Что такое линейная нагрузка асинхронного двигателя

Расчет обмотки статора

Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Машины мощностью до 12—15 кВт в большинстве случаев имеют однослойную концентрическую обмотку из круглого провода. В машинах большей мощности обмотки выполняют двухслойными, а при механизированной укладке применяют одно–двухслойные или двухслойные концентрические обмотки, которые могут быть уложены в пазы без подъема шага. Все обмотки из прямоугольного провода выполняют только двухслойными, равнокатушечными.

Обмоточный коэффициент k_o6 = k_pk_y рассчитывают в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q и укорочения шага обмотки b =y_рлсч/t, где у_расч – расчетный шаг, определяемый по формулам в зависимости от типа обмотки.

В двухслойных обмотках асинхронных двигателей шаг выполняют в большинстве случаев с укорочением, близким к b = 0,8:

После расчета k_об1 уточняют значение потока Ф, Вб:

(4.7)

и определяют индукцию в воздушном зазоре B_d, Тл

(4.8)

Если полученное значение B_d выходит за пределы рекомендуемой области (см. рис. 3.6—3.8) более чем на ± 5 %, следует принять другое значение числа и_пи повторить расчет.

Если линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в рекомендуемых пределах, переходят к расчету сечения эффективного проводника и обмоточного провода.

Сечение эффективных проводников, м 2 , определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:

(4.9)

С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J₁ должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во–первых, на повышении температуры обмотки и, во–вторых, на КПД двигателя. В асинхронных двигателях общего назначения при принятой в них системе косвенного охлаждения влияние плотности тока на нагрев обмотки более существенно, чем на КПД. На этом основании определены качественные зависимости допустимой плотности тока в обмотках раз­личных машин. Она повышается с уменьшением габаритов машины, с увеличением допустимого нагрева обмотки при переходе на другой, более высокий класс нагревостойкости изоляции и с повышением интенсивности охлаждения (например, в машинах защищенного исполнения по сравнению с закрытыми обдуваемыми двигателями).

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя J, А/м 2 :

J = (AJ)/A. (4.10)

Значения (AJ) для асинхронных двигателей различных исполнения и мощности приведены на рис. 4.2.

Для всыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8 мм, однако в современных двигателях для повышения надежности обмотки и упрощения ее укладки в пазы используют провода меньшего диаметра. В обмотках, предназначенных да механизированной укладки, диаметр изолированного провода обычно берут не более 1,4 мм, а при ручной укладке (двигатели c h > 160 мм) – не более 1,7мм.

Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник делят на несколько элементарных.

Рис. 4.2. Средние значения произведения AJ асинхронных двигателей со степенью зашиты:

.(4.11)

Диаметр и площади поперечного сечения круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ–155

Примечание. Провода, размеры которых указаны в скобках, следует применять только при обосновании технико–экономической целесообразности.

В обмотках из круглого провода число элементарных проводников может быть взято до 6—8, но при большом п_эл возрастают технологические трудности намотки катушек, поэтому в современных машинах стремятся уменьшить число элементарных проводников в одном эффективном до 6—8, для чего увеличивают число параллельных ветвей. В двухполюсных двигателях n_эл увеличивают, поскольку число параллельных ветвей в них не может быть более двух.

При проектировании машин с обмоткой из прямоугольного провода сечение каждого проводника не должно быть взято более 17–20 мм 2 , так как в этом случае становится заметным возрастание потерь на вихревые токи.

Если расчетное значение q_эф > 20 мм 2 , то прямоугольные проводники подразделяют на элементарные так, чтобы q_эл ≤ 17 ÷ 20 мм 2 .

В обмотках из прямоугольного провода, укладываемых в открытые пазы, п_эл обычно не более 2. При п_эл = 2 они располагаются на одном уровне по высоте паза. Обмотку с четырьмя элементарными проводниками в асинхронных двигателях применяют редко. Если обмотка выполняется из подразделенных катушек, которые укладывают в полуоткрытые пазы, то всегда образуются два элементарных проводника, так как катушки, расположенные на одной высоте в пазу, соединяются параллельно.

При прямоугольных обмоточных проводах сечение эффективного проводника не должно превышать 35—40 мм 2 , поэтому при большом номинальном токе в таких машинах выполняют наибольшее возможное число параллельных ветвей.

По одной и той же площади поперечного сечения прямоугольных проводников их линейные размеры аxb могут быть различны, поэтому окончательный выбор обмоточного провода производят одновременно c расчетом размеров зубцовой зоны.

После окончательного выбора q_ЭЛ, п_ЭЛи а следует уточнить плотность тока в обмотке, которая может несколько измениться по сравнению с предварительно принятой при подборе сечений элементарных проводников:

На этом расчет обмотки статора заканчивается.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.005 с) .

124209 (Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ), страница 4

Описание файла

Документ из архива «Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ», который расположен в категории «рефераты». Всё это находится в предмете «промышленность, производство» из раздела «Студенческие работы», которые можно найти в файловом архиве Студент. Не смотря на прямую связь этого архива с Студент, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе «рефераты, доклады и презентации», в предмете «промышленность, производство» в общих файлах.

Онлайн просмотр документа «124209»

Текст 4 страницы из документа «124209»

Определяется для сравнения его с результатами измерений сопротивлений фазных обмоток оремонтированной машины при приемно-сдаточных и типовых испытаниях.

Электрическое сопротивление одной фазы обмотки постоянному току в холодном состоянии определяется выражением:

Ом

где — удельное сопротивление проводника, для меди – 0,0172 Оммм 2 /м.

12 Расчёт номинальных данных

К номинальным данным относятся следующие величины:

_нf — частота тока, Гц;

n_н — частота вращения ротора, мин -1 ;

cos _н— коэффициент мощности;

_н — коэффициент полезного действия;

/Δ — схема соединения обмоток.

Из них U_н, f, n схема соединения обмотки заданы заказчиком.

1. Номинальный ток

Номинальный фазный ток двигателя равен произведению плотности тока на сечение провода с учётом параллельных ветвей и сечений.

A

где j — плотность тока, А/мм 2 .

Плотность тока, необходимая при определении номинального тока двигателя, выбирается в зависимости от мощности и исполнения машины. Предварительно выбираем плотность тока j=4,5 и проверяем по линейной нагрузке двигателя.

Линейная нагрузка двигателя представляет собой произведение тока в проводнике на число проводников во всех пазах, приходящихся на 1м длины окружности внутренней расточки статора:

Результат вычислений линейной нагрузки сравнивается с допустимым значением она должна входить в пределы 250 – 300 , условие выполняется.

2. Номинальная мощность

Расчётная номинальная мощность трёхфазного асинхронного двигателя (мощность на валу) определяется из выражения:

кВт

Полученное значение мощности округляем до ближайшего стандартного:

Р =11 кВт.

А.

Принимаем коэффициент мощности сos =0,87 и коэффициент полезного действия =0,87. Фактическая плотность тока определяется по формуле

Рассчитываем линейную нагрузку:

Сравниваем значение линейной нагрузки с допустимыми значениями 250 – 300 . Поскольку значение входит в пределы, то составляем задание обмотчику.

13 Задание обмотчику

Номинальная мощность, кВт

Номинальное напряжение, В

Номинальный ток, А

Номинальная частота вращения, мин -1

Частота тока, Гц

Схема соединения обмоток

Масса провода, кг

Марка и сечение провода

Число параллельных сечений, шт

Число витков в секции, шт

Число секций в катушке

Количество катушек, шт

Число параллельных ветвей

Составил студент 3-го курса Чистяков Павел Владимирович

20.05.2005 ___________ (подпись)

14 Расчёт однослойной обмотки

2. Число пазов на полюс и фазу.

3. Число катушечных групп

4. Число электрических градусов на один паз

5. Число параллельных ветвей

6. Принцип построения схемы статорной обмотки трёхфазного асинхронного двигателя

При построении схемы, обмотка первой фазы может в общем начинаться с любого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз. Вторую активную сторону секции помещаем через семь в восьмой паз.

В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в создании первой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов, следовательно, расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т. е. 360 электрических градусов. Но в данном случае у нас только одна катушечная группа и она участвует в создании только одной пары полюсов.

Обмотка фаз «В» и «С» выполняется аналогично, но они сдвинуты, соответственно, на 120 и 240 электрических градусов относительно обмотки фазы «А», т. е. В пазах это будет:

;

1. Изменение частоты вращения магнитного поля влияет следующим образом на величины магнитных индукций:

— магнитная индукция изменяется незначительно потому что задаёмся оптимальными значениями

— магнитная индукция в зубцовой зоне статора изменяется так же незначительно, потому что изменяется сечение зубцовой зоны пропорционально изменению сечения воздушного зазора

— магнитная индукция в спинке статора с уменьшение вращения магнитного поля уменьшается, потому что сечение спинке статора постоянно.

2. Изменение фазного напряжения влечёт изменение:

— числа витков в фазе

3. Изменение частоты влечёт изменение:

— числа витков в фазе

4. Выбор типа обмотки отражается на следующих параметрах:

Двухслойная обмотка имеет возможность укорочения, что экономит провод и уничтожает высшие гармоники.

Однослойная имеет больший коэффициента заполнения паза, что ведёт к повышению сечения провода, и следовательно к повышению мощности двигателя. Поэтому требует большего количества обмоточного провода, так как шаг нельзя укорачивать.

5. Наиболее рациональная статорная обмотка магнитопровода двухслойная с укороченным шагом. Фазное напряжение 220В, частота вращения 1500 мин -1 , частота тока 50 Гц.

1. Сердешнов А. П. Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя при ремонте: Учебно – методическое пособие для студентов C/X вузов. – Мн.: БГАТУ, 2003 г.

3. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. – Л.: Энергоатомиздат, 1989 г.

2. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций, Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

Курсовой проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на страницах печатного текста, таблиц — рисунков — , графическая часть на 3 листах, в том числе формата А1 – 2 листа, формата А4 – 1 лист.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, обмоточные данные, магнитная нагрузка, номинальные данные.

В работе: выполнен расчет обмотки трехфазного асинхронного двигателя, определены обмоточные данные, на которые выполнены развернутые схемы обмоток. Определены все основные параметры обмотки, установлены номинальные данные электродвигателя.

Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока в обмотке статора

Параметры расчетов :

• 2p=4 — Число полюсов
• h=132 мм — Высота оси вращения двигателя
• D_а=0.225 м — Наружный диаметр магнитопровода статора
• IP=IP44 — Степень защиты
• A=27939.969 А/м — Расчетное значение линейной нагрузки
• I_1н.пред=21.944 А — Предварительное значение фазного тока статора
• a=1 — Число параллельных ветвей обмотки статора

Выбор стандартного обмоточного провода

Параметры расчетов :

• q_{эф.пред}=3.2269 мм² — Предварительное значение площади поперечного сечения эффективного проводника
• K_ф=1.6046 — Коэффициент эффективного проводника
• b_ш(1)=3.5 мм — Значение ширины шлица паза статора

Плотность тока в обмотке статора

Параметры расчетов :

• I_1н.пред=21.944 А — Предварительное значение фазного тока статора
• a=1 — Число параллельных ветвей обмотки статора
• q_эф=3.07800 мм² — Площадь поперечного сечения эффективного проводника
• J_1.пред=6.8003 А/мм² — Предварительное значение плотности тока в обмотке статора

Минимальные и максимальные значения индукции в ярме и зубцах статора

Параметры расчетов :

• IP=IP44 — Степень защиты
• 2p=4 — Число полюсов

Предварительные значения индукции в ярме и зубцах статора

Параметры расчетов :

• B’_a.min=1.33 Тл — Допустимое минимальное значение индукции в ярме статора
• B’_a.max=1.68 Тл — Допустимое максимальное значение индукции в ярме статора
• B’_Z1.min=1.52 Тл — Допустимое минимальное значение индукции в зубцах статора
• B’_Z1.max=1.995 Тл — Допустимое максимальное значение индукции в зубцах статора

Стандартные размеры паза статора и значения припусков

Параметры расчетов :

• h=132 мм — Высота оси вращения двигателя
• Ид.обм.=1 — Идентификатор обмотки
• l_δ=0.155 м — Расчетная длина воздушного зазора
• B_δ=0.8298 Тл — Расчетное значение индукции в воздушном зазоре
• t₁=0.01335 м — Значение зубцового деления статора
• B_Z1.пред=1.91 Тл — Предварительное значение индукции в зубцах статора
• k_c=0.97 — Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования
• Φ=0.009839 Вб — Расчетное значение магнитного потока
• B_a.пред=1.61 Тл — Предварительное значение индукции в ярме статора
• D_а=0.225 м — Наружный диаметр магнитопровода статора
• D=0.153 м — Внутренний диаметр магнитопровода статора
• Z₁=36 — Число пазов статора
• b_ш(1)=3.5 мм — Значение ширины шлица паза статора

Оценка расчета размеров паза статора и значений припусков

Параметры расчетов :

• D=0.153 м — Внутренний диаметр магнитопровода статора
• h_ш(1)=0.5 мм — Высота шлица статора
• h_к(1)=2.2 мм — Высота клиновой части паза статора
• Z₁=36 — Число пазов статора
• b₁₍₁₎=7.8 мм — Ширина паза статора в штампе, соответствующая углу β=45°
• h_п(1)=15.7 мм — Высота паза статора в штампе
• b₂₍₁₎=10.1 мм — Ширина паза статора в штампе
• b_Z(1) пред =5.98 мм — Предварительное значение ширины зубца статора

Ответы на экзаменационные билеты

Электромагнитный расчет

• Печать
• E-mail

Расчет магнитной цепи. Расчет проводится в такой последо вательности: задаются значением индукции в воздушном зазо ре, определяют число эффективных витков w 1 , рассчитывают значение индукции в зубцах и яр мах статора и ротора, рассчитывают магнитное напряжение отдельных участков магнитной цепи и суммарное магнитное на­ пряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов), рассчи тывают значение намагничивающего тока I m в абсолютных и относительных единицах.

Расчет магнитной цепи повторяют 3—4 раза для ряда зна­ чений В d и строят зависимость I m = f ( B d ) . Приняв в качестве верхнего предела каталожное значение намагничивающего то ка, находят по построенной зависимости требуемую величину B d . Эти расчеты легко формализуются и могут проводиться на ЭВМ с использованием стандартных программ.

Расчет электрических нагрузок. Электрические нагрузки ма шины (плотность тока j и линейная нагрузка A ) определяют нагрев обмотки. Допустимая плотность тока не является постоянной величиной, а зависит от исполнения машины, типа охлаждения, частоты вращения, номинального напряжения и ли нейной нагрузки. Чем больше номинальное напряжение, тем толще должна быть изоляция (пазовая и витковая) и тем хуже отвод тепла, выделяющегося в обмотке. При неизменном тем пературном индексе изоляции плотность тока с ростом напря жения в обмотке должна быть уменьшена.

С другой стороны, увеличение частоты вращения улучшает вентиляцию машины и плотность тока в быстроходных маши­ нах может быть больше, чем в тихоходных.

Однако судить о нагреве обмотки только по плотности то ка неправомерно. Нагрев обмотки определяется не только удельными потерями в меди на единицу массы, которые зависят от плотности тока, но и поверхностью охлаждения. При равных объемах тока в пазу двигатель с большим числом па зов имеет худшие условия охлаждения, чем двигатель с мень шим числом пазов. Кроме того, при равных плотностях тока в худших условиях будет находиться двигатель, имеющий пазы большего размера (при равном числе пазов). Поэтому для проверки теплового состояния обмотки необходимо знать еще и линейную нагрузку двигателя A, которая численно равна МДС обмотки статора на единицу длины окружности статора:

где I 1 H — номинальный ток статора, А.

Рекомендуемые значения линейной нагрузки в асинхронных двигателях известны, причем с ростом D а и t линейная нагрузка возрастает.

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения ли­ нейной нагрузки на плотность тока. Поэтому в ряде случаев вы бор плотности тока осуществляют с учетом линейной нагрузки (иными словами, в качестве независимых величин выступают произведение A × J и линейная нагрузка). В этом случае расчет ная плотность тока определяется по формуле J =A × J / A . Зна чения произведения A × J для асинхронных двигателей известны.

Таким образом, зная величины плотности тока J 1 и линей ной нагрузки, можно определить число эф фективных проводов в пазу u П1 и их сечение q ЭФ = I 1 H /( a 1 × J ) . Сечение эффективного витка:

где k м — коэффициент заполнения паза медью, S ПСВ — площадь паза в свету, мм 2 .

Плотность укладки проводников в пазы оценивается техно­ логическим коэффициентом заполнения проводниками свобод­ ной от изоляции площади паза:

где d ИЗ — диаметр изолированного элементарного проводника, мм; S ‘ П = S ПСВ — S ИЗ — свободная площадь паза, мм 2 (S ИЗ — пло­ щадь, занимаемая изоляцией, мм 2 ), и характеризует только технологичность укладки обмотки из круглого провода, а не степень использования всего пространства паза. В современном электромашиностроении плотность укладки всыпной обмотки стремятся выполнить такой, чтобы k 3 был в пределах 0,70—0,75 (ручная укладка). Для современных изоляционных материалов коэффициент заполнения паза медью k м составляет 0,33—0,36 для эмалированных проводов и 0,28—0,30 — для проводов с во­ локнистой и двойной изоляцией.

Определение номинальной мощности двигателя. Если посту­ пивший в ремонт двигатель не имеет паспортной таблички или проходит перемотку с изменением частоты вращения, то его мощность можно определить лишь приблизительно. Окончатель­ ное значение мощности можно установить после тепловых испы­таний.

Полная (кажущаяся) мощность, кВ-А, определяется по фор­ муле

где h , cos j — КПД и коэффициент мощности.

Пересчет асинхронных двигателей на другое напряжение, частоту вращения и частоту питания

Пересчет обмотки статора на другое напряжение без изме нения основных характеристик двигателя возможен, если класс напряжения не изменяется (двигатели с напряжением до 600— 690 В), либо если пересчет ведется на более низкое напряже­ ние. В этих случаях не увеличивается площадь изоляции в па зу и удается сохранить электромагнитные нагрузки машины, ее номинальную мощность и энергетические показатели без изме нений.

Изменение частоты вращения асинхронных двигателей свя зано с изменением числа пар полюсов. При увеличении частоты вращения следует проверять механическую прочность ротора и индукцию в ярме статора. При снижении частоты вращения внимание следует уделять вопросам нагрева обмотки статора из-за ухудшения условий охлаждения, поскольку площадь ох лаждения и вентилятор остаются без изменений.

При изменении частоты питающего напряжения следует про верять механическую прочность ротора в случае увеличения частоты, индукцию в ярме статора и нагрев — в случае умень шения частоты.

Пересчет обмотки статора на другое напряжение. Для сохранения рабочих свойств двигателя необходимо, чтобы маг нитный поток (или индукция в воздушном зазоре), а также ли нейная нагрузка (или объем тока в пазу) оставались без из менений.

Из условия постоянства магнитного потока следует, что

где u П.СТ , u П H ОВ — старое и новое число эффективных проводни­ков в пазу; U ст , U HOB -—старое и новое значения фазного на­ пряжения обмотки статора.

Из условия постоянства линейной нагрузки следует, что

где q СТ , q НОВ —старое и новое сечения эффективного провод ника.

Таким образом, пересчет сводится к определению нового числа эффективных проводов в пазу и их сечения по (13.14), (13.15). Полученное значение u П следует округлить в соответ­ствии с рекомендациями, сечение q НОВ — в соответствии с сортаментом провода. Округленные значения не долж­ ны отличаться от рассчитанных более чем на 5%.

• Home
• Ответы на экзаменационные вопросы
• Эксплуатация и ремонт электрооборудования
• Электромагнитный расчет