ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 9

(9.1)

В начале расчета двигателя все величины, входящие в (9.1), кро­ме синхронной угловой скорости, неизвестны. Поэтому расчет проводят, задаваясь на основании имеющихся рекомендаций значения­ми электромагнитных нагрузок (А и В_δ), коэффициентов (α_δ, k_В и k_oб), и приближенно определяют расчетную мощность Р'. Остаются два неизвестных (D и l_δ), однозначное определение которых без до­полнительных условий невозможно. Таким условием является отно­шение l_δ/D или более употребительное в расчетной практике отно­шение λ = l_δ /τ. Это отношение в значительной степени определяет экономические данные машин, а также оказывает влияние на харак­теристики и условия охлаждения двигателей.

У большинства выпускаемых асинхронных двигателей общего назначения отношение λ, изменяется в достаточно узких пределах. Поэтому для определения D и l_δ можно предварительно выбрать то или иное отношение λ, характерное для заданного исполнения и числа полюсов машины. Это позволит однозначно определить глав­ные размеры, исходя из (9.1). Однако внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношения­ми с внешним диаметром статора D_a, в свою очередь, определяю­щим высоту оси вращения h, значение которой при проектировании новых двигателей может быть принято только из стандартного ряда высот, установленных ГОСТом.

Внешний диаметр статора должен также соответствовать опре­деленным условиям, налагаемым требованиями раскроя листов электротехнической стали с наименьшими отходами при штампов­ке. С учетом этих требований при ручном расчете асинхронного двигателя более целесообразным является выбор главных размеров, основанный на предварительном определении высоты оси враще­ния, увязке этого размера с внешним диаметром статора и последу­ющем расчете внутреннего диаметра статора D.

В связи с этим выбор главных размеров проводят в следующей последовательности.

Высоту оси вращения предварительно определяют по рис. 9.18, а или б для заданных Р₂ и 2р в зависимости от исполнения двигателя.

Из ряда высот осей вращения (см. табл. П 6.2) принимают бли­жайшее к предварительно найденному меньшему стандартному зна­чению Л. Следует иметь в виду, что ГОСТ определяет стандартные высоты осей вращения независимо от назначения и конструктивно­го исполнения асинхронных двигателей, поэтому высота оси враще­ния любого проектируемого двигателя должна быть равна одному из этих значений.

Зависимость (9.1) показывает, что при одной и той же длине l мощность P' изменяется пропорционально D². Поэтому машину при выбранной высоте оси вращения выгодно выполнять с возможно большим диаметром. Максимально возможный диаметр D_а должен быть D_a ≤ 2(h – h_1min), где h_1min — минимальное расстояние от стали сердечника статора до опорной плоскости машины (рис. 9.19), включающее толщину корпуса b_корп и расстояние от корпуса до опорной плоскости h₂. Если машина выполняется со сварной стани­ной, то допустимое расстояние h_1min уменьшается. В том случае, когда h₁ >> h_1min, в нижней части корпуса оребренных двигателей ис­полнения со степенью защиты IP44 размещают несколько охлажда­ющих ребер, высота которых может быть меньше, чем у располо­женных на верхней и боковых частях корпуса.

Обычно расстояние h₁ выбирают равным или несколько боль­шим h_1min, значения которого для двигателей с различной высотой оси вращения h приведены на рис. 9.19. При выборе D_a должно быть учтено также требование использования для штамповки рулонной или листовой электротехнической стали стандартных размеров с наименьшими отходами.

Рис. 9.18. Высота оси вращения h двигателей

различных мощности и частоты вращения:

а — со степенью защиты IP44;

б — со степенью защиты IP23

Внешние диаметры сердечников статоров двигателей серий в зависимости от высоты оси вращения при учебном проектировании могут быть приняты по данным табл. 9.8.

Рис. 9.19. К выбору наружного диаметра D_c статора (а).

Минимально допустимое расстояние h₁ от сердечника

статора до опорной поверхности двигателя в зависи­мости

от высоты оси вращения двигателей со станиной (б):

1 — литой; 2 — сварной

Таблица 9.8. Внешние диаметры статоров асинхронных

двигателей различных высот оси вращения

Внутренний диаметр статора D в общем случае можно опреде­лить по внешнему диаметру, высотам ярма (h_a) и зубцов (h_z) статора:

D = D_a — 2(h_a + h_z).

На данном этапе расчета размеры h_a и h_z неизвестны. Поэтому для определения D используют эмпирические зависимости. При од­ном и том же уровне индукции на участках магнитопровода в маши­нах с одинаковым D высота ярма статора будет пропорциональна потоку, а следовательно, обратно пропорциональна числу полюсов машины (прямо пропорциональна полюсному делению). Принимая, что размеры пазов не зависят от числа полюсов машины, получаем приближенное выражение

D = K_DD_a. (9.2)

Значения коэффициентов К_D, приведенные в табл. 9.9, характе­ризуют отношения внутренних и внешних диаметров сердечников статоров асинхронных двигателей серий 4А и АИ при различных числах полюсов и могут быть использованы для предварительного определения D вновь проектируемой машины.

Таблица 9.9. Отношение К_D = D/D_a, в асинхронных двигателях

в зависимости от числа полюсов

Далее находят полюсное деление τ, м:

τ = πD/2p (9.3)

и расчетную мощность Р, В • А:

P' = mIE = P₂ (9.4)

где Р₂ — мощность на валу двигателя, Вт; k_E — отношение ЭДС об­мотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по рис. 9.20.

Предварительные значения η и cos φ, если они не указаны в задании на проектирование, находятся по ГОСТу. Приближенные значения η и cos φ могут быть приняты по кривым рис. 9.21.

Предварительный выбор электромагнитных нагрузок А, А/м, и B_δ, Тл, должен быть проведен

Рис. 9.20. Значения коэффициента K_E

Рис. 9.21. Примерные значения КПД и cos φ асинхронных двигателей:

а — со степенью защиты IP44 и мощностью до 30 кВт;

б — со степенью защиты IP44 и мощно­стью до 400 кВт;

в — со степенью защиты IP23

особо тщательно, так как они определяют не только расчетную длину сердечника, но и в значительной степени характеристики машины. При этом если главные размеры машины зависят от произведения АВ_δ [см. (9.1)], то на характеристики двигателя оказывает существенное влияние также и соотношение между этими величинами. Рекомендации по выбору А и В_δ представлены в виде кривых на рис. 9.22—9.24 для машин различных мощности и исполнения. На каждом из рисунков даются области их допустимых значений. При выборе конкретных значений А и В_δ в пределах рекомендуемой области следует, руководствуясь приведен­ными выше замечаниями, учитывать требования технического задания к хактеристикам проектируемого двигателя.

Коэффициент полюсного перекрытия α_δ и коэффициент формы поля k_В в асинхронных машинах определяются степенью уплощения кривой поля в зазоре, возникающей при насыщении зубцов статора и ротора, и могут быть достаточно достоверно определены то­пь ко после расчета магнитной цепи. Поэтому для расчета магнитной цепи удобнее рассматривать синусоидаль­ное поле, а влияние уплощения учесть при расчете магнитного напряжения отдельных участков магнитной цепи.

Рис. 9.22. Электромагнитные нагрузки асинхронных двигателей

со степенью защиты IP44 при высоте оси вращения:

а – h ≥ 132 мм; б – h = 150…250 мм;

в – h ≥ 280 мм (с продуваемым ротором)

Рис. 9.23. Электромагнитные нагрузки асинхронных двигателей