Электромагнитный расчет

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

ф=р*D/(2p)

где 2p=6, число пар полюсов; тогда

ф

Расчетная мощность

где P₂ =10 кВт — номинальная мощность на валу, з=0,845 — КПД, cosц=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_д=0,79. k_об1=0,92.

Расчетная длинна магнитопровода где k_B=1,11 — коэффициент формы поля, Щ=2?р?ѓ/p — синхронная угловая скорость двигателя ?=50 Гц — частота питания, тогда Щ=2?3,14?50/3=104,7 рад/с.

м;

Критерием правильности выбора главных размеров D и l_д служит л=l_д/ф.

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

1.2. Определение Z₁, W₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Z₁ — число пазов на статоре, w₁ — число витков в фазе. Предельные значения зубцового деления статора t_Z1: t_Z1max=0, 012 м. и t_Z1min=0,01 м. Определим число пазов статора

=51

Принимаем Z₁=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 где I_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_д находятся в допустимых пределах

Плотность тока в обмотке статора где AJ₁=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_д — длинна пакета статора,k_с1=0,97.

мм определим высоту спинки ярма мм Припуски по ширине и высоте паза: =0,2мм =0,2мм 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_д— коэффициент воздушного зазора

где

где

А Магнитное напряжение зубцовой зоны статора с изменяющейся площадью поперечного сечения зубца

А

где h_Z1=h_П1=0, 0198 м — высота зубца статора, H_Z1 — 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_Z2=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=629,36А

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, с₅=10^-6/41 Ом•м — удельное сопротивление меди при t^o=115 С, L₁ — 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=l₁=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 в — укорочение шага обмотки статора в=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`_д=l_д=0,14 м расчетная длинна статора, коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания

где h₂=35м, h₁ =0.5, h_K=3мм, h₀=1, 1м; k`_в=0,875k_в=0,906

коэффициент магнитной проводимости лобового рассеивания

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания

=

где

0,025

Ом Относительное значение

=

Индуктивное сопротивление обмотки ротора.

где h₀=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_ДZ — коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода и технологических факторов k_ДА=1,6 и k_ДZ=1,8, масса стали ярма статора

= кг где г_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 k₀₂=1,8 — коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности зубцов ротора, n₁=1000 об/мин — синхронная частота вращения двигателя, В₀₂=в₀₂•k_д•B_д=0,28 Тл — амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, в₀₂=0,33

Вт/м²

Пульсационные потери в зубцах ротора

=Вт

где амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов

=Тл

где г₁=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 D0,34 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

Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором (P_2ном=10 кВт; 2р=6; U_ном=220/380 В; I_1н=23,6 А; cos()=0,93; _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.