электроснабжение. Кислый. Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при ремонта

• Название: Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором при ремонта
• Анкор: электроснабжение
• Дата: 28.09.2022
• Размер: 0.71 Mb.
• Имя файла: Кислый.docx
• Тип: Курсовая; #703668
• страница: 2 из 3

4. Принцип построения схемы статорной обмотки трехфазного асинхронного двигателя




Для получения вращающегося магнитного поля трёхфазного асинхронного двигателя, при любой схеме обмотки, требуется:

1. Смещение в пространстве расточки статора асинхронного двигателя фазных обмоток, одна относительно другой на 120 эл. градусов

2. Смещение во времени токов, протекающих по этим обмоткам, на периода.

Первое условие выполняется соответствующей укладкой катушечных групп трёхфазной обмотки, второе – подключением асинхронного двигателя к сети трёхфазного тока. При построении схемы, обмотка первой фазы может, в общем, начинаться с любого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз. Вторую активную сторону секции помещаем через 4 зубца в 5 паз. В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в создании первой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов, следовательно, расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т. е. 360 электрических градусов.

В отличие от однослойных в двухслойных обмотках катушечные группы одной и той же фазы сдвигаются не на 360 электрических градусов, а на 180, поэтому:
(4.1)
Следовательно, вторая катушка фазы "А" начинается с 7-го паза.

Обмотки фаз "В" и "С" выполняется аналогично, но они сдвинуты соответственно на 120 и 240 электрических градусов относительно обмотки фазы "А", т. е.

(4.2)
(4.3)


5. Расчет параметров обмотки , ,

Рисунок 2 – а) принципиальная схема работы асинхронного двигателя; б) упрощенная векторная диаграмма асинхронного двигателя.
При подаче напряжения Uф на обмотку, по ней потечёт ток холостого хода (рисунок 2). Так как напряжение изменяется по синусоидальному закону, ток будет переменным. В свою очередь создаст в магнитной системе машины магнитный поток Ф, который также будет переменный.

Переменный магнитный поток Ф индуцируется в витках обмотки, которая его создала ЭДС (ЕФ), направленную встречно приложенному напряжению (закон электромагнитной индукции). ЭДС фазной обмотки ЕФ будет слагаться из суммы ЭДС отдельных витков E1.

Кроме того, ток Iхх создаёт на активном и реактивном сопротивлении обмотки падение напряжения U.

Таким образом, приложенное к обмотке напряжение Uф уравновешивается ЭДС ЕФ и падение напряжение в обмотке U. Всё это в векторной форме приведено в упрощённой векторной диаграмме (рисунок 2).

Расчет оптимального числа витков в обмотке одой фазы выполняем методом подбора, условие которого: получить рациональное число витков в равносекционной обмотке, при оптимальных магнитных нагрузках на всех участках магнитной цепи.

Определим обмоточный коэффициент
(5.1)
где – коэффициент распределения магнитного потока;

– коэффициент укорочения.

Коэффициент распределения магнитного потока
(5.2)

Коэффициент укорочения
, (5.3)
где

Подставим значения в формулу (5.3)

Обмоточный коэффициент:

Количество витков в обмотке одной фазы определяется по формуле
(5.4)
где Ф – магнитный поток.

Определим величину магнитного потока:
(5.5)


Определяем интервал мощностей для выбора магнитной индукции из Приложения 14 (1). Принимаем
По таблице10.1 (1) задаемся значением магнитной индукции в воздушном зазоре Тл.


Подставим значения в формулу (5.4)

Принимаем витков, но это число предварительное, так как требуется выполнение условия равносекционности, которое вытекает из выражения числа активных проводников в пазу.
(5.6)

Принимаем = 10 шт

Пересчитываем количество витков в одной фазе:


Определяем расчётный магнитный поток:



Находим магнитные индукции участков магнитной цепи. Так как магнитный поток на всех участках постоянный, значения магнитных нагрузок на них зависят лишь от площадей.
Магнитная индукция в воздушном зазоре:



Магнитная индукция в зубцовой зоне статора:



Магнитная индукция в спинке статора:


Сравниваем их с предельно допустимыми значениями. Все варианты расчёта магнитных индукций сводим в таблицу 1.


Таблица 1 – Нагрузка магнитной цепи

Наименование	Ед. изм	Расчётная формула	Варианты расчёта			Допустимые пределы
			1	2	3
Число проводников в пазу,	шт		10	12	14		—
Число витков в обмотке одной фазы,	шт		60	67	75		—
Величина магнитного потока при	Вб		0,017	0,015	0,012		—
Индукция в воздушном зазоре,	Тл		0,48	0,42	0,37		0,3 – 0,6
Индукция в зубцах,	Тл		1,48	1,42	1,35		1,3 – 1,5
Индукция в спинке статора,	Тл		1,5	1,48	1,4		1,1 – 1,5

Если магнитная индукция на каком-то участке ниже нормы, то есть участок не догружен и в этом случае будет недоиспользована сталь магнитопровода асинхронного двигателя, занижена его мощность.

Если магнитные нагрузки выше нормы индукции, на каком либо участке, то этот участок перегружен и двигатель перегревается, этот вариант не допустим.

В конечном итоге принимаем вариант 3 как наиболее оптимальный, т.к при дальнейшем уменьшении числа проводников в пазу магнитные нагрузки на других участках будут превышать нормы (участок в спинке статора), а это следовательно будет вызывать перегрев стали. При таком варианте магнитные нагрузки на остальных участках минимально ниже нормы, таким образом мощность двигателя будет незначительно занижена.
Определяем число витков в одной секции.

В одном пазу лежат проводники двух секций, следовательно, число витков в секции равно половине числа активных проводников в пазу.
(5.12)



6. Выбор изоляции паза и лобовых частей обмотки
В двигателях серии АИР с высотами оси вращения от 50 до 132 мм применяется изоляция класса нагревостойкости В, а в дви­гателях с высотами оси вращения от 160 до 355 мм — изоляция класса нагревостойкости F. Таким образом целесообразно отнести двигатель к классу нагревостойкости В (130 C°). Также учитывая то, что проектируемый асинхронный двигатель будет эксплуатироваться в сельском хозяйстве, выбираем для изоляции пазов и лобовых частей следующие материалы.
6.1 Изоляция паза.
Основное назначение изоляции – предотвращение замыкания обмотки на корпус электродвигателя. Изоляционные материалы должны обладать высокой электрической и механической прочностью и не разрушаться при укладке секций обмотки.

Изоляция пазовой гильзы выполняется из трех слоев диэлектриков (рисунок 3):


Рисунок 3. Изоляция паза двухслойной обмотки

Изоляция паза (рисунок 3) состоит из пазовой коробки 1, межслойной прокладки 2 (если обмотка двухслойная), прокладки под клин 3 и пазового клина 4. Также устанавливаются межфазовые прокладки в лобовых частях секций или катушечных групп, изоляции внутри машинных соединений, а также под бандаж в пазовых и лобовых частях обмоток.

Электроизоляционные материалы для всех деталей обмоток выбираются в зависимости от номинального напряжения машины, класса нагревостойкости, условий работы, наличия диэлектрических материалов и по экономическим соображениям.

Целью главной изоляции является обеспечение требуемой электрической прочности между обмотками разных фаз, а также обмотками и магнитопроводом (корпусом) асинхронного двигателя. Кроме того, она должна отвечать требованиям нагревостойкости, химической стойкости, влагостойкости и пр.

Для защиты второго слоя от повреждения листами стали и обеспечения высокой механической прочности применяем для первого слоя изоляции электрокартон марки ЭВП: 0,35 мм, кВ/мм
Поверхность электрокартона марки ЭВП имеет повышенный коэффициент трения.

Так как второй слой является основой электротехнической изоляцией и от нее требуется высокая электрическая прочность, следовательно, в качестве изоляции второго слоя применяем лакоткань ЛСБ-105: 0,24 мм, Епр.=10 кВ/мм.

В качестве третьего слоя применяем электрокартон марки ЭВП: 0,3мм, кВ/мм

Проверяем выбранные диэлектрики на электрическую прочность изоляции паза.

Электрическую прочность изоляции паза определяется по формуле

Электрическая прочность первого слоя:

Электрическая прочность второго слоя:
.
Электрическая прочность третьего слоя:

Суммарная электрическая прочность пазовой изоляционной коробки:


Проверка электрической прочности гильзы:

где - испытательное напряжение для проверки изоляции, кВ.



Условие выполняется.
Межслоевая прокладка

Основное назначение изоляции – предотвращение междуфазного и межсекционного замыканий обмотки электродвигателя. Материалы должны обладать высокой электрической, а также механической прочностью и не разрушаться при укладке второго слоя.

Изоляция межслойной прокладки выполняется из трех слоев диэлектриков, склеенных лаком:

- первый слой – механическая защита второго слоя изоляции от повреждения активными проводниками первого слоя обмотки;

- второй слой – основная электрическая изоляция;

- третий слой – механическая защита второго слоя изоляции от повреждения активными проводниками второго слоя обмотки.

С учетом вышеизложенного, принимаем:

- первый слой – пленкосинтокартон ПСК-ЛП, δ₁ = 0,25 мм, =40 кВ/мм;

- второй слой – стеклоткань ЛСБ 120/130, δ₂ = 0,15мм, =4 кВ/мм;

- третий слой – пленкосинтокартон ПСК-ЛП, δ₃ = 0,25 мм, =40 кВ/мм

Найдем электрическую прочность каждого слоя по формуле (6.1)





Электрическую прочность изоляции Епр, кВ определяем по формуле (6.2)

Проверку электрической прочности изоляции проводим по условию (6.3)


Условие выполняется.
Изоляция паза у расточки статора

Прокладка под клин предназначена для предотвращения механического повреждения и перемещения пазовой гильзы при проталкивании клина. Материал должен обладать высокой механической прочностью.

С учетом вышеизложенного, принимаем для прокладки картон электроизоляционный ЭВТ, δ = 0,5 мм

Клин предназначен для уплотнения и фиксирования активных проводников обмотки в пазу. Материал должен обладать высокой твердостью и механической прочностью. В качестве материала для клина принимаем стеклотекстолит СТ, δ = 0,5 мм
6.2 Изоляция лобовых частей
Назначение междуфазных прокладок – предотвращение замыкания соседних катушек, принадлежащих разным фазам.

Длина междуфазных прокладок определяется шагом обмотки, а ширина – вылетом лобовых частей. Форма прокладок должна повторять форму лобовых частей обмотки с припуском 5–7 мм по всему контуру.

Принимаем трехслойную конструкцию прокладок, слои склеиваются лаком:

- первый слой – механическая защита второго проводом нижней катушки;

- второй слой – основная электрическая изоляция;

- третий слой – механическая защита второго проводом верхней катушки.

С учетом вышеизложенного, принимаем:

- первый слой – пленкоасбестокартон, δ₁ = 0,3 мм, = 25 кВ/мм;

- второй слой – стеклоткань ЛСБ 120/130, δ₂ = 0,15мм, =4 кВ/мм;

- третий слой – пленкоасбестокартон, δ₃ = 0,3 мм, =25 кВ/мм

Найдем электрическую прочность каждого слоя по формуле (6.1)





Электрическую прочность изоляции Епр, кВ определяем по формуле (6.2)


Проверку электрической прочности изоляции проводим по условию (6.3)

Условие выполняется

В качестве механической защиты и закрепления лобовых частей обмотки принимаем стеклянную электроизоляционную ленту ЛЭС, δ = 0,1 мм, ширина 15 мм. Лента накладывается в полнахлеста.

Для увязки и бандажировки лобовых частей обмотки принимаем шнурчулок стеклянный АСЭЧ (δ) – 2,0. Чулок накладывается в разбежку.

6.3 Изоляция внутримашинных соединений

Назначение изоляции – механическая защита мест соединений и выходных концов. Материал должен обладать механической прочностью и эластичностью.

В местах, где нет механического воздействия при увязке схемы, принимаем электроизоляционную трубку ТЭС: толщина стенки 0,5 мм, внутренний диаметр 1,5 мм

В местах, где имеется механическое воздействие, принимаем электроизоляционную трубку ТРФ: толщина стенки 0,6 мм, внутренний диаметр 1,7 мм


7. Выбор марки и расчет сечения обмоточного провода. Расчет размеров секций
Исходя из номинальной мощность машины в пределах до 1 кВт и номинального напряжения 380/220 В, целесообразно отнести ее к классу по нагревостойкости В. Выбираем обмоточный провод марки ПЭТВ-2.
Выполняем расчет параметров обмоточного провода.

Определяем расчётное сечение провода с изоляцией:
(7.1)
где – коэффициент заполнения паза (принимаем равным 0,4).

Определяем расчетный диаметр провода с изоляцией.


Выполняем проверку возможности укладки провода в паз, условие 2,17 мм< -1,5 = 3,7 – 1,5 = 2,2 мм выполняется
Выбираем провод стандартного диаметра с изоляцией и без изоляции Стандартное сечение провода:

Принимаем для изготовления секции один провод марки:


Расчет размеров секции (длины витка)
Определение длины витка необходимо для наладки шаблона при изготовлении секции катушечных групп, а также для последующих расчетов.

Виток состоит из двух активных и двух лобовых частей, следовательно, длина витка равна:
(7.3)
где – длина лобовой части витка, м;

– активная длина витка, м;

При отсутствии поперечных каналов на охлаждение в магнитопроводе принимаем
Определяем длину лобовой части витка:
(7.4)
где – поправочный коэффициент, зависящий от метода изготовления обмотки и количества полюсов (принимаем );

– коэффициент запаса (принимаем ),м;

– средняя ширина секции, м
Определяем среднюю длину секции:
(7.5)

Длина лобовой части витка

Длина витка


8. Определение массы обмоточного провода, сопротивления обмотки одной фазы постоянному току в холодном состоянии
Расчет массы обмотки, в частности, необходим для получения обмоточного провода со склада.

Масса металла обмотки определяется путем умножения плотности материала жилы на объем провода.
(8.1)
где – плотность проводникового материала (для меди – 8900 кг/м3), кг/м³.

Масса провода обмотки с изоляцией и учета " срезок " (обрезок обмоточного провода, образующихся при выполнении технологических процессов пайки и сварки), ориентировочно берется на 5% больше.


Электрическое сопротивление 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 (R) определяется из выражения, Ом:
(8.3)
где – удельное сопротивление проводника (для меди ,Ом·мм2 /м)


9 Расчет номинальных данных
Номинальными данными называют оптимальные величины параметров, на которые рассчитана нормальная работа электрической машины.

Для двигателя таковыми являются:

– напряжение, В;

– ток, А;

– мощность, кВт;

– частота тока, Гц;

– частота вращения ротора, мин-1;

– коэффициент мощности;

– коэффициент полезного действия (КПД);

Y/Δ – схема соединения обмотки.
Номинальный ток

Номинальный фазный ток двигателя равен произведению плотности тока на активную площадь обмоточного провода, с учетом параллельных ветвей и сечений.
(9.1)
где – плотность тока (принимаем из таблицы 10.1(1) ), А/мм2.

Проверяем найденную величину фазного тока по величине линейной нагрузки.

Линейная нагрузка двигателя представляет собой произведение тока на число активных проводников во всех пазах электромашины, приходящихся на 1 м длины окружности внутренней расточки статора машины.
(9.2)

Линейная нагрузка меньше допустимой нормированной нагрузки (15-20

Номинальная мощность

Расчетная номинальная мощность трехфазного асинхронного двигателя определяется по выражению.
(9.3)
Из таблицы для мощностей асинхронных двигателей в пределах 1-10 кВт, при числе оборотов поля в расточке статора 3000 принимаем коэффициент мощности сos = 0,88 и коэффициент полезного действия  = 0,9.

Округляем полученное значение мощности до ближайшего стандартного и находим его номинальный ток. Ближайший стандартный двигатель марки АИР160S2 с параметрами:

• 
  = 15 кВт;
  
• 
  = 0,89;
  
• 
  = 0,89.
  

Номинальный ток



Еще раз проверяем ток по линейной нагрузке.

Сравниваем значение линейной нагрузки с допустимыми значениями 25⋅ – 30⋅ А/м Значение допустимо по пределам
Определяем фактическую плотность тока.
(9.5)