Расчет зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Круглые обмоточные провода всыпной обмотки могут быть уложе­ны в пазы произвольной конфигу­рации, поэтому размеры зубцовой зоны выберем таким образом, чтобы зубцы имели парал­лельные грани. Такие зуб­цы имеют постоянное, не изменяю­щееся с высотой зубца поперечное сечение, индукция в них также не меняется и магнитное напряжение зубцов с параллельными гранями оказывается меньше, чем магнитное напряжение трапецеидальных зуб­цов при том же среднем значении индукции в них.

3.1. Определяем предварительную высоту ярма и ширину зубца статора

Ширина зубца:

, (3.1)

Высота ярма:

, (3.2)

где k_с – коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора, по табл. 6-11 [1] для асинхронных машин с высотой оси вращения h=200мм и напряжении 660В, способ изолировки листов – оксидирование, k_с=0,97;

B_z1 – Магнитная индукция в зубце статора при постоянном сечении, по табл. 6-10 [1], для степени защиты IP44 и 2p=4 определяем B_z1=1,9Тл;

B_а – Магнитная индукция в ярме статора, по табл. 6-10 [1], для степени защиты IP44 и 2p=4 определяем B_а=1,6Тл.

3.2. Определяем размеры паза статора

Принимаем размеры шлица паза b_ш=3,7мм, h_ш=1,0мм.

Высота паза:

(3.3)

Ширина паза в основании трапеции:

(3.4)

Ширина паза у клиновой части, для b =45°:

(3.5)

Высота клиновой части паза, для b =45°:

(3.6)

Высота трапеции паза:

(3.7)

3.3. Определяем размеры паза в свету с учетом припусков на сборку

Как правило для машин с высотой оси вращения h=200мм припуски как по высоте, так и по ширине паза, составляют: Dh_п=Db_п=0,2мм.

(3.8)

(3.9)

(3.10)

3.4. Определяем площадь поперечного сечения паза

Для высоты оси вращения h=200мм применяется двухслойная обмотка.

Площадь корпусной изоляции:

, (3.11)

где b_из – односторонняя толщина изоляции в пазу, по табл. 3-8 [1] для высоты оси вращения 200мм, b_из =0,4мм.

Площадь прокладок в пазу:

(3.12)

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

(3.13)

3.5. Определяем коэффициент заполнения паза

(3.14)

Рекомендуемое значение для всыпной обмотки из круглого провода k_з=0,72, поэтому необходимо увеличить размеры паза.

Принимаем B_z1=1,95Тл, а B_а=1,65Тл.

Повторяем расчет размеров паза.

Ширина зубца:

Высота ярма:

Высота паза:

Ширина паза в основании трапеции:

Ширина паза у клиновой части, для b =45°:

Высота клиновой части паза, для b =45°:

Высота трапеции паза:

Размеры паза с учетом припусков:

Площадь изоляции:

Площадь прокладки:

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

Коэффициент заполнения паза:

Полученное значение вписывается в рекомендуемое значение.

Рис. 1

Размеры паза статора

РАСЧЕТ РОТОРА

4.1. Определяем величину воздушного зазора

Правильный выбор воздушного зазора d во многом определяет энергетические показатели асин­хронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнит­ное напряжение, составляющее ос­новную часть суммарной МДС маг­нитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к со­ответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающе­го тока двигателя, благодаря чему возрастает его cosj и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение d приводит к возрастанию амплитуд пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие этого, к увеличению по­верхностных и пульсационных по­терь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми зазорами не улучша­ется, а часто даже становится меньше.

По рис. 6-21 [1], для высоты оси вращения h=200мм: d =0,7мм.

4.2. Определяем число пазов ротора

По табл. 6-15 [1], для числа пар полюсов 2p=4, и числа пазов статора Z₁=48 находим Z₂=38.

4.3. Находим внешний диаметр ротора

(4.1)

4.4. Определяем длину ротора

Примем длину ротора равной длине статора:

4.5. Определяем зубцовое деление ротора

(4.2)

4.6. Определяем внутренний диаметр ротора

Сердечники роторов асинхрон­ных двигателей при D₂<990мм вы­полняют с непосредственной посад­кой на вал без промежуточной втул­ки. В двигателях с высотой оси вра­щения h₂£250мм применяют горя­чую посадку сердечников на гладкий вал без шпонки. Поэтому внутренний диаметр ротора равен диаметру вала:

, (4.3)

где k_в – коэффициент для расчета диаметра вала, по табл. 6-16 [1], для высоты оси вращения h=200мм, и числа пар полюсов 2p=4 определяем k_в=0,23.

4.7. Определяем ток в стержне ротора

, (4.3)

где k_г – коэффициент, учитываю­щий влияние тока намаг­ничивания и сопротивле­ния обмоток на отношение I₁/I₂. По рис. 6-22 [1], для cosj=0,9 находим k_г=0,92;

n_г – коэффициент приведения токов, для двигателей с короткозамкнутым ротором:

(4.4)

4.8. Определяем площадь поперечного сечения стержня

, (4.5)

где J₂ – плотность тока в литом стержне, принимаем J₂=2,5×10⁶ А/м².

4.9. Определяем размеры паза ротора

Выбираем грушевидный закрытый паз, с размерами шлица b_ш=1,5мм, h_ш=0,7мм, высота перемычки над пазом h’_ш=0,3мм.

Ширина зубцов ротора:

, (4.6)

где B_z2 – Магнитная индукция в зубце статора при постоянном сечении, по табл. 6-10 [1], для степени защиты IP44 и 2p=4 определяем B_z2=1,85Тл;

Ширина паза у поверхности:

(4.7)

Ширина паза у вала:

(4.8)

Высота трапециидального участка паза:

(4.9)

Полная высота паза:

(4.10)

Уточненное сечение паза:

(4.11)

Рис. 2

Размеры паза ротора

4.10. Определяем плотность тока в стержне

(4.12)

4.11. Определим параметры короткозамыкающих колец

Ток в кольце:

(4.13)

Площадь поперечного сечения кольца:

, (4.14)

где J_кл – плотность тока в замыкающих кольцах, выбирают в среднем на 15—20% меньше, чем в стержнях. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, замыкающие кольца, имея лучшие условия охлаждения по сравнению со стержнями, явля­ются своего рода радиаторами, ко­торые отводят тепло стержней, уси­ливая их охлаждение. Во-вторых, в машинах, в которых для улучшения пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока, большое сопротивление замыкающих колец снижает кратность увеличения об­щего сопротивления обмотки ротора при пуске.

J_кл = 0,8 × J₂ = 0,8 × 2,5 × 10⁶ = 2×10⁶ А/м²

Высота кольца:

(4.15)

Ширина кольца:

(4.16)

Уточненная площадь поперечного сечения кольца:

(4.17)

Средний диаметр кольца:

(4.18)