Курсовая работа: Разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Магнитное напряжение воздушного зазора определяется по формуле:

(62)

где - коэффициент воздушного зазора; - магнитная постоянная.

Коэффициент воздушного зазора рассчитывается по следующей формуле:

(63)

(64)

где - зубцовое деление статора;- ширина шлица паза статора.

Для статора =14·10-3 м, =4·10-3 м,d=0,7·10-3 м.

Далее рассматривается магнитное напряжение зубцовой зоны статора. Для зубцов с параллельными гранями (трапециидальные пазы):

, (65)

(66)

(67)

По таблице 8.15 [1, c. 299] расчетная высота паза hZ1=hп=33·10-3 м.

Индукция в зубце, Тл:

(68)

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора, А:

(69)

После расчёта магнитной цепи статора рассчитывается магнитная цепь ротора. Общая формула для расчета магнитного напряжения ротора, А:

(70)

где - расчётная высота зубца, м; - расчётная напряжённость в зубце, А/м.

Для короткозамкнутого ротора с закрытыми пазами

=-0,1=28-0,1·5.86=27 мм. (71)

Индукция в зубце, Тл:

(72)

Пусть действительная индукция =1,85 Тл, соответствующая ей напряжённость =3330 А/м (таблица П – 17, [2, c. 330]). Полученные данные нужно подставить в следующие уравнения:

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора, А:

(73)

Коэффициент насыщения зубцовой зоны рассчитываем по формуле 8.115 [1, c.328]:

(74)

На следующем этапе рассматривается магнитное напряжение ярма статора по формуле 8.116 [1, c.329]:

(75)

где - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м; - напряжённость поля при индукции по кривой намагничивания стали ярма, А/м.

Индукция в ярме статора, определяется по следующей формуле, Тл:

(76)

где - расчётная высота ярма статора, м.

При отсутствии аксиальных вентиляционных каналов в статоре:

(77)

Длина средней магнитной силовой линии в ярме статора:

(78)

По таблице П – 16 [2, c. 460] для =1.1 Тл для стали 2212 =332 А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора, А по формуле 8.121 [1, c.329]:

(79)

где - напряжённость поля в ярме при индукции по кривой намагничивания;- длинна силовой линии в ярме, м.

Для двигателей с непосредственной посадкой ротора на вал (Dj=DB) без вентиляционных аксиальных каналов по формуле 8.123 [1, c.330]:

(80)

Индукция в ярме ротора по формуле 8.122 [1, c.329]:

Для =0.44 Тл, =108 А/м.

Длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора, м:

(81)

. (82)

Суммарное магнитное напряжение на пазу полюсов по формуле 8.128 [1, c.330]:

(83)

Коэффициент насыщения магнитной цепи по формуле 8.129 [1, c.330]:

(84)

3.2 Расчёт намагничивающего тока

Намагничивающий ток по формуле 8.130 [1, c.331]:

(85)

Относительное значение намагничивающего тока определяется по формуле 8.131 [1, c.331]:

(86)

- находится в допустимых пределах

На следующем этапе рассчитываются параметры асинхронной машины для номинального режима.

3.3 Параметры рабочего режима

Для номинального режима АД активное сопротивление обмотки статора определяется по формуле 8.132 [1, c.332]:

(87)

где – общая длинна эффективных проводников фазы обмотки, м; - площадь поперечного сечения эффективного проводника, м2; – удельное сопротивление материала обмотки при расчётной температуре,Ом·м; -коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока.

Значение для номинальных режимов принимается равным единице. Для класса изоляции F =(1/41)·10-6 Ом·м.

Общая длина проводников фазы обмотки определяется по формуле:

(88)

где - средняя длина витка обмотки статора, м; - число витков фазы.

Средняя длинна витка есть сумма прямолинейных пазовых и изогнутых лобовых частей катушки:

(89)

Длина пазовой части равна конструктивной длине сердечника, для всыпной обмотки статора длина лобовой части равна:

(90)

Вылет лобовых частей, м:

(91)

где - средняя ширина катушки, м, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов; B - длины вылета прямолинейной части катушек из паза, м.

, (92)

где - относительное укорочение шага обмотки статора. , – коэффициенты в зависимости от числа полюсов машины и наличия изоляции в лобовых частях (таблица 8.21[1, с.334]).

Для машин, обмотки которых укладываются после запрессовки сердечника в корпус, вылет прямолинейной части B=0,01 м. Из таблицы 8.21 [1, с. 334] =1,9, =0,72.

(м),

(м).

Активное сопротивление фазы статора:

(Ом).

Относительное значение:

(93)

Далее рассчитывается активное сопротивление фазы ротора, Ом:

(94)

где -сопротивление стержня; - сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями.

Сопротивление стержня:

(95)

Сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями:

. (96)

Для дальнейших расчётов должно быть приведено к числу витков первичной обмотки:

. (97)

( Ом).

Относительное значение сопротивления:

(98)

Далее рассчитываются индуктивные сопротивления, обмоток статора и ротора двигателя.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

(99)

где - расчётная длина магнитопровода, м; - коэффициенты магнитной проводимости пазового, лобового и дифференциального рассеяния соответственно.

При отсутствии вентиляционных каналов = , ==1, =0.024.

Коэффициент рассчитывается для двухслойной обмотки в трапециидальном пазу.

(100)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

(101)

Коэффициенты магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

(102)

(103)

Из рисунка 8.51 [1, c. 340] =0,9 =1.

Относительное значение:

(104)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по 8.177 [1, c.343]:

(105)

где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора; - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора; - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора.

(106)

так как режим номинальный.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

(107)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния для ротора с литыми обмотками при замыкающих кольцах, прилегающих к торцам сердечника ротора:

(108)

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

(109)

Приводим к числу витков статора по формуле:

(110)

Относительное значение:

(111)

На следующем этапе проектирования рассчитываются потери и КПД.

3.4 Расчет потерь

Основные потери в стали определяются по формуле:

(112)

где - удельные потери, Вт/кг; b - показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания, b=1,5;,- коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали, неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов;,- масса стали ярма и зубьев статора, кг. Для стали 2312 по таблице 8.26 [1, c. 348] принимается =1,3 Вт/кг. Для машины мощностью менее 250 кВт =1,6 и =1,8.

(113)

(114)

где = - расчётная высота зубца статора, м; - удельная плотность стали, =7800 кг/м3.

Затем рассчитываются добавочные потери в стали.

Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора и ротора, Тл:

(115)

=0,16 из рисунка 8.53 [1, c.349].

По и частоте пульсаций индукции под зубцами, равной , определяются удельные поверхностные потери для ротора. Для проектируемого двигателя n=600 мин-1.