Расчет обмотки статора

Определяем магнитный поток машины:

 м;

 Вб;

Находим предварительно число последовательно соединенных витков фазы статора:

Задаемся числом пазов на полюс и фазу

Предварительное значение числа последовательно соединенных проводников в пазу:

Округляем до ближайшего целого четного числа

Окончательное число последовательно соединенных витков фазы статора

Для полученного значения  определяем значение магнитного потока:

 Вб.

Линейная нагрузка для

Машинная постоянная Арнольда:

Для диаметра расточки статора  окончательно определим значения:

Длина статора :    см;

Конструктивная длина статора:  см;

Аксиальная длина чистой стали статора: 

Определяем внешний диаметр магнитопровода статора по формуле:

 см;

Найдем ближайший меньший нормализованный диаметр статора: 

Установим вид паза – прямоугольный. Задаемся высотой паза

Находим высоту сердечника статора:

сечение сердечника статора:

Определяем магнитную индукцию в сердечнике статора:

  Соблюдено условие

Выбор воздушного зазора

Для машин с мощностью

Диаметр ротора:

Определяем число пазов статора:

Расчетное значение провода статорной обмотки:

Пусть

 - округляем до ближайшего стандартного значения

Выбираем размеры:

высота  - для прямоугольной меди;

Для проверки правильности расчетов определим коэффициент заполнения паза:

 - площадь сечения паза,

при прямоугольном пазе

В качестве обмотки статора применим двухслойную укороченную обмотку.

Определяем элементы обмотки:

шаг секции по пазам:

шаг по пазам между началами фаз k=0,1,2,3…

k=2

полюсное деление в шагах по пазам:

коэффициент распределения обмотки:

коэффициент укорочения обмотки:

Обмоточный коэффициент:

Расчет обмотки ротора

Число пазов ротора выбираем в определенной зависимости от числа пазов статора

Определяем ток фазы ротора, т.е ток стержня:

Для обмотки типа “беличья клетка”:

 А;

Сечение стержня ротора:

   - плотность тока в медных стержнях;

Ток в короткозамыкающем кольце:

Сечение короткозамыкающего кольца:

Размеры короткозамыкающего кольца:

Расчет магнитной цепи

Зубцовый шаг на расточке статора:

Ширина зубца статора на расточке:

 - ширина щели прямоугольного паза статора;

МДС зубцового слоя статора:

 - расчетная высота зубца в радиальном направлении;

 - расчетная напряженность поля;

Для прямоугольных пазов принимается:

Зубцовый шаг статора на 1/3 высоты:

 Ширина зубца статора на 1/3 высоты зубца:

Напряженность  определим по кривым намагничивания стали, зная величину индукции в этом сечении:

МДС зубцового слоя статора:

МДС сердечника статора:

  где  - напряженность магнитного поля в сердечнике статора, определяемая по кривым намагничивания на основе полученного ранее значения магнитной индукции

 - средняя длина магнитной цепи статора:

МДС зубцового слоя ротора:

Зубцовые шаги ротора по трем сечениям:

Ширина зубца ротора по трем сечениям:

Ширина зубца ротора на расточке:

Магнитная индукция в зубцах ротора по трем сечениям:

Магнитная индукция в зубцах не должна превышать 1,9 Тл.

По кривым намагничивания на основании рассчитанных индукций находятся напряженности магнитного поля по трем сечениям зубца:

Средняя напряженность магнитного поля в зубцах ротора:

Сечение сердечника ротора:

Высота сердечника ротора:

МДС сердечника ротора:

 определяется по кривой намагничивания, задавшись магнитной индукцией в сердечнике ротора:     

МДС воздушного зазора:

полная МДС магнитной цепи на пару полюсов:

Коэффициент насыщения двигателя:

Определение сопротивлений обмоток двигателя

Определение активных сопротивлений

Активное сопротивление фазы статорной обмотки при 75

Омическое сопротивление одной фазы при 15

 - расчетное значение провода статорной обмотки;

      - длина лобовой части,  

 Ом;

 Ом;

Активное сопротивление стержня при 75

Удельное сопротивление для медных стержней

Активное сопротивление двух колец, приведенное к сопротивлению стержня:

 - удельное сопротивление кольца;

 Ом;

Активное сопротивление ротора

Приведенное к статору активное сопротивление обмотки ротора:

Определение индуктивных сопротивлений

Индуктивное сопротивление обмотки статора

Пазовая магнитная проводимость открытого паза:

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния для открытого паза:

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей:

Полная магнитная проводимость рассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки типа “беличья клетка”:

Пазовая магнитная проводимость для круглого стержня:

Магнитная проводимость дифференциального рассеяния:

Магнитная проводимость рассеяния лобовых частей при кольцах, прилегающих к стали ротора:

 - соответственно толщина и ширина сечения короткозамыкающего кольца.

Полная магнитная проводимость рассеяния ротора:

Приведенное к статору индуктивное сопротивление ротора:

2. Расчет параметров и характеристик двигателя.

Ток холостого хода

Фазная индуктивная составляющая тока холостого хода:

Потери в стали статора состоят из потерь в сердечнике статора и зубцах:

Для электротехнической стали Э11 с толщиной листов 0,5 мм удельные потери

Масса сердечника статора:

 - плотность электротехнической стали.

Масса зубцов статора:

Поверхностные потери статора, Вт:²:

Поверхностные потери ротора, Вт:

²:

Суммарные поверхностные потери:

Пульсационные потери в статоре, Вт:

Пульсационные потери в роторе:

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубца ротора:

 Тл, где

Масса зубцов ротора:

Суммарные пульсационные потери:

Механические потери:

Ориентировочно механические потери

Электрические потери в обмотке статора при холостом ходе:

Намагничивающий ток:

Суммарные потери в асинхронном двигателе при холостом ходе:

Активная составляющая тока холостого хода:

Ток холостого хода (фазный):

Кратность тока холостого хода:

Коэффициент мощности при холостом ходе:

Пусковые характеристики:

Индуктивное сопротивление холостого хода:

Комплексный коэффициент:

Параметры короткого замыкания:

активное сопротивление:

индуктивное сопротивление:

полное сопротивление:

Приведенный ток короткого замыкания ротора:

Ток короткого замыкания статора 

Коэффициент мощности при коротком замыкании:

Кратность тока короткого замыкания должна составлять:

Кратность пускового вращающего момента:

Номинальное скольжение:

Для судовых двигателей начальный (пусковой) момент должен быть не ниже 0,9 номинального момента:

3.Тепловой расчет

Удельные тепловые нагрузки в статоре:

от потерь в стали

от потерь в меди статора:

от изоляции:

 - периметр паза статора.

Превышение температуры над входящим воздухом:

а) стали статора:

 - окружная скорость вентилятора.

б) лобовых частей обмотки:

в) в изоляции статорной обмотки:

Среднее превышение температуры статорной обмотки:

Превышение температуры обмоток асинхронных двигателей морского исполнения не должно быть более: 75  для класса изоляции В.

Расчет рабочих характеристик двигателя:

При расчете будем применять аналитический метод. Задаемся 6-ю значениями скольжения S в пределах номинального скольжения (0,2…1,3)

Само номинальное скольжение:

В таблице:  - реактивная составляющая тока статора;  - электрические потери в статоре;  - электрические потери в роторе;  - суммарные потери в стали;  - активная мощность при номинальной нагрузке;  - комплексный коэффициент;  - фазное напряжение.

Максимальный момент:

Критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту:

Участок зависимости  рассчитаем по формуле Клосса:

Для построения графика зависимости  расчеты удобно свести в таблицу: