Определение геометрических размеров катушек, массы обмоточного провода и расчет электрического сопротивления одной фазы обмотки постоянному току в холодном состоянии
2.3.4.1.Средняя ширина катушек, м
(2.35)
2.3.4.2.Длина лобовой части обмотки статора, м
(2.36)
где 
и 0,03 - опытные коэффициенты, учитывающие увеличение лобовой части витка в зависимости от числа полюсов электродвигателя и способа намотки обмотки.
Значения опытного коэффициента для всыпных обмоток приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1. - Значения коэффициента
| Число полюсов, 2р | ||||
| Коэффициент,
| 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 |
2.3.4.3.Средняя длина полувитка обмотки, м
(2.37)
2.3.4.4.Масса меди обмотки статора без изоляции, кг
(2.38)
где 8,9 - удельный вес меди, т/м3.
2.3.4.5.Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом
(2.39)
где р - удельное сопротивление меди, р = 17,5 10-9 (Ом м).
Расчет электрических параметров электродвигателя
2.4.1. Фазный ток двигателя, А
(2.40)
где j - плотность тока в А/м2. Значения допустимой плотности тока приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2. - Значения допустимой плотности тока асинхронных электродвигателей
| Высота оси вращения h, м | 0,056...0,160 | 0,180...0,225 | 0,250 |
| Плотность тока j, А/м2 | (6,0...9,0)106 | (5,0...7,0)106 | (4,0...6,0)106 |
Большие значения допустимой плотности тока соответствует машинам меньших габаритов.
2.4.2. Линейная нагрузка электродвигателя, А/м
(2.41)
Полученное значение линейной нагрузки сравнивается с рекомендуемым (приложение 6).
Если полученные значения линейной нагрузки отличаются от рекомендуемых более чем на 15 %, то необходимо изменить плотность тока в обмотке статора и уточнить коэффициент заполнения паза.
2.4.3.Полная мощность электродвигателя, кВА
(2.42)
2.4.4.Ориентировочная мощность на валу, кВт
(2.43)
где 
и cos 
- номинальные значения коэффициентов полезного действия и мощности, определяемые по таблице приложения 7.
По ориентировочной мощности выбирают значение стандартной мощности из шкалы мощностей: 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11,0;15,0; 18,5; 22,0; 30,0; 37,0; 45,0; 55,0; 75,0; 90,0; 110,0 кВт.
При выборе стандартного значения необходимо брать его равным или ближайшим меньшим расчетному Р.
Расчет магнитной цепи
Магнитная система двигателя - разветвленная симметричная магнитная цепь, состоящая из 2р полюсов. Расчет магнитной цепи ведут по расчетному участку из одной пары полюсов.
Задача расчета - проверка правильности выбора эффективного числа витков, магнитной индукции на различных участках магнитной цепи.
В магнитной цепи двигателя (рисунок 4) с точки зрения магнитного сопротивления действуют следующие магнитодвижущие силы (магнитные напряжения):
Fa - магнитодвижущая сила спинки статора;
Fz1 - магнитодвижущая сила зубцов статора;
- магнитодвижущая сила воздушного зазора,
- магнитодвижущая сила зубцов ротора;
Fp - магнитодвижущая сила спинки ротора.
Рисунок 4 - Пять частей магнитной цепи асинхронной машины
2.5.1.Уточненное значение потока по принятому числу витков, 
(2.44)
2.5.2. Магнитная индукция в зазоре, Тл
(2.45)
2.5.3. Магнитодвижущая сила в воздушном зазоре, А
(2.46)
где 
- односторонний воздушный зазор, м,
(2.47)
- коэффициент воздушного зазора. Учитывает влияние зубчатости статора и ротора на магнитное сопротивление воздушного зазора,
(2.48)
где 
- зубцовое деление статора:
(2.49)
- зубцовое деление ротора,
(2.50)
2.5.4. Магнитодвижущая сила в зубцах статора, А
(2.51)
где 
- напряженность поля. Определяется по значению индукции в зубцах 
по таблице приложения 9.
2.5.5. Магнитодвижущая сила в зубцах ротора, А
(2.52)
где 
определяется по таблице приложения 9.
2.5.6. Магнитодвижущая сила в спинке статора, А
(2.53)
где La - длина средней магнитной силовой линии потока в спинке статора, м,
(2.54)
где 
определяется по значению Ва по приложению 8.
2.5.7. Магнитодвижущая сила в спинке ротора, А
(2.55)
где 
- длина средней магнитной силовой линии потока в спинке ротора, м,
(2.56)
где 
определяется по значению 
по приложению 8.
2.5.8. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины на пару полюсов, А
(2.57)
2.5.9. Намагничивающий ток, А
(2.58)
2.5.10. Относительное значение намагничивающего тока
(2.59)
Относительное значение 
служит критерием правильности выбора электромагнитных нагрузок и расчета обмоточных данных. Полученное значение сравнивается с допустимыми (Приложение 10).
Если относительное значение намагничивающего тока 
окажется выше рекомендованных, то выбор электромагнитных нагрузок и расчет обмоточных данных произведен с ошибками.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. - М.: Энергоиздат, 1982.
2. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для ВУЗов/И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980.
3. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических двигателей: Учебное пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1984.
4. Винников И.М. Технология и расчеты при ремонте двигателей переменного тока. - М: Энергия, 1970.
5. Ванурин В.И. Обмотки асинхронных электродвигателей. - М.: Колос, 1978.
6. Технология монтажа и ремонта электрооборудования: Методические указания по изучению дисциплины / Всесоюзн. с.-х. ин-т заоч. образования; Составил В.Г. Прищеп. - М., 1989.
7. Эксплуатация и ремонт электрооборудования: Методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольной и курсовой работ / Всесоюзн. с.-х. ин-т заоч. образования; Л.П. Шичков, И.С. Мишин, В.А. Ананьев. - М., 1980.
8. Расчет асинхронного электродвигателя при ремонте по известным размерам магнитопровода: Методические указания по выполнению курсовой работы; Сост. С.П. Кохановский, Н.Т. Лут, В.А. Наливайко. - Киев, 1988.
9. Справочник энергетика строительной организации. В 2т. Т.1. Электроснабжение строительства / В.Г. Сенчев. А.К. Азаров, B.C. Аушев и др.; Под ред. В.Г. Сенчева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1991.
10. Антонов М. В. Ремонт низковольтных электрических машин. - М.: Высшая школа, 1988.
11.Г.П. Ерошенко. Дипломное и курсовое проектирование электроремонтных предприятий: Методические указания для студентов ФЭСХ. - Саратов, 1979.
12.Ерошенко Г.П., Пястолов А.А. Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации электрооборудования. - М.: Агропромиздат, 1988.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Соотношения внешних диаметров статоров (Da) и высот оси вращения (h) электродвигателей основного исполнения серии 4А.
| Da,м | 0,089 | 0,100 | 0,116 | 0,131 | 0,149 | 0,168 | 0,191 | 0,225 | 0,272 | 0,313 | 0,349 | 0,392 | 0,437 |
| h, м | 0,056 | 0,063 | 0,071 | 0,080 | 0,090 | 0,100 | 0,112 | 0,132 | 0,160 | 0,180 | 0,200 | 0,225 | 0,250 |
Приложение 2
Максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре асинхронных двигателей серии 4А со степенью защиты IP 44.
а) б)
а) при высоте оси вращения h<132 мм б) при высоте оси вращения h=160...250мм
Приложение 3
Допустимые значения магнитной индукции на различных участках магнитной цепи.
| Участки магнитной цепи | Обозначение | Величина магнитной индукции, Тл |
| Воздушный зазор | Вd | 0,3...0,9 |
| Зубцы статора | Bz1 | 1,3...2,1 |
| Спинка статора | Ва | 1,1...1,6 |
| Зубцы ротора | Bz2 | 1,1...1,95 |
| Спинка ротора | Вp | 0,85...1,55 |
Таблица 4.1 - Выбор оптимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре
| Вd., Тл | 0,85 Вd табл.. | 0,90 Вd табл.. | 0,95 Вd табл.. | 1 Вd табл.. | 1,05 Вd табл.. | 1,1 Вd табл.. | 1,15 Вd табл.. |
| Bz1, Тл | |||||||
| Ва, Тл |
Полученные значения Bz1, Ba сравнить с допустимыми значениями, приведенными в таблице 4.2. и выбрать оптимальный вариант магнитной индукции в воздушном зазоре.
Таблица 4.2 - Ориентировочные значения индукций в сердечниках статоров электродвигателей серии 4А
| Число полюсов обмотки | Значения индукции Bz1/ Ва при высоте оси вращения, м | |||||||||||
| 0,056 | 0,063 | 0,071 | 0,080 | 0,090 | 0,100 | 0,112 | 0,132 | 0,160 | 0,180 | 0,200 | 0,250 | |
| 2р=2 | 1,8 | 1,7 | 1,8 | 1,85 | 1,95 | 1,95 | 2,05 | 1,85 | 1,95 | 1,95 | 2,00 | 1,75 |
| 1,4 | 1,4 | 1,5 | 1,7 | 1,55 | 1,6 | 1,7 | 1,65 | 1,95 | 1,55 | 1,7 | 1,4 | |
| 2р=4 | 1,8 | 1,8 | 1,95 | 1,95 | 1,95 | 1,8 | 1,9 | 1,85 | 1,9 | 1,9 | 1,9 | 1,8 |
| 1,6 | 1,55 | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,6 | 1,65 | 1,7 | 1,6 | 1,6 | 1,5 | |
| 2р=6 | 1,8 | 1,9 | 1,8 | 1,8 | 1,75 | 1,95 | 1,9 | 1,55 | 1,7 | 1,8 | 1,85 | |
| 1,45 | 1,6 | 1,55 | 1,5 | 1,4 | 1,55 | 1,5 | 1,45 | 1,65 | 1,45 | 1,55 | ||
| 2р=8 | 1,9 | 1,7 | 1,75 | 1,75 | 1,85 | 1,9 | 1,8 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | ||
| 1,15 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,4 | 1,3 | 1,25 | 1,3 | 1,2 | 1,3 |
Приложение 5
Площади поперечного сечения и диаметры круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ – 155
| Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м2 | Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м | Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м | Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м | Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м | Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м |
| gг | dг | duз | gг | dг | duз |
| 5 | |||||
| 0,00502 | 0,08 | 0,10 | 0,221 | 0,53 | 0,585 |
| 0,00636 | 0,09 | 0,11 | 0,246 | 0,56 | 0,615 |
| 0,00785 | 0,10 | 0,122 | 0,283 | 0,60 | 0,655 |
| 0,00985 | 0,112 | 0,134 | 0,312 | 0,63 | 0,69 |
| 0,01227 | 0,125 | 0,147 | 0,353 | 0,67 | 0,73 |
| 0,01368 | 0,132 | 0,154 | 0,396 | 0,71 | 0,77 |
| 0,01539 | 0,14 | 0,162 | 0,442 | 0,75 | 0,815 |
| 0,01767 | 0,15 | 0,18 | 0,503 | 0,80 | 0,865 |
| 0,0201 | 0,16 | 0,19 | 0,567 | 0,85 | 0,915 |
| 0,0227 | 0,17 | 0,20 | 0,636 | 0,90 | 0,965 |
| 0,0255 | 0,18 | 0,21 | 0,709 | 0,95 | 1,015 |
| 0,0284 | 0,19 | 0,22 | 0,785 | 1,00 | 1,08 |
| 0,0314 | 0,20 | 0,23 | 0,883 | 1,06 | 1,14 |
| 0,0353 | 0,212 | 0,242 | 0,985 | 1,12 | 1,20 |
Площади поперечного сечения и диаметры круглых медных эмалированных проводов марок ПЭТВ и ПЭТ – 155 (продолжение)
| Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м2 | Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м | Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м | Площадь поперечного сечения неэмалированного провода, х10-6, м | Номинальный диаметр неизолированного провода, х10-3, м | Среднее значение диаметра изолированного провода, х10-3, м |
| gг | dг | duз | gг | dг | duз |
| 5 | |||||
| 0,0394 | 0,224 | 0,259 | 1,094 | 1,18 | 1,26 |
| 0,0437 | 0,236 | 0,271 | 1,227 | 1,25 | 1,33 |
| 0,0491 | 0,25 | 0,285 | 1,368 | 1,32 | 1,405 |
| 0,0552 | 0,265 | 0,300 | 1,539 | 1,40 | 1,485 |
| 0,0616 | 0,28 | 0,315 | 1,767 | 1,50 | 1,585 |
| 0,0707 | 0,30 | 0,335 | 2,011 | 1,60 | 1,685 |
| 0,0779 | 0,315 | 0,350 | 2,27 | 1,70 | 1,785 |
| 0,0881 | 0,335 | 0,370 | 2,54 | 1,80 | 1,895 |
| 0,099 | 0,355 | 0,395 | 2,83 | 1,90 | 1,995 |
| 0,1104 | 0,375 | 0,415 | 3,14 | 2,00 | 2,095 |
| 0,1257 | 0,40 | 0,44 | 3,53 | 2,12 | 2 22 |
| 0,1419 | 0,425 | 0,465 | 3,94 | 2,24 | 2,34 |
| 0,1590 | 0,45 | 0,49 | 4,36 | 2,36 | 2,46 |
| 0,1772 | 0,475 | 0,515 | 4,91 | 2,50 | 2,60 |
| 0,1963 | 0,50 | 0,545 |
Приложение 6
Линейная нагрузка асинхронных двигателей серии 4А со степенью защиты IP 44
а) б)
а) при высоте оси вращения h<132 мм; б) при высоте оси вращения h =160...250 мм.
Приложение 8
Кривая намагничивания для спинки асинхронных двигателей. Сталь 2013
| В, Тл | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | |
| Н, м | ||||||||||
| 0,4 | ||||||||||
| 0,5 | ||||||||||
| 0,6 | ||||||||||
| 0,7 | ||||||||||
| 0,8 | ||||||||||
| 0,9 | ||||||||||
| 1,0 | ||||||||||
| 1,1 | ||||||||||
| 1,2 | ||||||||||
| 1,3 | ||||||||||
| 1,4 | ||||||||||
| 1,5 | ||||||||||
| 1,6 | ||||||||||
| 1,7 | ||||||||||
| 1,8 | ||||||||||
| 1,9 | ||||||||||
| 2,0 |
Приложение 7
Значения КПД и коэффициента мощности для асинхронных двигателей основного исполнения серии 4А
| Полная мощность S, кВт | Высота оси вращения, h, м | Число полюсов | |||||||
| КПД, % | Коэффициент мощности, cosj | ||||||||
| 0,2...0,3 | 0,050 | 61,5 | 52,5 | 0,70 | 0,60 | ||||
| 0,35…0,5 | 0,056 | 67,0 | 63,5 | 0,76 | 0,65 | ||||
| 0,5...0,9 | 0,063 | 71,5 | 68,0 | 57,5 | 0,86 | 0,67 | 0,62 | ||
| 0,7…1,7 | 0,071 | 77,0 | 71,0 | 66,0 | 56,0 | 0,87 | 0,71 | 0,70 | 0,65 |
| 0,9...3,0 | 0,080 | 82,0 | 76,0 | 72,0 | 63,0 | 0,86 | 0,82 | 0,74 | 0,65 |
| 1,8...4,0 | 0,090 | 84,5 | 80,0 | 75,0 | 69,0 | 0,88 | 0,83 | 0,74 | 0,65 |
| 3,0...7,0 | 0,100 | 87,0 | 83,0 | 81,0 | 74,0 | 0,90 | 0,83 | 0,73 | 0,65 |
| 4,0…10,0 | 0,112 | 87,5 | 85,5 | 81,5 | 78,0 | 0,88 | 0,85 | 0,78 | 0,72 |
| 7,0…14,5 | 0,132 | 88,0 | 87,5 | 85,0 | 83,0 | 0,90 | 0,86 | 0,80 | 0,72 |
| 11,5...24,0 | 0,160 | 88,0 | 89,0 | 87,0 | 86,5 | 0,92 | 0,88 | 0,86 | 0,75 |
| 21,0...38,0 | 0,180 | 90,0 | 90,5 | 88,0 | 87,0 | 0,91 | 0,90 | 0,87 | 0,82 |
| 25,0...55,0 | 0,200 | 90,0 | 91,0 | 90,0 | 88,5 | 0,89 | 0,90 | 0,90 | 0,84 |
| 40,0...66,0 | 0,225 | 91,0 | 92,5 | 91,0 | 90,5 | 0,92 | 0,90 | 0,89 | 0,81 |
| 50,0...110 | 0,250 | 92,0 | 93,0 | 91,5 | 90,5 | 0,89 | 0,90 | 0,89 | 0,84 |
Приложение 9
Кривая намагничивания для зубцов асинхронных двигателей. Сталь 2013
| В, Тл | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | |
| Н, А/м | ||||||||||
| 0,4 | ||||||||||
| 0,5 | ||||||||||
| 0,6 | ||||||||||
| 0,7 | ||||||||||
| 0,8 | ||||||||||
| 0,9 | ||||||||||
| 1,0 | ||||||||||
| 1,1 | ||||||||||
| 1,2 | ||||||||||
| 1,3 | ||||||||||
| 1,4 | ||||||||||
| 1,5 | ||||||||||
| 1,6 | ||||||||||
| 1,7 | ||||||||||
| 1,8 | ||||||||||
| 1,9 | ||||||||||
| 2,0 | ||||||||||
| 2,1 | ||||||||||
| 2,2 | ||||||||||
| 2,3 |
Приложение 10
Предельно допустимые относительные значения тока намагничивания электродвигателей
| Номинальная мощность двигателя, кВт | Относительное значение тока намагничивания при числе полюсов | |||
| 0,1...0,5 | 0,60 | 0,75 | 0,85 | 0,90 |
| 0,51...1,0 | 0,50 | 0,70 | 0,75 | 0,80 |
| 1,1…5,0 | 0,45 | 0,65 | 0,70 | 0,75 |
| 5,1...10,0 | 0,40 | 0,60 | 0,65 | 0,70 |
| 10,1...25,0 | 0,30 | 0,55 | 0,60 | 0,65 |
| 25,1...50,0 | 0,20 | 0,50 | 0,55 | 0,60 |
| 50,1...100,0 | 0,40 | 0,45 | 0,50 |