Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ

   а’=2 (число параллельных сечений ). 

   Проверяем, подходит ли этот провод для нашего магнитопровода:

    .

   Наш провод удовлетворяет заданному  условию.

   Определим стандартное сечение провода:

     мм².

  Обмотка  двигателя будем наматывать проводом:

    . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчет  размеров секций (длина  витка). 

   Определение длины витка необходимо для установки  шаблона при изготовлении секций катушечных групп, а также для последующих расчетов.

   Виток состоит из 2-х активных и 2-х лобовых частей, следовательно, средняя длина витка:

    ,

где – пазовая (активная) длина витка, м;

     – длина лобовой части витка, м.

   Длина лобовой части витка обмотки  определяется из формулы:

    ,

где –поправочный коэффициент;

     – средняя ширина секции, м;

     – коэффициент запаса, м.

   Средняя ширина секции определяется по формуле, м:

    м. 

 Значения  поправочного коэффициента и  коэффициента запаса принимаем  равными k=1.35; l^’=30мм, [табл.5 лит.1]. 

    м;

    м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчет  массы обмотки. 

   Расчет  массы обмотки, в частности, необходим  для получения обмоточного провода со склада.

   Масса металла обмотки провода определяется путем умножения плотности проводникового материала на объем провода, кг:

   

    кг,

где g – плотность проводникового материала, кг/м³,

           (для меди – 8900 кг/м³);

     – фактическое сечение  провода без изоляции, м².

   Масса обмотки провода с изоляцией  и с учетом «отрезок» ориентировочно равно, кг:

    кг. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Электрическое сопротивление изоляции обмотки одной фазы            постоянному току в холодном состоянии. 

   Определяется  для сравнения (выявления дефектов) при контрольных и типовых  испытаниях.

   Электрическое сопротивление одной фазы обмотки  постоянному току в холодном состоянии ( ) определяется из выражения, Ом:

    Ом,

где – удельное сопротивление проводника. 

    Расчет  номинальных данных.

Номинальный ток. 

   Номинальный фазный ток двигателя равен произведению плотности тока на сечение провода, с учетом параллельных ветвей и сечений, А:

    А,

где – плотность тока, А/мм².

   Плотность тока, необходимая при определении  номинального тока двигателя, выбирается в зависимости от мощности и исполнения машины. Предварительное значение плотности тока берется из справочных данных и проверяется по линейной нагрузке двигателя.

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

    А/см.

   Полученная  линейная нагрузка входит в допустимые пределы.  
 
 

   Номинальная мощность.

   Расчетная номинальная мощность трехфазного  асинхронного двигателя (мощность на валу) определяется по выражению:

   Величины  коэффициента мощности и КПД принимаем по каталожным данным: cos ; [Табл.6 Лит.1].

    КВт

   Полученное    значение  мощности    округляем до  ближайшего стандартного:

   Р_нгост.=17 КВт.

    ;

   Рассчитаем  значение стандартного тока:

    А

     Фактическая плотность тока :

А/мм².

   Фактическую плотность тока еще раз проверяем  по линейной нагрузке:

    А/см.

   Т. к. линейная нагрузка в пределах нормы, то расчет двигателя прекращаем и составляем задание обмотчику (см. таблица 2). 

Таблица 3. Задание обмотчику.                                 

№  Наименование Статор 1  Тип двигателя АО2-42-6 2  Номинальная мощность, кВт 17,0 3  Номинальное напряжение, В 220/380 4  Номинальный ток, А 30,56 5  Частота вращения номинальная, мин-1 1500 6  Частота тока, Гц 50 7  Схема соединения Y /D 8   0,89 9  КПД, % 0,89 10  Тип обмотки Петлевая 11  Масса провода, кг 8,5 12  Марка и сечение  провода 13  Число параллельных сечений, шт. 2 14  Число витков в секции, шт. 14 15  Число секций в катушке, шт. 12 16  Длина витка, м 0,71 17  Количество  катушек, шт. 4 18  Шаг обмотки, шт. 10 19  Число параллельных ветвей, шт. 1

 

                         Анализ проведённых расчётов АД при ремонте. 

1. Из данных  итогов проведённых расчётов на ЭВМ, видно, что при уменьшении частоты вращения магнитного поля статора, при одном и том же числе витков, приходящихся на одну фазу, а, следовательно и постоянном магнитном потоке:

   

происходит  увеличение магнитной индукции. Это объясняется тем, что с увеличением числа полюсов р происходит уменьшение площади в расточке статора, приходящейся на один полюс, а, как известно, магнитная индукция обратно пропорциональна площади полюса: В=Ф/S. Но увеличение магнитной индукции выше оптимальных пределов приводит к перегреву магнитной системы машины, что крайне нежелательно. Поэтому её уменьшение (до оптимальных значений) производят уменьшением магнитного потока, что достигается увеличением числа витков, приходящихся на одну фазу, что и видно из полученных результатов.

2. Уменьшение  фазного напряжения отражается  на: числе витков, приходящихся на одну фазу; общем весе обмотки; числе активных проводников в пазу; её сопротивлении, - происходит уменьшение всех параметров обмотки, кроме сечения проводов и весе обмотки – они увеличиваются. Плотность тока в обмотке статора также имеет несколько меньшее значение, мощность двигателя уменьшается.

3. Изменение  частоты тока, т.е. её увеличение привело к: уменьшению числа витков на одну фазу; уменьшению числа активных проводников в пазу, числа витков в секции; увеличению сечения провода, сопротивление обмотки уменьшается, не значительно увеличивается коэффициент заполнения паза; плотность тока увеличивается; не значительно увеличивается мощность двигателя.

4. Выбор  типа обмотки отражается главным  образом на: её весе; коэффициенте заполнения паза и сечении обмоточного провода (оно увеличивается), увеличивается длина витков; происходит незначительное уменьшение их количества на фазу и числа активных проводников в пазу; происходит увеличение числа витков на секцию.

5. Заключение:

      а) выбираем двухслойную обмотку с  укороченным шагом, исходя из ранее  приведённых сравнений её достоинств и недостатков по отношению к  другим обмоткам.

      б) принимаем U_ф=220 В.

      в) частота питающего тока f=60 Гц является наиболее выгодной, т.к. происходит уменьшение сопротивления обмотки одной фазы постоянному току, уменьшение числа витков на фазу, хотя мощность сохраняется. Уменьшение числа витков – уменьшение затрат на намотку и укладку обмотки. Обмотка при f=60 Гц являлась бы оптимальной, но потребовался бы источник питания с нестандартной частотой питающего напряжения и тока, а на территории РБ f=50 Гц является основной и единой частотой. Кроме того, – это одно из требований заказчика.

   г) Наиболее рациональной для данного  магнитопровода считается обмотка на синхронную частоту вращения n=3000 об/мин, т.к. электродвигатель имеет максимальную мощность, что для заказчика немаловажно, а также имеет меньшее сопротивление постоянному току в холодном состоянии.

   Литература. 

1. Сердешнов  А.П. Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя при ремонте и модернизации.-М.: БАТУ, 2003.

2. Пясталов  А.А., Мешков А.А., Вахрамеев А.Л.  Монтаж, эксплуатация и ремонт электрооборудования.-М.: Колос, 1981.

3. Пясталов  А.А. Практикум по технологии  монтажа и ремонта электрооборудования.-М.: Агропромиздат, 1990.

4. Кокаев  А.С. Справочник молодого  обмотчика   электрических  машин.-М.: Высшая  школа, 1986.

5. Жерве  Г.К. Расчёт асинхронного двигателя  при перемотке.-Л.: Энергия, 1976.