Пояснения к курсовому проекту по курсу “Электрические машины и аппараты” “Расчет асинхронного короткозамкнутого двигателя с всыпной обмоткой статора” Ассистент каф. ЭКМ: Падалко Дмитрий Андреевич 2015 Выбор воздушного зазора и расчет ротора Воздушный зазор определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше зазор, тем меньше магнитное сопротивление и напряжение, составляющие основную часть МДС. То есть уменьшение зазора приводит к уменьшению МДС цепи и намагничивающего тока двигателя, из-за чего уменьшаются потери в меди обмотки статора и возрастает cosϕ. Но чрезмерное уменьшение приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции, как следствие увеличению пульсационных и поверхностных потерь. Поэтому зазор не выбирается слишком малым и большим. Для двигателей мощностью до 20кВт и числе полюсов 2p = 2 δ = (0.3 + 1.5D)*10^-3 м. Для машин с большим числом полюсов и большей мощностью выражения на стр. 367 9.50 и 9.51. Согласно приведенной выше формуле воздушный зазор примем 0.44*10^-3 м. Принято округлять значения зазор до кратного 5. То есть до 0.3, 0.35, 0.4, 0.45 и тд. Используя эту рекомендацию зазор составит 0.45. В дальнейшем необходимо будет произвести механический расчет вала, учитывая условие: Изгиб вала не должен превышать 10% воздушного зазора. Приближенное значение воздушного зазора можно найти по рисунку: Согласно приведенному рисунку, для АМ с h<= 250мм и 2p = 2. Для АМ с D = 0.094 зазор составит 0.4-0.5 мм. Выбор пазов ротора особо важен, т.к. в поле воздушного зазора машины кроме основной присутствует целый спектр гармоник более высокого порядка, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротора, поэтому ток в стержнях обмотки имеет сложный гармонический характер. В зависимости от соотношения Z1 и Z2 в той или иной степени проявляются синхронные и асинхронные моменты от высших гармоник. В поле зазора присутствуют также высшие гармоники, порядок которых определенным образом связан с числами пазов и полюсов машины. Наилучшие соотношения Z1 и Z2 сведенны в таблицу 9.18. В двигателях малой мощности обычно выполняют Z1>Z2. Это связанно с технологией изготовления и тем, что с увеличением Z2, ток в стержнях уменьшается и в двигателях не большой мощности их сечения становятся очень малыми. Из таблицы выбираем число пазов ротора 24 со скосом. Внешний диаметр ротора при этом: D2 = D – 2δ = 0.0933 м. Зубцовое деление: t2 = D2*π/Z2 = 0.012 м. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к сердечник ротора непосредственно насаживается на вал(таб. 9.19 и фор. 9.102): DB = kB*Da = 0.036 м. Ток в стержне определяется формулой: Где ki – коэффициент, учитывающий влияние тока намагничевания и сопротивления обмоток на отношение I1/I2 (фор. 9.58), vi – коэффициент приведения токов, см. форм. 9.66. Таким образом ki = 0.896, vi = 41.4, I2 = 228A. Найдем площадь поперечного сечения стержня (ф. 9.68): qc = I2/J2. Таким образом поперечное сечение составило: 7.6*10^-5 м2. При плотности тока в стержне J2 = 3*10^6 A/м2, значение выбирается из диапазона 2.5 - 3.5 * 10^6. Для обеспечения высоких энергетических показателей в номинальном режиме работы выбираем пазы грушевидной формы. В двигателях с h<100 мм пазы имеют узкую прорезь с шириной шлица 1.0 мм и высотой шлица 0.5 мм. По допустимой индукции определяют ширину зубца ротора (ф. 9.75): Рассчитанное значение составило: 0.0061м. Максимальная ширина паза, согласно ф. 9.76: Минимальная ширина паза , согласно ф. 9.77: Высота паза ротора, ф. 9.78: Таким образом, b1 = 0.006, b2 = 0.0022, h1 = 0.0147. Значения округляются до десятых долей миллиметра из-за этого необходимо уточнить ширину зубцов ротора и полную высоту паза: у меня ширина зубца осталась прежней, полная высота составила 0.01956 м. И уточняем сечение паза по формуле 9.79. В моей случае уточненное значение совпало с ранее принятым. Окончательная плотность тока в стержне: 3*10^6 А/м2. По выражениям 9.70 -9.74 определяем ток в короткозамкнутом кольце, площадь поперечного сечения, ширину и средний диаметра замыкающий колец. Формула Рассчитанное значение 0.261 873 А 3.114*10^-4 м2 0.0093 м aкл = qкл/bкл длина кольца 0.023 м 0.07 м В качестве проверки выступает сравнение предварительных и окончательных размеров паза. И адекватная оценка размеров полученного ротора относительно размеров электрической машины. Расчёт магнитной цепи Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого хода двигателей, при котором для АМ характерно насыщение стали зубцов статора и ротора. Насыщение зубцовых зон приводит к уплотнению кривой поля в воздушном зазоре. Из-за этого за расчетную индукцию принимают не амплитудной значение, а 0.82Bmax . Расчет начинают с расчета магнитного напряжения воздушного зазора. Где δ – воздушный зазор, kδ – коэффициент воздушного зазора μ0 = 4π*10^-7 Гн/м. Значение магнитного напряжения, составило: 446 А. Коэффициент воздушного зазора Общая формула для расчета магнитного напряжения зубцовой зоны статора: , где hz1 - расчетная высота зубца статора. При переменном сечении зубца статора: Для магнитного расчета необходимо определить индукцию в зубцах статора и ротора окончательно: Данный расчет, должен быть приведен выше! Рассчитанные значения составили: Bz1=1.7 и Bz2=1.8 Тл. Далее смотрят окончательную индукцию в ярме ротора и статора, высоту ярма ротора. (ф. 9.117, 9.118, 9.122 и далее). Согласно указанным формулам индукция в ярме статора: Ва = 1.4 Тл. При высоте ярма: ha = 0.0152 м. В таком случае, напряженность поля ярма статора смотрим по таблице(кривая намагничивания для ярма асинхронных машин для стали 2013): Ha = 400 А/м. Тогда магнитное напряжение: Fa = La*Ha = 89.105A , где La – длина средней магнитной силовой линии(ф. 9.119). Подобным образом определяем высоту ярма ротора, длину средней магнитной силовой линии в ярме ротора(ф. 9.123 и ф. 9.127) и тд. hj = 0.0162 м - высота ярма ротора Hj = 92 А/м - напряженность в ярме ротора Bj = 0.662 Тл - индукция в ярме Fj = 7,56 А - магнитное напряжение После общих расчетов необходимо найти магнитное напряжение магнитной цепи машины на пару полюсов: Fц = 616,033 А. Коэффициент насыщение магнитной цепи: kμ = 1.38 Намагничивающий ток: 1.38 А Относительное значение: 0.22 Проверка расчета магнитной цепи • Для предварительной оценки, рассчитывается коэффициент насыщения зубцовой зоны, должен находиться в диапазоне: 1.2…1.6, большее значение показывает чрезмерное насыщение зубцовой зоны, а меньшее недоиспользование или большой воздушный зазор. В любом случае, если выходит из диапазона, то следует внести коррективы. • Так же стоит обратить внимание на намагничивающий ток, если он менее 0.18 то стоит понять, что размеры машины завышены и активные материалы недоиспользованы. И противоположный вывод при > 0.4. Только стоит учесть, что в маломощных машинах при 2p >4, значение может достигать 0.5-0.6. • Весь расчет должен быть выполнен по методике, шаг за шагом. Для удобства проверки выполнения. И желательно выводить в виде таблицы в конце.