ВИБІР ГОЛОВНИХ РОЗМІРІВ І РОЗРАХУНОК ОБМОТКИ СТАТОРА
Розрахунок асинхронних машин починають з визначення основних розмірів: внутрішнього діаметра статора D та розрахункової довжини повітряного зазору l d. РозміриDтаldпов'язані з потужністю, кутовою швидкістю та електромагнітними навантаженнями виразом машинної постійної:
. (1.1)
Розрахунок проводять, задаючись на підставі наявних рекомендацій значеннями електромагнітних навантажень (AіBd), коефіцієнтів (ad,kBіkоб),і приблизно визначають розрахункову потужністьР '.Залишаються два невідомих(Dіld), однозначне визначення яких без додаткових умов неможливе. Такою умовою є відношення l =ld/D.
У більшості виконаних асинхронних двигунів загального призначення відношенняlзмінюється у досить вузьких межах,характерних для заданого виконання та числа полюсів машини. Це дозволить однозначно визначити основні розміри, виходячи з (1.1).
Вибір основних розмірів проводять у наступній послідовності.
Висоту осі обертання попередньо визначають за рис. 1.7,аабобдля заданихP2та 2рзалежно від виконання двигуна.
Потім із низки висот осей обертання (табл. 1.6) беруть найближче менше стандартне значенняh.
Зовнішній діаметр статораDаберуть з другого рядка табл. 1.6 залежно від вибраної висоти осі обертання.
Наведені в таблиці зовнішні діаметри статорів для кожної з h нормалізовані і відповідають даним серії асинхронних машин 4А. При вибраному значенніhзмінаDау менший бік недоцільно, оскільки при цьому зростуть електромагнітні навантаження. ЗбільшенняDапри тій жеhвимагає ретельної конструкторської татехнологічного опрацювання, що доводить можливість такої зміни.
Внутрішній діаметр статораDвизначається за наближеним виразом:
. (1.2)
КоефіцієнтКD(табл. 1.7) характеризує відносини внутрішніх та зовнішніх діаметрів сердечників статорів асинхронних двигунів серії 4А при різних числах полюсів.
Далі знаходять полюсний поділ t, м,
і розрахункову потужністьР ',Вт,
, (1.4)
деР2 -потужність на валу двигуна, Вт;
kE -відношення ЕРС обмотки статора до номінальної напруги, яка може бути приблизно визначена за рис. 1.8.
Попередні значенняhта cosj, якщо вони не вказані в завданні на проектування, можуть бути взяті за кривими рис. 1.9 та 1.10, побудованим за даними двигунів серії 4А.
Попередній вибір електромагнітних навантаженьА, А/м, іВd,Тл, повинен бути проведений особливо ретельно, оскільки вони визначають не тільки розрахункову довжину сердечника, але й значною мірою характеристики машини .
Рекомендації щодо виборуАіBd,представлені у вигляді кривих на рис. 1.11-1.13.
Коефіцієнт полюсного перекриттяadта коефіцієнт форми поляkBв асинхронних машинах визначаються ступенем сплощення кривої поля в зазорі, що виникає при насиченні зубців статора та ротора. Значення коефіцієнтів попередньо набувають рівними:
ad= 2/p»0,64;кВ= p/2 = 1,11.
Мал. 1.7 Висота осі обертанняhдвигунів серії 4А різної потужності та частоти обертання.
а - зі ступенем захисту IP44; б – з IP23.
Мал. 1.8 Значення коефіцієнтаKE.
Мал. 1.9 Зразкові значення ККД та cosj асинхроннихдвигунів серії 4А із ступенем захисту IP44.
а – двигунів потужністю до 30 кВт;
б – двигунів потужністю до 400 кВт.
Мал. 1.10 Приблизні значення ККД та cosj асинхронних двигунів серії 4А зі ступенем захисту IP23.
Висоти осі обертання електричних машин (за ГОСТ 13267-73) та відповідні їм зовнішні діаметри статорів асинхронних двигунів серії 4А
ВідношенняКD=D/Dау двигунах серії 4А при різних числах полюсів
Розрахункова ширина радіальних каналів приbk=10 мм
Зубцове розподіл статора при прямокутних пазахt1, м
а - при висоті осі обертанняh?132 мм; б - приh=160?250 мм; в - приh³280 мм з ротором, що продувається.
Попереднє значення обмотувального коефіцієнтаkоб1для одношарових обмотокkоб1=0,95?0,96, для двошарових та одно-двошарових обмоток при 2р=2kоб1=0,90?0,91 і при більшій полюсностіkоб1=0,91?0,92.
Мал. 1.12 Електромагнітні навантаження асинхронних двигунів серії 4А зі ступенем захисту IP23.
а - при висоті осі обертанняh=160?250 мм; б - приh?280 мм.
Мал. 1.13 Електромагнітні навантаження асинхронних двигунів високої напруги зі ступенем захисту IP23 приU=6000 Ст.
Мал. 1.14 Відношення l=ld/t у двигунів серії 4А.
а - зі ступенем захисту IP44; б – з IP23.
Синхронна кутова швидкість валу двигуна W,рад/с, розраховується за формулою
або , (1.5)
деn1 - синхронна частота обертання, об/хв;
З (1.1) з урахуванням значення adрозрахункова довжина повітряного зазору, м,
. (1.6)
Відношенняl=ld/tповинноперебувати у межах, показаних на рис. 1.14 для прийнятого виконання машини. Якщоlвиявляється надмірно великим, слід повторити розрахунок для найближчої зі стандартного ряду більшої висоти осі обертанняh.Якщоlзанадто мало, то розрахунок повторюють для наступної в стандартному ряду меншої висотиh.
Для розрахунку магнітного ланцюга крімldнеобхідно визначити повну конструктивну довжину і довжину сталі сердечників статора (l1іlст1) і ротора(12іlст2). В асинхронних двигунах, довжина сердечників яких не перевищує 250-300 мм, радіальних вентиляційних каналів не роблять. Сердечники шихтуються в один пакет. Для такої конструкції
У більш довгих машинах сердечники поділяють окремі пакети довжиною 40—60 мм. Крайні пакети можуть бути довшими. У двигунах з литою короткозамкнутою обмоткою ротора число пакетів через складність заливки зменшують і виконують пакети більш довгими.
Стандартна ширина радіального повітряного каналу між пакетамиЬк=10 мм. Число пакетівnпакта їх довжинаlпакпов'язані з розрахунковою довжиною наступним співвідношенням:
ціле число. (1.8)
При цьому число радіальних каналів nк =nпак-1.
Довжина стали осердя статора в таких машинах.
або при пакетах різної довжини
Конструктивна довжина сердечника статора
Остаточне значенняldдля мащин зd' d, (1.14)
.
Конструктивну довжину сердечника ротора в машинах зh2 визначають, виходячи з струму однієї паралельної гілки і допустимої щільності струму в обмотці:
З точки зору підвищення використання активних матеріалів щільність струмуJ1повинна бути обрана якомога більшою, але при цьому зростають втрати вміді обмотки. Збільшення втрат позначається, по-перше, підвищення температури обмотки і, по-друге, на ККД двигуна.
Нагрів пазової частини обмотки залежить від твору лінійного навантаження на щільність струму (AJ)-Тому вибір допустимої щільності струму роблять з урахуванням лінійного навантаження двигуна:
ЗначенняAJдля асинхронних двигунів різного виконання та потужності наведено на рис. 1.16.
Мал. 1.16 Середні значення твору (AJ) асинхронних двигунів.
а - зі ступенем захисту IP44, h 132 мм; б - те ж приh=160?250 мм; в - те ж приh=280 355 мм (при продувному роторі); г - зі ступенем захисту IP23; приh=160?250 мм; д - те ж приh=280 355 мм; е - те саме приU=6000 В.
В обмотках, призначених для механізованого укладання, діаметр ізольованого дроту зазвичай беруть не більше 1,4 мм, а при ручному укладання (двигуни з h l60 мм) - не більше 1,7 мм.
Якщо розрахунковий переріз ефективного провідника в машинах з всипною обмоткою вище значень, що відповідають зазначеним діаметрам, ефективний провідник поділяється на кілька елементарних. І тому за табл. П.28 підбирається перерізqелі число елементарних провідниківnэл, що становлять один ефективний, таким чином, щоб діаметрdellелементарних провідників не виходив за зазначені межі, а їх сумарна площа перерізу була близька до розрахункового перерізу ефективного провідника:
У сучасних машинах прагнуть зменшити кількість елементарних провідників в одному ефективному до 5-6, а в обмотці, призначеної для механізованого укладання, до 2-3, для чого збільшують кількість паралельних гілок. У двополюсних двигунахnелзбільшують, оскільки числопаралельних гілок у них може бути більше двох.
Після остаточного виборуqел,nэліаслід уточнити щільність струму в обмотці, яка може дещо змінитися порівняно з попередньо прийнятою при підборі перерізів елементарних провідників:
(1.27)
Коригування, яке може знадобитися в ході подальшого розрахунку, як правило, не вносить істотних змін до отриманих даних.