1 Главные размеры.

1. Определяем количество пар полюсов

Предварительно принимаем исполнение по защите IP44, со способом

охлаждения ICO141.

h=160 мм (по условию).

1.2 По таблице 9-2 [1,117] выбираем наружный диаметр сердечника

D_н1=285 мм

1.3 Для определения внутреннего диаметра сердечника статора используем зависимость D₁=f(D_н1), приведенную в табл. 9-3 [1,118] в зависимости от числа полюсов:

D₁=0,68·D_н1-5=0,68·285-5=189 мм (при 2р=4)

1.4 Расчетная мощность электродвигателя:

где k_н=0,975 –принимаем по рис 9-1[1,117]

η'=0,89 – предварительное значение КПД двигателя при

номинальной нагрузке (принимаем по рис 9-2 [1,118])

cos φ'=0,875 – предварительное значение коэффициента мощности

двигателя (принимаем по рис 9-3 [1,119])

1.5 По таблица. 9-4 [1,119] принимаем форму пазов и тип обмотки статора:

Форма паза – трапецеидальная полузакрытая

Тип обмотки – однослойная

1.6 Предварительное значение электромагнитных нагрузок

где определяем по рис 9-4 [1,120]

где определяем по рис 9-4 [1,120]

1.7 Предварительное значение обмоточного коэффициента

1.8 Расчетная длина сердечника статора

1.9 Конструктивная длина сердечника статора

l₁=115 мм

1.10 Отношение длины сердечника статора к внутреннему диаметру

сердечника статора

1.11 Предельно допускаемое отношение длины сердечника статора к внутреннему диаметру сердечника статора(определяем по

таблице 9-6 [1,122]):

.

2 Сердечник статора.

Сердечник статора собираем из отдельных отштампованных листов холоднокатаной изотропной электротехнической стали марки 2013

(т.к. h=160 мм) толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали, от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

2.1 Коэффициент заполнения стали

k_c=0,97

2.2 Количество пазов на полюс и фазу (принимаем по табл. 9-8 [1,123])

q=4

2.3 Количество пазов сердечника статора

3 Сердечник ротора.

Сердечник ротора собираем из отдельных отштампованных листов холоднокатаной изотропной электротехнической стали марки 2013

(т.к. h=160 мм) толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

3.1 Коэффициент заполнения стали

k_c=0,97

Для уменьшения влияния моментов высших гармоник на пусковые и виброаккустические характеристики машины ротор двигателя выполняем со скосом пазов b_ck на одно зубцовое деление статора t₁; при этом

3.2 Величину воздушного зазора выбираем по табл. 9-9 [1,124]

3.3 Наружный диаметр сердечника ротора

D_н2=D₁-2·δ=189-2·0, 5=188 мм

3.4 Внутренний диаметр листов ротора

D₂≈0,23·D_н1=0,23·285=65,55 мм

3.5 Длина сердечника ротора

l₂=l₁=115 мм

3.6 Количество пазов ротора

где m₂=m₁=3

q₂=q₁-1=4-1=3

Принимаем: z₂=38

4 Обмотка статора

Для двигателя принимаем однослойную всыпную обмотку концентрическую обмотку из провода марки ПЭТ-155 (класс нагревостойкости F), укладываемую в трапециидальные полузакрытые пазы.

Обмотку статора выполняем шестизонной; каждая зона равна 60 эл.град.

4.1 Коэффициент распределения при шестизонной обмотки:

где

4.2 Укорочение шага

4.3 Диаметральный шаг по пазам

4.4 Коэффициент укорочения

4.5 Обмоточный коэффициент

4.6 Предварительное значение магнитного потока

4.7 Предварительное количество витков в обмотке фазы

4.8 Предварительное количество эффективных проводников в пазу

где а₁=1 – количество параллельных ветвей обмотки статора

4.9 Уточненное количество витков в обмотке фазы

4.10 Уточненное значение магнитного потока

4.11 Уточненное значение индукции в воздушном зазоре

4.12 Предварительное значение номинального фазного тока

4.13 Уточненная линейная нагрузка статора

4.14 Среднее значение магнитной индукции в спинке статора принимаем

по табл. 9-13[1,130]

В_с1=1,65 Тл

4.15 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

4.16 Среднее значение магнитной индукции в зубцах статора

(принимаем по табл. 9-14 [1,130])

В_з1=1,6 Тл

4.17 Ширина зубца

4.18 Высота спинки статора

4.19 Высота паза

4.20 Большая ширина паза

4.21 Меньшая ширина паза

где h_ш1=0,5 мм – высота шлица

- ширина шлица

4.22 Проверка правильности определения b₁ и b₂ исходя из требования

b_з1=const:

4.23 Площадь поперечного сечения паза в штампе

4.24 Площадь поперечного сечения в свету

где b_c=0,2 мм – припуски на сборку сердечника статора и ротора

по ширине

h_c=0,2 мм – припуски на сборку сердечника статора и ротора

по высоте

4.25 Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

где b_и1=0,4 мм – среднее значение односторонней толщины

корпусной изоляции

4.26 Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней

катушками в пазу, на дне и под клином

4.27 Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой

4.28 Предварительный коэффициент заполнения паза

k_п=0,75

4.29 Произведение

Принимаем с=3 – количество элементарных проводов в эффективном

4.30 Диаметр элементарного изолированного провода

По приложению 1 [1,384] находим ближайший стандартизованный диаметр, соответствующий ему диаметр неизолированного провода и площадь поперечного сечения

4.30 Уточненный коэффициент заполнения паза

4.31 Уточняем ширину шлица

Принимаем

4.32 Плотность тока в обмотке статора

4.33 Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке

A₁·J₁=306,8·7,329=2248,78

4.34 Допустимый уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь

в обмотке определяем по рис 9-8 [1,133]

A₁·J₁=2250

Рис. 1 Трапецеидальный полузакрытый паз статора.

5 Размеры элементов обмотки

5.1 Среднее зубцовое деление статора

5.2 Средняя ширина катушки обмотки статора

5.3 Средняя длина одной лобовой части катушки

5.4 Средняя длина витка обмотки

5.5 Длина вылета лобовой части обмотки

6 Обмотка короткозамкнутого ротора

Принимаем для обмотки ротора овальные закрытые пазы.

6.1 Предварительная высота пазов короткозамкнутого ротора

принимаем по рис 9-12 [1,143]

h_п2=38 мм

6.2 Расчетная высота спинки ротора

6.3 Магнитная индукция в спинке ротора

6.4 Зубцовое деление по наружному диаметру ротора

6.5 Магнитная индукция в зубцах ротора определяем по табл. 9-18 [1,141]

В_з2=1,8 Тл

6.6 Ширина зубца

6.7 Меньший радиус паза

6.8 Больший радиус паза

где для закрытого паза: h_ш2=0,7 мм; h₂=0,3 мм b_ш2=1,5 мм.

6.9 Расстояние между центрами радиусов

h₁=h_п2-h_ш2-h₂-r₁-r₂=38-0,7-0,3-3,46-0,72=32,82 мм

6.10 Проверка правильности определения r₁ и r₂ исходя из условия

b_з2=const

6.11 Площадь поперечного сечения стержня, равная площади

поперечного сечения паза в штампе

Рис.2 Геометрия овальных закрытых пазов короткозамкнутого ротора.

7 Короткозамыкающее кольцо обмотки ротора.

7.1 Поперечное сечение кольца ( для литой клетки)

7.2 Высота кольца (литой клетки)

7.3 Длина кольца

7.4 Средний диаметр кольца (для литой клетки)

7.5 Вылет лобовой части обмотки

где l_л2=50 мм – длина лобовой части стержня

k_л=0,9 – коэффициент учитывающий изгиб стержня

8 Расчет магнитной цепи.

8.1 МДС для воздушного зазора.

8.1.1 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления

воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора

8.1.2 Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления

воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора

8.1.3 Общий коэффициент воздушного зазора

8.1.4 МДС для воздушного зазора

8.2 МДС для зубцов трапецеидальных полузакрытых пазах статора

8.2.1 Напряженность магнитного поля находим из приложения 8 [1,395]

Н_з.1=8,5

8.2.2 Средняя длина пути магнитного потока

L_з.1=h_п.1=21,73 мм

8.2.3 МДС для зубцов

8.3 МДС для зубцов при овальных закрытых пазах ротора.

8.3.1 Напряженность магнитного поля определяем по приложению 8

Н_з.2=15,2

8.3.2 Средняя длина пути магнитного потока

L_з.2 = h_п.2 – 0,2·r₂ = 38 – 0,2·0,72=37,856 мм

8.3.3 МДС для зубцов.

8.4 МДС для спинки статора.

8.4.1 Напряженность магнитного поля находим по приложению 11 [1,393]

Н_с1=9,4

8.4.2 Средняя длина пути магнитного потока

8.4.3 МДС для спинки статора

8.5 МДС для спинки ротора.

8.5.1 Напряженность магнитного поля находим по приложению 11 [1,393]

Н_с2=2

8.5.2 Средняя длина пути магнитного потока

8.5.3 МДС для спинки статора

8.6 Параметры магнитной цепи.

8.6.1 Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс

8.6.2 Коэффициент насыщения магнитной цепи

8.6.3 Намагничивающий ток

8.6.4 Намагничивающий ток в относительных единицах

8.6.5 ЭДС холостого хода

E=k_H·U₁=0,975·220=214,5 B

8.6.6 Главное индуктивное сопротивление

8.6.7 Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах

9 Сопротивление обмотки статора.

9.1 Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С

где - удельная электрическая проводимость

меди при 20⁰С

9.2 Активное сопротивление обмотки фазы при 20⁰С в относительных

единицах

9.3 Проверка правильности определения

9.4 Коэффициенты, учитывающие укорочение шага

9.5 Размеры паза статора

где h_k1 , h₂ – размеры частей обмоток и паза (определяем по табл. 9-21[1,159])

h₁ – размер обмотки

9.6 Коэффициент проводимости рассеяния

9.7 Коэффициент дифференциального рассеяния статора(принимаем

по табл. 9-23 [1,159])

k_д1=0,0089

9.8 Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на

проводимость дифференциального рассеяния

9.9 Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов,

наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими

гармониками поля статора(определяем по табл..9-22 [1,159])

k_p1=0,77

9.10 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния

9.11 Полюсное деление

9.12 Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки

9.13 Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора

9.14 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора

9.15 Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора в о.е.

9.16 Проверка правильности определения

10 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами

10.1 Активное сопротивление стержня клетки при 20⁰С

где - удельная электрическая проводимость алюминия при 20⁰С( при использовании заливки алюминия А5)

10.2 Коэффициент приведения тока кольца к току стержня

10.3 Сопротивление короткозамыкающих колец, приведенное к току

стержня при 20⁰С

10.4 Центральный угол скоса пазов

10.5 Коэффициент скоса пазов ротора (определяем по рис 9-16 [1,160])

k_ск=0,998

10.6 Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к

обмотке статора

10.7 Активное сопротивление обмотки ротора при 20⁰С, приведенное к

обмотке статора

10.8 Активное сопротивление обмотки ротора при 20⁰С, приведенное к

обмотке статора в о.е.

10.9 Ток стержня ротора для рабочего режима

10.10 Коэффициент проводимости рассеяния

10.11 Количество пазов ротора на полюс и фазу

10.12 Коэффициент дифференциального рассеяния ротора (определяем

по рис 9-17 [1,160])

k_д2=0,008

10.13 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния

ротора

10.14 Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих

колец литой клетки ротора

10.15 Относительный скос пазов ротора в долях зубцового деления

ротора

10.16 Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов

10.17 Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора

10.18 Индуктивное сопротивление обмотки ротора

10.19 Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к

обмотке статора

10.20 Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к

обмотке статора в о.е.

10.21 Проверка правильности определения

11 Сопротивления обмоток преобразованной схемы замещения двигателя (с вынесенным на зажимы намагничивающим контуром)

11.1 Коэффициент рассеяния статора

11.2 Коэффициент сопротивления статора

11.3 Преобразованные сопротивления обмоток

12 Расчет режима холостого хода

12.1 Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении.

12.2 Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении

12.3 Расчетная масса стали зубцов статора

12.4 Магнитные потери в зубцах статора

12.5 Масса стали спинки статора

12.6 Магнитные потери в спинке статора

12.7 Суммарные потери в сердечнике статора, включающие добавочные

потери в стали

12.8 Механические потери

12.9 Активная составляющая тока холостого хода

12.10 Ток холостого хода

12.11 Коэффициент мощности при холостом ходе

13 Расчет параметров номинального режима работы.

13.1 Активное сопротивление короткого замыкания

13.2 Индуктивное сопротивление короткого замыкания

13.3 Полное сопротивление короткого замыкания

13.4 Добавочные потери при номинальной нагрузке

13.5 Механическая мощность двигателя

13.6 Эквивалентное сопротивление схемы замещения

13.7 Полное сопротивление схемы замещения

Проверка

13.8 Скольжение

13.9 Активная составляющая тока статора при синхронном вращении

13.10 Ток ротора

13.11 Ток статора:

активная составляющая

реактивная составляющая

фазный

13.12 Коэффициент мощности

13.13 Линейная нагрузка статора

13.14 Плотность тока в обмотке статора

13.15 Линейная нагрузка ротора

13.16 Ток в стержне короткозамкнутого ротора

13.17 Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора

13.18 Ток в короткозамыкающем кольце

13.19 Электрические потери в обмотке статора и ротора соответственно

13.20 Суммарные потери в электродвигателе

13.21 Подводимая мощность

13.22 Коэффициент полезного действия

13.23 Проверка

подводимая мощность

мощность Р₂

14 Круговая диаграмма и рабочие характеристики

Результаты расчета рабочих характеристик Таблица 1

Условные обозначения	Отдаваемая мощность в долях от номинальной Р2
	0,25Р2	0,5Р2	0,75Р2	1Р2	1,25Р2
Р2 ,кВт	3,75	7,5	11,25	15	18,75
Рд , Вт	21,067	42,134	63,2	84,27	105,337
,Вт	3919,5	7690,574	11461,64	15232	19003,77
RH , Ом	35,662	17,4186	11,116	7,877	5,86
zH .Ом	36,345	18,1346	11,86	8,665	6,689
S	0,00518	0,01056	0,0164	0,023	0,03076
, А	6,053	12,13	18,549	25,389	32,889
Ia1, А	6,746	12,816	21,486	25,848	32,985
Ip1, А	9,264	9,8	10,919	12,773	15,527
I1, А	11,459	16,13	24,1	28,83	36,456
Cos φ	0,588	0,7945	0,89	0,896	0,9047
PM1, Вт	183,175	362,946	810,229	1159,48	1854
PM2, Вт	20,44	82,1	191,988	359,687	603,58
PΣ, Вт	711,632	974,13	1552,367	2090,386	3049,867
P1, Вт	4461,632	8474,13	12802,367	17090	21799,867
η ,%	84,049	88,82	87,87	87,768	86