Выбор главных размеров и расчет обмотки статора. Увязка мощности и высоты оси вращения двигателя серии 4А

1 ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ И РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА

1.1 Техническое задание на курсовое учебное проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющего конструктивное исполнение IM1001, исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44, климатическое исполнение У3:

- мощность  Р = 4,0 кВт;

-  частота вращения n = 1000 об/мин;

- напряжение U = 380/220 В.

1.2 В качестве базовой модели выбираем конструкцию двигателей серии А4.

Таблица 1.1 Увязка мощности и высоты оси вращения двигателя серии 4А, исполнение по степени защиты IP44 (справочник /1/, стр. 315, табл. 9.1)

Мощность кВт	Высота оси вращения, мм	Условная длина сердечника, станины	Число полюсов 2р
4	132	В	6

В соответствии с приведенной таблицей и рисунками 9.18 и 9.19 (справочник /1/, стр. 343), выберем расстояние от сердечника статора до опорной поверхности двигателя: h₁ = 16 мм (h = 132 мм – высота оси вращения, определяемая исходя из мощности двигателя), станина двигателя литая.

По таблице 9.8 (справочник /1/, стр. 344) выбираем внешний диаметр статора D_а = 0,225 м.

1.3 Определим внутренний диаметр статора, пользуясь эмпирическими зависимостями

D = K_DD_a,                                                 (1.1)

где K_D – коэффициент, зависящий от числа полюсов K_D = 0,72 (табл. 9.9)

 м

1.4 Полюсное деление

 м

1.5 Тогда получим расчётную мощность

,                                    (1.2)

где k_E = 0,96 (справочник /1/, стр. 345, рис. 9.20) – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

h = 83 % (справочник /1/, стр. 345, рис. 9.21а) – КПД двигателя

cosj = 0,8 (справочник /1/, стр. 345, рис. 9.21а) – коэффициент мощности

1.6 Предварительный выбор электромагнитных нагрузок (справочник /1/, стр. 346, рис. 9.22, а)

B_d = 0,86 Тл

А = 28 10³ А/м

1.7 Обмоточный коэффициент (предварительно) для однослойной обмотки выбираем (справочник /1/, стр. 348)

k_об1 = 0,96

1.8 Определим синхронную угловую частоту двигателя и расчётную длину магнитопровода и найдем отношение длины магнитопровода и полюсного деления, которое является критерием правильности выбора главных размеров

,                                               (1.3)

Значение λ находится в рекомендуемых пределах (справочник /1/, стр. 348, рис. 9.25, а), следовательно, выбор главных размеров двигателя произведен верно.

1.9 Конструктивная длина и длина стали сердечника статора в асинхронных двигателях, сердечники которых шихтуются в один пакет

l₁ = l_ст1 = l_δ = 0.082 м

Конструктивная длина и длина стали сердечника ротора в асинхронных двигателях

l₂ = l₁ = 0,082 м

1.10 Предельные значения зубцовых делений статоров t₁

1.11 Число пазов статора

1.12 Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число пазов на полюс и фазу q в большинстве АМ должно быть целым. Исходя из приведенных соображений, выбираем Z₁ = 54, тогда

1.13 Зубцовое деление статора тогда составит

Окончательное значение зубцового деления не выходит из указанных пределов.

1.14 Число эффективных проводников в пазу (предварительно а = 1)

,                                        (1.4)

где            

        

Принимаем а = 1, тогда          

, для дальнейших расчетов примем         

1.15 Окончательное определение числа витков в фазе обмотки, значения линейной нагрузки, а также значений потока и индукции в воздушном зазоре

 витка   

,                                            (1.5)

где k_об1 = k_р1К_у = 0,96 (для q = 3 по спр. /1/, стр. 112, табл. 3.16)

К_у = 1 – коэффициент укорочения для однослойных обмоток

 

Полученное значение индукции в воздушном зазоре (4,71% от принятого в п. 1.6) и линейной нагрузки (3,76% от принятого в п. 1.6) не выходит за пределы рекомендуемой области.

1.16 Плотность тока в обмотке статора (предварительно), при этом произведение линейной нагрузки на плотность тока производим по рисунку 9,27,а (спр. /1/, стр. 355):  

1.17 Сечение эффективного проводника (предварительно)

Укладка обмоток выбрана автоматизированная, поэтому минимальный диаметр обмоточного провода должен составлять не более 1,4 мм, по приведенным выше расчетам диаметр составил 1,36 мм, что удовлетворяет данным условиям.

1.18 В качестве обмоточного провода по справочнику /1/, стр. 713, табл. П3.1 выбираем круглый медный эмалированный провод марки ПЭТВ

Табл. 1.2 Справочные данные выбранного обмоточного провода

Номинальный диаметр неизолированного провода	Среднее значение диаметра изолированного провода	Площадь поперечного сечения неизолированного провода
1,4 мм	1,485 мм	1,539 мм2

2 РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА

Паз статора определяем по рис. 9.29, а (справочник /1/, стр. 361) соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

2.1 Принимаем предварительно по табл. 9.12: B_a = 1,4 Тл; B_Z1 = 1,6 Тл, тогда

где k_С = 0,97 – коэффициент заполнения сердечника сталью, для оксидированных листов электротехнической стали 2013 (табл. 9.13)

В большинстве современных асинхронных двигателях, выпускаемых отечественной промышленностью выполняют трапецеидальные пазы. Угол наклона грани клиновой части у двигателей с h < 250 мм обычно β = 45°. Сердечники шихтуются в один пакет и тогда l₁ = l_CT1 = l_δ. Высота ярма статора составит

    

2.2 Размеры паза в штампе (см. рисунок 9,29, а):

В машинах с однослойной обмоткой, в которых укладка автоматизирована ширину шлица паза выбирают из соображения b_ш = d_из + (1,8…2,3) = 1,485 + 1,8 =3,285 мм, h_ш = 0,5, при h = 132 мм.

Размеры паза «в свету» определяют с учетом припусков на шихтовку сердечников определяемых по справочнику /1/, стр. 360, табл. 9.14:

hш

bш

 

2.2 Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку

2.3 Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки, где односторонняя толщина изоляции в пазу по табл. 3-8: b_из = 0,25 мм.

,                                 (2.1)

где S_пр = 0 мм² – площадь поперечного сечения прокладок,

S_из – площадь поперечного сечения корпусной изоляции

2.4 Коэффициент заполнения паза

Полученное значение коэффициента заполнения паза допустимо