ющих серий с учетом возможного повышения электрических и магнитных нагрузок, уменьшения толщины и повышения нагревостойкости изоляции, улучшения характеристик электротехнической стали и др.

При некоторых диаметрах и длине сердечника характеристики машины близки к оптимальным. Однако с точки зрения унификации основных конструктивных элементов двигателей и упрощения технологии массового производства целесообразно иметь при каждой высоте Н до трех длин сердечника и станины. Проведенные на ЭВМ расчетные исследования наиболее целесообразного отношения А,= =Dai/l\ показали, что при минимуме суммы затрат на производство и эксплуатацию двигателя А,=0,8; при минимальном расходе активных материалов (обмоточной меди и электротехнической стали)- 0,6, при минимальной массе--0,55. Для обеспечения оптимальной технологичности конструкции с точки зрения упрощения процессов штамповки, сборки сердечника и укладки обмотки А,: < 0,75...0,8.

Графики зависимости суммы затрат и расхода материалов от значения К имеют пологий характер. Поэтому при проектировании серий двигателей можно изменять X в довольно широких пределах. Например, при переходе от оптимального по сумме затрат значения А,=0,8 к значению 0,6 сумма затрат увеличивается лишь на 2...3%.

Зависимости X=f(Dai) имеют некоторые закономерности. Для всех диаметров двигателей серии со степенью защиты IP44 (IP54) значение X сохраняется примерно на одном и том же уровне - 0,4... 0,6 для первых длин сердечников А и 0,55... 0,75 - для вторых длин В. Для двигателей со степенью защиты IP23 значение К уменьшается по мере роста диаметра Dai (для первых длин сердечников 0,4...0,5 для малых диаметров и 0,3...0,4 для больших; для вторых длин 0,6 ...0,7 для малых диаметров и 0,45 ...0,55 для больших). Такой характер изменения Я определяется тем, что у двигателей со степенью защиты IP54 (IP44) теплота отводится в основном внешней цилиндрической оребренной поверхностью статора, размеры которой при данном диаметре Dai ограничиваются максимально допустимым по технологическим соображениям отношением X. Это определяет приблизительно постоянное для всего ряда диаметров значение X. У машин со степенью защиты IP23 отвод теплоты происходит непосредственно от лобовых частей обмоток статора и ротора, от спинки сердечника статора, а также от пазовых частей обмоток и сердечников статора и ротора через вентиляционные каналы. Различие в условиях охлаждения приводит к тому, что мощность двигателей по мере увеличения объема их активной части Daih растет у машин со степенью защиты IP23 быстрее, чем со степенью IP44 (IP54), что обусловливает при заданной шкале мощности постепенное уменьшение у них значения X по мере перехода к большим диаметрам сердечника. Рассматривая формулы (10.18) и (10.19), можно отметить, что различия в условиях охлаждения

двигателей со степенью защиты IP23 и IP44 (IP54) приводят к различным значениям коэффициента использования Ли и показателя степени (2-fa).

Часто стремятся к унификации длин сердечников двигателей, имеющих одну и ту же высоту вращения и условную длину станины, но разные числа полюсов. Однако с точки зрения упрощения технологии производства целесообразно унифицировать не длины сердечников, а размер Li = /i-f 2/выл, где /выл -длина вылета лобовой части обмотки. В этом случае можно унифицировать длины станин, валов и подшипниковые щиты.

Обычно при компоновке серии асинхронных двигателей за основу принимается согласование рядов номинальных мощностей с рядом высот вращения для четырехполюсных двигателей как наиболее массовых. Для двигателей с другим числом полюсов увязка осуществляется с учетом унификации длин сердечников li или полных длин Li.

Отношение нп/нРг при изменении числа полюсов отличается от единицы при малых мощностях и становится близким к единице при увеличении номинальной мощности. По этой причине отношение мощностей Pz IP2 для машин с различным числом полюсов при Я==сопз1 соответственно изменяется с изменением Рг, что в ряде случаев приводит к необходимости соответствующих сдвигов в согласовании рядов мощностей и высот вращения. Так, например, в серии 4А двухполюсные двигатели мощностью 5,5... 7,5 кВт со степенью защиты IP44 имеют мощность на одну ступень больше, чем четырехполюсные двигатели с той же высотой оси вращения. При больших значениях Рг номинальные мощности двух- и четырехполюсных двигателей принимаются одинаковыми. Неравномерность изменения коэффициента нРг затрудняет унификацию длин станин двигателей для одной высоты вращения при различном числе пар полюсов, так как приводит к большему разбросу длин сердечников.

Согласование шкал мощностей и установочных размеров неодинаково для двигателей различных исполнений по степени защиты. Так, двигатели со степенью защиты IP23 начиная с определенной высоты оси вращения, характеризуемой предельным внешним диаметром сердечника Doikp, могут иметь большую номинальную мощность, чем двигатели со степенью защиты IP44 (IP54). Диаметр Dal кр зависит от эффективности системы охлаждения и может быть определен из основного уравнения (10.18).

При этом имеем

(10.30)

где индексы 1 относятся к степени защиты IP44, а индексы 2 - к степени защиты IP23.

Поэтому двигатели со степенью защиты IP23 предусматриваются в сериях асинхронных двигателей только начиная с определен-

ной высоты оси вращения, соответствующей Dai>oiKP, так как двигатели со степенью защиты IP44 (IP54) обладают большей надежностью и более универсальны для применения в различных отраслях техники.

Следует также учитывать различие в условиях охлаждения больших и малых машин. Эффективная теплопередающая поверхность сердечника [с учетом мощности машины согласно (10.18)]

(10.31)

Поэтому в малых машинах со сравнительно небольшими радиальными размерами, у которых охлаждение обеспечивается в основном теплопередачей с оребренной оболочки, увеличение Day и вызванное этим уменьшение S, отрицательно сказываются на тепловом состоянии машины. В этом случае целесообразно применять относительно малые диаметры сердечников. При увеличении радиальных размеров машины и росте расстояний между тепловыделяющими и теплоотдающими элементами роль наружного оребрения в теплопередаче несколько снижается и все большее значение приобретают внутренняя циркуляция воздуха, дополнительное охлаждение ротора и пр. Для таких двигателей за счет уменьшения высоты ребер могут быть приняты относительно большие значения Da\. Такие короткие с максимальным значением Da\ машины целесообразно использовать для двигателей со степенью защиты IP23. Исходя из этих соображений, в современных сериях двигателей целесообразно построить ряд внешних диаметров сердечника таким образом, чтобы обеспечивалось линейное уменьшение расстояния Лпр от нижней кромки сердечника до опорной поверхности лап с увеличением высоты оси вращения. Так, например, в сериях двигателей 4А и АИ отношение Лпр/Я изменяется от 0,205 при Я = 56 мм до 0,124 при Я = 250 (в двигателях 4А) и 0,140 при Я = 280 (в двигателях АИ).

Для серий двигателей с пониженным уровнем шума целесообразно уменьшение диаметров сердечников статора. Так, например, в двигателях серии АИ диаметр Dai в диапазоне высот оси вращения h от 80 до 280 мм соответственно меньше, чем в двигателях серии 4А на 5...40 мм (чем больше Я, тем больше эта разница).

При проектировании участка серий, включающего двигатели со степенями защиты IP44 (IP54) и IP23, можно устанавливать одинаковые максимально возможные внешние диаметры сердечников Dax в соответствии с (10.31). Так выполнена, например, серия двигателей 4А. Можно также для каждой степени защиты найти свои оптимальные диаметры Dai. При этом из технологических соображений целесообразно, чтобы значение Day для двигателя со степенью защиты IP23 соответствовало значению Dai двигателя со степенью защиты IP44 (IP54) следующей ступени высоты оси вращения.

Матем а тическая модель асинхронного д&игатепя

Оптимизация

ПоВерочные расчеты В режиме диалога

Конструкторское проектирование В интерактив -ном режиме

Выдача информации но графопостроитель

10.6. Система автоматизированного проектирования асинхронных двигателей

Разработка серии асинхронных двигателей и система их автоматизированного проектирования включает следующие этапы: расчет активной части машин; механические, тепловые, виброакустические расчеты элементов конструкции; проектирование общих видов машин, узлов и деталей; проектирование технологического процесса изготовления двигателей, необходимой оснастки и инструмента; выбор системы ведения документации и процесса производства асинхронных двигателей. Укрупненные этапы проектирования асинхронных двигателей с использованием системы автоматизированного проектирования асинхронных двигателей (САПР АД) представлены на рис. 10.6. На основе математической модели осуществляются оптимизационные расчеты активной части машины. На следующем этапе с помощью пакета прикладных программ для полученного оптимального варианта активной части двигателя проводятся поверочные расчеты. Они охватывают все технические характеристики машины и предусматривают унификацию и доводку всех ее важнейших элементов и узлов. Поверочные расчеты осуществляются в диалоговом режиме работы с ЭВМ. Проектировщик задает исходные данные с помощью дисплея и на его экране получает информацию о результатах расчета.

Уточненные технико-экономические характеристики, получаемые в результате поверочных расчетов, используются для разработки конструкторских решений, выполняемых с применением прикладных программ машинной графики. Разработка конструкции включает прочностные, виброакустические расчеты, расчеты подшипников и пр. Изменение конструкции приводит к необходимости повторения поверочных расчетов с использованием методов последовательного приближения.

Таким образом, работы по проектированию двигателей подразделяются на две части: 1) определение оптимальных размеров и обмоточных данных активной части двигателя; 2) по полученным

Ъыдача информации на технологические терминалы

Рис. 10.6. Укрупненные этапы проектирования асинхронных двигателей

размерам активной части установление размеров конструктивных элементов.

Первая часть является наиболее важной, так как определяет в значительной части технический уровень разрабатываемой серии двигателей. Она следует непосредственно за решением основных вопросов структуры серии: выбора шкал мощностей и высот оси вращения, определение перечня модификаций, установления технических требований к характеристикам и отдельным параметрам машины и пр.

В функции системы САПР АД входит также выпуск документации на машинных носителях для автоматического изготовления оснастки и отдельных деталей на станках с числовым программным управлением, а также ведение чертежного хозяйства в производстве. Эти функции составляют переходной этап от конструирования к технологии изготовления асинхронных двигателей.

САПР АД состоит из относительно отдельных автономных частей- подсистем (рис. 10.7): оптимального расчетного проектирования, конструкторского проектирования, ведения технической документации в производстве (технологическая подсистема).

С помощью подсистемы оптимального расчетного проектирования на основе технического задания и критериев оценки технико-экономических показателей разрабатываемых двигателей определяются оптимальные геометрические размеры активной части и обмоточные данные машин и их электромагнитные характеристики. Эта подсистема используется также при проектировании многочисленных модификаций, предназначенных для удовлетворения специфических требований различных электроприводов.

При расчете двигателей на ЭВМ используется 100... 150 исходных данных. Часть из них определяется требованиями эксплуатации, применяемыми в производстве материалами, опытом проектирования предшествующих серий. Другая часть устанавливается на основании предварительных исследований; к ним относятся выбор класса нагревостойкости изоляции, степени унификации различных исполнений и пр. В частности, при проектировании серий 4А и АИ было проведено исследование опыта эксплуатации двигателей предыдущих серий на крупнейших предприятиях страны, разработаны проекты технических требований на конструкцию, технологию и организацию производства, обобщен опыт проектирования наиболее совершенных серий двигателей социалистических и капиталистических стран, организовано широкое обсуждение этих требований в Интерэлектро.

После оптимизационных расчетов проводятся поверочные расчеты, при которых проектировщики осуществляют нормализацию и унификацию размеров, выполняют расчеты рабочих и пусковых характеристик и т. д. Оптимизационные и поверочные расчеты могут выполняться как в пакетном режиме, так и в режиме диалога человека с ЭВМ.