в настоящее время широко распространена более удобная оценка привязки габаритов двигателя к моменту вращения, значение которого для данного типоразмера колеблется в относительно небольших пределах при исполнении двигателя с разным количеством полюсов (за исключением двигателей с 2p = 2).

Таблица 9-1

h, мм

P₂ (кВт) при синхронных частотах вращения, об / мин

М₂, Н·м

(при 1500 об /мин)

3000

1500

1000

750

600

500

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44, со способом охлаждения IC0141

0,18

0,12

—

0,77

0,25

0,18

—

1,15

0,37

0,25

0,18

—

1,59

0,55

0,37

0,25

—

2,35

0,75

0,55

0,37

0,25

---

3,5

1,1

0,75

0,55

---

4,74

1,5

1,1

0,75

0,37

—

7,0

2,2

1,5

1,1

0,55

—

9,5

2,2

1,5

0,75

—

100

2,2

1,5

—

5,5

—

25,4

112

7,5

5,5

2,2

—

132

7,5

5,5

—

47,4

—

7,5

5,5

—

160

7,5

—

95,3

18,5

—

118

180

18,5

—

140

—

190

200

18,5

—

234,5

—

284

225

—

349

250

—

474

—

574

280

110

—

699

132

—

838

315

160

110

1018

200

132

110

1267

355

250

160

132

1592

315

200

160

110

2006

400

—

315

250

200

—

2006

—

400

315

250

200

—

2545

---

500

400

—

3183

450

—

630

500

315

250

200

4012

—

800

630

400

315

250

5094

—

500

—

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP23, со способом охлаждения IC01

160

18,5

7,5

—

118

—

---

140

180

18,5

—

190

18,5

—

---

235

200

—

284

—

---

349

225

—

474

250

110

—

574

132

110

—

---

699

280

160

132

—

838

200

160

110

—

---

1018

315

—

200

132

110

1267

200

250

160

132

1592

355

315

200

160

110

2005

400

250

200

132

110

2550

400

—

400

315

—

2550

—

500

400

250

200

—

3183

—

630

500

315

250

—

4010

450

—

800

630

400

315

250

50093

—

1000

800

500

400

315

6367

—

630

—

Асинхронные двигатели с фазным ротором исполнения по защите IP23, со способом охлаждения IC01

200

—

18,5

—

235

—

284

225

—

349

—

474

250

—

574

—

110

—

699

280

—

132

—

838

—

160

110

—

1018

315

—

200

132

110

1267

—

250

160

132

1592

355

—

315

200

160

110

2006

—

400

250

200

132

110

2547

400

—

400

315

250

200

—

2547

—

500

400

315

250

—

3193

—

630

500

—

4012

450

—

800

630

400

315

250

5094

—

1000

800

500

400

315

6367

—

630

—

Для удобства выбора наружного диаметра сердечника D_н1 при заданной или выбранной стандартной высоте оси вращения h в табл. 9-2 приведены предельно допустимые значения D_н1_max для h = 50÷450 мм, указаны припуски на штамповку _шт, а также ширина резаных лент и стандартной рулонной стали, из которой штампуют листы сердечника.

Таблица 9-2

h,мм	h₁, мм	h₂, мм	D_н₁_max, мм	_шт, мм	Ширина (мм) при однорядной штамповке
h,мм	h₁, мм	h₂, мм	D_н₁_max, мм	_шт, мм	резанных лент	рулонной стали
50	3	4	86	4	90	—
56	4	4	96	4	100	—
63	4	5	108	5	113	—
71	4	6	122	5	127	—
80	4	6,5	139	6	145	—
90	5	6,5	157	6	163	—
100	5	7,5	175	7	182	—
112	5	8,5	197	7	204	—
132	6	9,5	233	7	240	—
160	6	11,5	285	7	292	—
180	7	12	322	7	330	—
200	7	13,5	359	8	367	—
225	7	15	406	8	414	—
250	8	16	452	8	460	—
280	8	12	520	10	—	530
315	7	13	590	10	—	600
355	10	15	660	10	—	670
400	14	16	740	10	—	750
450	9	16	850	10	—	860

При составлении табл. 9-2 имелось в виду, что двигатели с h = 50÷250 мм выполняются с литыми станинами, а двигатели с h = 280÷450 мм со сварными.

При D_н1 ≤ 452 мм (что соответствует h ≤ 250 мм) листы статора штампуют из резаной ленты, которая по согласованию сторон может поставляться различной ширины, но не превышающей 500 мм. При D_н1 > 452 мм листы статора штампуют из рулонной стали стандартной ширины, указанной в § 2-3; соответственно принятые в этом случае значения h₁ могут несколько отличаться от указанных на рис. 1-1.

Для определения одного из главных размеров – внутреннего диаметра сердечника статора D₁ – можно использовать зависимости D₁ = f (Dн₁), приведенные в табл. 9-3. При проектировании части серии (двух двигателей и более на одном диаметре D_н1) для облегчения производства необходимо унифицировать при данном количестве полюсов основные размеры магнитопровода двигателя в его поперечном сечении – диаметры D_н1, D₁, D_н2, а также количество и размеры пазов статора и ротора.

Таблица 9-3

2p	D_н1, мм	D₁ = f (D_н1), мм
2	80—360	D₁ = 0,61 D_н1 – 4
2	Свыше 360—750	D₁ = 0,485 D_н1 + 28
4	80—520	D₁ = 0,68 D_н1 – 5
4	Свыше 520—990	D₁ = 0,56 D_н1 + 60
6	80—590	D₁ = 0,72 D_н1 – 3
6	Свыше 590—990	D₁ = 0,6 D_н1 + 82
8	80—590	D₁ = 0,72 D_н1 – 3
8	Свыше 590—990	D₁ = 0,6 D_н1 + 100
10 и 12	500—990	D₁ = 0,6 D_н1 + 110

Расчетную мощность определяют по (1-11). Значение k_н находят из рис. 9-1.

Рис. 9- 1. Средние значения асинхронных двигателей

Предварительные значения и cos для двигателей с короткозамкнутым ротором могут быть приняты на уровне средних энергетических показателей выпускаемых электродвигателей (рис. 9-2 и 9-3) или по ГОСТ 19523*. Для двигателей с фазным ротором исполнения по защите IP23 предварительные значения могут быть приняты на 0,005 ниже, чем по рис. 9-2, а cos на 0,01 ниже, чем по рис. 9-3.

*Здесь и далее предварительные значения параметров обозначаются знаком «штрих» для отличия от уточняемых в дальнейшем значений.

Рис. 9- 2. Средние значения асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

а - исполнение по защите IP44, способ охлаждения IC0141;

б - исполнение по защите IP23, способ охлаждения IC01

Рис. 9- 3. Средние значения cos асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:

а - исполнение по защите IP44, способ охлаждения IC0141;

- исполнение по защите IP23, способ охлаждения IC01

Для определения второго главного размера – длины сердечника статора ₁ – вначале по (1-30) находят расчетную длину сердечника ₁ (с соответствующим округлением). При этом следует задать предварительные значения обмоточного коэффициента _об1( _об1 = 0,91÷0,94 для 2p≥4; _об1 = 0,79 для 2p = 2; большие значения _об1 принимают для двигателей меньшей мощности), а также электромагнитных нагрузок A’₁ и (значения A’₁ и зависят от ряда факторов, в том числе от формы пазов и типа обмотки). В табл. 9-4 указаны применяемые в настоящее время формы пазов и типы обмоток статора.

Таблица 9-4

Высота оси вращения h, мм	Форма паза	Тип обмотки
50—160	Трапецеидальные полузакрытые	Однослойная всыпная концентрическая
180—250	То же	Двухслойная или одно-двухслойная всыпная
280—315 (2p = 10; 12)	»	Двухслойная или одно-двухслойная всыпная
280—355 (2p = 2; 4; 6; 8)	Прямоугольные полуоткрытые	Двухслойная из жестких катушек
355 (2p = 10; 12)	То же	То же
400—450	Прямоугольные открытые	Двухслойная из жестких катушек

Форма пазов, указанная в таблице, определяется тем, что статоры с прямоугольными (открытыми или полуоткрытыми) пазами обладают большей надежностью обмотки, выполняемой из жестких изолированных катушек, а также большим коэффициентом заполнения пазов медью проводов прямоугольного поперечного сечения. Однако со снижением h возникают технологические затруднения, ограничивающие возможность применения прямоугольных пазов статора, из-за уменьшения поперечного сечения проводов и ширины зубца в наиболее узком месте.

Рис. 9- 4. Средние значения A'₁=f (D_н1) (а),

=f (D_н1) (б) при 2p=4 и классе нагревостойкости F:

1 - испонение по защите IP44, способ охлаждения IC0141, полузакрытые пазы однослойная обмотка; 2 - то же, что 1, но двухслойная обмотка; 3 - IP44, IC0141, полузакрытые пазы, двухслойная обмотка, продуваемый ротор; 4 – IP44, IC0141, открытые пазы, U=6000 В, двухслойная обмотка; 5 – IP23, IC01, полузакрытые пазы, однослойная обмотка; 6 – то же, что 5, но двухслойная обмотка; 7 – IP23, IC01, полуоткрытые пазы, двухслойная обмотка; 8 – IP23, IC01, открытые пазы, U=6000 В, двухслойная обмотка.

Поэтому в асинхронных двигателях, начиная примерно с D_н1 ≤452 мм (что соответствует h ≤ 250 мм), выполняют полузакрытые пазы трапецеидальной формы со всыпной обмоткой из проводов круглого поперечного сечения, при которых коэффициент заполнения паза медью снижается. Компенсирует в некоторой степени указанное снижение возможность получения зубцов равновеликого сечения и постоянства магнитной индукции по высоте зубца, в отличии от прямоугольных пазов, при которых зубец имеет трапецеидальную форму и магнитную индукцию, увеличивающуюся в направлении основания паза.

На рис. 9-4 приведены средние значения A’₁ и для асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами при 2p = 4 и с изоляцией класса нагревостойкости F. При количестве полюсов, отличающихся от 2p = 4, принимаемые из рис. 9-4 значения A’₁ и _умножают на поправочные коэффициенты k₁ и k₂ (табл. 9-5). Кроме того, при выполнении электродвигателей с изоляцией классов нагревостойкости В или Н значение A’₁, принятое по рис. 9-4 с учетом k₁, должно быть умножено на поправочный коэффициент k₃ (для класса B-k₃ = 0, 86; для класса Н-k₃ = 1,14).

Таблица 9-5

Коэффициенты	Степень защиты, способ охлаждения	, мм	Коэффициенты при различных значениях 2р
Коэффициенты	Степень защиты, способ охлаждения	, мм	2	6	8	10 и 12
(для )	IP44, IC0141	80-250	0,93	1,0	1,0	---
		Свыше 250-500	1,1	0,93	0,93	---
		» 500-700	1,1	0,915	0,915	0.84
		» 700-990	---	0,92	0,87	0,84
	IP23, IC01	» 250-500	1,16	0,9	0,84	0,72
		» 500-700	1,15	0,89	0,84	0,72
		» 700-990	---	0,9	0,88	0,85
(для )	IP44, IC0141	80-250	1,0	1,0	1,2	---
		Свыше 250-700	0,96	1,04	1,04	1.04
		» 700-990	---	0,96	0,94	0,92
	IP23, IC01	» 250-700	0,98	1,02	1,02	1,04
	IP23, IC01	» 700-990	---	0,97	0,94	0,925

Следует иметь в виду, что при современных высоких требованиях к величинам пусковых моментов электродвигателей с h≤132 мм может возникнуть необходимость проектирования двигателей с пониженными значениями A’₁.

Конструктивная длина сердечника статора ₁ при отсутствии в сердечнике радиальных вентиляционных каналов равна расчетной длине , округленной до ближайшего целого числа (при длине менее 100 мм) и до ближайшего числа, кратного пяти (при длине более 100 мм); соответственно изменяется значение ₁. При длине сердечника более 300 -- 350 мм применяются радиальные вентиляционные каналы. В этом случае ₁ определяется по (1-33) с округлением до ближайшего числа, кратного пяти. Количество вентиляционных каналов n_к1 определяется длинойодного пакета сердечника статора _п1, выбираемой в пределах 55 – 75 мм при длине вентиляционного канала _К1 = 10 мм. Отношение

(9-2)

целесообразно выбирать таким, чтобы оно приближалось к предельному допускаемому отношению _max, вычисляемому для двигателей с 2p = 4 по формулам, приведенным в табл. 9-6.

Таблица 9-6

Степень защиты, способ охлаждения	D_н1, мм	Значения _max
IP44, IC0141	80 – 700	1,46 – 0,00071 D_н1
IP23, IC01	250 – 700	1,33 – 0,00087 D_н1
IP44, IC0141, IP23, IC01	Свыше 700 – 990	1,56 – 0,00088 D_н1

При количестве полюсов, отличающихся от 2p = 4, значение _max, полученное из табл. 9-6, должно быть умножено на поправочный коэффициент k₄ для электродвигателей со степенями защиты IP23 и IP44 (табл. 9-7)

Таблица 9-7

D_н1, мм	Коэффициенты k₄ при различных значениях 2p
D_н1, мм	2	6	8, 10 и 12
80 – 700	0,95	1,05	1,1
Свыше 700 – 990	—	—	1,15

Если превышает _max, то, как указано в § 1-3, необходимо перейти на другую, большую стандартную высоту оси вращения и повторить расчет главных размеров и .

При проектировании участка серии с двумя или тремя длинами сердечника статора на одном диаметре значение электродвигателя большей мощности должно приближаться к _max, но не превышать его; значение электродвигателя меньшей мощности не регламентируется. В отдельных случаях, например у тихоходных машин, значение _max может быть увеличено по сравнению с рекомендуемыми в табл. 9-6 и 9-7, но с соответствующей проверкой механической жесткостии прочности вала.

Сердечник статора. Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов. Для сердечников рекомендуется применять следующие марки холоднокатаной изотропной электротехнической стали:

Высота оси вращения, мм	50 – 250	280 – 355	400 – 450
Марка стали	2013	2312	2411

Для стали 2013 обычно используют изолирование листов оксидированием (коэффициент заполнения стали k_с = 0,97), для стали 2312 и 2411 – лакировкой (k_с = 0,95) или термостойким электроизоляционным покрытием листов (k_с = 0,96÷0,97).

Количество пазов сердечника статора

(9-3)

зависит от выбранного количества пазов на полюс и фазу

. (9-4)

Обычно q₁ выбирают равным целому числу. Только для унификации листов статора двигателей с разным количеством полюсов и для тихоходных двигателей иногда применяют дробное q₁ (1,5; 2,5 и др.). В табл. 9-8 приведены рекумендуемые значения q₁.

Таблица 9-8

2p	Количество пазов на полюс и фазу q₁ при различных значениях h, мм
2p	50 – 132	160 – 225	250 – 450
2	3; 4	5; 6	7; 8
4	2; 3	3; 4	4; 5
6	2; 3	3; 4	4; 5
8	1,5; 2	2; 3	3; 4
10	—	—	2; 3
12	—	—	2; 2,5

По выбранному значению q₁ определяют z₁ в соответствии с (9-3). При этом целесообразно использовать опыт по серии 4А (см. табл. 9-12).

Сердечник ротора. Сердечник собирают из отдельных, отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Марки стали и изоляционные покрытия такие же, как в статоре.

В короткозамкнутом роторе применяют закрытые, полузакрытые и открытые пазы. Для уменьшения влияния моментов высших гармоник на пусковые и виброаккустические характеристики машин роторы двигателей с высотами оси вращения h ≤160 мм имеют скос пазов b_СК1 на одно зубцовое деление статора t₁; при этом _СК1 = 1. Двигатели с большими высотами оси вращения обычно выполняют без скоса пазов.

Наружный диаметр сердечника ротора (мм)

(9-5)

где - воздушный зазор между статором и ротором, мм.

Величину воздушного зазора выбирают с учетом противоречивых требований, так как, с одной стороны, при увеличении воздушного зазора уменьшается коэффициент мощности, а с другой – увеличиваются фактический КПД и надежность двигателя, снижается нагрев обмоток, уменьшаются добавочные потери, уровень шума и вибраций магнитного происхождения, возможность задевания ротора о статор.

Таблица 9-9

h, мм	(мм) при различных значениях 2p
h, мм	2	4	6 и 8	10 и 12
50	0,25	0,25	0,25	—
56	0,3	0,25	0,25	—
63	0,35	0.25	0,25	—
71, 80	0,35	0,25	0,25	—
90	0,4	0,25	0,25	—
100	0,45	0,3	0,3	—
112	0,5	0,3	0,3	—
132	0,6	0,35	0,35	—
160	0,8	0,5	0,5	—
180	1,0	0,6	0,45	—
200	1,0	0,7	0,5	—
225	1,0	0,85	0,6	—
250	1,2	1,0	0,7	—
280	1,3	1,0	0,8	0,7
315	1,5	1,0	0,9	0,8
355	1,8	1,2	1,0	0,9
400	2,0	1,4	1,2	1,0
450	2,0	1,4	1,2	1,0

В табл. 9-9 приведены средние значения воздушного зазора , принятые в современных сериях асинхронных двигателей.

Для высот осей вращения h≥71 мм внутренний диаметр листов ротора

; (9-6)

для высот осей вращения h = 50 и 63 мм.

. (9-7)

После расчета вала на жесткость размер D₂ уточняют.

Для улучшения охлаждения, уменьшения массы и динамического момента инерции ротора в сердечниках ротора с h≥250 мм предусматривают круглые аксиальные вентиляционные каналы в соответствии с данными табл. 9-10. У двигателей с меньшей высотой оси вращения аксиальные каналы обычно не предусматривают из-за повышения при этом магнитной индукции в спинке ротора.

Таблица 9-10

h, мм	Количество n_к2 и диаметр d_к2 (мм) вентиляционных каналов при различных значениях 2p
	2		4		6		8, 10 и 12
	n_к2	d_к2	n_к2	d_к2	n_к2	d_к2	n_к2	d_к2
250	10	15	10	20	10	30	10	30
280	12	20	12	32	12	40	12	40
315	12	20	12	40	12	40	12	40
355	12	20	12	50	12	50	12	50
400	—	—	9	55	9	65	9	75
450	—	—	9	65	9	75	9	90

Длину сердечника ротора ₂ принимают равной длине сердечника статора ₁ для h≤250 мм, а для h>250 мм ₂ = ₁ + 5 мм. Радиальные вентиляционные каналы в роторе выполняют при ₂>350 мм. Количество, размеры и расположение этих каналов в роторе такое же, как в сердечнике статора.

Количество пазов z₂ для двигателей с короткозамкнутым ротором выбирают в зависимости от z₁ и наличии скоса пазов в роторе.

Таблица 9-11

2p	z₁	z₂
2p	z₁	пазы без скоса	пазы со скосом
1	2	3	4
2	18	15, 21, 22	19, 22, 26, 28, 31, 33, 34, 35
	24	15, 17, 19, 32	19, 26, 31, 33, 34, 35
	30	22, 38	20, 21, 23, 37, 39, 40
	36	26, 28, 44, 46	25, 27, 28, 29, 43, 45, 47
	42	32, 34, 50, 52	—
	48	38, 40, 56, 58	37, 39, 41, 55, 57, 59
4	24	16, 17	16, 18, 28, 30, 33, 34, 35, 36
	36	26, 38, 44, 46	27, 28, 30, 34, 38, 45, 48
	48	34, 38, 56, 58, 62, 64	38, 40, 57, 59
	60	50, 52, 68, 70, 74	48, 49, 51, 56, 64, 69, 71
	72	62, 64, 80, 82, 86	61, 63, 68, 76, 81, 83
6	36	26, 46	28, 33, 47, 49, 50
	54	44, 64, 66, 68	42, 43, 51, 65, 67
	72	56, 58, 62, 82, 86, 88	57, 59, 60, 61, 83, 85, 87, 90
	90	74, 76, 78, 80, 100, 102, 104	75, 77, 79, 101, 103, 105
8	36	—	28
	48	36, 44, 62, 64	35, 44, 61, 63, 65
	72	56, 58, 86, 88, 90	56, 57, 59, 85, 87, 89
	84	66, 70, 98, 100, 102, 104	—
	96	78,82, 110, 112, 114	79, 80, 81, 83, 109, 111, 113
10	60	44, 46, 74, 76	57, 69, 77, 78, 79
	90	68, 72, 74, 76, 104, 106	70, 71, 73, 87, 93, 107, 109
	120	108, 110	—
	120	86, 88, 92, 94, 96, 98, 102, 104	99, 101, 103, 117, 123, 137
12	72	56, 64, 80, 88	69, 75, 80, 89, 91, 92
	90	68, 70, 74, 88, 98, 106, 108, 110	86, 87, 93, 94
	108	86, 88, 92, 100, 116, 124, 128, 130	84, 89, 91, 104, 105, 111, 112

В табл. 9-11 приведены рекомендуемые количества пазов z₂. Соотношения получены в результате теоретических и экспериментальных исследований. Отступление от рекомендованных соотношений z₁/z₂ может привести к недопустимым провалам в характеристике пускового момента, к повышенным шумам и вибрациям.

Количество пазов в сердечнике ротора для двигателей с фазным ротором

z₂ = 2pm₂q₂ (9-8)

зависит от выбранного количества пазов на полюс и фазу ротора q₂. Обычно (если это не оговорено в исходных данных) принимают m₂ = m₁ и . Если при этом q₂ получается слишком большим или малым, то принимают .

В табл. 9-12 приведены соотношения количества пазов z₁/z₂, принятые в серии 4А.

Таблица 9-12

h, мм	z₁/z₂ при различном 2p
	2		4		6	8		10		12
Двигатели с короткозамкнутым ротором
50 – 63	24/19		24/18		36/28	—		—		—
71	24/19		24/18		36/28	36/28		—		—
80 – 110	24/19		36/28		36/28	36/28		—		—
112 – 132	24/19		36/34		54/51	48/44		—		—
160	36/28		48/38		54/51	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		—		—
280 – 355	48/38		60/70		72/82	72/86		90/106		90/106
400 – 450	—		60/70		72/84	72/86		90/106		90/106
Двигатели с фазным ротором
200	—		48/36		72/54	72/48		—		—
225	—		48/66		72/81	72/84		—		—
250	—		60/72		72/81	72/84		—		—
280 – 355	—		60/72		72/81	72/84		90/120		90/108
400 – 450	—		60/72		72/90	72/96		90/120		90/126
Примеры расчеиа машин 2. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал
Последовательность расчета		Условные обозначения		Источник			Двигатель №1		Двигатель №2
Принимаем для двигателя №1 изоляцию класса нагревостойкости В, а для двигателя №2 – класс F Главные размеры
1		h, мм		табл. 9-1			132		—
2		h, мм		табл. 9-1			—		315
3		D_н1, мм		табл. 9-2			233		590
4		D₁, мм		табл. 9-3			0,68·233–5=153		0,72·590–3=424
5		k_н		рис. 9-1			0,97		0,98
6		, о. е.		рис. 9-2, а			0,87		—
7		, о. е.		рис. 9-2, б			—		0,935–0,005=0,93
8		сos , о. е.		рис. 9-3, а			0,86		—
9		cos , о. е.		рис. 9-3, б			—		0,89–0,01=0,88
10		P ', Вт		(1-11)
11		А/см		рис. 9-4, а табл. 9-5			296·0,86=255		565·0,89=503
12		, Тл		рис. 9-4, б табл. 9-5			0,885		0,858·1,02=0,875
13		k '_об1		§ 9-2			0,94		0,93
14		мм		(1-30)
15		мм		§ 9-2			115		225
16				9-2			115/153=0,75		225/424=0,53
17		_max		табл. 9-6 табл. 9-7			1,46-0,00071·233 =1,3		1,05(1,33–0,00087·590)=0,86
Сердечник статора
18		Марка стали					2013		2312
19		Толщина стали, мм					0,5		0,5
20		Изолировка					Оксидирование		Лакировка
21		k_с		§ 9-3			0,97		0,95
22		q₁		табл. 9-8 табл. 9-12			3		4
23		z₁		(9-3)			4·3·3=36		6·3·4=72
Сердечник ротора
24		Марка стали					2013		2312
25		Толщина стали, мм					0,5		0,5
26		Изолировка					Оксидирование		Лакировка
27		k_с		§ 9-3			0,97		0,95
28		_ск		§ 9-3			1,0		—
29		, мм		табл. 9-9			0,35		0,9
30		D_н2, мм		(9-5)			153–2·0,35=152,3		422–2·0,9=420,2
31		D₂, мм		(9-6)			0,23·233=54		0,23·590=140
32		n_к2		табл. 9-10			—		12
33		d_к2, мм		табл. 9-10			—		40
34		l₂, мм		§ 9-3			115		225+5=230
35		q₂, мм		§ 9-3			—		4+0,5=4,5
36		z₂		табл. 9-12(9-8)			34		6·3·4,5=81

§ 9-4. Обмотка статора

Типы обмоток и общие положения.В асинхронных двигателях с h ≤160 мм обычно выполняют однослойные всыпанные обмотки, а в двигателях с h > 160 мм – двухслойные (из мягких секций или из жестких катушек). В табл. 9-4 указаны типы используемых обмоток и соответственно форма пазов. При выполнении двигателей с однослойными обмотками облегчается применение автоматических обмоточных станков, а при изготовлении их с двухслойными обмотками с укороченным шагом – улучшается форма кривой поля и уменьшается расход меди на лобовые части обмотки. Однослойную обмотку выполняют концентрической. Для механизации обмоточных работ в электродвигателях с h > 160 мм используют разносекционные одно- и двухслойные концентрические обмотки [см. 8; 20].

Высоковольтные электродвигатели выполняют с открытыми пазами. По высоте паза укладывают две катушки, а прямоугольные проводники располагают плашмя. Конструкция обмоток статора описана в § 3-13.

На рис. 9-5 показаны схема трехфазной однослойной концентрической обмотки статора, а на рис. 9-6 – схема трехфазной двухслойной петлевой обмотки статора. Обычно обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 эл. град.

Рис.9-5. Схема трехфазной однослойной концентрической

обмотки статора Z₁=36; 2p=4; q₁=3; y_п1=7,9,11

Рис. 9-6. Схема трехфазной двухслойной петлевой

обмотки статора Z₁=18; 2p=2; q₁=3; y_п1=7

При шестизонной обмотке коэффициент распределения

(9-9)

где =60⁰/q₁.

Однослойную обмотку выполняют с диаметральным шагом по пазам

. (9-10)

Двухслойную обмотку выполняют с укороченным шагом

. (9-11)

Укорочение шага ₁ выбирают таким образом, чтобы y_п1 равнялось целому числу, а ₁≈0,6 при 2p=2 или ₁≈0,8 при 2p≥4.

Коэффициент укорочения

. (9-12)

При однослойной обмотке с диаметральным шагом ₁=1.

Обмоточный коэффициент

. (9-13)

Предварительное значение магнитного потока (Вб)

, (9-14)

где ’₁ – округленное значение расчетной длины сердечника статора; при отсутствии радиальных вентиляционных каналов ’₁ принимается равным ₁.

Предварительное количество витков в обмотке фазы

. (9-15)

Предварительное количество эффективных проводников в пазу

, (9-16)

где а₁ – количество параллельных ветвей обмотки статора, которое должно быть одним из делителей числа полюсов, например при 2р =12 возможны значения а₁=1; 2; 3; 4; 6.

Параллельные ветви обмотки должны содержать одинаковое количество витков, а стороны катушек – находиться в магнитном поле в одинаковых условиях. При малом значении N_п1 и вызванных этим трудностях с расположением проводов в пазу увеличение значения а₁ позволяет соответственно повысить N_п1. Полученное из (9-16) N’_п1 округляют до ближайшего целого числа N_п1. При двухслойной обмотке N_п₁должно быть выбрано, как правило четным. Однако при малых значениях N_п1, например N_п1=6; 8, иногда приходиться выбирать N_п1 нечетным. При этом катушки имеют разное количество проводников, отличающееся на единицу. Применяя обмотки с разновитковыми катушками, следует обращать внимание на необходимость образования симметричных параллельных ветвей.

Выбрав целое число N_п1, уточняют предварительно установленные параметры ’₁, A’₁ и :

(9-17)

Уточненное значение магнитного потока (Вб)

. (9-18)

Уточненное значение индукции в воздушном зазоре (Тл)

. (9-19)

Предварительное значение номинального фазного тока (А)

. (9-20)

Уточненная линейная нагрузка статора (А/см)

. (9-21)

Полученное по (9-21) значение А₁ не должно отличаться от предварительно принятого A’₁ более чем на 10%; иначе следует изменить количество витков ₁.

Проектирование обмотки ведут при одновременном определении размеров зубцовой зоны. Для определения высоты паза сначала находят высоту спинки статора h_с1. Средние значения магнитной индукции в спинке статора B_с1 приведены в табл. 9-13.

Таблица 9-13

h, мм	2p	B_с1, Тл
50 – 250	2; 4	1,55 – 1,75
	6	1,4 – 1,6
	8	1,1 – 1,3
280 – 355	2; 4; 6; 8	1,45 – 1,65
280 – 355	10; 12	1,2 – 1,4
400 – 450	4; 6; 8	1,3 – 1,5
400 – 450	10; 12	1,1 – 1,3

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора (мм)

(9-22)

Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами.Полузакрытые пазы статора обычно имеют трепецеидальную форму (рис. 9-7), при этом размеры b₁ и b₂ выбирают такими, чтобы стенки зубцов были параллельными (b_з1=const). Постоянство магнитной индукции по высоте зуба уменьшает МДС на участке зубца. Кроме того, при полузакрытых пазах коэффициент воздушного зазора и добавочные потери меньше, чем при открытых пазах или полуоткрытых.

Рис 9-7. Трапецеидальный

полузакрытые паз статора

Недостаток полузакрытых трапецеидальных пазов заключается в том, что в них укладывают всыпную обмотку из круглого провода. Это понижает коэффициент заполнения паза и надежность обмотки. Для определения ширины зубца b_з1 следует принять средние значения магнитной индукции в зубцах статора B_з1 по табл. 9-14.

Таблица 9-14

h, мм	2p	B_з1 для двигателей со степенью защиты, Тл
h, мм	2p	IP44	IP23
50 – 132	2; 4; 6; 8	1,75 – 1,95	1,8 – 2,0
160 – 250	2	1,75 – 1,95	1,9 – 2,1
160 – 250	4; 6; 8	1,6 – 1,8	1,7 – 1,9
280 – 315	10; 12	1,6 – 1,8	1,7 – 1,9

Ширина зубца (мм)

. (9-23)

При сборке сердечника размеры пазов в штампе и в свету (после сборки сердечника) не совпадают из-за неизбежного смещения листов друг относительно друга. Припуски на сборку сердечников статора и ротора электродвигателей с h=50÷132 мм по ширине b_с и по высоте h_с составляют 0,1 мм; с h=160÷250 мм b_с и h_с=0,2 мм; с h=280÷355 мм b_с и h_с=0,3 мм; с h=400÷450 мм b_с и h_с=0,4 мм.

Размеры трапецеидальных пазов определяют в такой последовательности:

Высота спинки статора (мм)						(9-24)
Высота паза (мм)						(9-25)
Большая ширина паза (мм)						(9-26)
Меньшая ширина паза (мм)						(9-27)
Проверка правильности определения b₁ и b₂ исходя из требования b_з1=const		Условие:				(9-28)
Площадь поперечного сечения паза в штампе (мм²)						(9-29)
Площадь поперечного сечения паза в свету (мм²)						(9-30)
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции (мм²)						(9-31)
Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином (мм²)						(9-32)
Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой (мм²)						(9-33)
Здесь h_ш1=0,5 мм – высота шлица; b_ш1 – ширина шлица, мм; b_и1 – среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции:
h, мм	50 – 80		90 – 132	160 – 250	280 – 315
b_и1	0,2		0,25	0,4	0,58

Предварительное значение ширины шлица

(9-34)

После выбора диаметра изолированного обмоточного провода d ^'определяют значение b’’_ш1 по (9-38) и вносят при необходимости коррективы в расчеты по формулам (9-27) – (9-30).

Для обмоток статора применяют провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), провода ПЭТ-155 (класс F) и ПЭТ-200 (класс Н). При механизации обмоточных работ применяют провода с механически более прочной изоляцией марок ПЭТВМ, ПЭТМ-155 и ПЭТМ-200 соответственно.

Диаметр провода выбирают таким, чтобы коэффициент заполнения паза k_п не превышал 0,75 (при ручной укладке) и 0,72 (при машинной на статорообмоточных станках). Коэффициент заполнения паза

, (9-35)

где с – количество элементарных проводов в эффективном; d’ – диаметр элементарного изолированного провода, мм.

Задавшись k_п, определяют произведение

(9-36)

Число с выбирают, исходя из условия, чтобы диаметр провода с изоляцией d' не превышал 1,71 мм при ручной укладке и 1,33 при машинной. Причина этого ограничения заключается в затруднении с укладкой проводов большего диаметра в пазы.

При значениях k_п, больших допустимого, увеличиваются механические воздействия при укладке обмотки в пазы и в связи с этим возрастает опасность повреждения изоляции проводов при укладке. При значениях k_п<0,65 в связи с повышением плотности тока в пазу увеличивается температура обмотки. Это может привести к необходимости удлинения сердечников статора и ротора. Кроме того, для уплотнения обмотки в пазу потребуется утолщенные клинья.

Из (9-35) диаметр элементарного изолированного провода (мм)

(9-37)

По приложению 1 находим ближайший стандартизованный диаметр d’, соответствующий ему диаметр неизолированного провода d и площадь поперечного сечения S. После этого уточняют коэффициент заполнения паза по (9-35) и ширину шлица (мм)

. (9-38)

Если окажется, что b_ш1’>b_ш1’’, то принимают b_ш1 = b_ш1’; если b_ш1’<b_ш1’’, то принимают b_ш1 = b_ш1’’.

Плотность тока в обмотке статора (А/мм²)

(9-39)

Рис.9-8. Среднее допустимые значения A₁J₁=f(D_н1)

при классе нагревостойкости F и 2p=4

Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке в значительной мере определяет ожидаемое превышение температуры обмотки; как показано в § 5-4, этот уровень характеризуется произведением линейной нагрузки на плотность тока в обмотке A₁J₁.

У проектируемой обмотки статора находят указанное произведение и сравнивают его со средним допускаемым значением из рис 9-8, соответствующим исполнению с изоляцией класса нагревостойкости F и с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. При изоляции классов нагревостойкости В и Н, а также при частотах вращения, отличающихся от 1500 об/мин, принимаемое из рисунка значение (A₁J₁)_доп умножают на коэффициент 0,75 (для класса В) или на 1,3 (для класса Н) и на коэффициент k₅ (табл. 9-15), учитывающий изменение эффекта охлаждения обмотки и влияния его на (A₁J₁)_доп при различных частотах вращения.

Если полученный при расчете двигателя показатель A₁J₁ превышает допускаемое значение более чем на 15%, то следует либо повысить площади поперечных сечений провода и паза S’’_п1, для чего необходимо уменьшить размеры h_c₁ и b_з1, с учетом того, чтобы B_c₁ и B_з1, не превышали допускаемых значений, либо удлинить сердечники статора и ротора. При этом увеличится магнитный поток Ф и уменьшится количество проводников в пазу.

Таблица 9-15

Степень защиты	D_н1, мм	Коэффициент k₅ для различных значений 2p
Степень защиты	D_н1, мм	2	4	6	8	10 и 12
IP44	80 – 240	0,78	1,0	1,0	1,0	—
	280 – 500	1,0	1,0	1,0	1,0	—
	520 – 660	1,0	1,0	0,87	0,87	0,84
	740 – 990	—	1,0	0,89	0,83	0,77
IP23	280 – 500	1,07	1,0	0,89	0,84	—
	520 – 660	1,0	1,0	0,86	0,75	0,66
	740 – 990	—	1,0	0,89	0,83	0,79

Размеры (мм) элементов обмотки определяют в такой последовательности.

Среднее зубцовое деление статора		(9-40)
Средняя ширина катушки обмотки статора		(9-41)
Средняя длина одной лобовой части катушки		(9-42)
Средняя длина витка обмотки		(9-43)
Длина вылета лобовой части обмотки (мм):
при h≤132 мм		(9-44)
при h≥160 мм		(9-45)

Конструкция изоляции обмотки статора из круглых проводников, расположенных в трапецеидальных полузакрытых пазах, приведена в приложениях 27 и 29.

Обмотка статора с прямоугольными полуоткрытыми и открытыми пазами.Достоинством прямоугольных полуоткрытых и открытых пазов статора (рис. 9-9) является возможность размещения в них проводов прямоугольного поперечного сечения, что повышает коэффициент заполнения пазов медью, а также надежность обмотки.

Рис.9-9. Прямоугольное пазы статора:

полуоткрытые ( ) и открытые ( ).

Для определения предварительной ширины зубца в наиболее узком месте b'_з1_min следует принять предварительное значение магнитной индукции в этой части зубца B'_з1_min по табл. 9-16.

Таблица 9-16

Форма пазов	2р	B'_з1_max (Тл) для двигателей со степенью защиты
		IP44	IP23
Полуоткрытые	2	1,75 – 1,95	1,9 – 2,1
	4 – 12	1,6 – 1,8	1,7 – 1,9
Открытые	2	1,7 – 1,9	1,8 – 2,0
	4 – 12	1,6 – 1,8	1,7 – 1,9
Примечание. Уточненные при дальнейших расчетах значения B'_з1_max не должны превышать указанные в таблице более чем на 10%.

Рекомендуется применять следующие марки проводов прямоугольного сечения: для класса В – ПЭТВП (при U≤660 В) и ПЭТВСД (при U = 6000 В); для класса F – ПЭТП-155; для класса Н – ПЭТП-200.

Выбор размеров прямоугольных полуоткрытых и открытых пазов и расположенных в них проводов производят в такой последовательности.

Предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора (Тл)	B'_з1_max– по табл. 9-16
Зубцовое деление статора в наиболее узком месте (мм) (для полуоткрытых пазов)		(9-46)
Предварительная ширина зубца в наиболее узком месте (мм)		(9-47)
Предварительная ширина полуоткрытого и открытого паза в штампе (мм)		(9-48)
Ширина шлица полуоткрытого паза (мм)		(9-49)
Количество эффективных проводников по ширине паза	При полуоткрытых пазах и N_п1 четном N_ш = 2. При N_п1 нечетном N_ш = 1; при этом количество элементарных проводников с≥2 и четное. При открытых пазах N_ш = 1; 2.
Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (мм)		(9-50)
Количество эффективных проводников по высоте паза		(9-51)
Предварительная высота спинки статора (мм)	h’_c1 – по (9-24)
Предварительная высота паза (мм)	h’_п₁ – по (9-25)
Допустимая высота эффективного проводника с витковой изоляцией (мм)		(9-52)
Площадь эффективного проводника (мм²)		(9-53)

Здесь h_и1, 2b_и1 – общая толщина изоляции по высоте и ширине паза (табл. 9-17); h_с, b_с– припуски на сборку сердечника по высоте и ширине составляют для h≤355 мм; h_c и b_c = 0,3, а для h≥400 мм: h_c и b_c = 0,35; высота шлица h_ш1 = 1,0 мм, высота клина h_к = 3,0 ÷ 3,5 мм.

Таблица 9-17

h, мм	Форма паза	h_и1, мм	2b_и1, мм
280 – 355	Полуоткрытые	4,5	2,2
280 – 355	Открытые	4,5	1,8
400 – 450	»	12,4	4,1
Примечание. Значения h_и1 и 2b_и1 учитывают технологические зазоры на укладку обмотки и толщину всех изоляционных прокладок, но не учитывают толщину витковой изоляции и высоту клина; b_и1 – односторонняя толщина корпусной изоляции, 2b_и1 – двусторонняя.

Для определения количества элементарных проводов в одном эффективном можно исходить из наибольшей допустимой по технологическим соображениям площади и ширины элементарного проводника. Для полуоткрытых пазов: площадь элементарного провода S_доп≤10 мм², ширина b_доп≤4,7 мм; для открытых пазов S_доп≤18 мм², b_доп≤7,4 мм.

Для уменьшения добавочных потерь от вихревых токов, наводимых потоком рассеяния, прямоугольные проводники располагают в пазу статора плашмя, т. е. большей стороной по ширине паза. При этом высота эффективного проводника _эф* ограничена (для низковольтных машин _эф≤2,12 мм, для высоковольтных _эф≤2,5). Если высота (меньшая сторона эффективного проводника) получается больше указанной, то эффективный проводник по высоте также подразделяют на элементарные. Предварительно количество элементарных проводников определяют делением S_эф на S_доп с округлением до ближайшего большего целого числа c’.

Количество элементарных проводников в одном эффективном по ширине определяют делением полученной ширины эффективного проводника b’_эф на b_доп с округлением до ближайшего большого целого числа с_b. Разделив с’ на с_b, получим предварительно количество элементарных проводников в одном эффективном по высоте паза с’_а. Разделив ’_эф на с’_а, определяют размер элементарного проводника по высоте паза. Если он превысит 2,12 мм (для низковольтных машин) или 2,5 (для высоковольтных), то количество элементарных проводников по высоте паза следует увеличить. Получают окончательное количество элементарных проводников по высоте паза с_а и общее их количество с = с_ac_b.

Меньший ’ и больший b’ размеры неизолированного элементарного провода

; (9-54)

, (9-55)

где _и – двусторонняя толщина изоляции провода, мм (см. приложение 3).

По приложению 2 находят ближайший стандартизованный элементарный неизолированный провод с размерами и b, близкими к вычисленным по (9-54) и (9-55), и площадь его поперечного сечения S.

Размер по высоте паза в штампе (мм)

(9-56)

Размер по ширине паза в штампе (мм)

. (9-57)

Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части (мм)

_. (9-58)

Уточненная магнитная индукция в наиболее узкой части зубца статора (Тл)

. (9-59)

Плотность тока в обмотке статора J₁ определяют по (9-39), а h_с1 – по (9-24). Далее находят удельную тепловую нагрузку от потерь в обмотке A₁J₁ и сравнивают ее со средним допускаемым значением из рис. 9-8. При классах нагревостойкости В и Н, а также при частотах вращения, отличающихся от 1500 об / мин, принимаемое из рис.9-8 значение (A₁J₁)_доп должно быть умножено на поправочные коэффициенты, как это было рекомендовано для трапецеидальных пазов. Если полученный при расчете двигателя показатель A₁J₁ превышает допускаемое значение более чем на 15%, то следует поступить так, как было рекомендовано для трапецеидальных пазов. Размеры обмотки определяют в такой последовательности.

Среднее зубцовое деление статора (мм)	t_ср1 – по (9-40)
Средняя ширина катушки обмотки (мм)	b_ср1 – по (9-41)
Средняя длина одной лобовой части обмотки (мм)
при U ≤ 660 В		(9-60)
при U = 6000 В		(9-61)
Средняя длина витка обмотки (мм)	_ср1 – по (9-43)
Длина вылета лобовой части обмотки (мм) при U ≤660 В		(9-62)
То же, при U = 6000 В		(9-63)

Конструкция изоляции обмотки статора из прямоугольного провода, расположенного в полуоткрытых или в открытых пазах, приведена в приложениях 28 и 30.

Примеры расчета машин

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1334; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!