Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.М. ДЖАМБУЛАТОВА

Инженерный факультет

Кафедра: «Сельскохозяйственные машины и технология конструкционных материалов»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Учебно-методическое пособие

для выполнению курсовой работы по теме

«Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя» для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 35.03.06. «Агроинженерия» и 13.03.02. «Электроэнергетика и электротехника»

Махачкала, 2015 г.

УДК 631.371:621.311

Учебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы по дисциплине «Электрические машины»

Составители: И.И. Кузнецова, Л.Г. Далгатова

Представлено техническое задание и даны методические указания по расчету в соответствии с программой дисциплины «Электрические машины». Сформулированы задачи курсовой работы и приведены технические параметры, необходимые для расчетов асинхронных двигателей серий 4А и АИР.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 35.03.06. «Агроинженерия» и 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Учебно-методическое пособие утверждено на заседании кафедры Сельскохозяйственные машины и ТКМ (протокол №5 от 20января 2015г.) Рекомендовано к печати методической комиссией инженерного факультета (протокол №5 от 27 января 2015г.) и Методсоветом ДагГАУ им. М.М. Джамбулатова (протокол № 6 от 18 февраля).

Рецензенты: Проф. каф. «Физика твёрдого тела» ДГУ, доктор физико-математических наук М.М. Хамидов

Зав. каф. «Автомобильный транспорт» ДагГАУ им.М.М. Джамбулатова, к. т. Наук, доц. Т.А. Астемиров

© Л.Г. Далгатова и др., 2015

© Дагестанский ГАУ, 2015



Введение

Асинхронный двигатель - электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой меньше частоты вращения электромагнитного поля и зависит от нагрузки. Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее широко применяемой, простой по конструкции и надёжной в эксплуатации электрической машиной.

Производство современных электрических машин и других не менее сложных электротехнических устройств, требует применения все более совершенных материалов, а их проектирование должно опираться на результаты последних исследований, связанных с электромашиностроением. Экономия потребляемой электроэнергии и стремление к уменьшению капитальных затрат на электропривод различных объектов постоянно требуют новых усовершенствований.

В последнее время, наблюдается большой прогресс практически во всех отраслях электромашиностроения. Особенно это относится к разработке новых асинхронных машин: разработанная в 90-х г. серия асинхронных машин РА (RA) и ее модификации имеют большую конкурентоспособность не только в нашей стране, но и за рубежом; разрабатываются новые серии и модификации асинхронных машин, в том числе для нужд ветро- и гидроэнергетики.

И в данном методическом пособии по теме «Расчет трёхфазного асинхронного двигателя» и в одном из последних вопросов проектирования электрических машин в учебном пособии, на базе которого и с непосредственным использованием которого [1], представлены лишь основные сведения по асинхронным машинам серии 4А и АИР, еще выпускаемым промышленными предприятиями.

В данном пособии представлены техническое задание и требования к оформлению курсовой работы. Кроме того, в пособии собрано большое количество рекомендаций по принятию инженерно-технических решений, а также данные, необходимые при проведении расчетов. Это позволяет сократить число используемых при учебном проектировании пособий и методических указаний. Особое внимание уделено техническим вопросам расчета обмоток трехфазных асинхронных двигателей, конструкционному расчету их отдельных элементов и узлов, а также использован ряд исследований самого автора в вопросе проектирования электрических машин.

Учебное пособие предназначено для выполнения курсовой работы по расчету параметров электрических машин на стадии изучения электромагнитных и электромеханических преобразований с минимальным использованием средств вычислительной техники.



1. Требования к оформлению курсовой работы

Курсовая работа содержит расчетно-пояснительную записку и графический материал, выполненный на основании этих расчётов.

Образец оформления титульного листа курсовой работы представлен в приложении 1. На второй странице должно быть содержание работы.

Текстовая часть расчетно-пояснительной записки пишется на листах формата А4 (210 х 297 мм). Объем расчётно-пояснительной записки составляет 25-30 страниц в рукописном варианте.

Расчетные формулы первоначально записываются в общем виде, символами, принятыми в ГОСТ. Затем в место символов подставляются числовые значения, указывается результат расчета и размерность определяемого параметра. Каждой формуле присваивается номер, который записывается арабскими цифрами в круглых скобках в крайнем правом положении. Пояснение символов формулы с указанием их размерностей даются под формулой в той последовательности, в которой они приведены в формуле. Первая строка пояснения начинается с начала строки со слова «где» без двоеточия после него.

Нумерация рисунков и таблиц осуществляется по тексту пояснительной записки. В конце курсовой работы нужно привести список использованной литературы. Список литературы записывается в той последовательности, в которой дается ссылка на литературу в тексте. Ссылки в тексте на литературу задаются в косых скобках, например, / 3 /.

Расчетно-пояснительная записка должна быть сброшюрована и все листы должны быть пронумерованы в правом нижнем углу рамки (на первом листе номер не указывается).

Каждый пункт расчета начинается с описания параметра, который рассчитывается, с указанием соответствующих ссылок, если это необходимо. Пояснение значений символов и числовых коэффициентов в формулах следует приводить непосредственно под формулой в той же последовательности, в какой они даны в формуле.

Записка должна содержать нижеперечисленные разделы.

1. Техническое задание.

2. Выбор главных размеров.

3. Расчет зубцовой зоны и параметров обмоток:

1) статора;

2) ротора.

4. Поверочный расчет

1) расчет магнитной цепи;

2) расчет параметров рабочего режима;

3) расчет индуктивного сопротивления обмоток;

4) расчет потерь;

5) расчет рабочих и пусковых характеристик;

6) тепловой и вентиляционный расчет.

5. Сравнительный анализ спроектированного двигателя.

По результатам технических расчетов выполняется графическая часть проекта. Графический материал включает в себя следующее:

1) схема обмотки статора;

2) схема обмотки фазного ротора;

3) эскизы пазов статора и ротора в штампе;

4) графики рабочих, пусковой и механической характеристик.

Графики характеристик и эскизы пазов выполняются в пояснительной записке и обозначаются как иллюстрации. При изображении графиков характеристик разрыв осей не допускается; все рабочие характеристики изображаются на одном графике (с несколькими осями ординат), пусковая и механическая характеристика выполняются также на одном графике (с двумя осями абсцисс). Развернутые схемы обмоток могут выполняться как в пояснительной записке в виде иллюстраций, так и на отдельных листах формата А3 (297х420 мм) по всем правилам оформления чертежей. В случае проектирования двигателя с короткозамкнутым ротором построение развернутой схемы короткозамкнутой обмотки не требуется.



2. Техническое задание

Техническое задание на курсовое проектирование состоит из индивидуальной части, общих условий и задания на специальную разработку.

Индивидуальная часть представляет собой четырехзначный цифробуквенный шифр и характеризует электротехнические параметры проектируемой машины, а также ее тип в аналогии с уже существующими сериями асинхронных машин.

Общая часть характеризует климатическое исполнение, категорию размещения, условия окружающей среды и режим работы проектируемой машины независимо от индивидуальной части задания.

Задание на специальную разработку может характеризовать отличия проектируемой машины от существующих серий асинхронных машин, вносить изменения на исполнение по защите от окружающей среды, по монтажу и охлаждению, на климатическое исполнение и категорию размещения, присоединительные и габаритные размеры, а также изменения по содержанию курсового проекта. Задание на специальную разработку может не указываться.

Первый знак шифра индивидуального задания определяет тип проектируемой машины, аналогичный уже существующим сериям асинхронных машин, исполнение по защите от окружающей среды, по монтажу и охлаждению согласно табл. 1:

Таблица 1. Расшифровка первого знака шифра - тип и исполнение машины

Значение	Аналог с существующей серией	Защита от окружающей среды	Исполнение по монтажу	Исполнение по охлаждению
1	4А	IP44	IM1001	IC0141
2	4АН	IP23	IM1001	IC01
3	4АНК	IP23	IM1001	IC01
4	АИР	IP54	IM1001	IC0141
5	АИРФ	IP44	IM1001	IC0141
6	АИРН	IP23	IM1001	IC01
7	АИРНФ	IP23	IM1001	IC01

4А и АИР - трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором закрытого исполнения (IP44 или IP54) в соответствии с сериями асинхронных машин 4А и АИ с увязкой мощности и высоты оси вращения по стандарту РС-3031, действующему на территории Российской Федерации;

4АН и АИРН - то же, но защищенного исполнения (IP23);

4АНК и АИРНФ - то же, но защищенного исполнения (IP23) и с фазным ротором;

АИРФ - трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором закрытого исполнения (IP44);

IM1001 - конструктивное исполнение: на лапах, с двумя подшипниковыми щитами, вал горизонтальный с одним цилиндрическим концом для сочленения с механизмами [4, с. 23];

IP23, IP44, IP54 - согласно [4, с. 27-28];

IC01, IC0141 - согласно [4, П8, с. 743-745].

В асинхронных машинах АИРН и АИРНФ с охлаждением IC01 перемешивание воздуха осуществляется с помощью вентилятора, расположенного на валу; в других сериях асинхронных машин с IC01 - за счет вентилирующего действия выступающих частей ротора, воздух внутри машины направляется диффузорами.

Второй знак шифра - число пар полюсов машины p, характеризующее синхронную частоту вращения магнитного поля, об/мин, по формуле

, (1)

где f1 - частота напряжения питающей сети, Гц.

При частоте питающей сети f1 = 50 Гц n1 можно определять по упрощенной формуле:

(2)

Третий знак шифра определяет напряжение фазы статора и частоту питающей сети, а также в зависимости от напряжения питающей сети, к которой будет присоединен двигатель, схему соединения обмоток статора. Определение данных параметров производится согласно табл. 2 (в скобках указано число выводных концов в выводной коробке асинхронных машин с фазным ротором).

Таблица 2. Расшифровка третьего знака шифра - напряжение фазы статора

Значение	Напряжение фазы статора, В	Число фаз	Число выводных концов	Частота питающей сети, Гц	Схема соединения обмоток статора	Напряжение питающей сети, В
1	220	3	3 (6)	50	Y	220 / 380
2	380	3	6 (9)	50	Д	220 / 380
					Y	380 / 660
3	660	3	6 (9)	50	Д	380 / 660

Четвертый знак шифра определяет номинальную мощность асинхронного двигателя из стандартного ряда шкалы мощностей по ГОСТ 12139-84 согласно табл. 3:

Таблица 3. Расшифровка четвертого знака шифра - номинальная мощность

Значение	P2Н, кВт		Значение	P2Н, кВт		Значение	P2Н, кВт
0	0,025		Б	1,5		П	45
1	0,04		В	2,2		П	50
2	0,06		Г	3,0		Р	55
3	0,09		Д	4,0		С	75
4	0,12		Ж	5,5		Т	90
5	0,18		З	7,5		У	110
6	0,25		И	11		Ф	132
7	0,37		К	15		Ш	160
8	0,55		Л	18,5		Э	165
9	0,75		М	22		Ю	170
А	1,1		О	30		Я	180

Независимо от индивидуальной части задания, если нет специальных указаний в задании на специальную разработку, проектируемый двигатель должен работать при следующих условиях:

1) климатическое исполнение и категория размещения - У3;

2) условия окружающей среды - нормальные;

3) режим работы - продолжительный (S1).

Пример 1. Шифр индивидуального технического задания на курсовую работу для студента - 121Г.

Рассчитать параметры трехфазного асинхронного двигателя, разрабатываемого на базе серии асинхронных машин 4А. Исполнение IP44, IM1001, IC0141. Число пар полюсов p = 2 (2p = 4, n = 1500 об/мин). Напряжение фазы статора U = 220 В, m = 3, f = 50 Гц, схема соединения обмоток статора - Y, питающее напряжение сети 220/380 В, в выводной коробке 3 вывода для подключения к сети. Номинальная мощность двигателя P2Н = 1,5 кВт. Климатическое исполнение и категория размещения - У3, окружающая среда - нормальная, режим работы - продолжительный (S1). Аналог рассчитываемому двигателю - 4А80B4У3.



3. Выбор главных размеров

Расчет асинхронных машин начинается с определения главных размеров - с выбора и расчета размеров активных частей проектируемой машины. Основным параметром, от которого во многом зависят эти размеры, является высота оси вращения h.

Высота оси вращения выбирается в зависимости от исполнения, числа полюсов и полезной мощности машины в соответствии со стандартом РС-3031

Если параметры проектируемой машины выходят за пределы стандарта, высоту оси вращения h можно определить по нижеприведенным формулам:

при IP44 (IP54) и 2p = 2 ;

(3)

при IP44 (IP54) и 2p ? 2 ; (4)

при IP23 и 2p = 2 ; (5)

при IP23 и 2p ? 2 , (6)

где p - число пар полюсов;

P - номинальная мощность проектируемой машины, кВт.

Внимание! Для машин АИРФ h выбирается на 25 мм больше.

Если высота оси вращения определяется по формулам (3)-(6), принимается ближайшее стандартное ее значение в соответствии с рядом, указанном в табл. 4. В зависимости от высоты оси вращения выбирается внешний диаметр статора Da согласно табл. 4, в соответствии с серией, на которой базируется проектирование асинхронной машины.

Внутренний диаметр статора D зависит от внешнего диаметра статора и параметров пазов статора. Но поскольку на начальном этапе расчета параметры пазов неизвестны, внутренний диаметр статора определяется приблизительно по формуле (7)

, (7)

Таблица 4. Увязка внешнего диаметра статора с высотой оси вращения

h, мм	Da, мм		h, мм	Da, мм
	Серия 4А	Серия АИ			Серия 4А	Серия АИ
45	-	71		132	225	215
50	79	79		160	272	260
56	89	89		180	313	295
63	100	100		200	349	327
71	116	114		225	392	368
80	131	126		250	437	420
90	149	145		280	520	480
100	168	163		315	590	530
112	191	184		355	660	600

где kD - отношение диаметров, определяемое согласно [4, табл. 9.9], или по формуле (8)

. (8)

На данном этапе расчета рекомендуется принимать среднее значение внутреннего диаметра статора. При последующем расчете этот параметр может быть изменен в определенных по формуле (8)

Длина магнитопровода также определяется величиной обмоточного коэффициента обмотки статора kоб1, зависящего от типа обмотки. Для машин той или иной серии выбор типа обмотки во многом зависит от высоты оси вращения h и числа пар полюсов p.

Для машин серии 4А с h = 50…160 мм и серии АИ с h = 45…132 мм применяют однослойные обмотки, kоб1 = 0,95…0,96. Для машин с h = 180…355 мм (серия 4А) и h = 160…355 мм (серия АИ) применяют двухслойные и одно-двухслойные обмотки, kоб1 = 0,90…0,91 (2p = 2) и kоб1 = 0,91…0,92 (2p ? 2). При h ? 280 мм и 2p = 2 применяют двухслойные обмотки с большим укорочением, kоб1 = 0,76…0,80.

Правильность выбора главных размеров определяется по относительной длине магнитопровода согласно [4, с. 348]. Если относительная длина выходит за оптимальные пределы, необходимо изменить соотношение внутреннего и внешнего диаметров статора согласно (8) и повторить расчет.

Если магнитопровод необходимо разбивать на пакеты, то окончательная длина магнитопровода определяется после расчета конструктивной длины сердечника статора l1 с учетом влияния радиальных вентиляционных каналов согласно [4, с. 349-350].

Длина пакета ротора l2 выбирается согласно [4, с. 350].

Пример 2. Определить главные размеры проектируемого асинхронного электродвигателя с параметрами, определенными в примере 1: U = 220 В, m = 3, f = 50 Гц, 2p = 4, P2Н = 1,1 кВт.

Высота оси вращения h = 80 мм согласно [4, табл. 9.1], или

h = 74…82 = 80 мм согласно [4, рис. 9.18; П6.2], или

h ? 81 = 80 мм согласно (4).

Вешний диаметр пакета статора Dа = 0,131 м согласно табл. 4.

Отношение диаметров статора kD = 0,65…0,69 ? 0,67, (8).

Внутренний диаметр статора D = 0,088 м (7).

Полюсное деление ф = рD / 2p = 0,069 м.

Согласно [4] предварительно принимаем следующие параметры проектируемого двигателя: kE = 0,96, зН = 0,75, cos цН = 0,80, Bд = 0,82 Тл, A = 21300 А/м.

Полная мощность, передаваемая из обмотки статора в обмотку ротора: Pґ = 1760 ВА согласно [4, (9.4)].

Угловая частота вращения магнитного поля Щ = 2рf / p ? 157 рад/с.

Предварительный обмоточный коэффициент статора для машин серии 4А с h = 50…160 мм: kоб1 = 0,95…0,96 ? 0,96.

Расчетная длина магнитопровода lд = 0,078 м [4, (9.6)].

Отношение длины магнитопровода к полюсному делению:

л = lд / ф = 1,13 при допустимом л = 0,6…1,3, [4, рис. 9.25].

Поскольку длина магнитопровода меньше 250…300 мм, разбивка статора и ротора на отдельные пакеты не требуется [4, с.349].

Так как h < 250 мм, то согласно [4, с.350] длина статора и ротора равны: l1 = l2 = lд = 0,078 м.



4. Расчёт параметров обмотки статора

Параметры обмоток статора и ротора зависят от серии асинхронных машин, высоты оси вращения, числа пар полюсов. Отправной точкой при расчете этих параметров является определение числа пазов статора Z1. Принимаемое число пазов статора должно обеспечивать наибольшее приближение распределения магнитного потока к синусоидальному при сохранении достаточной механической прочности зубцов, образованных пазами.

Число пазов статора Z1 определяется из диапазона оптимальных значений. Единовременно определяется один из основных параметров обмотки - число пазов на полюс и фазу q1 (число секций в одной секционной группе), влияющий на окончательный выбор числа пазов статора. Тип обмотки, которую при этом необходимо применять, определяется согласно табл. 5

Число секций в секционной группе 1 ? q1 ? 8, причем для всех однослойных и одно-двухслойных обмоток оно должно быть целым. Для двухслойных обмоток в исключительных случаях может быть применено дробное q1 со знаменателем дробности 2: 1Ѕ, 2Ѕ, 3Ѕ.

Число пазов статора для машин с различной полюсностью можно также выбирать из ряда, приведенного в [4, табл. 9.18], а также при 2p = 14 из ряда Z1 = 84; 126; при 2p = 16 из ряда Z1 = 96; 144.

Для снижения влияния высших гармоник на работу асинхронной машины в большинстве случаев секции обмотки делают шириной меньше полюсного деления, т.е. укороченными. При этом также уменьшается и суммарная длина используемого обмоточного провода. Это укорочение характеризуется параметром в (см. табл. 5).

Для однослойных обмоток при определении величины обмоточного коэффициента kоб1 принимается в = 1, хотя в действительности это не всегда так. Это делается для упрощения расчета суммарной ЭДС секционной группы. Но при определении длины обмоточного провода необходимо иметь в виду, что для однослойных цепных (серия РА) и концентрических «вразвалку» обмоток укорочение катушек составляет вКТ = 0,83…0,85. Для других однослойных обмоток, а также для одно-двухслойных и двухслойных обмоток коэффициент укорочения ширины катушек вКТ = в.

Таблица 5.Обмотки статора, применяемые в асинхронных машинах

серий 4А и АИ

h, мм (серия)	2p	q1	Тип обмотки	в
50…160 (4А), 45…132 (АИ)	-	<4	однослойная концентрическая сплошная	1
		?4	однослойная концентрическая «вразвалку»	1
160 (4А)	2	-	двухслойная равнокатушечная с укороченным шагом	0,79…0,833
180…250 (4А)	-
160…250 (АИ)	-	<4	двухслойная концентрическая с укороченным шагом	0,79…0,833
		4…6	одно-двухслойная с одной большой секцией	(10)
		?7	одно-двухслойная с двумя большими секциями	(10)
280…355 (4А и АИ)	2	-	двухслойная равнокатушечная с сильно укороченным шагом	0,58…0,63
	>2	-	двухслойная равнокатушечная с укороченным шагом	0,79…0,833

При расчете укороченного шага катушек (секций) двухслойных обмоток изначально точное значение укорочения неизвестно. Шаг обмотки по пазам рассчитывается по формуле (9) с учетом диапазона, указанного в табл. 5 (или в [4, с.110]), причем выбирается целое значение шага, после чего величина укорочения уточняется:

, в = y / m1q1 . (9)

В формуле (9) m1 - число фаз обмотки статора; вmin, вmax - укорочение согласно табл. 5.

У одно-двухслойных обмоток, в зависимости от количества больших секций NБ в секционной группе, занимающих в отличие от малых секций не половину, а весь паз, среднее укорочение можно рассчитать по следующей формуле:

. (10)

Уточненное значение обмоточного коэффициента kоб1 с учетом коэффициентов укорочения kУ1 и распределения kР1 рассчитывается в соответствии с рекомендациями [4, с. 108-112] по формуле

. (11)

Поскольку в машинах серий 4А и АИ, в отличие от предыдущих серий асинхронных машин А и А2, скос пазов статора не производится, коэффициент скоса пазов статора kСК1 = 1 и в формуле (11) не учитывается.

После определения числа пазов статора Z1 и расчета необходимого числа витков в фазе обмотки статора w1, согласно рекомендациям [4, с. 352-353], определяют число эффективных проводников в пазу uП. Это число должно быть целым, а для одно-двухслойных и двухслойных обмоток еще и четным. Зачастую по предварительному расчету полученный результат оказывается далеким от оптимального значения.

Чтобы не производить слишком грубого округления, обмотку статора разбивают на a параллельных ветвей. При этом число эффективных проводников в пазу увеличивается, и округление до оптимального значения можно произвести с наименьшей погрешностью. Однако, для машин с разной полюсностью и разными типами обмоток можно применять строго ограниченное число параллельных ветвей. Допустимые значения a приведены в табл. 6. Значения, указанные в скобках недопустимо применять у машин с однослойными сплошными обмотками, «вразвалку» с нечетным q1 и с обмотками, имеющими дробное значение q1 (со знаменателем дробности 2).

Таблица 6. Допустимое к применению число параллельных ветвей

2p = 2	a = 1 , (2)
2p = 4	a = 1 , 2 , (4)
2p = 6	a = 1 , (2) , 3, (6)
2p = 8	a = 1 , 2 , 4 , (8)
2p = 10	a = 1 , (2) , 5 , (10)
2p = 12	a = 1 , 2 , 3 , (4) , 6 , (12)
2p = 14	a = 1 , (2) , 7 , (14)
2p = 16	a = 1 , 2 , 4 , 8 , (16)

Число полюсов 2p = 16 (n1 = 375 об/мин при f1 = 50 Гц) используется только в специальных асинхронных машинах. Число полюсов 2p = 14 (n1 ? 428,6 об/мин при f1 = 50 Гц) в асинхронных машинах практически не используется, однако такие машины могут быть выпущены ограниченными сериями по особому требованию заказчика.

После окончательного выбора необходимого числа витков в фазе обмотки w1, уточнения обмоточного коэффициента статора kоб1 и определения величины основного магнитного потока Ф, уточняют значения линейной нагрузки A и индукции в воздушном зазоре Bд. Если полученные значения выходят за пределы рекомендуемых значений согласно [4, рис 9.22, 9.23] более чем на ±5%, следует изменить число параллельных ветвей обмотки a, для получения значения uП с меньшей погрешностью и повторить расчет. Если изменение числа параллельных ветвей a невозможно или не приводит к улучшению, необходимо изменить значение предварительно принимаемой линейной нагрузки A (в допустимых пределах), произвести пересчет длины магнитопровода lд с уже уточненным значением kоб1 (отношение л должно также оставаться в допустимых пределах) и получить новое число эффективных проводников в пазу uП.

Дальнейшим этапом проектирования является определение сечения эффективных проводников qЭФ, число которых в пазу - uП, в фазе обмотки - 2w1, а всего во всех пазах статора - Z1uП = 2m1w1. Сечение определяется из отношения предварительного расчетного тока проектируемой машины I1Н, рассчитанного согласно [4, (9.18)], к допустимой плотности тока J1 в соответствии с выбранным числом параллельных ветвей [4, (9.24)]. В свою очередь допустимая для данной машины плотность тока J1 определяется по так называемому фактору нагрева - произведению AJ - согласно [4, рис. 9.27; (9.25)].

Сечение эффективных проводников - понятие условное. Оно должно соответствовать сечению стандартного обмоточного провода или сумме сечений стандартных обмоточных проводников. При этом необходимо иметь в виду, что в асинхронных машинах с h ? 280 мм, 2p ? 8 и U ? 660 В обмотка статора выполняется из прямоугольной проволоки сечением не более 20 мм2 (оптимальное соотношение ширины сечения к высоте - 2 : 1). Во всех остальных низковольтных асинхронных машинах обмотка статора выполняется из круглого изолированного провода сечением не более 1,54 мм2 (d ? 1,4 мм) при механизированной укладке (h ? 132 мм для серии 4А, h ? 250 мм для АИ) или 2,27 мм2 (d ? 1,7 мм) при ручной укладке обмотки в пазы.

По расчету сечение эффективных проводников qЭФ может оказаться больше вышеуказанных допустимых сечений. В этом случае эффективный проводник подразделяется на несколько элементарных проводников с одинаковым сечением qЭЛ (число элементарных проводников - nЭЛ).

В асинхронных машинах с напряжением фазы статора U ? 660 В и обмотками статора, выполняемыми прямоугольной проволокой, секции укладываются в полуоткрытые пазы (рис. 3, а). При этом эффективный проводник независимо от сечения уже подразделен на два элементарных (nЭЛ = 2). В случаях, когда полученное расчетное значение qЭФ > 40 мм2, необходимо увеличить число параллельных ветвей обмотки a (если это не приведет к большой погрешности в определении числа эффективных проводников в пазу) или, как крайняя мера, увеличить число элементарных проводников до nЭЛ = 4 согласно [4, с. 79-81, 355-356].

а б

Р и с. 3. Заполнение пазов статора обмоткой:

а - полуоткрытые пазы (uП = 12, nЭЛ = 2);

б - полузакрытые пазы (uП = 80, nЭЛ = 1).

В аналогичных машинах, но с обмотками статора, выполняемыми круглым изолированным проводом, секции укладываются в полузакрытые трапециевидные пазы (рис. 3, б). Эффективный проводник может быть подразделен на любое целое число элементарных проводников. Однако для удобства намотки секций число элементарных проводников стараются ограничить до nЭЛ ? 8 за счет увеличения числа параллельных ветвей обмотки a (qЭФ при этом уменьшается), но только до тех пор, пока это возможно [4, с. 354].

Окончательно сечение элементарного проводника qЭЛ и его внешние размеры принимаются в соответствии со стандартными значениями на проводниковые материалы, выпускаемые промышленностью [4, П3, с. 713-728]. После этого уточняется значение плотности тока в обмотке статора J1 и осуществляется переход к расчету зубцовой зоны статора. Если определенные параметры не будут изменяться по результатам поверочного расчета, строится развернутая схема обмотки статора согласно [4, с.114-145].

Пример 3. Определить параметры обмотки статора проектируемого асинхронного двигателя с учетом размеров, определенных в примере 2.

Предельные значения допустимого зубцового деления согласно [4, рис. 9.26]: tZ1min = 0,0065 м, tZ1max = 0,0095 м.

Допустимое к применению число пазов статора находится в пределах: Z1 = рD / tZ = 29…42. Согласно [4, табл. 9.18] для 2p = 4 можно принять два значения: Z1 = 36 или Z1 = 42.

Число пазов на полюс и фазу для этих вариантов соответственно равно q1 = 3 или q1 = 3Ѕ. Так как желательно, чтобы q1 было целым, принимаем Z1 = 36, q1 = 3.

Окончательно зубцовое деление статора tZ1 = 0,0077 м.

Согласно табл. 5 принимаем для статора однослойную концентрическую сплошную обмотку.

Значение номинального тока согласно [4, (9.18)] I1Н = 2,78 А.

Предварительное число эффективных проводников в пазу согласно [4, (9.17)] uП = 59. Так как обмотка однослойная и четное число uП не требуется, принимаем a = 1, uП = 59.

Число витков обмотки в фазе статора w1 = 354 [4, (9.20)].

По полученным данным проверяем изменение величины линейной нагрузки [4, (9.21)]: A = 21369 А/м - находится в допустимых пределах согласно [4, рис. 9.22, а].

Поскольку для однослойной обмотки в = 1: kУ1 = 1. Для q1 = 3 согласно [4, табл. 3.16] kР1 = 0,96. Окончательно kоб1 = kУ1 kР1 = 0,96.

Величина основного магнитного потока в машине согласно [4, (9.22)] Ф = 0,0028 Вб.

Проверяем изменение величины индукции в воздушном зазоре машины: Bд = 0,816 Тл - находится в допустимых пределах согласно [4, рис. 9.22, а].

Согласно [4, рис. 9.27, а] AJ ? 165·109 А2/м2.

Предварительная плотность тока в обмотке статора, с учетом уточненного значения линейной нагрузки, J1 ? 7,72·106 А/м2.

Площадь сечения эффективного проводника согласно [4, (9.24)] qЭФ = 0,36·10-6 м2 = 0,36 мм2 < 1,54 мм2. Разделение на элементарные проводники не требуется: nЭЛ = 1.

Согласно [4, П3, с. 713] принимаем qЭЛ ? qЭФ =0,353 мм2.

Уточняем значение плотности тока: J1 = 7,875·106 А/м2.

статор обмотка машина асинхронный



5. Особенности расчётов размеров зубцовой зоны статора

Сложность расчета размеров зубцовой зоны статора заключается в том, что изначально неизвестны размеры пазов, в которые будет укладываться обмотка. И если необходимую площадь паза в свету приблизительно можно определить, то соотношения ширины и высоты паза (на начальном этапе расчета) определить практически невозможно. Поэтому предварительно определяют максимально возможные размеры паза по величинам допустимой магнитной индукции в магнитопроводе статора, а затем принимают решения об их уменьшении или об изменении главных размеров проектируемой асинхронной машины.

Допустимые значения магнитной индукции в элементах магнитопровода асинхронной машины определяются согласно [4, табл. 9.12]. Следует отметить, что машинам с меньшей полюсностью обычно соответствуют большие значения магнитной индукции из приведенного в данной таблице диапазона.

В пазах статора кроме обмотки (в том числе выполненной изолированным проводом) может находиться большое количество слоев пазовой изоляции: пазовая коробочка, межслойная прокладка, прокладки под клин и на дно паза и т.д. Несмотря на то, что пазовая изоляция обычно имеет небольшую толщину, она способна занимать довольно большую часть площади сечения паза, что также необходимо учитывать.

Размещение проводников обмотки статора в пазу, выполненной изолированными проводниками круглого сечения, и размещение пазовой изоляции асинхронных машин представлены на рис. 4. Значения толщины пазовой изоляции, необходимой для надежной работы асинхронных машин, в зависимости от серии (4А или АИ) и главных размеров, сведены в табл. 7.

Обмотка из круглого провода не может занимать всю свободную площадь паза, так как при укладке образуются пустоты, которые после пропитки и запекания обмотки закрываются пропиточным лаком. Поэтому при проектировании необходимо учитывать допустимое значение коэффициента заполнения паза изолированным проводом: kЗ = 0,69…0,71 для машин с 2p = 2 и kЗ = 0,72…0,74 при 2p ? 4.

6

3 5

1

2

а б

Р и с. 4. Размещение пазовой изоляции в полузакрытых пазах статора:

а - при механизированной укладке; б - при ручной укладке;

1 - пазовая коробочка; 2 - межслойная прокладка; 3 - пазовая крышка;

4 - прокладка на дно паза; 5 - прокладка под клин; 6 - клин

Таблица 7. Пазовая изоляция статоров асинхронных машин с обмотками из круглого изолированного провода, напряжение до 660 В

Серия, высота оси вращения, полюсность	Марка обмоточного провода	Класс нагревостойкости изоляции	Толщина изоляции по позициям рис. 4
4А, h = 50…63 мм	ПЭТВ-2	B	1 - 0,25 мм 3 - 0,35 мм
4А, h = 71…132 мм	ПЭТВ-2	B	1 - 0,25 мм 3 - 0,37 мм
4А, h = 160 мм, 2p ? 4	ПЭТ-155	F	1 - 0,45 мм 5 - 0,50 мм 6 - 0,50 мм
4А, h = 160 мм, 2p = 2	ПЭТ-155	F	1 - 0,45 мм 2 - 0,45 мм 5 - 0,50 мм 6 - 0,50 мм
Серия, высота оси вращения, полюсность	Марка обмоточного провода	Класс нагревостойкости изоляции	Толщина изоляции по позициям рис. 4
4А, h = 180…250 мм	ПЭТ-155	F	1 - 0,60 мм 2 - 0,45 мм 5 - 0,50 мм 6 - 0,50 мм
АИ, h = 45…63 мм	ПЭТВ-2	B	1 - 0,19 мм 3 - 0,19 мм
АИ, h = 71…80 мм	ПЭТВ-2	B	1 - 0,25 мм 3 - 0,25 мм
АИ, h = 90…100 мм	ПЭТВ-2	B	1 - 0,25 мм 3 - 0,37 мм
АИ, h = 112…132 мм	ПЭТ-155	B*	1 - 0,25 мм 3 - 0,32 мм
АИ, h = 160…250 мм	ПЭТ-155	F	1 - 0,37 мм 2 - 0,37 мм 3 - 0,37 мм
4А и АИ, h = 280…355 мм, 2p ? 10	ПЭТ-155	F	1 - 0,58 мм 2 - 0,55 мм 4 - 0,28 мм 5 - 0,28 мм 6 - 0,50 мм

* Обмоточный провод имеет класс нагревостойкости F, а пазовая изоляция - B; расчет номинального режима работы производить по классу нагревостойкости B, а тепловой расчет - по классу нагревостойкости F.

Для асинхронных машин с h ? 280 и 2p ? 8 обмотка статора выполняется из медной проволоки прямоугольного сечения .После изолировки проводников, формования и изолировки секций обмотки она укладывается в полуоткрытые пазы. При этом пустоты практически не образуются, и коэффициент заполнения паза учитывать не требуется.



6. Расчеты параметров и зубовой зоны ротора

Параметры зубцовой зоны ротора во многом зависят от принятых размеров статора. Иногда в ходе проектирования, в том числе по результатам поверочного расчета, возникает необходимость изменить величину внутреннего диаметра статора D (а соответственно и lд) при неизменных h и Da. В этом случае производится пересчет как параметров зубцовой зоны статора, так и ротора.

Внутренний диаметр статора D во многом определяет величину воздушного зазора д. При этом необходимо иметь в виду, что по технологическим условиям промышленного производства асинхронных двигателей д не может быть меньше 0,2 мм. Кроме того, по тем же причинам полученную предварительно величину воздушного зазора округляют с точностью до 0,05 мм при д < 0,5 мм и до 0,1 мм при д ? 0,5 мм.

Немаловажное значение имеет и выбираемое соотношение числа пазов статора и ротора - Z1 и Z2. При неправильном выборе этого соотношения в спроектированной машине могут наблюдаться повышенный уровень шума и вибрации, а также провалы электромагнитного момента при разгоне асинхронного двигателя. При учебном проектировании столь точные расчеты обычно не производятся, поэтому при выборе Z2 необходимо пользоваться практическими рекомендациями.

Число пазов ротора Z2 для асинхронных машин с короткозамкнутым ротором выбирается согласно [4, табл. 9.18], причем рекомендуемые значения для роторов, выполненных без скоса пазов, применимы и для роторов со скосом (но не наоборот). Для асинхронных машин с короткозамкнутым ротором, имеющим число полюсов 2p > 12, рекомендуемые числа пазов ротора приведены в табл. 8. Необходимо также отметить, что для асинхронных машин мощностью P2Н > 100 кВт обычно выбирают Z2 > Z1.

У асинхронных машин мощностью P2Н ? 400 кВт короткозамкнутые обмотки роторов выполняются заливкой пазов расплавленным алюминием. Одновременно со стержнями образуются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки [4, рис. 3.10, б]. Роторы выполняются из листовой электротехнической стали со скосом пазов.

Таблица 8. Рекомендуемые числа пазов роторов асинхронных машинс короткозамкнутым ротором при 2p > 12

2p	Число пазов статора	Число пазов ротора
		Пазы без скоса	Пазы со скосом
14	84	74, 94, 102, 104, 106	75, 77, 79, 89, 91, 93, 103
	126	106, 108, 116, 136, 144, 146, 148, 150, 152, 154, 158	107, 117, 119, 121, 131, 133, 135, 145
16	96	84, 86, 106, 108, 116, 118	90, 102
	144	120, 122, 124, 132, 134, 154, 156, 164, 166, 168, 170, 172	138, 150

Скос пазов ротора обычно делается на ширину одного зубцового деления статора или на половину этой ширины: bСК2 = tZ1 при q1 ? 2; bСК2 = 0,5 tZ1 при 1 ? q1 < 2 - электрический угол скоса гСК не должен превышать 30° (р/6 рад):

. (12)

В большинстве асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и с высотой оси вращения h ? 250 мм применяют трапецеидальные полузакрытые и закрытые пазы роторов, сужающиеся к нижней части. В двигателях с h ? 280 мм для увеличения пускового момента применяются закрытые пазы ротора: при 2p ? 4 трапецеидальные, сужающиеся к верхней части, а при 2p = 2 лопаточные. При определении необходимого сечения стержней, а соответственно и размеров пазов, учитывают допустимую плотность тока J2. Для машин закрытого исполнения (IP44 и IP54) обычно принимают J2 = (2,5…3,5)·106 А/м, а для машин защищенного исполнения (IP23) - J2 = (2,8…4,0)·106 А/м. Большая плотность тока соответствует машинам с меньшей мощностью.

Расчетная ширина донной части трапецеидального паза ротора определяется по формуле

. (13)

Асинхронные машины с фазным ротором серий 4А и АИ выпускаются с высотой оси вращения h ? 160 мм. При этом их роторы выполняются с двухслойной волновой обмоткой без укорочения с витками, выполненными прямоугольным проводом, уложенным в открытые прямоугольные пазы (при h ? 250 мм), или прямоугольными стержнями, вставляемыми в полузакрытые прямоугольные пазы (при h ? 280 мм). Скос пазов ротора в таких машинах не выполняется. Схема заполнения паза обмоткой и изоляцией представлена на рис. 5. Толщина пазовой изоляции, независимо от класса нагревостойкости, определяется согласно [4, табл. 3.10-3.11].

Проектируемая асинхронная машина с фазным ротором, согласно заданию на проектирование, может выходить за пределы серий 4А и АИ, при этом может оказаться, что высота оси вращения h ? 132 мм или/и число полюсов машины 2p ? 10. В этом случае обмотка ротора выполняется круглым изолированным обмоточным проводом, таким же, что и обмотка статора.



а б

Р и с. 5. Заполнение пазов фазного ротора обмоткой:

а - открытые пазы; б - полузакрытые прямоугольные пазы

Обмотка двухслойная равнокатушечная с укорочением шага, примерно равным укорочению обмотки статора. Грушевидные полузакрытые пазы ротора выполнены со скосом. Толщина пазовой изоляции соответствует изоляции якоря машин постоянного тока серии 4П . При расчете числа пазов Z2 обычно задаются числом пазов ротора на полюс и фазу: q2 = q1 ± 1 или q2 = q1 ± Ѕ. Для асинхронных машин мощностью P2Н > 100 кВт обычно принимают Z2 > Z1.

Немаловажным параметром при расчете фазной обмотки ротора является величина ЭДС фазы E2, при которой напряжение на контактных кольцах UК.К должно находится в допустимых пределах: UК.К ? U1Л или UК.К < 800…1000 В. Схема трехфазной обмотки ротора при этом, обычно соединяется в звезду. При необходимости определения числа эффективных проводников в пазу ротора uП с наименьшей погрешностью иногда применяется схема соединения в треугольник.

Расчет и определение размеров пазов асинхронных машин с фазным ротором серий 4А и АИ подробно описаны в [4, с. 368-371, 384-385]. Если обмотка фазного ротора выполняется круглым изолированным проводом, размер пазов определяется по методике расчета пазов якоря машин постоянного тока, описанной в [4, с. 610-613].

После определения размеров пазов ротора определяют высоту ярма ротора и принимают решение о количестве и размерах аксиальных каналов (в машинах с h ? 280 мм). Если же эта величина отрицательная, необходимо произвести пересчет размеров пазов ротора. Это можно сделать за счет принятия одного или одновременно нескольких решений: увеличения допустимой магнитной индукции в зубцах ротора BZ2; увеличения допустимой плотности тока в обмотке ротора J2; увеличения соотношения внутреннего и внешнего диаметров статора kD с последующим пересчетом параметров обмотки и зубцовой зоны статора.

Если определенные параметры не будут изменяться по результатам поверочного расчета, строится развернутая схема обмотки фазного ротора [4, с.118-132, 140-145].



7. Некоторые особенности поверочного расчёта

Целью поверочного расчета является определение характеристик проектируемого двигателя и установление их соответствия изначально принятым параметрам: I1Н, зН, cos цН. По результатам поверочного расчета принимаются решения об изменении некоторых размеров машины вплоть до изменения главных размеров и полного пересчета проекта. Порядок и методика проведения поверочного расчета асинхронной машины подробно описаны в [4, с. 385-456].

Расчет магнитной цепи проектируемой машины проводится по [4, с. 385-396]. При его проведении необходимо учитывать, что для изготовления магнитопровода асинхронной машины используется листовая электротехническая сталь с нелинейными магнитными характеристиками [4, П1-П2, с. 692-712].

Толщина листов электротехнической стали в асинхронных машинах серий 4А и АИ - 0,5 мм. Однако в некоторых случаях (при наличии специального указания) могут применяться листы толщиной 0,35 мм. В зависимости от серии и высоты оси вращения применяется электротехническая сталь различных марок (табл. 9), или марка стали может быть указана в специальном задании на проектирование.

Таблица 9. Рекомендуемые к использованию марки электротехнической стали

Серия	Высота оси вращения h, мм
	45…63	71…250	280…355
4А	2013	2312
АИ	2013	2214	2412

По результатам расчета магнитных напряжений определяют коэффициент насыщения зубцовой зоны, который должен находиться в пределах 1,2 ? kZ ? 1,6. Если по расчету этот коэффициент больше указанных пределов, зубцовая зона чрезмерно насыщена. При этом необходимо либо уменьшить ширину пазов статора и ротора (с увеличением высоты пазов), либо, что менее желательно, увеличить величину воздушного зазора д. Если kZ меньше указанных пределов, необходимо несколько уменьшить величину д (но не более чем до 0,2 мм), или увеличить ширину пазов статора и ротора.

Конечным результатом расчета магнитной цепи является определение величины необходимого тока намагничивания Iм и его относительного значения, приведенного к номинальному току проектируемой асинхронной машины: Iм* = Iм / I1Н. Относительное значение тока намагничивания для машин серий 4А и АИ находится в пределах, указанных в табл. 10. Если проектируемый двигатель находится строго в пределах вышеуказанных серий асинхронных машин, то полученное в ходе проектирования значение Iм* не должно превышать указанных в табл. 10 максимальных значений более чем на 20% (но не более 1,0).

Таблица 10. Отношение Iм / I1Н для асинхронных машин серий 4А и АИ

Мощность P2Н, кВт	Число полюсов асинхронной машины
	2p = 2	2p = 4	2p = 6, 8	2p ? 10
< 1	0,3…0,4	0,4…0,6	0,45…0,7	0,5…0,9
1…10	0,2…0,3	0,25…0,4	0,3…0,45	0,35…0,5
> 10	0,1…0,2	0,1…0,25	0,1…0,3	0,1…0,35

При проектировании асинхронной машины, отличающейся, согласно специальным указаниям технического задания, по электротехническим параметрам от машин серий 4А и АИ, относительное значение тока намагничивания не должно превышать значений, приведенных в табл. 11 [9].



Таблица 11. Максимально допустимое отношение Iм / I1Н для асинхронных машин

Мощность P2Н, кВт	Число полюсов асинхронной машины
	2p = 2	2p = 4	2p = 6	2p = 8	2p = 10	2p ? 12
< 0,5	0,60	0,75	0,85	0,90	0,95	0,95
0,51…1,0	0,50	0,70	0,75	0,80	0,85	0,90
1,1…5,0	0,45	0,65	0,70	0,75	0,80	0,85
5,1…10,0	0,40	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80
10,1…25,0	0,30	0,55	0,60	0,60	0,70	0,75
25,1…50,0	0,20	0,50	0,55	0,55	0,65	0,70
50,1…100	0,17	0,40	0,45	0,50	0,60	0,60
> 100	0,15	0,30	0,35	0,40	0,50	0,50

Если значение Iм* завышено, необходимо увеличить ширину тех участков магнитной цепи, на которых происходит наибольшее падение МДС (с изменением ширины и высоты пазов), или увеличить длину пакетов статора и ротора (л и Bд должны находиться в допустимых пределах). В крайнем случае допускается несколько уменьшить величину воздушного зазора д. После пересчета коэффициент kZ также должен оставаться в допустимых пределах. Если применение вышеперечисленных методов не приводит к положительному результату, необходимо произвести полный пересчет проекта с уменьшением предварительно принимаемых значений зН и cos цН.

Расчёт рабочих характеристик проектируемой асинхронной машины проводится по [4, с. 396-425].

При определении активного сопротивления обмотки статора r1 необходимо учесть, что для однослойных концентрических обмоток, выполненных «вразвалку», среднее укорочение катушек составляет вКТ = 0,83…0,85. Для других типов обмотки статора вКТ = в.

Расстояние между сторонами последовательно соединенных стержней определяется по формуле bКТ = р (D2 - hП2) / 2p.

Значения удельного сопротивления в зависимости от расчетной температуры и материала обмотки приведены в табл. 12.

Определение активного и индуктивного сопротивлений обмотки ротора r2, x2 необходимо проводить с учетом влияния скоса пазов ротора. Скос пазов ротора по технологическим причинам не делают только в машинах, у которых обмотка ротора выполнена медными прямоугольными проводниками или стержнями, а также в машинах с магнитопроводом, разбитым на отдельные пакеты. При этом увеличение индуктивного сопротивления x2 учитывается коэффициентом проводимости лСК.

Таблица 12. Удельное электрическое сопротивление материала обмотки

Материал обмотки	Удельное сопротивление, мкОм·м, для разного класса изоляции
	с20є	Номинальный режим	Предельно допустимый режим работы, увеличение по сравнению с номинальным
		B	F, H	B	F	H
		75є	115є	120є	kс	140є	kс	165є	kс
Медь	1 ---- 56,7	1 ---- 46,4	1 ---- 41,0	1 ---- 40,5	1,15	1 ---- 38,3	1,07 (1,21)	1 ---- 35,9	1,15 (1,30)
Алюминий литой	1 ---- 28,6	1 ---- 23,3	1 ---- 20,5	1 ---- 20,2		1 ---- 19,1		1 ---- 17,9

Примечание. В скобках указано увеличение удельного сопротивления с учетом расчета номинального режима по классу нагревостойкости B.

При расчете активного сопротивления r2 учитывают увеличение длины проводника в пазовой части по формуле

. (14)

При определении рабочих характеристик асинхронных машин, в том числе малой мощности, предпочтение необходимо отдавать аналитическому методу расчета. Отправной точкой для расчета рабочих характеристик является определение номинального скольжения, которое предварительно допустимо принимать равным относительному значению приведенного активного сопротивления фазы ротора: SН ? rґ2*. По результатам расчета параметров машины для номинального режима работы полученное значение полезной мощности P2 может отличаться от значения номинальной мощности P2Н, указанного в техническом задании. Если разница составляет более 3%, необходимо уточнить значение SН и повторить расчет для номинального режима работы.

По результатам расчета номинального режима работы определяется соответствие изначально принятым параметрам. Полученное значение I1Н не должно превышать значения, полученного в самом начале проектирования, более чем на 5%. зН не должен быть меньше более чем на 2%, а cos цН - более чем на 5% от изначально принятых значений. Увеличение зН при уменьшении cos цН от изначально принятых значений - более оптимальный вариант, чем наоборот.

На данном этапе расчета параметры для режима холостого хода (S ? 0) проектируемого двигателя уже определены, поэтому для более точного построения графиков рабочих характеристик необходимо повторить расчет для значений скольжения S = 0,2·SН; 0,4·SН; 0,6·SН; 0,8·SН; 1,2·SН или S = 0,25·SН; 0,5·SН; 0,75·SН; 1,25·SН. Результаты расчета, в том числе для холостого хода и номинального режима, заносятся в таблицу, аналогичную, после чего строятся графики рабочих характеристик проектируемого двигателя: n = f(P2), M = f(P2), I1 = f(P2), P1 = f(P2), з = f(P2), cos ц = f(P2).

При этом необходимо либо уменьшить ширину пазов статора и ротора (с увеличением высоты пазов), либо, что менее желательно, увеличить величину воздушного зазора д. - немаловажная часть поверочного расчета. По пусковым характеристикам определяются перегрузочная способность проектируемой машины и способность ее запуска под нагрузкой. Подробно методика расчета с учетом эффекта вытеснения тока из проводников и эффекта насыщения некоторых участков магнитопровода при пуске описана в [4, с. 425-448].

Для упрощения расчетов сначала производят учет вытеснения тока, после чего по полученным предварительно параметрам определяют необходимость учета влияния насыщения стали магнитопровода на характеристики машины. Критерием необходимости учета насыщения является величина полного тока паза статора в пусковом режиме с учетом вытеснения тока:

I1ПАЗА = I1ПУСК uП / a > 400 А. (15)

При необходимости учета эффекта насыщения стали перед началом расчета задаются величиной коэффициента насыщения kНАС для режима пуска (S = 1), который может быть предварительно определен по формуле

kНАС ? 1 + I1ПАЗА / 5000 . (16)

Если полученное после расчета значение kґНАС отличается от предварительно принятого kНАС более чем на 15%, принимается среднее предварительное значение kНАС и расчет повторяется.

После определения параметров начального момента пуска при скольжении S = 1 аналогично производят расчет при других значениях скольжения, например: S = 0,8; 0,5; 0,35; 0,2; 0,1; SКР. Предварительное значение критического (максимального) скольжения можно получить по формуле [4, (9.286)], а значения kНАС при различных значениях скольжения - по формуле

kНАС (S) ? 1 + (kНАС (S = 1) - 1)·((S - 0,1) / 0,9) . (17)

Результаты расчета заносятся в таблицы, после чего строятся графики пусковой и механической характеристик. Для удобства эти графики строятся в виде S = f(I*), S = f(M*), - где S = 1 является началом координат, или в виде n = f(I*), n = f(M*), - где n определяется по формуле n = n1·(1 - S). После построения графиков значения SКР и Mmax* уточняются.

По результатам расчета пусковых характеристик проверяется соответствие проектируемой машины пусковым характеристикам серийно выпускаемых машин. Асинхронная машина, проектируемая в условиях жесткой привязки к серии 4А или АИ, должна соответствовать пусковым параметрам, приведенным в [4, табл. 9.31], табл.13. Кратность пускового и максимального моментов M* и Mmax* не должна быть меньше минимального значения, более чем на 10…15%. Кратность пускового тока I1* не должна превышать максимального значения.

Примечание. Значения кратности моментов, близкие к максимальным, в большинстве случаев соответствуют серии АИ, а близкие к минимальным - серии 4А. Для исполнения IP23 приведены данные только по серии 4А.

Тепловентиляционный расчет проводится с учетом возможной работы асинхронной машины в наиболее неблагоприятных для нее условиях, а именно: температура обмоток после нескольких пусков подряд достигла значений, максимально допустимых для данного класса нагревостойкости изоляции обмоток, и машина работает в номинальном режиме. При этих условиях электрические потери в обмотках возрастают, что может быть учтено коэффициентом kс согласно табл. 12.



Таблица 13. Кратность максимальных и минимальных моментов Mmax* и Mmin* асинхронных двигателей с КЗ ротором серий 4А и АИ

Испол- нение	2p	Высота оси вращения h, мм
		Mmax*	Mmin*
		? 132	160...250	? 280	? 132	160...250	? 280
IP44, IP54	2	2,2	2,2…3,0	1,9…2,4	1,0…1,8	1,0…1,9	0,9…1,6
	4	2,2…2,5	2,3…2,9	2,0…2,2	1,2…1,8	1,0…1,6	0,9…1,0
	6	2,0…2,2	2,0…2,7	2,2…2,4	1,5…1,8	1,0…1,6	0,9…1,2
	8	1,7…2,6	2,0…2,7	2,0…2,4	1,2…1,4	1,0…1,5	0,9…1,0
	10	-	1,9	1,8	-	1,0	0,9…1,0
	12	-	-	1,8	-	-	0,9
IP23	2	-	2,2	2,1…2,2	-	1,0	0,9…1,0
	4	-	2,1…2,5	2,0	-	1,0	0,9…1,0
	6	-	2,0…2,1	2,0	-	1,0	1,0
	8	-	1,9…2,0	1,9	-	1,0	1,0
	10	-	-	1,8	-	-	0,9…1,0
	12	-	-	1,8	-	-	0,9

Особенности теплового расчета асинхронных двигателей рассмотрены в [4, с. 449-455]. Для машин с короткозамкнутым ротором тепловой расчет наиболее подробно проводится только для обмотки статора [4, с. 449-453], а для машин с фазным ротором - еще и для обмотки ротора [4, с. 453-455]. Окончательное превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды (для машин с фазным ротором ДИнаиб) не должно превышать значения (0,8…1,0)(Иmax - Иокр.ср), где температура окружающей среды, если нет специальных указаний, Иокр.ср = 20єС, а Иmax определяется по табл. 12.