Определение геометрических размеров катушек, массы обмоточного провода и расчет электрического сопротивления одной фазы обмотки постоянному току в холодном состоянии

2.3.4.1.Средняя ширина катушек, м

(2.35)

2.3.4.2.Длина лобовой части обмотки статора, м

(2.36)

где и 0,03 - опытные коэффициенты, учитывающие увеличение лобовой части витка в зависимости от числа полюсов электродвигателя и способа намотки обмотки.

Значения опытного коэффициента для всыпных обмоток приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. - Значения коэффициента

Число полюсов, 2р
Коэффициент,	1,2	1,3	1,4	1,5

2.3.4.3.Средняя длина полувитка обмотки, м

(2.37)

2.3.4.4.Масса меди обмотки статора без изоляции, кг

(2.38)

где 8,9 - удельный вес меди, т/м³.

2.3.4.5.Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом

(2.39)

где р - удельное сопротивление меди, р = 17,5 ∙ 10^-9 (Ом ∙ м).

 

Расчет электрических параметров электродвигателя

2.4.1. Фазный ток двигателя, А

(2.40)

где j - плотность тока в А/м². Значения допустимой плотности тока приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. - Значения допустимой плотности тока асинхронных электродвигателей

Высота оси вращения h, м	0,056...0,160	0,180...0,225	0,250
Плотность тока j, А/м2	(6,0...9,0)106	(5,0...7,0)106	(4,0...6,0)106

Большие значения допустимой плотности тока соответствует машинам меньших габаритов.

2.4.2. Линейная нагрузка электродвигателя, А/м

(2.41)

Полученное значение линейной нагрузки сравнивается с рекомендуемым (приложение 6).

Если полученные значения линейной нагрузки отличаются от рекомендуемых более чем на 15 %, то необходимо изменить плотность тока в обмотке статора и уточнить коэффициент заполнения паза.

2.4.3.Полная мощность электродвигателя, кВА

(2.42)

2.4.4.Ориентировочная мощность на валу, кВт

(2.43)

где и cos - номинальные значения коэффициентов полезного действия и мощности, определяемые по таблице приложения 7.

По ориентировочной мощности выбирают значение стандартной мощности из шкалы мощностей: 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11,0;15,0; 18,5; 22,0; 30,0; 37,0; 45,0; 55,0; 75,0; 90,0; 110,0 кВт.

При выборе стандартного значения необходимо брать его равным или ближайшим меньшим расчетному Р.

 

Расчет магнитной цепи

 

Магнитная система двигателя - разветвленная симметричная магнитная цепь, состоящая из 2р полюсов. Расчет магнитной цепи ведут по расчетному участку из одной пары полюсов.

Задача расчета - проверка правильности выбора эффективного числа витков, магнитной индукции на различных участках магнитной цепи.

В магнитной цепи двигателя (рисунок 4) с точки зрения магнитного сопротивления действуют следующие магнитодвижущие силы (магнитные напряжения):

F_a - магнитодвижущая сила спинки статора;

F_z1 - магнитодвижущая сила зубцов статора;

- магнитодвижущая сила воздушного зазора,

- магнитодвижущая сила зубцов ротора;

F_p - магнитодвижущая сила спинки ротора.

Рисунок 4 - Пять частей магнитной цепи асинхронной машины

2.5.1.Уточненное значение потока по принятому числу витков,

(2.44)

2.5.2. Магнитная индукция в зазоре, Тл

(2.45)

2.5.3. Магнитодвижущая сила в воздушном зазоре, А

(2.46)

где - односторонний воздушный зазор, м,

(2.47)

- коэффициент воздушного зазора. Учитывает влияние зубчатости статора и ротора на магнитное сопротивление воздушного зазора,

(2.48)

где - зубцовое деление статора:

(2.49)

- зубцовое деление ротора,

(2.50)

2.5.4. Магнитодвижущая сила в зубцах статора, А

(2.51)

где - напряженность поля. Определяется по значению индукции в зубцах по таблице приложения 9.

2.5.5. Магнитодвижущая сила в зубцах ротора, А

(2.52)

где определяется по таблице приложения 9.

2.5.6. Магнитодвижущая сила в спинке статора, А

(2.53)

где L_a - длина средней магнитной силовой линии потока в спинке статора, м,

(2.54)

где определяется по значению В_а по приложению 8.

2.5.7. Магнитодвижущая сила в спинке ротора, А

(2.55)

где - длина средней магнитной силовой линии потока в спинке ротора, м,

(2.56)

где определяется по значению по приложению 8.

2.5.8. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины на пару полюсов, А

(2.57)

2.5.9. Намагничивающий ток, А

(2.58)

2.5.10. Относительное значение намагничивающего тока

(2.59)

Относительное значение служит критерием правильности выбора электромагнитных нагрузок и расчета обмоточных данных. Полученное значение сравнивается с допустимыми (Приложение 10).

Если относительное значение намагничивающего тока окажется выше рекомендованных, то выбор электромагнитных нагрузок и расчет обмоточных данных произведен с ошибками.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. - М.: Энергоиздат, 1982.

2. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для ВУЗов/И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980.

3. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических двигателей: Учебное пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Винников И.М. Технология и расчеты при ремонте двигателей переменного тока. - М: Энергия, 1970.

5. Ванурин В.И. Обмотки асинхронных электродвигателей. - М.: Колос, 1978.

6. Технология монтажа и ремонта электрооборудования: Методические указания по изучению дисциплины / Всесоюзн. с.-х. ин-т заоч. образования; Составил В.Г. Прищеп. - М., 1989.

7. Эксплуатация и ремонт электрооборудования: Методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной и курсовой работ / Всесоюзн. с.-х. ин-т заоч. образования; Л.П. Шичков, И.С. Мишин, В.А. Ананьев. - М., 1980.

8. Расчет асинхронного электродвигателя при ремонте по известным размерам магнитопровода: Методические указания по выполнению курсовой работы; Сост. С.П. Кохановский, Н.Т. Лут, В.А. Наливайко. - Киев, 1988.

9. Справочник энергетика строительной организации. В 2т. Т.1. Электроснабжение строительства / В.Г. Сенчев. А.К. Азаров, B.C. Аушев и др.; Под ред. В.Г. Сенчева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991.

10. Антонов М. В. Ремонт низковольтных электрических машин. - М.: Высшая школа, 1988.

11.Г.П. Ерошенко. Дипломное и курсовое проектирование электроремонтных предприятий: Методические указания для студентов ФЭСХ. - Саратов, 1979.

12.Ерошенко Г.П., Пястолов А.А. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации электрооборудования. - М.: Агропромиздат, 1988.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Соотношения внешних диаметров статоров (D_a) и высот оси вращения (h) электродвигателей основного исполнения серии 4А.

Da,м	0,089	0,100	0,116	0,131	0,149	0,168	0,191	0,225	0,272	0,313	0,349	0,392	0,437
h, м	0,056	0,063	0,071	0,080	0,090	0,100	0,112	0,132	0,160	0,180	0,200	0,225	0,250

Приложение 2

Максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре асинхронных двигателей серии 4А со степенью защиты IP 44.

 

а) б)

а) при высоте оси вращения h<132 мм б) при высоте оси вращения h=160...250мм

 

Приложение 3

Допустимые значения магнитной индукции на различных участках магнитной цепи.

Участки магнитной цепи	Обозначение	Величина магнитной индукции, Тл
Воздушный зазор	Вd	0,3...0,9
Зубцы статора	Bz1	1,3...2,1
Спинка статора	Ва	1,1...1,6
Зубцы ротора	Bz2	1,1...1,95
Спинка ротора	Вp	0,85...1,55

 

 

Таблица 4.1 - Выбор оптимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре

Вd., Тл	0,85 Вd табл..	0,90 Вd табл..	0,95 Вd табл..	1 Вd табл..	1,05 Вd табл..	1,1 Вd табл..	1,15 Вd табл..
Bz1, Тл
Ва, Тл

Полученные значения B_z1, B_a сравнить с допустимыми значениями, приведенными в таблице 4.2. и выбрать оптимальный вариант магнитной индукции в воздушном зазоре.

Таблица 4.2 - Ориентировочные значения индукций в сердечниках статоров электродвигателей серии 4А

Число полюсов обмотки	Значения индукции Bz1 / Ва при высоте оси вращения, м
0,056	0,063	0,071	0,080	0,090	0,100	0,112	0,132	0,160	0,180	0,200	0,250
2р=2	1,8	1,7	1,8	1,85	1,95	1,95	2,05	1,85	1,95	1,95	2,00	1,75
1,4	1,4	1,5	1,7	1,55	1,6	1,7	1,65	1,95	1,55	1,7	1,4
2р=4	1,8	1,8	1,95	1,95	1,95	1,8	1,9	1,85	1,9	1,9	1,9	1,8
1,6	1,55	1,6	1,6	1,6	1,6	1,6	1,65	1,7	1,6	1,6	1,5
2р=6		1,8	1,9	1,8	1,8	1,75	1,95	1,9	1,55	1,7	1,8	1,85
	1,45	1,6	1,55	1,5	1,4	1,55	1,5	1,45	1,65	1,45	1,55
2р=8			1,9	1,7	1,75	1,75	1,85	1,9	1,8	1,8	1,9	2,0
		1,15	1,1	1,1	1,1	1,4	1,3	1,25	1,3	1,2	1,3

 

Приложение 5

Площади поперечного сечения и диаметры круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ – 155

Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м2	Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м	Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м	Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м	Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м	Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м
gг	dг	duз	gг	dг	duз
				5
0,00502	0,08	0,10	0,221	0,53	0,585
0,00636	0,09	0,11	0,246	0,56	0,615
0,00785	0,10	0,122	0,283	0,60	0,655
0,00985	0,112	0,134	0,312	0,63	0,69
0,01227	0,125	0,147	0,353	0,67	0,73
0,01368	0,132	0,154	0,396	0,71	0,77
0,01539	0,14	0,162	0,442	0,75	0,815
0,01767	0,15	0,18	0,503	0,80	0,865
0,0201	0,16	0,19	0,567	0,85	0,915
0,0227	0,17	0,20	0,636	0,90	0,965
0,0255	0,18	0,21	0,709	0,95	1,015
0,0284	0,19	0,22	0,785	1,00	1,08
0,0314	0,20	0,23	0,883	1,06	1,14
0,0353	0,212	0,242	0,985	1,12	1,20

Площади поперечного сечения и диаметры круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ – 155 (продолжение)

Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м2	Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м	Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м	Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м	Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м	Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м
gг	dг	duз	gг	dг	duз
				5
0,0394	0,224	0,259	1,094	1,18	1,26
0,0437	0,236	0,271	1,227	1,25	1,33
0,0491	0,25	0,285	1,368	1,32	1,405
0,0552	0,265	0,300	1,539	1,40	1,485
0,0616	0,28	0,315	1,767	1,50	1,585
0,0707	0,30	0,335	2,011	1,60	1,685
0,0779	0,315	0,350	2,27	1,70	1,785
0,0881	0,335	0,370	2,54	1,80	1,895
0,099	0,355	0,395	2,83	1,90	1,995
0,1104	0,375	0,415	3,14	2,00	2,095
0,1257	0,40	0,44	3,53	2,12	2 22
0,1419	0,425	0,465	3,94	2,24	2,34
0,1590	0,45	0,49	4,36	2,36	2,46
0,1772	0,475	0,515	4,91	2,50	2,60
0,1963	0,50	0,545

 

Приложение 6

Линейная нагрузка асинхронных двигателей серии 4А со степенью защиты IP 44

а) б)

а) при высоте оси вращения h<132 мм; б) при высоте оси вращения h =160...250 мм.

Приложение 8

Кривая намагничивания для спинки асинхронных двигателей. Сталь 2013

В, Тл		0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
	Н, м
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0

 

Приложение 7

Значения КПД и коэффициента мощности для асинхронных двигателей основного исполнения серии 4А

Полная мощность S, кВт	Высота оси вращения, h, м	Число полюсов
КПД, %	Коэффициент мощности, cosj
0,2...0,3	0,050	61,5	52,5			0,70	0,60
0,35…0,5	0,056	67,0	63,5			0,76	0,65
0,5...0,9	0,063	71,5	68,0	57,5		0,86	0,67	0,62
0,7…1,7	0,071	77,0	71,0	66,0	56,0	0,87	0,71	0,70	0,65
0,9...3,0	0,080	82,0	76,0	72,0	63,0	0,86	0,82	0,74	0,65
1,8...4,0	0,090	84,5	80,0	75,0	69,0	0,88	0,83	0,74	0,65
3,0...7,0	0,100	87,0	83,0	81,0	74,0	0,90	0,83	0,73	0,65
4,0…10,0	0,112	87,5	85,5	81,5	78,0	0,88	0,85	0,78	0,72
7,0…14,5	0,132	88,0	87,5	85,0	83,0	0,90	0,86	0,80	0,72
11,5...24,0	0,160	88,0	89,0	87,0	86,5	0,92	0,88	0,86	0,75
21,0...38,0	0,180	90,0	90,5	88,0	87,0	0,91	0,90	0,87	0,82
25,0...55,0	0,200	90,0	91,0	90,0	88,5	0,89	0,90	0,90	0,84
40,0...66,0	0,225	91,0	92,5	91,0	90,5	0,92	0,90	0,89	0,81
50,0...110	0,250	92,0	93,0	91,5	90,5	0,89	0,90	0,89	0,84

 

Приложение 9

Кривая намагничивания для зубцов асинхронных двигателей. Сталь 2013

В, Тл		0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
Н, А/м
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2,0
2,1
2,2
2,3

 

Приложение 10

Предельно допустимые относительные значения тока намагничивания электродвигателей

Номинальная мощность двигателя, кВт	Относительное значение тока намагничивания при числе полюсов
0,1...0,5	0,60	0,75	0,85	0,90
0,51...1,0	0,50	0,70	0,75	0,80
1,1…5,0	0,45	0,65	0,70	0,75
5,1...10,0	0,40	0,60	0,65	0,70
10,1...25,0	0,30	0,55	0,60	0,65
25,1...50,0	0,20	0,50	0,55	0,60
50,1...100,0		0,40	0,45	0,50