1.1. Выбор главных размеров

Высота оси вращения h=0,160 м, тогда диаметр расточки Da=0,272 м Внутренний диаметр статора D=kD•Da=0,72•0,272=0,197 м.

Полюсное деление

τ=π•D/(2p)

где 2p=6, число пар полюсов; тогда

τ

Расчетная мощность

где P2 =10 кВт - номинальная мощность на валу, η=0,845 - КПД , cosφ=0.76 - коэффициент мощности, kE=0.965 – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению Uн=220/380 В; тогда получим

кВ*А

Электромагнитные нагрузки предварительно примем A=31∙103 А/м и Bδ=0,79. kоб1=0,92.

Расчетная длинна магнитопровода

где kB=1,11 – коэффициент формы поля, Ω=2∙π∙ƒ/p – синхронная угловая скорость двигателя ƒ=50 Гц - частота питания, тогда Ω=2∙3,14∙50/3=104,7 рад/с.

м;

Критерием правильности выбора главных размеров D и lδ служит λ=lδ/τ.

λ=0,14/ 0,1031=1,35; что удовлетворяет данным пределам.

1.2. Определение Z1, W1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Z1 - число пазов на статоре, w1 - число витков в фазе. Предельные значения зубцового деления статора tZ1 : tZ1max=0,012 м. и tZ1min=0,01 м. Определим число пазов статора

=51

Принимаем Z1=54, тогда число пазов на одну фазу на полюс равно

где m=3 - число фаз

Определим зубцовое деление статора

м

Число параллельных проводников, а=2, тогда число эффективных проводников в пазу будет равно

где I1н - номинальный ток обмотки статора

А

тогда получим

так как a=2 то uп=а∙u`п=2*14=28; принимаем uп=28.

Уточним значения:

число витков в фазе

витков.

линейная нагрузка

А/м

Обмоточный коэффициент

магнитный поток

Вб

индукция в воздушном зазоре

Тл

Значения А и Вδ находятся в допустимых пределах

Плотность тока в обмотке статора

где AJ1=183∙109 А2/м3

А/м2

Площадь поперечного сечения проводника (предварительно):

м2

принимаем число элементарных проводников nэл=1, тогда cечение проводника

qэл=qэф/ nэл=2/1=2 мм2.

Принимаем провод круглого сечения ПЭТ:

b=7,5 мм; а=1,12 мм; qэл=2 мм2.

А/м2

1.3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Берем полуоткрытый паз с параллельными стенками.

Тл и индукцию в спинке статора Ba=1,55 Тл. Тогда минимальную ширину зубца определим как

где lСТ1=lδ - длинна пакета статора,kс1=0,97.

мм

определим высоту спинки ярма

мм

Припуски по ширине и высоте паза: =0,2мм =0,2мм мм

мм

мм

Принимаем:

Воздушный зазор двигателя: мм

Внешний диаметр ротора:

м

М

Обмотку ротора выполняем стержневой волновой:

Число пазов ротора:

мм

Напряжение на контактных кольцах ротора при соединении обмотки ротора в звезду

Где:

в

Предварительное значение тока в обмотке ротора:

А

Коэффициент приведения токов:

;

Сечение эффективных проводников обмотки ротора:

мм

Принимаем:

мм мм

Уточняем:

А/м

Сердечник ротора:

9 аксиальных каналов, расположенных в одном ряду.

Диаметр канала: мм

Диаметр вала:

м

1.5. Расчет магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2212 толщиной

Магнитное напряжение воздушного зазора

где kδ- коэффициент воздушного зазора

где

где

А

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора с изменяющейся площадью поперечного сечения зубца

А

где hZ1=hП1=0,0198 м – высота зубца статора, HZ1 – напряженность в зубце статора

определяется по формуле:

где определяются по основным кривым намагничивания , и зависят от индукции, которая определяется как

Тл

Тл

Тл;

По кривым, учитывая коэффициент, находим А/м;

Для остальных значений индукции по кривым находим:

А/м А/м

А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора с изменяющимся поперечным сечением зубца:

А

где высота зубца hZ2=0,002 мм, определим индукцию в зубце ротора для каждого из участков по формуле:

м

м

Тл

Тл

Тл

Принимаем действующую индукцию Тл соответствующая ей напряженность А

1,5=1,6-4*1120

1,5=1,5

А/м

А/м

А/м

А/м

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитное напряжение ярма статора

где La – длина средней магнитной силовой линии в ярме статора

где ha – высота ярма статора

м

м

определим индукцию в ярме статора

где h`a=ha=30 мм, при отсутствии радиальных каналов, тогда

Тл

тогда Ha=279А/м получим

А

Магнитное напряжение ярма ротора

0,045*68=3,06А

где Lj – длинна средней магнитной силовой линии в ярме ротора

= м

где hj – высота ярма ротора

=м

Определим индукцию в ярме ротора

=Тл

где h`j – расчетная высота ярма ротора, которую находим по формуле:

Hj=89 А/м – напряженность в ярме ротора, тогда

Магнитное напряжение на пару полюсов

=563,3+25,3+1,5+36,2+3,06=629,36А

Коэффициент насыщения магнитной цепи

Намагничивающий ток

=А

относительное значение

=

Относительное значение служит определенным критерием правильности произведенного выбора и расчета размеров и обмотки двигателя. Так, если при проектировании двигателя средней мощности расчет показал, что больше 0,2, но меньше 0,3 то в большинстве случаев это свидетельствует о том, что размеры машины выбраны правильно и активные материалы полностью используются. Такой двигатель может иметь высокие КПД и COS(ф), хорошие показатели расхода материалов на единицу мощности.

1.6. Параметры рабочего режима

Активное сопротивление обмоток статора

где kR=1 – коэффициент влияния эффекта вытеснения тока, ρ5=10-6/41 Ом∙м – удельное сопротивление меди при to=115 С, L1 – длинна проводников фазы обмотки

=0,832*126=104,8 м

где lср1=2(lп1+lл1)=2(0,18+0,236)=0,832 м;

lп1=l1=0,18 м;

lл1=Кл∙bкт+2∙В+hп1 =2,3∙0,08+2∙0,025+0,002=0,236 м,

где В=25 мм , ширина катушки

=м

где β – укорочение шага обмотки статора β=0,833.

получим

Ом

Активное сопротивление фазы обмотки ротора

Ом

где:

мм

м

м

м

м

Вылет лобовых частей обмотки ротора.

где:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

где l`δ=lδ=0,14 м расчетная длинна статора, коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания

где h2=35м, h1 =0.5, hK=3мм, h0=1,1м; k`β=0,875kβ=0,906

коэффициент магнитной проводимости лобового рассеивания

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания

=

где

0,025

Ом

Относительное значение

=

Индуктивное сопротивление обмотки ротора.

где h0=1,3 мм h=2,5 мм h=1.2 мм h=42.6 мм h=1 мм b=1,5 мм b=7,5 мм k

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания

=

где

Ом

Относительное значение

1.7. Расчет потерь

Основные потери в стали

где p1,0/50=2,2 Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц , kДА и kДZ – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода и технологических факторов kДА=1,6 и kДZ=1,8,масса стали ярма статора

= кг

где γС=7800 кг/м3 – удельная масса стали

масса стали зубцов статора

= кг

где м;

Вт

поверхностные потери в роторе

=Вт

где удельные поверхностные потери ротора определяются как

где k02=1,8 – коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности зубцов ротора, n1=1000 об/мин – синхронная частота вращения двигателя, В02=β02∙kδ∙Bδ=0,28 Тл – амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, β02=0,33

Вт/м2

Пульсационные потери в зубцах ротора

=Вт

где амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов

=Тл

где γ1=9,3

масса зубцов ротора

=81*0,02*3,75*10*0,18*0,97*7800=8,2 кг

Сумма добавочных потерь в стали

=25,6+37,8=63,4 Вт

Полные потери в стали

=143+63,4=206,4 Вт

Механические потери

Вт

Вт

Выбираем щётки МГ64 для которых Па, А/см

м/с, В,

Площадь щёток на одно кольцо.

см

Принимаем 12,5 6,3 число щёток на одно кольцо.

Уточняем плотность тока под щёткой.

А/см

Принимаем диаметр кольца D0,34 тогда линейная скорость кольца

м/с

Холостой ход.

=3*6*0,64=69,12 Вт

ток холостого хода двигателя

= А

где активная составляющая тока холостого хода

=А

Коэффициент мощности при холостом ходе

=

= Ом

=Ом

Комплексный коэффициент рассчитываем по приближенной формуле,

=

Активная составляющая тока синхронного холостого хода

= А

Р=10 кВт; U=220/380. В; 2р=6; Ом; Ом;

Вт; А; А;

; а`=1,04; а=0,65; b=1,115, b`=0

Далее производим расчет s=0,005 ; 0,01 ; 0,015 ; 0,02 ; 0,025; 0,03 при Р2=10 кВт определяем номинальное скольжение sН=0,017

Расчет рабочих характеристик

Расчётные формулы	Ед.	Скольжение s
		0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	Sн= 0,017
1.a`r`2/s	Ом	33,3	16,6	11,1	8,32	6,6	5,5	9,78
2. R=a+a`r`2/s	Ом	33,9	17,3	11,7	8,9	7,3	6,2	10,43
3. X=b+b`r`2/s	Ом	1,115	1,115	1,115	1,115	1,115	1,115	1,115
4.	Ом	33,95	17,32	11,79	9,03	7,4	6,3	10,5

5. I2``=U1/Z	А	6,5	12,7	18,6	24,34	29,7	34,9	20,9
6. cosf`2=R/Z	—	0,99	0,98	0,96	0,92	0,89	0,84	0,94
7. sinf`2=X/Z	—	0,033	0,064	0,095	0,123	0,151	0,177	0,106
8.I1a=I0a+ I2`` cosf`2	А	6,8	13	18,8	24,5	19,74	34,7	21,15
9.I1р=I0р+ I2`` sinf`2	А	6,21	6,8	7,76	9,002	10,5	12,2	8,2
10.	А	9,2	14,6	20,42	26,07	31,5	36,7	22,7

11. I`2=c1I2``	А	6,61	12,9	19,02	24,8	30,4	35,6	21,3
12. Р1= 3U1нЧI1a	кВт	4,5	8,5	12,4	16,1	19,6	22,9	13,8
13.	кВт	0,162	0,413	0,8	1,3	1,9	2,5	0,419

14.

кВт

3,17

6,2

9,13

11,9

14,5

17,1

10,3

15. Pдоб=0,005P1	кВт	0,022	0,042	0,062	0,08	0,098	0,11	0,069
16. еP=Pст+Pмех+ +Pэ1+Pэ2+Pдоб	кВт	4,81	7,5	11,65	16,91	23,16	30,23	13,63
17. Р2= Р1-еP	кВт	4	7,8	8,3	14,4	17,3	19,9	9,6
18. h=1-еP/P1	—	0,89	0,91	0,9	0,89	0,88	0,86	0,97
19. cosf=I1a/I1	—	0,738	0,885	0,925	0,939	0,94	0,94	0,93
20.	кВт	4,36	8,55	12,55	16,38	20,04	23,5	14,1

Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором (P2ном=10 кВт; 2р=6; Uном=220/380 В; I1н=23,6 А; cos(f)=0,93; hном=970; Sном=0,017)

Для расчёта максимального момента определяем критическое скольжение:

Ом

Ом

А

5. Список литературы

1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин.

2. Монюшко Н.Д. Вентиляционные и тепловые расчеты в электрических машинах. Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию.

3. Вольдек А.И. Электромашины.