Конфигурация

2.1 Конфигурация

 

Принимаем изоляцию класса нагревостойкости F

Количество пар полюсов (9.1)

р=60f/n₁=60∙50/1000=3.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора (рисунок 11.1)

х_σ*=0,12 о.е.

Коэффициент мощности нагрузки (11.1)

к_н=

Предварительное значение КПД (рисунок 11.2)

η'=0,93 о.е.

  2.2 Главные размеры

Расчетная мощность (1.11)

Р'=к_нР₂/cosφ=1,076∙200/0,8=269 кВт.

Высота оси вращения (таблица 11.1)

h=355 мм.

Допустимое расстояние от корпуса до опорной поверхности (таблица 9.2)

h₁=10 мм.

Наружный диаметр корпуса (1.27)

D_корп=2 (h-h₁)=2 (355–10)=690 мм.

Максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора (таблица 9.2)

D_н1max=660 мм.

Выбираемый диаметр сердечника статора (§ 11.3)

D_н1=660 мм.

Внутренний диаметр сердечника статора (§ 11.3)

D₁=43+0,72 D_н1=43+0,72∙660=518,2 мм.

Предварительное значение линейной нагрузки статора (рис. 11.3)

А'₁=425 А/см.

Предварительное значение магнитной индукции в воздушном зазоре и номинальном режиме (рисунок 11.4)

В'_б=0,79 Тл. Предварительное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре машины при х.х. (11.3) В'_б0=В'_б/к_н=0,79/1,076=0,85 Тл.

Полюсное деление статора (1.5)

 мм.

Индуктивное сопротивление машины по продольной оси (рис. 11.5)

х_d*=2,5 о.е.

Индуктивное сопротивление реакции якоря по продольной оси (11.4)

х_ad*=х_d* - х_σ*=2,5–0,12=2,38 о.е.

Коэффициент, учитывающий наличие зазоров в стыке полюса и сердечника ротора или полюсного наконечника и полюса (§ 11.3)

к'=1,05

Расчетная величина воздушного зазора между полюсным наконечником и сердечником статора (11.2)

 мм.

Уточненная величина воздушного зазора (§ 11.3)

б=2,0 мм.

Форма зазора эксцентричная по рисунку 11.8

Отношение максимальной величины зазора к минимальной (§ 11.3)

б''/б'=1,5.

Воздушный зазор по оси полюса (11.13)

б'=б/1,125=2/1,125=1,8

Воздушный зазор под краем полюсного наконечника (11.14)

б''=б/0,75=2/0,75=2,7

Коэффициент полюсной дуги действительный (§ 11.3)

α=0,73–3,33∙10 ^-5∙D_н1=0,73–3,33∙10 ^-5∙660=0,7.

Коэффициент полюсной дуги расчетный (рисунок 11.9)

α'=0,66.

2.3 Сердечник статора

Марка стали 2312, изолировка листов лакировка, толщина стали 0,5 мм.

Коэффициент заполнения сердечника статора сталью (§ 9.3)

к_с=0,95.

Коэффициент формы поля возбуждения (рисунок 11.9)

к_в=1,17.

Обмоточный коэффициент (§ 9.3)

к_об1=0,92

Расчетная длина сердечника статора (1.31)

.

2.3.5 Конструктивная длина сердечника статора (§ 11.3)

ℓ₁ = ℓ'₁ =300 мм.

Отношение конструктивной длины к внутреннему диаметру сердечника статора (9.2)

λ=ℓ₁/D₁=300/518,2=0,58.

Проверка по условию λ< λ_max (рисунок 11.10)

λ_max=1,07.

Количество пазов на полюс и фазу (§ 11.3)

q₁=4.

Количество пазов сердечника статора (9.3)

z₁=2рm₁q₁=2∙3∙3∙4=72.

Проверка правильности выбора значения z₁ (11.15)

z₁/gm₁=72/(3∙3)=8 – целое число.

2.4 Сердечник ротора

Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнения стали к_с=0,98.

Длина сердечник ротора (11.20)

ℓ₂=ℓ₁+(10–20)=300+10=310 мм.

2.5 Сердечник полюса и полюсный наконечник

Марка стали Ст3, толщина листов 1,5 мм, листы без изоляции, коэффициент заполнения к_с=0,98.

Длина шихтованного сердечника полюса (11.19)

ℓ_п=ℓ₁+(10–15)= 300+10=310 мм.

Магнитная индукция в основании сердечника полюса (§ 11.3)

В'_п=1,45 Тл.

Предварительное значение магнитного потока (9.14)

Ф'=В'_бD₁∙ℓ'₁10^-6/р=0,79∙518,2∙300∙10^-6/3=40,9∙10^-3 Вб.

Ширина дуги полюсного наконечника (11.25)

b_н.п=ατ=0,7∙271,2=190 мм.

Радиус очертания полюсного наконечника при эксцентричном воздушном зазоре (11.26)

 мм.

Ширина полюсного наконечника (11.28)

b'_н.п=2R_н.пsin (0.5b_н.п/R_н.п)= 2∙246∙sin (0,5∙190/246)=185 мм.

Высота полюсного наконечника (§ 11.3)

h'_н.п=15 мм.

Высота полюсного наконечника по оси полюса для машин с эксцентричным зазором (11.29)

h_н.п=h'_н.п+R_н.п –  мм

Поправочный коэффициент (11.24)

к_σ=1,25h_н.п+25=1,25∙33+25=66.

Предварительное значение коэффициента магнитного рассеяния полюсов (11.22)

σ'=1+к_σ35б/τ²=1+66∙35∙2/271,2²=1,06.

Ширина сердечника полюса (11.21)

b_п=σ'Ф'∙10⁶/(к_сℓ_пВ'_п)=1,06∙40,9∙10^-3∙10 ⁶/(0,98∙310∙1,45)=98,4 мм.

Высота выступа у основания сердечника (11.32)

h'_п=10,5б'+0,18D₁=10,5∙1,8+0,18∙518,2=112 мм.

Предварительный внутренний диаметр сердечника ротора (11.33)

D'₂=d_в=к_в мм.

Высота спинки ротора (11.34)

h_с2=0,5D₁-б-h'_п-0,5D'₂=0,5∙518,2–2–112–33–0,5∙140=42 мм.

Расчетная высота спинки ротора с учетом прохождения части магнитного потока по валу (11.35)

h'_с2=h_с2+0,5D'₂=42+0,5∙140=112 мм.

Магнитная индукция в спинке ротора (11.36)

В_с2= Тл.

Рисунок 1 – Эскиз ротора

3. Обмотка статора

3.1 Принимаем двухслойную петлевую обмотку с жесткими секциями из провода марки ПЭТВП, укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы

 

3.2 Коэффициент распределения (9.9)

к_р1=;

где α=60/q_1.

3.3 Укорочение шага (§ 9.3)

β'₁=0,8.

3.4 Шаг обмотки (9.11)

у_п1=β₁z₁/(2p)=0,8∙72/(2∙3)=9,6;

Принимаем у_п1=10.

3.5 Укорочение шага обмотки статора по пазам (11.37)

β₁=2ру_п1/z₁=2∙3∙10/72=0,833.

 

3.6 Коэффициент укорочения (9.12)

к_у1=sin(β₁∙90˚)=sin (0,833∙90)=0,966.

3.7 Обмоточный коэффициент (9.13)

к_об1=к_р1∙к_у1=0,96∙0,966=0,93.

3.8 Предварительное количество витков в обмотке фазы (9.15)

w'₁=.

3.9 Количество параллельных ветвей обмотки статора (§ 9.3)

 

а₁=3.

3.10 Предварительное количество эффективных проводников в пазу (9.16)

N'_п1=;

Принимаем N'_п1=8.

3.11 Уточненное количество витков (9.17)

.

3.12 Количество эффективных проводников в пазу (§ 11.4)

N_д=1.

3.13 Количество параллельных ветвей фазы дополнительной обмотки

а_д=2.

3.14 Количество витков дополнительной обмотки статора (11.38)

.

3.15 Уточненное значение магнитного потока (9.18)

Ф=Ф'(w'₁/w₁)= 40,9∙10^-3 (29,4/32)= 38,3∙10^-3 Вб.

3.16 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре (9.19)

В_б=В'_б(w'₁/w₁)=0,83∙(29,4/32)=0,74 Тл.

3.17 Предварительное значение номинального фазного тока (9.20)

 А.

3.18 Уточненная линейная нагрузка статора (9.21)

.

Полученное значение А1 не отличается от предварительно принятого А'₁=425 А/см более чем на 10%.

3.19 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора (т. 9.13)

В_с1=1,65 Тл.

3.20 Обмотка статора с прямоугольными полуоткрытыми пазами (таблица 9.16)

В'_з1max=1,9∙0,95=1,8 Тл.

3.21 Зубцовое деление статора в наиболее узком месте (9.46)

t_1min= мм.

3.22 Предельная ширина зубца в наиболее узком месте (9.47)

b'_з1min= мм.

3.23 Предварительная ширина полуокрытого паза в штампе (9.48)

b'_п1=t_1min-b'_з1min=22,99–9,95=13,04 мм.

3.24 Высота спинки статора (9.24)

h_c1= мм.

3.25 Высота паза (9.25)

h_n1=(D_н1-D₁)/2-h_c1=(660–518,2)/2–40,7=30,2 мм.

3.26 Изоляция обмотки статора (приложение 28)

h_и=4,5 мм.

3.27 Двусторонняя толщина корпусной изоляции (§ 9.4)

2b_и=2,2 мм.

3.28 Высота шлица (§ 9.4)

 

h_ш=1 мм.

3.29 Высота клина (§ 9.4)

h_к=3,5 мм.

3.30 Припуск на сборку сердечника по ширине (§ 9.4)

b_c=0,3 мм.

3.31 Припуск на сборку сердечника по высоте (§ 9.4)

h_c=0,3 мм.

3.32 Количество эффективных проводников по ширине паза (§ 9.4)

N_ш=2.

3.33 Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией (9.50)

b'_эф=(b'_n1-2b_и1-b_c)/N_ш=(13,01–2,2–0,3)/2=5,27 мм.

3.34 Количество эффективных проводников по высоте паза (9.52)

 

N_в=N_п1/N_ш=8/2=5.

3.35 Допустимая высота эффективного проводника (11.49)

а'_эф=(с₀h_n1-h_и-h_k-h_ш-h_с)/N_в=(0,85∙30,2–4,5–3,5–1–0,3)/4=4,09 мм.

3.36 Площадь эффективного проводника (9.53)

S'_эф=а'_эф∙b'_эф=4,09∙5,27=21,55 мм².

3.37 Количество элементарных проводов в эффективном (§ 9.4)

с=4.

3.38 Меньший размер неизолированного элементарного провода (9.54)

а'=(а'_эф/с_а)-Δ_и=4,09/2–0,15=1,9 мм,

где Δ_и=0,15 мм – двухсторонняя толщина изоляции провода (приложение 3).

3.39 Больший размер неизолированного элементарного провода (9.55)

b'=(b'_эф/с_b)-Δ_и=5,27/2–0,15=2,49 мм.

3.40 Размеры провода (приложение 2)

а х b=1,8 х 2,8;

S=4,677 мм².

3.41 Размер по ширине паза в штампе (9.57)

b_n1=N_шс_b(b+Δ_и)+2b_и+b_с=2∙2 (2,8+0,15)+2,2+0,3=14,3 мм.

3.42 Уточненная ширина зубца в наиболее узкой части (9.85)

b_з1min=t_1min –b_n1=22,99–14,3=8,69 мм.

3.43 Уточненная магнитная индукция в узкой части зубца статора (9.59)

В_з1max=t₁B_б/(b_з1mink_c)=22,6∙0,839/(8,69∙0,95)=2,3 Тл.

3.44 Размер основной обмотки статора (11.50)

h_п.о=N_в.ос_о.в(а+Δ_и.а)+h_и.о=4∙2 (1,8+0,15)+4,5=20,1 мм,

где с_о.в=2 – количество элементарных проводников основной обмотки в одном эффективном по высоте пазе.

3.45 Изоляция обмотки статора (приложение 30)

h_и.д=0,6+1,1+1=2,7 мм.

3.46 Размер дополнительной обмотки статора (11.51)

h_п.д=N_в.дс_д.в(а+Δ_и.а)+h_и.д=1∙1 (1,8+0,15)+2,7=4,65 мм,

где с_д.в=2 – количество элементарных проводников дополнительной обмотки в одном эффективном по высоте пазе.

3.47 Уточненная высота паза статора в штампе (11.52)

h_п1=h_п.о+h_п.д+h_к+h_ш+h_с=20,1+4,65+3,5+1+0,3=29,55 мм.

3.48 Среднее зубцовое деление статора (9.40)

t_ср1=π(D₁+h_п1)/z₁=3,14 (518,2+30,2)/72=23,92.

3.49 Средняя ширина катушки обмотки статора (9.41)

 

b_ср1=t_ср1∙у_п1=23,9∙10=239,2.

3.50 Средняя длина одной лобовой части обмотки (9.60)

ℓ_л1=1,3b_ср1+h_п1+50=1,3∙239,2+30,2+50=391,2 мм.

3.51 Средняя длина витка обмотки (9.43)

ℓ_ср1=2 (ℓ₁+ℓ_л1)=2 (300+391,2)=1382,4 мм.

3.52 Длина вылета лобовой части обмотки (9.63)

ℓ_в1=0,4b_ср1+h_п1/2+25=0,4∙239,2+30,2/2+25=135,8 мм.

3.53 Плотность тока в обмотке статора (9.39)

J₁=I₁/(S∙c∙a₁)=360,8/(4,677∙4∙3)=6,44 А/мм².

3.54 Определяем значение А₁J₁ (§ 11.4)

 

А₁J₁=425,7∙6,44=2742 А²/см∙мм².

3.55 Допустимое значение А₁J₁ (рисунок 11.12)

(А₁J₁) доп=2750 > 2742 А²/см∙мм².

Рисунок 2 – Эскиз статора

 
4. Демпферная (пусковая) обмотка

Суммарная площадь поперечного сечения меди обмотки статора, приходящейся на одно полюсное деление (11.53)

S_2Σ=0,015τА₁/J₁=0,015∙271,2∙425,7/6,44=269 мм².

Зубцовое деление полюсного наконечника ротора (§ 11.5)

t'₂=20 мм.

Предварительное количество стержней демпферной обмотки на один полюс (11.54)

N'₂=1+(b_н.п-20)/t'₂=1+(190–20)/20=10 шт.

Предварительный диаметр стержня демпферной обмотки (11.55)

d'_с=1,13 мм.

Диаметр и сечение стержня (§ (11.5)

d_с=6 мм; S=26,26 мм².

Определяем отношение (§ 11.5)

h'_н.п/d=15/6=2,5 > 1,7.

Минимальная ширина крайнего зубца полюсного наконечника

b_з2min=5 мм.

Уточненное значение зубцового деления полюсного наконечника (11.56)

t₂=(b_н.п– d_c – 2b_з2min)/(N₂-1)=(190–6–2∙5)/(10–1)=19,3 мм.

Диаметр круглой части паза полюсного наконечника (11.57)

d_п2=d_с+(0,1–0,15)=6+0,1=6,1 мм.

Размеры шлица паза демпферной обмотки (§ 11.5)

b_ш2 х h_ш2=2,5 х 3 мм.

Предварительная длина стержня демпферной обмотки (11.58)

ℓ'_ст=ℓ₁+0,2∙τ=300+0,2∙271,2=355 мм.

Площадь поперечного сечения (11.59)

S'_с=0,5S_2Σ=0,5∙269=135 мм².

Высота короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)

h'_с=2∙d_с=2∙6=12 мм.

Ширина короткозамыкающих сегментов (§ 11.5)

ℓ'_с=0,7∙d_с=4,2 мм.

Определяем размеры и сечение короткозамыкающих сегментов.

h_c х ℓ_с=4,25 х 12,5 мм;

S_с=52,27 мм².

5. Расчет магнитной цепи