Расчет главных размеров сердечника статора

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет главных размеров

Высота оси вращения :

(1)

Наружный диаметр сердечника статора

(2)

Внутренний диаметр сердечника статора:

(3)

Предварительное значение КПД

(4)

Расчетная мощность:

(5)

Где ;

(см. рис. 9-3);

Линейная нагрузка статора:

(6)

Где (см. таб. 9-5);

Предварительная магнитная индукция в воздушном зазоре:

(7)

Расчетная длина сердечника статора:

(8)

Где - обмоточный коэффициент предварительное значение (см. таб. 9-5);

Принимаем

Найдем - отношение расчетной длины сердечника статора к внутреннему диаметру сердечника статора:

(9)

Максимальная величина :

(10)

2. Сердечник статора

Выбираем марку и толщину стали 2013 и 0,5мм соответственно.

Количество пазов сердечника статора:

(11)

Где - коэффициент заполнения стали (см. таб. 9-7);

- количество пазов на полюс и фазу (см. таб. 9-12);

3. Сердечник ротора

Выбираем марку и толщину стали 2013 и 0,5мм соответственно.

Наружный диаметр сердечника ротора:

(12)

Где - воздушный зазор между статором и ротором (см. таб. 9-9);

Внутренний диаметр листов ротора:

(13)

Исходя из проделанных нами вычислений далее будем считать что длина сердечника статора равна его конструктивной длине:

Далее учитывая данные таблиц 9-12 и 9-8 выбираем значение - количество пазов: ротор индуктивный магнитный статор

4. Обмотка статора

Коэффициент распределения

(14)

где

Диаметральный шаг по пазу:

(15)

Где - укорочение шага;

Обмоточный коэффициент:

(16)

где

Предварительное значение магнитного потока:

(17)

Предварительное количество витков в обмотки фазы:

(18)

Предварительное количество эффективных проводников в пазу:

(19)

где

- количество параллельных ветвей обмотки статора;

Принимаем

Уточненное количество витков в обмотке фазы:

(20)

(21)

Уточненная магнитная индукция в воздушном зазоре:

(22)

Предварительное значение номинального фазного тока:

(23)

(24)

Среднее значение магнитной индукции в спинке статора выбираем из таб. 9-13, т.о.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора:

(25)

5. Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Среднее значение магнитной индукции в зубцах статора выбираем из таб. 9-14, т.о.

Ширина зубца:

(26)

Высота спинки якоря:

(27)

Высота паза:

(28)

Большая ширина паза:

(29)

Предварительное значение ширины шлица:

(30)

Меньшая ширина паза:

(31)

где - высота шлица;

Проверка правильности определения и :

(32)

Площадь поперечного сечения:

(33)

(34)

Где - припуск по ширине;

- припуск по высоте;

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

(35)

Где - среднее значение односторонней толщены корпусной изоляции;

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином:

(36)

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой:

(37)

Задавшись коэффициентом , определяем произведение:

(38)

где

- коэффициент заполнения паза;

Диаметр элементарного изолированного провода:

(39)

где

- количество элементарных проводов;

Коэффициент заполнения паза:

(40)

где

- диаметр элементарного изолированного провода

- диаметр элементарного неизолированного провода

-площадь поперечного сечения неизолированного провода (приложение 1);

Ширина шлица:

(41)

(42)

таким образом

Средние допустимые значения:

(43)

Среднее зубцовое деление статора:

(44)

Средняя ширина катушки обмотки статора:

(45)

Средняя длина одной лобовой части катушки:

(46)

Средняя длина витка обмотки:

(47)

Длина вылета лобовой части обмотки:

(48)

6. Обмотка короткозамкнутого ротора

Расчетная длина спинки статора:

(49)

где

- см. рис. 9-12;

Магнитная индукция в спинке статора:

(50)

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора:

(51)

Ширина зубца:

(52)

где

- ширина индукции в зубцах ротора (таб. 9-18);

Меньший радиус паза:

(53)

Больший радиус паза:

(54)

где

;

;

Расстояние между центрами радиусов:

(55)

Проверка правильности определения и :

(56)

Поперечное сечение стержня, учитывая что :

(57)

7. Размеры короткозамыкающего кольца

Поперечное сечение кольца литой клетки:

(58)

Высота кольца литой клетки:

(59)

Длина кольца якоря:

(60)

Средний диаметр кольца литой клетки:

(61)

8. Расчет магнитной цепи

Коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора в следствии зубчатого строения статора:

(62)

Коэффициент учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора с учетом ротора:

(63)

где

Общий коэффициент воздушного зазора:

(64)

где;

МДС для воздушного зазора:

(65)

Зубцовое деление на высоты зубца:

(66)

Коэффициент зубцов:

(67)

МДС для зубцов:

(68)

где - напряженность магнитного поля (прил. 8);

- средняя длина пути магнитного потока;

Средняя длина пути магнитного потока:

(69)

МДС для зубцов:

(70)

где

- напряженность магнитного поля (прил. 8);

Средняя длина пути магнитного потока:

(71)

МДС для спинки статора:

(72)

где - напряженность магнитного поля (прил. 8);

Средняя длина пути магнитного потока:

(73)

МДС для спинки ротора:

(74)

где - напряженность магнитного поля (прил. 5);

Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс:

(75)

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

(76)

(77)

Намагничивающий ток в относительных единицах:

(78)

ЭДС холостого хода:

(79)

Главное индуктивное сопротивление:

(80)

Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах:

(81)

9. Активные и индуктивные сопротивления обмоток

Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С:

(82)

где - удельная электропроводимость меди при 20⁰С;

Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С в относительных еденицах:

(83)

Проверка правильности определения :

(84)

Коэффициент учитывающий укорочение шага:

(85)

Коэффициент учитывающий укорочение шага:

(86)

Коэффициент проводимости рассеяния для трапецеидального полузакрытого паза:

(87)

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния:

(88)

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

(89)

где - коэффициент дифференциального рассеяния статора (таб. 9-23);

- коэффициент учитывающий реакцию токов, наведенных в обмотке КЗ ротора высшими гармониками поля статора (таб. 9-22);

Полюсное деление:

(90)

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмоток:

(91)

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора:

(92)

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора:

(93)

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора в относительных единицах:

(94)

Проверка правильности определения :

(95)

Активное сопротивление стержня клетки при 20⁰С:

(96)

где

- удельная электропроводимость алюминия при 20⁰С;

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня:

(97)

Сопротивление коротко замыкающих колец, приведенное к току стержня при 20⁰С:

(98)

Центральный угол скоса пазов:

(99)

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора:

(100)

где

- коэффициент скоса пазов ротора;

Активное сопротивление обмотки ротора при 20⁰С, приведенное к обмотке статора:

(101)

Активное сопротивление обмотки ротора при 20⁰С, приведенное к обмотке статора в относительных единицах:

(102)

Ток стержня ротора для рабочего режима:

(103)

(104)

Количество пазов ротора на полюс и фазу:

(105)

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

(106)

Коэффициент проводимости рассеяния коротко замыкающих колец литой клетки:

(107)

Относительный скос пазов ротора, в долях зубцового деления ротора:

(108)

Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов:

(109)

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора:

(110)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

(111)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

(112)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора в относительных единицах (проверка):

(113)

Проверка правильности определения :

Коэффициент рассеяния статора:

(114)

Коэффициент сопротивления статора:

(115)

где

- коэффициент;

Преобразованные сопротивления обмоток:

(116)

10. Режимы холостого хода и номинальный

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:

(117)

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении:

(118)

Расчетная масса стали зубцов статора:

(119)

Магнитные потери в зубцах статора:

(120)

Масса стали спинки якоря:

(121)

Магнитные потери в спинке статора:

(122)

Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали:

(123)

Механические потери:

(124)

где

- коэффициент;

Активная составляющая тока холостого хода:

(125)

Ток холостого хода:

(126)

Коэффициент мощности при холостом ходе:

(127)

Активное сопротивление короткого замыкания:

(128)

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

(129)

Полное сопротивление короткого замыкания:

(130)

Добавочные потери при номинальной нагрузке:

(131)

Механическая мощность двигателя:

(132)

Эквивалентное сопротивление схемы замещения:

(133)

Полное сопротивление схемы замещения:

(134)

Проверка правильности расчетов и :

Скольжение в относительных единицах:

(135)

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:

(136)

Ток ротора:

(137)

(138)

Реактивная составляющая тока статора:

(139)

Фазный ток статора:

(140)

Коэффициент мощности:

(141)

Линейная нагрузка статора:

(142)

Плотность тока в обмотке статора:

(143)

Линейная нагрузка ротора:

(144)

Ток в стержне короткозамкнутого ротора:

(145)

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора:

(146)

Ток в короткозамыкающем кольце:

(147)

Электрические потери в обмотке статора:

(148)

Электрические потери в обмотке статора:

(149)

Суммарные потери в электродвигателе:

(150)

Подводимая мощность:

(151)

Коэффициент полезного действия:

(152)

Проверка:

Подводимая мощность:

(153)

Мощность Р₂:

(154)

12. Максимальный момент

Переменная часть коэффициента статора:

(155)

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния статора, зависящая от насыщения:

(156)

Переменная часть коэффициента ротора:

(157)

Составляющая коэффициента рассеяния ротора, зависящая от насыщения:

(158)

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависит от насыщения:

(159)

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, не зависит от насыщения:

(160)

Ток ротора соответствующий максимальному моменту при любой форме пазов статора:

(161)

(162)

Полное сопротивление схемы замещения при бесконечно большом скольжении:

(163)

Эквивалентное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте:

(164)

Кратность максимального момента:

(165)

Скольжение при максимальном моменте:

(166)

13. Начальный пусковой ток и момент

Высота стержня клетки ротора:

(167)

Приведенная высота стержня ротора:

(168)

где

;

Расчетная глубина проникновения тока в стержень:

(169)

где

- коэффициент (см. рис. 9-23);

Ширина стержня на расчетной глубине проникновения тока:

(170)

Площадь поперечного сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока:

(171)

(172)

Активное сопротивление стержня клетки при 20⁰С для пускового режима:

(173)

Активное сопротивление обмотки ротора при 20⁰С, приведенное к обмотке статора (для пускового режима):

(174)

Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора (при пуске):

(175)

где

- коэффициент (см. рис. 9-23);

(176)

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее и не зависящее от насыщения:

(177)

(178)

Активное сопротивление к.з. при пуске:

(179)

Ток ротора при пуске:

(180)

Полное сопротивление схемы замещения при пуске:

(181)

(182)

Активная и реактивная составляющие тока статора при пуске:

(183)

(184)

Фазный ток статора при пуске:

(185)

Кратность начального пускового тока:

Активное сопротивление ротора при пуске, приведенное к статору:

(186)

Кратность начального пускового момента:

(187)

14. Тепловой расчет

Потери в обмотке статора при максимально допустимой температуре:

(188)

где

- коэффициент (см. § 5-1);

Потери в обмотке ротора при максимально допустимой температуре:

(189)

(190)

Условный периметр поперечного сечения паза:

(191)

Условная поверхность охлаждения пазов:

(192)

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки:

(193)

Высота ребра (см. § 3-10):

(194)

Число ребер:

(195)

т.о. выбираем число ребер равное (см. § 3-10).

Условная поверхность охлаждения двигателя:

(196)

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части ротора:

(197)

где - коэффициент (см. таб. 9-25);

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов:

(198)

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов:

(199)

Окружная скорость ротора:

(200)

Повышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины:

(201)

где - коэффициент теплоотдачи поверхности статора (см. рис. 9-24);

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов:

(202)

где - эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу (см. рис. 9-26);

- эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки (см. рис. 9-26);

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

(203)

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек:

(204)

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

(205)

Потери в двигателе передаваемые воздуху внутри двигателя:

(206)

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха без охлаждающих ребер на станине или с ребрами:

(207)

где

- коэффициент подогрева воздуха (см. рис. 9-25);

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха:

(208)

15. Вентиляционный расчет

Максимально допустимый наружный диаметр корпуса:

(209)

Коэффициент учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины:

(210)

Необходимый расход воздуха:

(211)

где

- теплоотдача воздуха;

Расход воздуха:

(212)

Напор воздуха:

(213)

Размещено на Allbest.ru