Ремонт электрооборудования
 Скачать 1.8 Mb.
|
|
Элементы асинхронной машины В (Тл) Воздушный зазор 0,3–0,9 Зубцы статора 1,3–1,8 (2) Зубцы ротора 1,1–1,6 (2) Тело статора 1,1–1,6 Тело ротора 0,9–1,3 Учет зубцовой зоны является одним из необходимых элементов магнитного расчета. Зубцы машин переменного тока в большинстве случаев имеют форму равнобокой трапеции и при расчете общепри- нято делать следующие допущения: линии равного магнитного по- тенциала в зубцах представляют собой окружности с центром на оси машины. Ввиду нелинейной зависимости В от Н при магнитном рас- чете зубцов и сделанном допущении относительно распределения по- ля наибольшее практическое распространение получили численные методы интегрирования, но трудоемкость этих методов при ручном счете ограничивает их применение. Поэтому можно использовать уп- рощенные методы с помощью формул, которые в некотором диапа- зоне индукций и различных свойств магнитных материалов могут обеспечить практическую точность. Для определения магнитной ин- дукции в зубцах статора применяется формула 0 1 1 1 1 l k b l t B B c z cp z , (11) где t 1 – зубцовое деление статора, 1 1 / z D t Определение магнитной индукции в зубцах ротора выполняется аналогично (t 2 , b cp.z2 , l 2 , D'). Намагничивающие силы ярма статора и ротора относительно малы и могут рассчитываться приближенно. Поток Ф разветвляется на две части в конструкции асинхронных машин, и средняя магнит- ная индукция в ярме статора или ротора равна (Тл) р p a a S Ф B S Ф B 2 ; 2 , (12) где S p – площадь сечения ярма ротора, 2 l h S p p 144 , 2 6 1 2 z a a p h D D D h где a D – внутренний диаметр ротора. Для электродвигателей с высотой оси вращения Н ≥ 71мм внут- ренний диаметр листов ротора a D ≈0,23 D ; для высоты осей враще- ния от 50 до 63 a D ≈0,19 D Полученные значения магнитной индукции (В i , Тл) следует сравнивать с соответствующими значениями, приведенными в табли- це 4. При значительных расхождениях расчетных значений с таблич- ными (более 5%) следует изменить В δ и вновь выполнить расчет. Расчет числа витков обмотки и диаметра обмоточного провода Типы статорных обмоток В современной практике электромашиностроения устройство и тип обмотки определяются числом пазов на полюс и фазу (q) (или числом катушек в катушечной группе) p z p m z q 6 2 1 1 , (13) где q – может быть целым или дробным числом; m – число фаз обмотки, m = 3. В первом случае проводники каждой фазы на каждом полюсном делении занимают объем, соответствующий q пазам; при дробных значениях q на различных полюсных делениях проводники данной фазы в большинстве случаев занимают различные объемы. Не при всяких дробных значениях q возможно выполнение об- моток, симметричных по отношению ко всем фазам: так, если знаме- натель дроби получается равным или кратным трем, невозможно по- лучить симметричную обмотку. Следует избегать применения не- симметричных обмоток, в которых проводники разных фаз распреде- лены по окружности статора неодинаковым образом. Всякая обмотка должна быть выполнена так, чтобы ток во всех проводниках, принадлежащих к какой-нибудь фазе и лежащих на од- ном и том же полюсном делении, имел одно и то же направление, а на соседнем полюсном делении – противоположное. Чередование па- 145 зов, занятых проводниками разных фаз, должно происходить в одном и том же порядке по всей окружности статора. Все виды обмоток могут быть выполнены при последователь- ном соединении всех проводников каждой фазы, но в большинстве случаев возможно и параллельное соединение двух или более групп проводников при условии, что группы эти совершенно одинаковы как по числу, так и по расположению проводников. Число возможных параллельных групп проводников, или, как говорят, параллельных ветвей обмотки (а), зависит от числа полюсов и типа обмоток. Суще- ствует довольно большое количество различных типов обмоток, но практически в асинхронных двигателях малой и средней мощности находят применение только однослойные и двухслойные. В совре- менных машинах переменного тока применяются преимущественно двухслойные обмотки. В двухслойных обмотках стороны катушек лежат в пазах в два слоя и каждая катушка одной стороной лежит в верхнем, а другой стороной – в нижнем слое. При этом все катушки имеют одинаковые размеры и форму. Широкое применение двухслойных обмоток объ- ясняется следующими их преимуществами: - возможностью укорочения шага на любое число зубцовых де- лений, что выгодно с точки зрения подавления высших гармоник электродвижущей силы и намагничивающей силы обмоток и умень- шения расхода обмоточного провода; - одинаковыми размерами и формами всех катушек, что упро- щает и облегчает изготовление обмоток; - относительно простой формой лобовых частей катушек, что также упрощает изготовление обмотки. Двухслойные обмотки переменного тока делятся на петлевые и волновые, которые в электромагнитном отношений равноценны (предпочтение отдают петлевым обмоткам, волновые же обмотки ис- пользуются обычно при числе витков в катушке, равном 1). Определение числа витков обмотки Предварительное число витков в фазной обмотке равно Ф k f k U об E ф 44 , 4 , (14) 146 где k E – коэффициент, учитывающий отношение электродвижущей силы обмотки статора к номинальному напряжению (k E = 0,95-0,97), или его можно определить по кривым, представленным на рисунке 3. Эта величина зависит от геометрических размеров сердечника стато- ра (D a ) и числа пар полюсов обмотки; f – частота питающего напряжения, 50 Гц; U ф – фазное напряжение, В. Число витков в фазной обмотке должно быть целым; k об – обмоточный коэффициент. Обмоточный коэффициент равен k o6 = k p · k y , где k р – коэффициент распределения; k у – коэффициент укорочения. q q k p / 60 ; 2 sin 5 , 0 0 Рис. 3. Средние значения коэффициента k E = f(D a ) Коэффициент укорочения k y = sin((у/τ)·90°). 147 Шаг обмотки 8 , 0 y Предварительное число эффективных проводников в пазу (шт.) 1 1 1 6 z а pq а n пред пред пред пр , где а 1 – число параллельных ветвей обмотки фазы статора. Обычно для электродвигателей с короткозамкнутым ротором α 1 =1 [6]. Число эффективных проводников n пр.пред округляют до бли- жайшего целого числа n пр и уточняют число витков обмотки фазы статора 1 1 a q p n пр Определение диаметра изолированного провода Проводники круглого сечения располагаются в пазах беспоря- дочно и в зависимости от типа обмотки, конструкции пазовой изоля- ции, применяемых изоляционных материалов могут иметь коэффици- ент заполнения паза (k з ) в пределах 0,68÷0,74 [7] и расчетное значе- ние диаметра изолированного проводника (мм) , эл п з из n S k d (15) где S п – площадь поперечного сечения паза, мм 2 Для повышения надежности всыпной обмотки и облегчения ее укладки диаметр из d не должен превышать ширину прорези паза, по- этому эффективные проводники подразделяют на элементарные. Число элементарных проводников эл n обычно не превышает 5-6 и только у двухполюсных двигателей увеличивается до 8-9. Тогда ко- личество элементарных проводов в эффективном проводнике пр эл эл n n n (16) Диаметр голого провода: 2 из из г d d (17) 148 Выбор стандартного размера и марки обмоточного провода В зависимости от класса нагревостойкости по таблице 5 необхо- димо выбрать марку обмоточного провода, а по данным таблицы 6 – марку выводных проводов [1]. Таблица 5 – Характеристики обмоточных проводов Марка провода Характеристика изоляции Класс нагре- востойкости ПЭЛ Лак на масляной основе А ПЭВ-1 Уменьшенная толщина, лак на поливинилацетат- ной основе А ПЭВ-2 Нормальная толщина, лак на поливинилацетатной основе А ПЭМ-1 Лак ВЛ-941 А ПЭМ-2 Повышенная толщина, лак ВЛ-941 А ПЭТВ Эмаль на основе полиэтилентерафталатной смолы В ПЭТ-155 Теплостойкий лак на полиэфирамидной основе F Таблица 6 – Марки проводов для выводов электрических машин Марка провода Характеристика провода Преимущественная область применения ПВКФ С изоляцией из кремнийорганической резины во фторосилосановой оболоч- ке При напряжении 380 и 660 В в условиях агрессивной сре- ды и масел. Нагревостой- кость 155°С ПВКВ С изоляцией и оболочкой из крем- нийорганической резины При напряжении 380 и 660 В и при отсутствии воздейст- вия агрессивных сред и ма- сел. Нагревостойкость 180°С РКГМ С изоляцией из кремнийорганической резины, в оплетке из стеклово- локна, пропитанного эмалью или термостойким лаком При напряжении 660 В и при отсутствии воздействия аг- рессивных сред и масел. На- гревостойкость 180°С РКГМПТ С изоляцией из кремнийорганической резины повышенной теплостойкости, в оплетке из стекловолокна, пропи- танного эмалью или лаком То же, но нагревостойкость 200 °С 149 Для выбранного типа обмоточного провода на основании ре- зультатов, полученных в ходе расчетов, необходимо выбрать бли- жайшее стандартное значение размеров проводника с изоляцией и без изоляции (d из.гост , d гол , q гол ) (прил. 2). Определение геометрических размеров катушек и массы меди обмоток Средняя ширина катушки обмотки статора τ y определяется как , ) ( 1 1 y z h D z y (18) где y – шаг обмотки, выраженный числом пазов (см. пункт 4.2). Средняя длина одной лобовой части катушки (мм) 2 1 1 В k l y л л (19) Коэффициенты к л1 и В принимают по приложению 3. Средняя длина витка обмотки (мм) ). ( 2 1 1 л cp l l L (20) Массу меди (кг) обмотки статора без изоляции определяем из следующего выражения: , 10 2 9 , 8 5 1 1 a z n L q G эл ср гол (21) где q – площадь поперечного сечения проводника без изоляции, мм 2 Масса обмоточного провода (кг) с изоляцией определяется из выражения гол гол из из G d d G 2 124 , 0 876 , 0 (22) Приведенная методика позволяет пересчитать обмоточные дан- ные электродвигателя на новое напряжение или новую частоту вра- щения, используя для этой цели железо базового электродвигателя. 150 Определение номинальной мощности электродвигателя Полезная мощность, которую способен развить электродвига- тель, зависит от многих факторов, но главным образом от нагревания изолированных обмоток во время работы. Именно за номинальную продолжительную мощность двигателя можно считать такую, при ко- торой превышение температуры обмоток статора, а также и ротора (если он не короткозамкнутый), над температурой окружающей сре- ды не превосходит установленных пределов. Поэтому номинальную мощность электрических машин выбирают на основании допустимой плотности тока в обмотке статора (Δ, А/мм 2 ). Для электродвигателей серии 4А и АИР рекомендуемая величи- на допустимой плотности тока от 4,5 до 9 А/мм 2 , чем меньше габарит электродвигателя, тем больше плотность тока. Учитывая, что выделяемое тепло в проводниках пропорцио- нально второй степени размеров паза, а охлаждение (отвод тепла че- рез поверхность) пропорционально первой степени размеров паза, температура внутри паза может повышаться. При известном сечении проводника без изоляции сила номи- нального фазного тока (I ф , А) определяется по формуле 1 , ô ýë I q n à (23) где q – площадь поперечного сечения проводника без изоляции, мм 2 ; эл n – число элементарных проводников, шт.; а 1 – число параллельных ветвей, шт. Имеется техническое противоречие: плотность тока должна быть выбрана как можно большей, но при этом растут потери элек- трической мощности в обмотках ΔР эл1 и ΔР эл2 , что приводит к увели- чению температуры обмоток и к уменьшению коэффициента полез- ного действия электродвигателя. Для контроля правильности выбора величины плотности тока определяют линейную нагрузку на единицу длины диаметра внутренней расточки статора (А, А/м) по следующе- му выражению: , 1 D I n z A ф пр (24) 151 где I ф – сила номинального фазного тока, А; D – диаметр внутренней расточки статора, м. Большой мощности АД и скорости вращения соответствуют бо- лее высокие значения линейной нагрузки. Вычисленные значения ли- нейной нагрузки сравниваем с допустимыми по таблице 7. Принима- ется такое значение фазного тока, при котором линейная нагрузка от- личается от допустимых значений не более чем на ±5 %. Это значе- ние фазного тока используется при дальнейших расчетах. Таблица 7 – Значения линейной нагрузки Электродвигатели Линейная нагрузка, А/м Средние до 100 кВт 25000-40000 Малые до 10 кВт 20000-30000 Мелкие до 1 кВт 10000-20000 Если полученные значения линейной нагрузки значительно от- личаются от табличных, следует изменить плотность тока в обмотках статора и повторить расчет. После этого можем определить полную мощность (кВ·А) 10 3 ф ф I U m S (25) Известно, что активная мощность двигателя пропорциональна коэффициенту мощности, поэтому она равна (кВт) 10 cos 3 ф ф I U m Р (26) Эта мощность называется подводимой, часть которой расходу- ется на покрытие ряда потерь внутри двигателя и на совершение по- лезной работы (Р` – мощность на валу двигателя). Отношение отда- ваемой мощности к подводимой носит название коэффициента по- лезного действия (η). Таким образом, ориентировочная мощность на валу двигателя равна (кВт) 3 10 cos cos ф ф I U m S Р . (27) На данной ступени расчета значения η и cosφ можно выбрать из таблицы 8. Принимаем мощность двигателя, ближайшую к стандарт- ной. 152 Таблица 8 – Значение η и cosφ при известной активной мощности электродвигателя Мощность Двигатели защищенного исполнения Двигатели закрытого обдуваемого исполнения Частота вращения (синхронная), об/мин 3000 1500 1000 750 3000 1500 1000 750 3000 1500 1000 750 3000 1500 1000 750 Коэффициент полезного действия, % Коэффициент мощности, cosφ н Коэффициент полезного действия, % Коэффициент мощности, cosφ н 0,8 78,0 74,5 73,0 – 0,86 0,78 0,71 – 1,1 79,5 78,0 76,0 – 0,87 0,80 0,73 – 1,5 80,5 80,0 79,0 – 0,88 0,81 0,75 – 2,2 83,0 82,5 81,0 81,0 0,89 0,83 0,77 0,69 3,0 84,5 83,5 83,0 81,5 0,89 0,84 0,78 0,70 4,0 85,5 86,0 84,4 84,0 0,89 0,85 0,79 0,71 5,5 87,0 88,0 85,5 85,0 0,90 0,86 0,81 0,72 10,0 87,0 87,0 0,86 0,81 88,0 89,0 88,0 89,0 0,89 0,88 0,89 0,83 7,5 85,0 0,78 88,0 88,5 87,0 86,5 0,91 0,87 0,82 0,81 13,0 88,5 88,0 87,5 0,88 0,86 0,82 88,5 88,5 88,0 89,5 0,90 0,89 0,89 0,84 17,0 88,0 89,5 89,0 88,5 0,88 0,88 0,88 0,87 87,0 89,0 90,0 90,5 0,90 0,89 0,90 0,85 22,0 89,0 90,0 89,5 89,0 0,88 0,88 0,87 0,82 88,0 90,0 90,5 91,0 0,90 0,90 0,90 0,85 30,0 90,0 90,5 90,0 80,0 0,88 0,88 0,88 0,84 89,0 91,0 91,0 91,5 0,90 0,91 0,91 0,88 40,0 90,5 91,0 91,0 91,0 0,89 0,89 0,98 0,84 89,0 91,5 91,5 92,0 0,91 0,91 0,91 0,88 55,0 91,0 92,0 92,0 90,0 0,89 0,89 0,89 0,87 90,0 92,5 92,5 – 0,92 0,92 0,93 0,90 75,0 92,0 93,0 92,5 91,5 0,89 0,89 0,89 – 90,0 92,5 92,5 – 0,92 0,92 0,92 – 100,0 93,0 93,5 – 92,0 0,90 0,90 – – 91,5 93,0 – – 0,92 0,92 – – 1 5 2 |