счет повышения 0м позволяет уменьшить расход меди на 15%, электротехнической стали -на 18%, стоимость двигателя -на 12%, а суммарные приведенные затраты -на 2,8%. При этом учитывалось, что провода с изоляцией класса F примерно на 16% дороже проводов с изоляцией класса Е. Более высокое использование активных материалов при повышении класса нагревостойкости изоляции приводит к увеличению потерь в обмотках. Например, при переходе от изоляции класса Е к изоляции класса F КПД при номинальной нагрузке понижается на 1,5%, а при нагрузке 0,6Р о -на 0,6%.

Перевод изоляции двигателей с класса В на класс F повышает коэффициент использования активной части примерно на 15%. Дальнейшее повышение нагревостойкости изоляции до класса Н, хотя и повышает использование машин примерно на 14%, для двигателей общего применения нецелесообразно, так как требует применения специальных конструкций оболочек (температура оболочки при повышении температуры активных материалов до 160... 170°С может достигать недопустимых значений), применения более дорогой смазки, особых нагревостойких покрытий и других мер. Поэтому изоляцию класса нагревостойкости Н применяют только в двигате>г1ях специального назначения с повышенным сроком службы или же работающих в особых условиях.

Изменение коэффициента заполнения паза медью з.п на 1% в двигателях мощностью 0,12...90 кВт приводит к изменению коэффициента использования активной части fe на 0,3...0,5% и массы электротехнической стали на 0,25...0,4%. Однако осуществлять повышение кз,а за счет уменьшения толщины изоляционного покрытия проводов нецелесообразно, так как это приводит к уменьшению их механической прочности и, как следствие, снижению надежности двигателя. .Лишь путем применения более совершенных материалов можно несколько уменьшить толщину пазовой и междуфазной изоляции.

Воздушный зазор. При выборе зазора исходят из следующих соображений. При малом зазоре уменьшается требуемая МДС обмотки статора, вследствие чего уменьшается ток холостого хода и возрастает коэффициент мощности. С другой стороны, при уменьшении воздушного зазора увеличиваются амплитуды высших гармоник магнитного поля в зазоре, что приводит к увеличению добавочных потерь, добавочных моментов и возрастанию магнитного шума машины. В связи с увеличением требований к виброакустическим и пусковым характеристикам двигателей преобладает тенденция к увеличению воздушного зазора. Наименьший воздушный зазор, который могут обеспечить технология и оборудование, применяемые при производстве асинхронных двигателей, составляет 0,25 мм. Установление воздушного зазора для двигателей с различной высотой оси вращения и различным числом полюсов производится по эмпирическим формулам, учитывающим опыт производства и эксплуатации проверенных конструкций.

Число пазов статора и ротора. При проектировании серии двигателей выбранные числа пазов статора и ротора зависят от числа полюсов машины и диаметра сердечника. Число пазов статора Zi = - 2mpq определяет число пазов (?) на полюс и фазу. С увеличением q форма кривой МДС становится близкой к синусоидальной и снижаются амплитуды зубцовых гармоник, что благоприятно сказывается на свойствах двигателя. При увеличении Z\ уменьшается реактивное сопротивление Х\ фазы, вследствие чего возрастают максимальный и пусковой моменты, пусковой ток и коэффициент мощности двигателя. В машине с большим z\ увеличивается также поверхность охлаждения пазовых и лобовых частей обмотки, что способствует снижению ее нагрева.

С другой стороны, увеличение Zi приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза медью, из-за увеличения относительной площади паза, занимаемой изоляцией. Это ведет к увеличению расхода электротехнической стали и изоляционных материалов, усложняет и удорожает изготовление двигателя за счет усложнения статорных штампов, снижения их износостойкости и увеличения трудоемкости при укладке обмотки в сердечник. Поэтому при проектировании следует выбирать минимально допустимое число zi, требуемое для достижения достаточно хороших характеристик двигателя.

При установлении соотношения между числом пазов статора zi и ротора Z2 исходят из условий получения минимальных добавочных потерь; устранения провалов в механической характеристике от действия добавочных асинхронных и синхронных моментов; снижения шума и вибрации двигателя. Практикой электромашиностроения установлены наиболее благоприятные сочетания чисел пазов ротора и статора (см. гл. 4).

Для улучшения пусковых характеристик двигателя и снижения уровня шума в двигателях малой мощности, имеющих небольшое число пазов статора, применяют скос пазов на 0,8... 1,5 зубцового деления статора или ротора. В двигателях с /г>160 мм удается получить удовлетворительные характеристики без скоса пазов.

Форма пазов ротора и статора. Для асинхронных двигателей на напряжение до 1000 В, мощностью до 100 кВт с всыпными статор-ными обмотками из круглого провода наиболее целесообразно применять полузакрытые трапецеидальные пазы статора. При жестких статорных обмотках из прямоугольного провода, применяемых в двигателях мощностью свыше 100 кВт, используют прямоугольные открытые или полуоткрытые пазы. Основные размеры паза - высота и ширина -определяются при оптимизационном проектировании. Минимальная ширина Ьш1 шлица при полузакрытых пазах выбирается в зависимости от диаметра провода d. При механизи-говянной укладке должно соблюдаться условие d/bmi0,4. Высота шлица Лш обычно равна 0,5 мм при высоте оси вращения Я< <160 мм и 1 мм при Я>160 мм. Для двигателей общего назначения с полуоткрытыми пазами статора fim=l,l мм.

в короткозамкнутых роторах с литой алюминиевой клеткой применяют полузакрытые или закрытые пазы. Форма паза ротора выбирается в зависимости от требований к пусковым характеристикам машины. Наиболее рациональными являются трапецеидальные овальные пазы: полузакрытые или закрытые с насыщающимся мостиком. Ширина шлица для двигателей до 100 кВт составляет I... 1,5 мм, высота 0,5... I мм; высота насыщающегося мостика над шлицом 0,2 ...0,3 мм.

Если высота паза ротора hz2 не превышает глубины проникновения злектппмягчитнпй волны в прпводяшую часть стержня (при /==50 Гц и алюминиевых стержнях она равна около 15 мм), то параметры обмотки ротора (активное и индуктивное сопротивления) условно считаются неизменными при изменении частоты тока ротора в процессе пуска. При высоте паза ротора больше 15 мм принимают, что параметры обмотки ротора изменяются в процессе пуска. Ротор с изменяющимися параметрами предпочтительнее ротора с постоянными параметрами, так как позволяет получить требуемые пусковые характеристики без увеличения номинального скольжения, которое приводит к ухудшению параметров рабочего режима (увеличению потерь ДРэлг, нагрева ротора, снижению КПД). Это вытекает из соотношения

MJM , = (/i i om)- (/?2n ?Lo ) s

(10.22)

где Ргп и Ргном -приведенные сопротивления обмотки ротора соответственно при пуске и номинальном режиме. В двигателях с изменяющимися параметрами сопротивление Л2п>/?2ном, что позволяет получить требуемую кратность пускового момента при меньшем s om-

Однако высота паза ротора ограничивается его внешним Da2 и внутренним Di2 диаметрами, которые, в свою очередь, определяются внутренним диаметром статора и диаметром выступающего конца вала. По этой причине высота паза ротора не может быть больше 0,2Da2, вследствие чего пазы с hz2>\5 мм можно применять только в двигателях с высотой оси вращения /г>80 мм.

Закрытые пазы ротора применяют для снижения пускового тока главным образом в двухполюсных двигателях мощностью до 75 кВт, а также в двигателях мощностью свыше 100 кВт при 2р4; высота мостика над пазом принимается не более 1 ... 1,5 мм. Роторы с бутылочным пазом обладают повышенным индуктивным сопротивлением. Их применяют в тех случаях, когда необходимо ограничить кратность пускового тока при сравнительно небольших кратностях пускового момента, главным образом в двухполюсных двигателях мощностью свыше 75 кВт. Для четырехполюсных двигателей мощностью до 100 кВт высоту мостика над закрытым бутылочным пазом принимают I мм. В случаях, когда требуются кратности пускового момента больше 1,8, применяют роторы с двойной беличьей клеткой.

94fi

Энергетические показатели. При проектировании современных серий асинхронных двигателей энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности) не входят в число исходных данных. Эти показатели в оптимизационных расчетах учитываются исходя из

Таблица 10.3

минимума затрат на производство и эксплуатацию двигателей, так как определяют эксплуатационные затраты, связанные с преобразованием электрической энергии в механическую. При оптимизационном проектировании следует учитывать, что кривые изменения КПД и созф! в зависимости от нагрузки должны быть пологими, чтобы они имели достаточно высокие значения в широком диапазоне изменения нагрузки.

Таблица 10.4

Основным расчетным режимом обычно считается не номинальный режим, а наиболее вероятный, соответствующий мощности

0,6/ном.

В результате совершенствования методов расчета, конструкции и технологии изготовления асинхронных двигателей за последние 30 лет произошло существенное повышение энергетических показателей двигателей. В табл. 10.3 приведены сравнительные данные электродвигателей различных отечественных серий с высотой оси вращения 90 мм.

Сравнительные данные четырехполюсных двигателей серии АИ одинаковой мощности (1,5 кВт), полученные по результатам испытаний, а также двигателей серии 4А приведены в табл. 10.4.

Основные энергетические показатели современных серий асинхронных двигателей различной мощности приведены на рис. 4.17.

Пусковые характеристики. Асинхронные двигатели, запускаемые путем непосредственного подключения обмотки статора к сети, по классификации МЭК подразделяются на две категории: нормальные (типа iV) и с повышенным пусковым моментом (типа Я). Пусковые

характеристики современных двигателей общего применения низкого напряжения должны соответствовать Публикации МЭК 34-12 1980 г. Она устанавливает для квазистационарного режима пуска (при пренебрежении переходными процессами) три значения вращающего момента (рис. 10.5, а): Ма - начальный пусковой момент; Мдип - минимальный момент;

момент. В табл. 10.5 приве-

Мп*, Мш1п* и Мщах. ПО

Рис. 10.5. Требования к механическим характеристикам согласно Публикации МЭК-34-12

Лтах -максимальный (критический) дены значения кратностей этих моментов

отношению к номинальному моменту М ои для двигателей типа N в зависимости от номинальной мощности двигателей Ргном- Для двигателей с повышенным пусковым моментом (типа Я), согласно рекомендациям МЭК, кратности пускового и минимального моментов должны быть в 1,5 раза выше соответствующих величин для двигателей типа N.

Вместо кратности пускового тока асинхронных двигателей Публикация МЭК 34-12 устанавливает значение 5п. кратности пусковой мощности, представляющей собой отношение полной пусковой мощности Sn (кВ-А) при заторможенном роторе к номинальной мощности Ргном (кВт). Эта кратность связана с кратностью начального пускового тока /п ном зависимостью:

5 .= 5 /Я2иом = /п/(и(1м о.м cos ?! <, ), (10.23)

где созфшом и г)ном - номинальные значения коэффициента мощности и КПД.

Употребление термина кратность пусковой мощности более удобно, чем кратность пускового тока , потому что база Ргном, к которой она относится, вполне определенная, в то время как база /ном для двигателей данной мощности может принимать разные значения в зависимости от г]ном и со8ф1 ом.

В табл. 10.6 приведены наибольшие допустимые значения пусковой мощности, отнесенные к номинальной мощности двигателей. 248

Для значений, приведенных в табл. 10.5 и 10.6, не предусматривается допусков (значения моментов являются минимальными, значения пусковой мощности - максимальными).

Кроме требований, относящихся к трем точкам характеристики моментов, в Публикации МЭК определено требование к этой характеристике в целом. В каждом пункте характеристики (рис. 10.5, б) от нулевой частоты вращения По до частоты, вращения Пкр при максимальном моменте значение момента, развиваемого двига-

Таблица 10.5

телями, должно быть не менее 1,ЗЛ1ст , где Мст-момент статической нагрузки, рассчитанной при предположении, что он меняется от номинального момента Л1 ом пропорционально квадрату частоты вращения, как это имеет место при нагрузке с вентиляторной характеристикой

Лст = Лном( / ). (10.24)

В Публикации МЭК большое внимание обращено на определение допустимых условий пуска для двигателей общего применения, так как обмотка статора и беличья клетка ротора нагреваются в течение пуска (нагрев тем больше, чем больше время пуска).

Двигатели типа N должны допускать один пуск из горячего состояния (после длительной работы в номинальном режиме) или два