Расчет двигателя 4а250м4у3

Опрессованые статоры бандажируются на станках типа БС. Бандажирование производится лавсановым шнуром повышенной прочности, при этом игла проходит в просветы между катушками, делает петлю и затягивает ее. После бандажирования статор испытывают и посылают на пропитку.

Технологический процесс пропитки обмоток: электрических машин является неотъемлемой частью процесса изготовления электродвигателей. Применительно к современным электрическим машинам он должен обеспечивать:

цементацию проводников обмотки, предупреждающую вибрацию отдельных проводников и истирание изоляции;

повышение теплопередачи от проводников, лежащих в пазах, к сердечнику;

создание дополнительной защиты от увлажнения изоляции проводников и действия; агрессивных сред.

Эти условия удовлетворяются при использовании современных пропиточных составов основой которых являются главным образом синтетические смолы. Существуют различные способы введения пропиточного состава в обмотки. Выбор способа диктуется конструктивными особенностями пропитываемых изделий, применяемым пропиточным составом, характером производства изделий.

Основное преимущество составов без растворителей в том, что процесс их полимеризации протекает в течении 15-30 мин, в то время как полимеризация основы лаков с растворителями требует 8-10 ч. Поскольку лаки с растворителями содержат до 50 % (основы) смолы, а без растворителей – около 100%, заполнение обмоток смолой при применении последних в 2 раза больше, чем при пропитке лаками с растворителями, т.е. улучшается качество пропитки, увеличивается теплопроводность системы изоляции, повышается надежность обмотки. При пропитке лак подается регулируемой струйкой из сопла на лобовую часть обмотки, статор в этот момент медленно вращается, ось его наклонена в вертикальной плоскости. Лак растекается по проводникам лобовой части, затекает в паз. Статор при этом нагревается пропускаемым по обмотке током промышленной частоты, что способствует вначале процессу повышения жидкотекучести лака, уменьшению его вязкости, а затем – отверждению. После пропитки обмотку сушат. Чем выше температура сушки, тем быстрее удаляется влага из обмотки, однако нельзя превышать температуру, определяемую нагревостойкостью изоляции, во избежание ее ускоренного старения. Значительно скорее происходит сушка под вакуумом. Перед вакуумной сушкой обмотки прогревают при атмосферном давлении. После сушки обмотку подвергают контрольным испытаниям.

При испытаниях обмотка подвергается действию повышенных напряжений, токов, скоростей вращения. Обмотки контролируют и испытывают после изготовления элементов обмотки, после укладки обмотки в пазы, после сборки машины и в процессе эксплуатации.

После изготовления элементов обмотки их контролируют и испытывают, чтобы не допустить укладки в пазы заведомо негодных катушек. Уложив обмотку в пазы, выявляют ослабления и нарушения изоляции, происходящие в процессе укладки обмоток в пазы, так как это нельзя проверить в собранной машине. При испытаниях собранной машины проверяют надежность обмоток при повышенных скоростях вращения и под нагрузкой.

 

 

4. РАСЧЕТ НОВОЙ ОБМОТКИ  СТАТОРА

 

4.1. Установка параметров обмотки статора.

 

4.1.1   На основании выбранной схемы устанавливаем шаг обмотки статора

y = 7   удлинённый при 2p = 8.

q = 4   при 2p = 8

q = 8   при 2p = 4

4.1.2.   Определим среднюю длину витка обмотки статора (катушки всыпной обмотки статора).

Длина пазовой части    lп = ld = 200х10-3 м

Длина лобовой части lл  = Kлbкт + 2B = 1,5х 0,134 +2х0,01 = 0,221 м  (4.1)

Длина вылета лобовой части катушки lвыл = Квылbкт + B = 0,5 х 0,134 + 0,01= 0,077 м

Где: Kл = 1,5 (по справочнику, для лобовых  неизолированных  частей при 2p = 8)

               B = 0,01

            t = Z1/2p = 6

  b1 = y/ t = 7/ 6 = 1,17

 bкт = (p(D + hп)/2p) b1 = (3,14 x (0,264 + 0,028) / 8) x 1,17 = 0,134        (4.2) 

               D = 0,264 м

               hп = 0,028 м

lср = 2 х (lп + lл) = 2 х (0,2 + 0,221) = 0,842 м

4.1.3.  Определим обмоточные коэффициенты при 2p = 4 и  2p = 8, обмоточный коэффициент определим по формуле Kоб = KрKуKс

       Где: Kр = sin(a /2)/q sin(a/2q)   (4.3) 

               Kу = sin(py /2t)            Kс = 1              a = 2ppq/Z1 

При 2p = 4:  a = 120о

Kр = sin(120 / 2) /8 sin(120 / 2 х 8) = sin(60о)/8 sin(7,5о) = 0,829 (4.4) 

Kу = sin(180 х 7 / 2 х 12) = sin(52,5о) = 0,793    (4.5) 

Kс = 1

Kоб =0,829  х 0, 793 х 1 =0,657

При 2p = 8:

a = 120о

Kр = sin(120 / 2) / 4 sin(120 / 2 х 4) = sin(60о)/4 sin(15о) = 0,837  

Kу = sin(180 х 7 / 2 х 6) = sin(105о) = 0,966

Kс = 1

Kоб =0,837 х 0,966 х 1 =0,808

 

 

РАСЧЕТ ОБМОТОК СТАТОРА ПРИ 2P = 8

 

           При увеличении числа полюсов  асинхронного двигателя ток при  холостом ходе в процентном  отношении  к номинальному току  увеличивается. Для того что бы избежать чрезмерного повышения тока холостого хода и связанного с этим ухудшения технических данных целесообразно снизить индукцию в воздушном зазоре Bd примерно на 10% от расчетного для односкоростного двигателя.

Принимаем Bd = 0,6885 Тл

4.2.1.   Найдём число последовательных витков фазе при 2p = 8

kB = 1, 11

Uф = 220 В

kE = 0, 98

Kоб = 0.808

D = 0,264 м

ld = 0,2 м

w1 = p kE Uф/4 kB Bd Kоб f D ld = 4 х 0,98 х 220/4 x 1,11 x 0,6885 x 0,808 x 50 x 0,264 x 0,2  (4.6)

= 132

4.2.2.   Число эффективных проводников в пазу при а = 1.

u п = 2аmw1/Z1 = 2 x 1 x 3 x 132 / 48 = 16  (4.7)

4.2.3.   Определим диаметр изолированного провода.

Принимая коэффициент заполнения паза обмоткой kз = 0,72

nэл = 3

S`п = 221  х10-6 м2

dиз =     S`п kз/ u п nэл =      221 x 10-6  х  0,72 / 16 x  3    = 1,82 х 10-3 = 1,82 мм 

При марке провода ПЭТВ: dэл = 1,7 мм; qэл = 2,27 мм2; dиз = 1,785 мм; qэф = 3x 2,27  =

= 6, 81 мм2

4.2.4.   Найдём длину проводников фазы обмотки.

L1 = lсрw1 = 0,842  x132 = 111,144 м  (4.9)

4.2.5.   Найдем активное сопротивление фазы обмотки статора.

Для меди r115 = 10-6/41 Ом/м, при расчетной q = 115о для класса нагревостойкости изоляции F.

qэф = 3x 2,27 = 6, 81 мм2                  

r1 = r115(L1/ qэф а) = 0,398 Ом  (4.10)

 

 

4.2.6.   Определим плотность тока в фазе обмотки.

Из - за снижения скорости вращения при низших оборотах, ухудшаются

условия охлаждения  двигателя по этому целесообразно снизить значение

плотности тока в обмотке статора примерно на 15% от расчетного для односкоростного двигателя.

Примем значение J1 = 5,185 A/мм2 = 5,185 х 106A/м2

3.2.7.   Определим ток в фазе обмотки.

Iф = J1 а qэл nэл =5,185 х 106 х1 х 2,27 х10-6 x 3 = 35,3 А  (4.11)

3.2.8.   Определим линейную нагрузку.

А = 2 Iфw1m/p D = 2 х 35,3  х 132 х 3/3,14 х 0,264 = 29664,36 / 0,82896 = 33,726 х 103 А/м

3.2.9.   Определим произведение плотности тока на линейную нагрузку.

(А J1) = 5,185 х 106 х 33,726 х103 = 174,87 х 109А2/м3

Принимая во внимание, что снижение скорости вращения переделанного двигателя ухудшает его охлаждение, полученное значение (А J1) = 174,87 х 109А2/м3, меньшее по сравнению с исходным при 2p = 4 (А J1) =190 х 109 A2/м3, признаём допустимым.

 4.2.10.   В обмотке статора асинхронного двигателя выделяется наибольшая часть потерь энергии. Поэтому сравнение этих потерь при 2p = 4 и при  2p = 8, позволяет судить о степени нагрева обмотки двигателя.

при 2p = 4                  3 (Iф)2 r1 = 3х(100,1)2 х 0,075 = 2254,5 Вт (4.12)

при 2p = 8                  3 (Iф)2 r1 = 3х (35,3)2   х 0,51  = 1487,8  Вт

Следовательно, ухудшение вентиляции двигателя будет компенсировано снижением потерь в статорной обмотке более чем на 30%; это гарантирует, что нагрев обмотки непревысит допустимых пределов.

3.2.11.   Найдем полезную мощность двигателя при 2p = 8 и n1 = 750 об/мин

Примем произведение  hcos j = 0,749 ( на 10% меньше чем у первоначального двигателя).       

тогда:

P = 3UфIфhcos j = 3 х 220 х 35,3 х 0,749 = 17549,07 Вт =17,549 х 103 Вт

 

4.3. РАСЧЕТ ОБМОТОК СТАТОРА ПРИ 2P = 4

 

При выбранной схеме переключения полюсов D/YY на высшей скорости обмотка двигателя будет включена в две параллельные цепи, а = 2. При этом напряжение сети 380 В, будет превосходить фазное напряжение обмотки в 1,73 раза. Таким образом, число последовательных витков в фазе обмотки при 2p = 4 в сравнении с 2p = 8 уменьшится в два раза,  а фазное напряжение будет 220 В . Так как скорость вращения переделываемого двигателя при  2p = 4 ровна скорости вращения до перемотки сохраним значение линейной нагрузки как до перемотки, ввиду лучших условий охлаждения.

4.3.1.   Определим линейную нагрузку

А =37,675 х 103 A/м

Тогда:   Iф = А p D/2w1m = 37,675х 103 х3,14 x0,264/ 2 х 66 х 3 = 78,866 А (4.13)

4.3.2.   Принимаем значение плотности тока

J1 = Iф / а qэл nэл  = 78,866/2 х 2,27 х 10-6 х 3 = 5,79 х 106 A/м2 = 5,79  A/мм2 (4.14)

4.3.3.   Определим произведение плотности тока на линейную нагрузку.

(А J1) = 5,79 х 106х 37,6 75 х 103 = 218,13 х 109А2/м3 (4.15)

4.3.4.   Найдем активное сопротивление фазы обмотки статора.

Для меди r115 = 10-6/41 Ом/м, при расчетной q = 115о для класса нагревостойкости изоляции F.

qэф = 3 x 2,27  = 6,81 мм2.

а = 2

r1 = r115(L1/ qэф а) = 0,099 Ом

4.3.5.   Определим значение индукции в воздушном зазоре при 2p = 4

Bd = p kE Uф/4 kB w1 Kоб f D ld = 2 х 0, 98 х 220/4 х 1, 11 х 66 х 0, 657 х 50 х 0, 264 х 0, 2= = 0,848 Тл (4.16)

4.3.5.6.   Определим значение индукции в ярме статора

Ba = Bd D /2 p ha kc = 0,848 х 0, 264 /4 х 0, 036 х 0, 97 = 1,6 Тл (4.17)

4.3.7.   Определим индукцию в зубце статора

Bz1 = Bd t1 ld/ b z1 lст1kc = 0,848 х 17, 27 x 10-3 х 200 х 10-3/7,9 х 200 х 10-3 х 0,97 =  8,4623/7,663 = 1,91 Тл  (4.18)

4.3.8.   Определим полезную мощность двигателя при 2p = 4

Принимая произведение hcos j = 0,8325, как у двигателя до перемотки получаем

P = 3UфIфhcos j = 3 х 220 х 78,866 х 0,8325 = 43332,923 Вт =43,3329 х 103 Вт (4.19)

Полученные  расчетным путем данные считаем предварительными, и требуют уточнений.

 

5. РАСЧЁТ  ХАРАКТЕРИСТИК НОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

5.1.  РАСЧЁТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА ПРИ 2P = 8.

 

Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

5.1.1.   Значения индукций:

при Bd = 0,6885 Тл

Bz1 = Bd t1 ld/ b z1 lст1kc = 0,6885 х 17, 27x10-3 х 200 х 10-3/ 7,9 х 200 х 10-3 х 0,97 = 11,89 х 10-3 /7,663 = 1,55 Тл (5.1)

При: t2 = 0,0217 м

          b z2 = 9,5 мм = 0,0095 м

Bz2 = Bd t2 ld/ b z2 lст2kc =0,6885 х 21,7 х 10-3 х 200 х 10-3/9,5 х 10-3 х 200 х 10-3 х 0,97 = 1,621 Тл (5.2)

При: Kоб = 0,808

  w = 132

  F = kEUф/4 kBw1 Kоб1 f = 0,98 х 220/4 x 1,11 x 132 x 0,808 х 50 = 9,1 х 10-3 Вб  (5.3)

Ba = F/2 ha lст1 kc = 9,1 х 10-3/2 х 0,036 х 200 х10-3 х 0,97 = 0,651 Тл (5.4)

При: (расчётная высота ярма ротора) h`j = (2 + p)/(3,2p)((D2/2) - hn) = 0,0487 мм

Bj = F/2 h`j lст2 kc = 9,1 х 10-3/2 x 0,0487 х 200 х10-3 х 0,97 = 0,481 Тл (5.5)

5.1.2.   Магнитное напряжение воздушного зазора

При: kd = 1,014

Fd = 1,59 x 106Bdd kd = 1,59 x 106 x 688,5 x 10-3 x 0,85 x 10-3 x 1,014 = 943,53 A (5.6)

5.1.3.   Магнитное напряжение зубцовых зон:

Статора

hz1 = hп1 = 0,028 м

При Bz1 = 1,55 Тл:  Hz1 = 777 A/м

Fz1 = 2hz1Hz1 = 43,512 А

Ротора

hz2 = hп2  - 0,1 = 0,0 53 – 0,0001 = 0,0529 м

При Bz2 = 1,621 Тл:  Hz2 = 990 A/м

Fz2 = 2hz2Hz2 = 104,724 А

4.1.4.   Коэффициэнт насыщения зубцовой зоны

kz = 1 + (Fz1 + Fz2)/ Fd = 1 + (43,512 + 104,724)/ 943,53 = 1,157 (5.7)

 

5.1.5.   Магнитные напряжения ярм :

Статора

La = (p(Da – ha))/2p = 0,1397 м  (5.8)

При Ba = 0,651 Тл: Ha = 89 A/м

Fа = La Ha = 0,1397 х 89 = 12,43 А  (5.9)

Ротора

Lj = (p(Dj + h`j))/2p = 0,0505 м  (5.10)

При Bj = 0,481 Тл:  Hj =71 A/м

Fj = Lj Hj = 0,0505 х 71 = 3,585 А  (5.11)

hj = ((D2 - Dj)/ 2) - hn2 = 0,03795 м  (5.12)

5.1.6.   Магнитное напряжение на пару полюсов

Fц = Fd + Fz1 + Fz2 + Fа + Fj = 1107,78 А  (5.13)

4.1.7.  Коэффициент насыщения магнитной цепи

km =  Fц/ Fd = 1107,78 /943,53 =1,174  (5.14)

5.1.8.   Намагничивающий ток

Im = p Fц /0,9m w1 Kоб  = 4 x 1107,78/0,9 x 3 x 132 x 0,808 = 15,387 A (5.15)

 

5.2. ПАРАМЕТРЫ  РАБОЧЕГО РЕЖИМА ПРИ 2P =8

 

5.2.1.   Активное сопротивление фазы обмотки статора

Для меди r115 = 10-6 / 41 Ом/ м, при q = 115о

lср = 2х(lп + lл) = 2х(0,2 + 0,221) = 0,842 м  (5.16)

длина проводника фазы обмотки статора L1 = lсрw1 = 0,842  x132 = 111,144 м

qэф = 3 x 2,27  = 6,81 мм2.

а = 1

r1 = r115(L1/ qэф а) = 0,398 Ом  (5.17)

Относительное значение

r1* = r1 (Iф/Uф) =0,398x(35,3/220) = 0,064  (5.18)

5.2.2.   Активное сопротивление фазы обмотки ротора

Для алюминия r115 = 10-6 / 20,5 Ом/ м, при q = 115о

rc = r115 (l2/qc) = 10-6 x 200 х10-3 / 20,5 x 160 х 10-6 =60,97 x 10-6 Ом (5.19)

rкл = r115 (pDкл.ср/Z2qкл) = 3,14 х 0,1958/20,5х106 x 38 x 608 x 10-6 = 1,298 x 10-6 Ом (5.20)

r2 = rc + (2 rкл / (D)2) = 60,97 x 10-6 + (2 х 1,298 x 10-6/ (0,329 )2) = 84,95 x 10-6 Ом (5.21)

Приводим r2 к числу витков обмотки статора

r`2 = r2 (4 m (w1Kоб)2 / Z2) = 84,95 x 10-6(4 x 3 (132 x 0,808)2 /38) =0,305 Ом (5.22)

относительное значение

r`2* = r`2 (Iф/Uф) = 0,305 x(35,3/220) = 0,0489 (5.23)

4.2.3.   Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

Значения lп ,lл1 ,lд1, рассчитываем для 2p = 4, они не меняются при изменении полюсов.

lп = 1,5986

lл1 = 0,5984

lд1 = 1,251

x1 = 15,8(f1x/100)( w1/100)2 (l`d/pq) (lп +lл1 +lд1) =

=15,8(50 / 100)( 132 / 100)2 (200 х 10-3 / 4 x 4) (1,5986 + 0,5984 + 1,251) = 0,59 Ом (5.24)

относительное значение

x`1 = x1(Iф/Uф) =0,59 x(35,3/220) = 0,0947  (5.25)

5.2.4.   Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

Значения lп2 ,lл2 ,lд2, рассчитываем для 2p = 4, они не меняются при изменении полюсов.

lп2 = 2,289

lл2 = 0,62

lд2 = 1,9166

x2 = 7,9 f1 l`d(lп2 +lл2 +lд2)10-6 = 7,9 x 50 x 200 х10-3(2,289 +0,62 +1,9166) 10-6= 0,000378Ом (5.26)

Приводим x2 к числу витков обмотки статора

x`2 =  x2 (4 m (w1Kоб)2 / Z2) = 0,000378 х (4х 3 (132 х 0,808)2 / 38) = 1,358 Ом (5.27)

относительное значение

x`2 * = x`2 (Iф/Uф) = 1,358 x (35,3  /220) = 0,218  (5.28)

 

5.3. РАСЧЁТ  ПОТЕРЬ

 

5.3.1.   Основные потери в стали

Масса стали ярма при:

p1 0/0,5 =2,6

gc = 7,8 x103 кг/м

mа = p (Da – ha) halст1kcgc = 3,14 x (0,392 - 0,036) x  0,036 x 0,2 x 0,97 x 7800 = 60,894 кг (5.29)

Масса зубцов статора

mz1= hz1bz1срZ1 lст1 kcgc = 0,028 x 0,0079 x 48 x 0,97 x 7800 = 80,33 кг (5.30)

Pст,осн = p1 0/0,5 (f1/50)b (kдаBаmа + kдzB2z1mz1) = 2,6 x(1,6 x 1,6 x 60,89 + 1,8 x(1,55) 2 x 80,33) = =1308,49 Вт (5.31)

5.3.2.   Поверхностные потери в статоре

kd = 1,014

k01 = 1,4

n = 750 об/мин

b01 = 0,08

B01 = b01kd Bd = 0,08 х 1,014 х 0,6885  = 0,0558  (5.32)

pпов1 = 0,5k01(Z2 n/10000)1,5(B01 t2 103)2 = 0,5 х 1,4(38 х 750 /1 0000) 1,5(0,0558 x 21,7 x 10-3 x 103)2 = 4,938 Вт/м2  (5.33)

Pпов1 = pпов1 (t1 – bш1) Z1lcт1 = 4,938 (17, 27x10-3 –3,7х10-3) 48 х 0,2 = 0,643 Вт (5.34)

5.3.3.   Поверхностные потери в роторе

kd = 1,014

k02 = 1,4

n = 750 об/мин

b02 = 0,29

B02 = b02kd Bd = 0,29 х 1,014 х 0,6885  = 0,2025 (5.35)

pпов1 = 0,5k02(Z1 n/10000)1,5(B02 t1 103)2 = 0,5 х 1,4(48 х 750 / 10000) 1,5(0,2025 x 17, 27 х 1 0-3 x 103)2 = 58,47 Вт/м2 (5.36)

Pпов2 = pпов2 (t2 – bш2) Z2lcт2 = 58,47 х (21,7 x10-3 –1,5х10-3) 38 х 0,2 = 8,976 Вт (5.37)

5.3.4.   Пульсационные потери в  зубцах ротора

Bпул2 =  gd/2t2 = 0.46 x 0,85 x 10-3/2 x 21,7 x10-3 = 9 x 10-3 Тл  (5.38)

mz2 = hz2bz2срZ2 lст2 kcgc =0,028 x 0,0095 x 38 x 0,97 x 7800 = 76,477 кг (5.39)

Pпул2 = 0,11 (Z1 n/1000Bпул2)2 mz2 = 0,11 ((48 x 750/1000) 9 x 10-3)2 76,477  = 0,883 Вт (5.40)

5.3.5.   Сумма добавочных потерь в стали

Pст. доб = Pпов2 + Pпул2 = 9,859 Вт (5.41)

5.3.6.   Полные потери в стали

Pст = Pст.осн + Pст.доб =1308,49  + 9,859  = 1318,349 Вт (5.42)

5.3.7.   Механические потери

Kт = 1,3(1 – D a) = 1,3(1 – 0,392) = 0,79 (5.43)