Содержание

 

Исходные  данные

 

Высота оси  вращения вала, h        – 100 мм

Номинальная мощность, Р_н        – 5,5 кВт

Скольжение           – 5%

Частота сети, f          – 50 Гц

Число полюсов, 2p          – 6

Номинальное линейное напряжение, U       – 380 В

Синхронная частота  вращения, n        – 1000 об/мин

Перегрузочная способность, Mmax/Mном      – 2.2

Отношение начального пускового момента к номинальному, Mn/Mном  – 2

Отношение начального пускового тока к номинальному, In/Iном   – 5,4

КПД, ƞ           – 81%

cos φ            – 0,73

Исполнение двигателя  по степени защиты      – 1Р44

Способ охлаждения          – 1С0141

Способ соединения фаз         – Υ (звезда)

Класс нагревостойкости изоляции       – В

Число фаз, m           – 3

1. Главные размеры двигателя

 

К главным размерам машин переменного тока относят  внутренний диаметр D_н1 и длину l₁ сердечника статора, поскольку они определяют габариты, массу и технико-экономические показатели этого типа электрических машин. 

1.1. Наружный диаметр сердечника статора рассчитываем по таблице 9-2 [1], исходя из того, что h= 100мм и 2p=6

 

Предельно допустимое значение наружного диаметра сердечника статора D_нар.max=175 мм. Учитывая припуск на штамповку Δ_шт, мм=7, получаем: D_нар= D_нар.max- Δ_шт=175-7=168 мм. 

1.2. Определим внутренний диаметр сердечника статора используя зависимость D₁= f(D_нар), приведенную в таблице 9-2 [1].

 

     D₁= 0,72·168 мм-3 мм=117,96 мм 

1.3. Величина полюсного деления: τ= =61,73 (мм) 

1.4. Расчетная мощность машины: =8,929 кВт

где К_Н – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению.

1.5. Синхронная угловая скорость вала: =104,67 рад/с

1.6. Определим форму паза и тип обмотки используя таблицу 9-4 [1].

Для h=100 мм выбираем: форма паза – трапецеидальная полузакрытая, тип обмотки – однослойная всыпная концентрическая, из проводов круглого сечения, хотя при этом снижается коэффициент заполнения паза медью. 

1.7. Определим расчётную длину сердечника статора: ,

где А₁=200-300 А/см для двигателей мощностью 1÷10кВт, принимаем – А₁=250 А/см;

      В_б=0,7÷0,6 Тл (Таблица 3-3 [2]), принимаем – В_б=0,65 Тл;

      К_об1=(0,91÷0,94), для 2р ≥ 4. Принимаем – К_об1=0,925.

      =368 мм

При условии, что  >100 мм, округляем до ближайшего целого числа, кратного 5.

     l₁=365 мм.

Убедимся в  правильности расчёта.

      =3,1

λ не должно превышать

λ_max=k₄·(146-0,00071 D_нар)=1,41, где k₄ – поправочный коэффициент для 2р=6.

λ> λ_max, т.е. высота оси вращения вала для расчёта главных размеров двигателя подобрана неправильно.

Выберем другую, большую, стандартную высоту оси вращения и повторим расчёты 1.1. – 1.7. 

h=132 мм 

(1.1.) Наружный диаметр сердечника статора рассчитываем по таблице 9-2 [1], исходя из того, что h= 132 мм и 2p=6

 

Предельно допустимое значение наружного диаметра сердечника статора D_нар.max=233 мм. Учитывая припуск на штамповку Δ_шт, мм=7, получаем: D_нар= D_нар.max- Δ_шт=233-7=226 мм. 

(1.2.) Определим внутренний диаметр сердечника статора. 

     D₁= 0,72·226 мм-3 мм=159,72 мм 

(1.3.) Величина полюсного деления: τ= =83,59 (мм) 

(1.4.) Расчетная мощность машины: =8,929 кВт 

(1.5.) Синхронная угловая скорость вала: =104,67 рад/с 

(1.6.) Определим форму паза и тип обмотки для новой высоты вращения вала используя таблицу 9-4 [1].

Для h=132 мм выбираем: форма паза – трапецеидальная полузакрытая, тип обмотки – однослойная всыпная концентрическая, из проводов круглого сечения. 

(1.7.) Определим расчётную длину сердечника статора:

      =200,7 мм

Принимаем l₁=200 мм.

Убедимся в  правильности расчёта.

      =1,25

λ не должно превышать

λ_max=k₄·(146-0,00071 D_нар)=1,36, где k₄ – поправочный коэффициент для 2р=6.

λ< λ_max, т.е. высота оси вращения вала для расчёта главных размеров двигателя подобрана правильно.

Статор

1. Сердечник статора

 

Сердечник статора  собирают из отдельно отштампованных листов электротехнической стали 2013 толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь от вихревых токов. Для стали 2013 используют изолирование листов оксидированием (коэффициент заполнения k_с=0,97).

Для представленного  на рисунке сечения паза статора  и всыпной обмотки определим  количество пазов на статоре и роторе из таблицы, при h=132 мм, 2р=6.  

Z₁=54; Z₂=51

2. Обмотка статора

 

Как было ранее  определено – форма паза – трапецеидальная  полузакрытая, тип обмотки – однослойная  всыпная концентрическая. При выполнении двигателей с однослойными обмотками облегчается применение автоматических обмоточных станков. 

Схема трехфазной однослойной обмотки статора 

Число пазов  на полюс и фазу: q₁= =3

Обмотку статора  выполняем шестизонной, каждая зона равна 60º.

Коэффициент распределения: , где =20º.

      =0,96

При однослойной  обмотке с диаметральным шагом  β₁=1, =9

Коэффициент укорочения: k_у=sin(β₁·90º)=sin90º=1 

Уточнённое значение обмоточного коэффициента: К_об1=К_р1·К_у1=0,96·1=0,96 

Предварительное значение магнитного потока:

      Ф₁= =0,69·10^-2 Вб

Определим предварительное  количество витков в обмотке фазы:

      , где  =220 В

К_Н= 0,96 (определяем по диаграмме). 

      =144 (витка)

Предварительное значение количества эффективных проводников  в пазу: ,

где а₁ – количество параллельных витков обмотки статора, которое является одним из делителей числа полюсов, в нашем случае для 2р=6 а₁=1,2,3, кроме того, при малом значении возникают трудности с расположением проводников в пазу.

Принимаем а₁ = 2, тогда =32 (витка).

Уточняем значения

      =144 (витка),

      =0,69·10^-2 Вб,

      =0,65 Тл,

      =242,9 А/см≈243 А/см,

где =14,1 А

Произведём проверку правильности расчёта количества витков. А₁ не должно отличаться от значения более чем на 10%.

      ≈0

П о таблице 9-13 [1] определим среднее значение магнитной индукции в спинке статора

Из таблицы  В_с1=1,4÷1,6 Тл, принимаем – В_с1=1,5 Тл

Определим зубцовое деление по внутреннему диаметру статора:

      t₁= =9,28 мм

Ширина зубца  статора b_z1= , где В_z1 берём из таблицы 9-14 [1].

Из таблицы  В_z1=1,75÷1,95 Тл, принимаем – В_z1= 1,85 Тл

Тогда b_z1= =3.43 мм

При сборке сердечника размеры пазов в штампе и свету (после сборки сердечника) не совпадают из-за неизбежного смещения листов друг относительно друга. Припуски на сборку при h=132 мм по ширине b_c и высоте h_c составляют b_c= h_c=0,1 мм.