Реферат: Электромагнитный расчет

1.  Электромагнитный расчет

 

1.1. Выбор главных размеров

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

Полюсное деление

τ=π•D/(2p)

где 2p=6, число пар полюсов; тогда

τ

Расчетная мощность

 

где P2 =10 кВт - номинальная мощность на валу, η=0,845 - КПД , cosφ=0.76 - коэффициент мощности, kE=0.965 – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению Uн=220/380 В;  тогда получим

 кВ*А

Электромагнитные нагрузки предварительно примем A=31∙103 А/м и Bδ=0,79. kоб1=0,92.

Расчетная длинна магнитопровода

где kB=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 и lδ служит λ=lδ/τ.

λ=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 tZ1 : tZ1max=0,012 м. и tZ1min=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 I1н - номинальный ток обмотки статора

 

  А

тогда получим

так как a=2 то uп=а∙u`п=2*14=28; принимаем uп=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 Вδ 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 nэл=1, тогда cечение проводника

qэл=qэф/ nэл=2/1=2 мм2.

Принимаем провод круглого сечения ПЭТ:

b=7,5 мм; а=1,12 мм; qэл=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 Ba=1,55 Тл. Тогда минимальную ширину зубца определим как

 

где lСТ1=lδ - длинна пакета статора,kс1=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 kδ- коэффициент воздушного зазора  

где

    

где

 А

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора с изменяющейся площадью поперечного сечения зубца

 А

где hZ1=hП1=0,0198 м – высота зубца статора, HZ1 – 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 hZ2=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 La – длина средней магнитной силовой линии в ярме статора

 

где ha – высота ярма статора

м

м

определим индукцию в ярме статора

 

где h`a=ha=30 мм, при отсутствии радиальных каналов, тогда

 Тл

тогда Ha=279А/м  получим

 А

Магнитное напряжение ярма ротора

0,045*68=3,06А

где Lj – длинна средней магнитной силовой линии в ярме ротора

= м

где hj – высота ярма ротора

=м

Определим индукцию в ярме ротора

=Тл

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

                 

Hj=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 kR=1 – коэффициент влияния эффекта вытеснения тока, ρ5=10-6/41 Ом∙м – удельное сопротивление меди при to=115 С, L1 – длинна проводников фазы обмотки

=0,832*126=104,8 м

где lср1=2(lп1+lл1)=2(0,18+0,236)=0,832 м;

lп1=l1=0,18 м;

lл1=Кл∙bкт+2∙В+hп1 =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=lδ=0,14 м расчетная длинна статора, коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания

 

где h2=35м, h1 =0.5, hK=3мм, h0=1,1м; k`β=0,875kβ=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 p1,0/50=2,2 Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц , kДА и kДZ – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода и технологических факторов kДА=1,6 и kДZ=1,8,масса стали ярма статора

= кг

где γС=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=β02∙kδ∙Bδ=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 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 sН=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 (P2ном=10 кВт; 2р=6; Uном=220/380 В; I1н=23,6 А; cos(f)=0,93; hном=970; Sном=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.