1. Электромагнитный расчет

1.1. Выбор главных размеров

Высота оси вращения h =0,160 м, тогда диаметр расточки D_a =0,272 м Внутренний диаметр статора D = k_D • D_a =0,72•0,272=0,197 м.

Полюсное деление

τ=π• D /(2 p )

где 2 p =6 , число пар полюсов; тогда

τ

Расчетная мощность

где P ₂ =10 кВт - номинальная мощность на валу, η=0,845 - КПД , cosφ =0.76 - коэффициент мощности, k_E =0.965 – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению U _н =220/380 В; тогда получим

кВ*А

Электромагнитные нагрузки предварительно примем A =31∙10³ А/м и B_δ =0,79. k _об1 =0,92 .

Расчетная длинна магнитопровода

где k_B =1,11 – коэффициент формы поля, Ω=2∙π∙ƒ/ p – синхронная угловая скорость двигателя ƒ=50 Гц - частота питания, тогда Ω=2∙3,14∙50/3=104,7 рад/с.

м;

Критерием правильности выбора главных размеров D иl_δ служит λ= l_δ /τ.

λ=0,14/ 0,1031=1,35 ; что удовлетворяет данным пределам.

1.2. Определение Z ₁ , W ₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Z ₁ - число пазов на статоре, w ₁ - число витков в фазе. Предельные значения зубцового деления статора t_{Z 1} : t_{Z 1 max} =0,012 м. и t_{Z 1 min} =0,01 м. Определим число пазов статора

=51

Принимаем Z ₁ =54 , тогда число пазов на одну фазу на полюс равно

где m =3 - число фаз

Определим зубцовое деление статора

м

Число параллельных проводников, а=2 , тогда число эффективных проводников в пазу будет равно

гдеI _1н - номинальный ток обмотки статора

А

тогда получим

так как a =2 то u _п =а∙ u `_п =2 * 14=28 ; принимаем u _п =28 .

Уточним значения:

число витков в фазе

витков.

линейная нагрузка

А/м

Обмоточный коэффициент

магнитный поток

Вб

индукция в воздушном зазоре

Тл

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах

Плотность тока в обмотке статора

где AJ ₁ =183∙10⁹ А² /м³

А/м²

Площадь поперечного сечения проводника (предварительно):

м²

принимаем число элементарных проводников n _эл =1 , тогда cечение проводника

q _эл = q _эф / n _эл =2/1=2 мм² .

Принимаем провод круглого сечения ПЭТ:

b =7,5 мм; а=1,12 мм; q _эл =2 мм² .

А/м²

1.3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Берем полуоткрытый паз с параллельными стенками.

Тл и индукцию в спинке статора B_a =1,55 Тл. Тогда минимальную ширину зубца определим как

где l _СТ1 = l _δ - длинна пакета статора,k _с1 =0,97 .

мм

определим высоту спинки ярма

мм

Припуски по ширине и высоте паза: =0,2 мм =0,2 мм мм

мм

мм

Принимаем:

Воздушный зазор двигателя: мм

Внешний диаметр ротора:

м

М

Обмотку ротора выполняем стержневой волновой:

Число пазов ротора:

мм

Напряжение на контактных кольцах ротора при соединении обмотки ротора в звезду

Где:

в

Предварительное значение тока в обмотке ротора:

А

Коэффициент приведения токов:

;

Сечение эффективных проводников обмотки ротора:

мм

Принимаем:

мм мм

Уточняем:

А/м

Сердечник ротора:

9 аксиальных каналов, расположенных в одном ряду.

Диаметр канала: мм

Диаметр вала:

м

1.5. Расчет магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2212 толщиной

Магнитное напряжение воздушного зазора

где k _δ - коэффициент воздушного зазора

где

где

А

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора с изменяющейся площадью поперечного сечения зубца

А

где h_{Z 1} = h _П1 =0,0198 м – высота зубца статора, H_{Z 1} – напряженность в зубце статора

определяется по формуле:

где определяются по основным кривым намагничивания , и зависят от индукции, которая определяется как

Тл

Тл

Тл;

По кривым, учитывая коэффициент, находим А/м;

Для остальных значений индукции по кривым находим:

А/м А/м

А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора с изменяющимся поперечным сечением зубца:

А

где высота зубца h_{Z 2} =0,002 мм, определим индукцию в зубце ротора для каждого из участков по формуле:

м

м

Тл

Тл

Тл

Принимаем действующую индукцию Тл соответствующая ей напряженность А

1,5=1,6-4*1120

1,5=1,5

А/м

А/м

А/м

А/м

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитное напряжение ярма статора

где L_a – длина средней магнитной силовой линии в ярме статора

где h_a – высота ярма статора

м

м

определим индукцию в ярме статора

где h ` _a = h_a =30 мм, при отсутствии радиальных каналов, тогда

Тл

тогда H_a =279А /м получим

А

Магнитное напряжение ярма ротора

0,045*68=3,06А

где L_j – длинна средней магнитной силовой линии в ярме ротора

= м

где h_j – высота ярма ротора

=м

Определим индукцию в ярме ротора

=Тл

где h ` _j – расчетная высота ярма ротора, которую находим по формуле:

H_j =89 А/м – напряженность в ярме ротора, тогда

Магнитное напряжение на пару полюсов

=563,3+25,3+1,5+36,2+3,06=629,36 А

Коэффициент насыщения магнитной цепи

Намагничивающий ток

=А

относительное значение

=

Относительное значение служит определенным критерием правильности произведенного выбора и расчета размеров и обмотки двигателя. Так, если при проектировании двигателя средней мощности расчет показал, что больше 0,2, но меньше 0,3 то в большинстве случаев это свидетельствует о том, что размеры машины выбраны правильно и активные материалы полностью используются. Такой двигатель может иметь высокие КПД и COS(ф), хорошие показатели расхода материалов на единицу мощности.

1.6. Параметры рабочего режима

Активное сопротивление обмоток статора

где k_R =1 – коэффициент влияния эффекта вытеснения тока, ρ₅ =10^-6 /41 Ом∙м – удельное сопротивление меди при t^o =115 С, L ₁ – длинна проводников фазы обмотки

=0,832*126=104,8 м

где l _ср1 =2( l _п1 + l _л1 )=2(0,18+0,236)=0,832 м;

l _п1 = l ₁ =0,18 м;

l _л1 =К_л ∙ b _кт +2∙В+ h _п1 =2,3∙0,08+2∙0,025+0,002=0,236 м,

где В=25 мм , ширина катушки

=м

где β – укорочение шага обмотки статора β=0,833 .

получим

Ом

Активное сопротивление фазы обмотки ротора

Ом

где:

мм

м

м

м

м

Вылет лобовых частей обмотки ротора.

где:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

где l ` _δ = l_δ =0,14 м расчетная длинна статора, коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания

где h ₂ =35 м, h ₁ =0.5 , h_K =3 мм, h ₀ =1,1 м; k ` _β =0,875 k_β =0,906

коэффициент магнитной проводимости лобового рассеивания

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания

=

где

0,025

Ом

Относительное значение

=

Индуктивное сопротивление обмотки ротора.

где h ₀ =1,3 мм h =2,5 мм h =1.2 мм h =42.6 мм h =1 мм b =1,5 мм b =7,5 мм k

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания

=

где

Ом

Относительное значение

1.7. Расчет потерь

Основные потери в стали

где p _1,0/50 =2,2 Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц ,k _ДА и k _{Д Z} – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода и технологических факторов k _ДА =1,6 и k _{Д Z} =1,8 ,масса стали ярма статора

= кг

где γ_С =7800 кг/м³ – удельная масса стали

масса стали зубцов статора

= кг

где м;

Вт

поверхностные потери в роторе

=Вт

где удельные поверхностные потери ротора определяются как

где k ₀₂ =1,8 – коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности зубцов ротора, n ₁ =1000 об/мин – синхронная частота вращения двигателя, В₀₂ =β₀₂ ∙ k_δ ∙ B_δ =0,28 Тл – амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, β₀₂ =0,33

Вт/м²

Пульсационные потери в зубцах ротора

=Вт

где амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов

=Тл

где γ₁ =9,3

масса зубцов ротора

=81*0,02*3,75*10*0,18*0,97*7800=8,2 кг

Сумма добавочных потерь в стали

=25,6+37,8=63,4 Вт

Полные потери в стали

=143+63,4=206,4 Вт

Механические потери

Вт

Вт

Выбираем щётки МГ64 для которых Па, А/см

м/с, В,

Площадь щёток на одно кольцо.

см

Принимаем 12,5 6,3 число щёток на одно кольцо.

Уточняем плотность тока под щёткой.

А/см

Принимаем диаметр кольца D 0,34 тогда линейная скорость кольца

м/с

Холостой ход.

=3*6*0,64=69,12 Вт

ток холостого хода двигателя

= А

где активная составляющая тока холостого хода

=А

Коэффициент мощности при холостом ходе

=

= Ом

=Ом

Комплексный коэффициент рассчитываем по приближенной формуле,

=

Активная составляющая тока синхронного холостого хода

= А

Р=10 кВт; U =220/380 . В; 2р=6; Ом; Ом;

Вт; А; А;

; а`=1,04; а=0,65; b =1,115, b `=0

Далее производим расчет s =0,005 ; 0,01 ; 0,015 ; 0,02 ; 0,025; 0,03 при Р₂ =10 кВт определяем номинальное скольжение s _Н =0,017

Расчет рабочих характеристик

Расчётные формулы	Ед.	Скольжение s
		0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	Sн= 0,017
1.a`r`2/s	Ом	33,3	16,6	11,1	8,32	6,6	5,5	9,78
2. R=a+a`r`2/s	Ом	33,9	17,3	11,7	8,9	7,3	6,2	10,43
3. X=b+b`r`2/s	Ом	1,115	1,115	1,115	1,115	1,115	1,115	1,115
4.	Ом	33,95	17,32	11,79	9,03	7,4	6,3	10,5
5. I2``=U1/Z	А	6,5	12,7	18,6	24,34	29,7	34,9	20,9
6. cosf`2=R/Z	—	0,99	0,98	0,96	0,92	0,89	0,84	0,94
7. sinf`2=X/Z	—	0,033	0,064	0,095	0,123	0,151	0,177	0,106
8.I1a=I0a+ I2`` cosf`2	А	6,8	13	18,8	24,5	19,74	34,7	21,15
9.I1р=I0р+ I2`` sinf`2	А	6,21	6,8	7,76	9,002	10,5	12,2	8,2
10.	А	9,2	14,6	20,42	26,07	31,5	36,7	22,7
11. I`2=c1I2``	А	6,61	12,9	19,02	24,8	30,4	35,6	21,3
12. Р1= 3U1н×I1a	кВт	4,5	8,5	12,4	16,1	19,6	22,9	13,8
13.	кВт	0,162	0,413	0,8	1,3	1,9	2,5	0,419
14.	кВт	3,17	6,2	9,13	11,9	14,5	17,1	10,3
15. Pдоб=0,005P1	кВт	0,022	0,042	0,062	0,08	0,098	0,11	0,069
16. åP=Pст+Pмех+ +Pэ1+Pэ2+Pдоб	кВт	4,81	7,5	11,65	16,91	23,16	30,23	13,63
17. Р2= Р1-åP	кВт	4	7,8	8,3	14,4	17,3	19,9	9,6
18. h=1-åP/P1	—	0,89	0,91	0,9	0,89	0,88	0,86	0,97
19. cosf=I1a/I1	—	0,738	0,885	0,925	0,939	0,94	0,94	0,93
20.	кВт	4,36	8,55	12,55	16,38	20,04	23,5	14,1

Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором ( P _2ном =10 кВт; 2р=6; U _ном =220/380 В; I _1н =23,6 А; cos ( f )=0,93; h _ном =970; S _ном =0,017 )

Для расчёта максимального момента определяем критическое скольжение:

Ом

Ом

А

5. Список литературы

1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин.

2. Монюшко Н.Д. Вентиляционные и тепловые расчеты в электрических машинах. Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию.

3. Вольдек А.И. Электромашины.