|
Пусть дан асинхронный двигатель 4А132S4У3. В Maxwell можно использовать 3 разных способа, чтобы построить
модель:
| Справочные данные дивгателя 4A132S4У3 |
Для построения модели понадобятся паспортные данные двигателя, а также геометрические размеры его активных частей:
- номинальная мощность двигателя: P2ном = 7,5 кВт;
- номинальное напряжение: Uл = 220 В;
- число полюсов: 2p = 4.
Основные геометрические размеры двигателя
- внешний диаметр сердечника статора: Dв = 225 мм;
- внутренний диаметр сердечника статора: D = 145 мм;
- длина сердечника статора: l1 = 115 мм;
- внешний диаметр сердечника ротора: Da = 144,3 мм;
- диаметр вала: Dv = 50 мм.
Параметры паза статора
- форма паза – полуоткрытый трапецеидальный (Рисунок П.4.1а);
- число пазов статора: Z1 = 36;
- меньшая ширина паза статора: b1 = 6,1 мм;
- большая ширина паза статора: b2 = 9,2 мм;
- высота паза статора без учёта шлица: h = 17,8 мм;
- ширина шлица паза статора: m = 3,5 мм;
- высота шлица паза статора: e = 0,9 мм.
Параметры паза ротора
- форма паза – полуоткрытый грушевидный (Рисунок П.4.1б);
- число пазов ротора: Z2 = 34;
- больший диаметр паза ротора: b1 = 6,0 мм;
- меньший диаметр паза ротора: b2 = 2,2 мм;
- высота паза ротора: hп = 24,7 мм;
- ширина шлица паза ротора: m = 1,5 мм;
- высота шлица паза ротора: e = 0,75 мм.
Параметры обмотки статора
- число эффективных проводников в пазу: Sп = 22;
- число параллельных ветвей обмотки фазы: n = 2;
- номинальный диаметр голого провода: d = 1,22 мм;
- тип обмотки – однослойная концентрическая.
Рисунок П.4.1 – Эскизы пазов двигателя 4А132S4У3
| | Построение геометрии в Maxwell 2D |
Создадим 2D модель двигателя. Все
построения геометрии происходят в декартовой системе координат. При этом начало
координат совпадает с осью вращения вала двигателя.
1.1 Строим с помощью Draw Circle ( ) окружности, соответствующие следующим объектам:
- вал (Dv = 50 мм);
- внешний диаметр ротора (Da = 144,3 мм);
- внутренний диаметр статора (D = 145 мм);
- внешний диаметр статора (Dв = 225 мм);
- внешняя воздушная граница (примерно 1,5*Dв ≈ 330 мм).
Примечание: при построении окружности с помощью команды Draw Circle следует помнить, что вводится радиус, а не диаметр т.е. необходимо диаметр делить на два.
В результате должно получиться:
Рисунок П.4.2 – Построение исходных окружностей
1.2 Построение геометрии паза ротора
В двигателе используется паз грушевидной формы. Геометрию такого паза можно разложить на несколько простейших фигур: две окружности, трапецию и прямоугольник.
Построение паза ротора будет производиться в следующем порядке (Рисунок П.4.3):
- Сначала построим две окружности – диаметры паза (Рисунок П.4.3, позиции 1 и 2).
- Строим трапецию – среднюю часть паза (Рисунок П.4.3, позиция 3).
- Строим прямоугольник – шлиц паза (Рисунок П.4.3, позиция 4).
- Производим операции формирования готовой области (Рисунок П.4.3, позиции 5 и 6).
Рисунок П.4.3 – Порядок построения паза ротора
Построение окружностей паза ротора начинается с поиска координат точек - центров окружностей (а), (b) (Рисунок П.4.4).
Рисунок П.4.4 – Размеры геометрии паза ротора
Координаты точек можно определить по следующим формулам:
В результате расчёта получим координаты:
x(a) = 0; y(a) = 68,4 мм;
x(b) = 0; y(b) = 48,55 мм;
Полученные координаты используем в качестве центров окружностей диаметром 6 мм и 2,2 мм для точек (а) и (b) соответственно (Рисунок П4.3, позиция 1 и 2).
С помощью элемента Draw Line ( ) создаём трапецию (поочерёдно выбираем точки
(1-2-3-4-1), на последней точке делаем двойной щелчок левой кнопкой мыши, что завершит построение фигуры).
Рисунок П.4.5 – Порядок построения трапеции
С помощью элемента Draw Rectangle ( ) создаём прямоугольник, как показано на рисунке П.4.6, при этом ширина прямоугольника равна ширине шлица (1,5 мм), по высоте прямоугольник должен заходить внутрь паза и внутрь воздушного зазора.
Рисунок П.4.6 – Построение шлица паза
Выделяем все построенные области паза ротора (зажимаем кнопку Ctrl на клавиатуре и щёлкаем ЛКМ (левой кнопкой мыши) по всем областям паза). К выделенным областям применяем операцию Unite ( ). В результате получается паз ротора со шлицом, заходящим в воздушный зазор.
Дублируем окружность, являющуюся ротором. Выделяем дубликат и паз ротора. Применяем операцию Intersect ( ). Получился паз ротора, обрезанный по воздушному зазору (Рисунок П.4.3, позиция 6).
1.3 Построение геометрии паза статора
В моделируемом двигателе паз статора – трапецеидальный, поэтому его построение можно разбить на две части - собственно построение самого паза и построение шлица к нему (Рисунок П.4.7).
Рисунок П.4.7 – Порядок построения паза статора
Построение тела паза будем проводить по точкам с помощью элемента Draw Line (). Для этого предварительно необходимо определить положение точек (а), (b), (с), (d), (e) и (f) на координатной декартовой плоскости (Рисунок П.4.8).
Рисунок П.4.8 – Расположение ключевых точек геометрии паза
Координаты точек будут рассчитываться по следующим формулам:
Результаты расчёта координат точек трапецеидального паза для двигателя 4A132S4У3:
| Точка | Ось Х, мм | Ось У, мм |
| (a) | -4,6 | 91,2 |
| (b) | -3,05 | 74,7 |
| (c) | -1,75 | 73,4 |
| (d) | 1,75 | 73,4 |
| (e) | 3,05 | 74,7 |
| (f) | 4,6 | 91,2 |
Используя инструмент Draw Line ( ), создаём область, при этом точки соединяются в порядке (a) > (b) > (c) > (d) > (e) > (f) > (a). Результат построения – Рисунок П.4.7 (1).
Теперь построим шлиц. Для его построения будем использовать инструмент Draw Rectangle ( ), при построении учитываем, что шлиц должен иметь ширину 3,5 мм, не должен заходить внутрь паза, но при этом должен заходить в воздушный зазор ( Рисунок П.4.9). Рисунок П.4.9 – Размеры и положение шлица паза статора
1.4 Копирование пазов, создание воздушного зазора
После создания пазов статора и ротора (Рисунок П.4.10) необходимо скопировать пазы статора и ротора по окружности.
Рисунок П.4.10 – Промежуточный этап построения геометрии
Скопируем пазы ротора по окружности, для этого:
- Выделяем паз ротора.
- Выполняем операцию Duplicate Around Axis (
 ).
В открывшемся окне задаём количество пазов – 34 (Total number), угол между пазами 360/34 (Angle). Применяем операцию (Рисунок П.4.11).
Рисунок П.4.11 – Копирование пазов ротора по окружности
Выделяем паз и шлиц статора. Повторяем операцию копирования по окружности, при этом задаём число пазов на статоре – 36, угол между пазами – 10° (Рисунок П.4.12).
Рисунок П.4.12 – Копирование пазов статора по окружности
Выделяем все шлицы статора и окружность воздушного зазора, применяем операцию объединения Unite (). Воздушный зазор приобретает цельный вид (Рисунок П.4.13).
Рисунок П.4.13 – Формирование воздушного зазора
Выделяем окружность статора, пазы статора и область воздушного зазора. Применяем операцию Subtract ( ). В открывшемся окне в поле Blank Parts должен быть выбран статор. После операции получаем сформированный магнитопровод статора.
Выделяем окружность ротора, вал и пазы ротора. Применяем операцию Subtract (). В открывшемся окне в поле Blank Parts должен быть выбран ротор. Устанавливаем галочку “Clone tool objects before operation” (создать копии областей при операции). После операции получаем сформированный магнитопровод ротора, стержни обмотки ротора и вал.
Создаём проводники обмотки в виде прямоугольника (можно и другой фигуры), расположенного в пазу статора. Площадь этой фигуры должна быть равна площади меди в пазу. Для двуслойной обмотки таких фигур должно быть, соответственно, две.
Расчёт площади меди в пазу:
где Sп = 22 – число эффективных проводников в пазу;
n = 2 – число параллельных ветвей обмотки фазы;
d = 1,22 мм – номинальный диаметр голого провода.
Фигуру с площадью Sм = 53,68 мм2 необходимо разместить в пазу, как показано на рисунке П.4.14. (Размеры прямоугольника: 5х10,736 мм).
Рисунок П.4.14 – Проводники в пазу статора
Копируем построенную фигуру по окружности (36 копий с углом между копиями 10°).
Для задач типа Transient (переходный процесс) необходимо создать область, внутри которой происходит движение объектов модели. Создадим окружность с таким размером, чтобы она проходила по середине воздушного зазора. Для текущей модели диаметр такой окружности будет равным 144,65 мм.
На этом этапе построение геометрии модели асинхронного двигателя завершено.
Рисунок П.4.15 – Готовая геометрия двигателя
| | Построение геометрии с помощью модулей RMxprt |
Создадим геометрию асинхронного двигателя 4А132S4 с помощью модулей RMxprt. Для этого создадим новый проект типа 3D. Вставка в модель доступных модулей находится в пункте главного меню Draw – User Defined Primitive – RMxprt. Эти модули позволяют строить типовые объекты в автоматическом режиме. Необходимо задать параметры объектов
1. Построение магнитопровода статора.
Выберем стандартный примитив RMxprt SlotCore, который предназначен для построения магнитопровода. Вставка в модель осуществляется с помощью команды меню:
Draw – User Defined Primitive – RMxprt –SlotCore
При вставке открывается окно с предложением ввести все параметры для этого элемента.
| Параметр | Значение | Описание |
| DiaGap | 145 мм | диаметр магнитопровода под пазы |
| DiaYoke | 225 мм | диаметр магнитопровода без пазов (гладкая сторона магнитопровода) |
| Length | 115 мм | длина воздушного зазора |
| Skew | 0 | скос пазов |
| Slots | 36 | число пазов |
| SlotType | 3 | тип формы паза |
| Hs0 | 0,9 мм | высота шлица паза |
| Hs01 | 0 | высота перемычки шлица паза |
| Hs1 | 1,3 мм | расстояние между шлицом и меньшим основанием паза |
| Hs2 | 16,5 мм | расстояние между основаниями паза |
| Bs0 | 3,5 мм | ширина шлица |
| Bs1 | 6,1 мм | ширина основания паза под пазовый клин |
| Bs2 | 9,2 мм | ширина дна паза, 0 – для прямоугольных зубцов |
| Rs | 0 | радиус скругления углов паза |
| Fillet Type | 0 | тип скруглений - 0: четверть круга; 1: соединение по касательной; 2 и 3: нижняя дуга |
| Half Slot | 0 | симметричные пазы (0), половина паза (1) |
| SegAngle | 15º | погрешность угла для пазов с дугами |
| LenRegion | 115 | длина региона |
| infoCore | 0 | построить регион (100) или магнитопровод (0) |
В результате заполнения значений в таблицу будет построен готовый магнитопровод статора (рисунок П.4.16).
Рисунок П.4.16 – Готовый магнитопровод статора
2. Построение магнитопровода ротора.
Для построения магнитопровода ротора, воспользуемся ещё раз готовым примитивом SlotCore (Рисунок П.4.17):
| Параметр | Значение | Описание |
| DiaGap | 144,3 мм | диаметр магнитопровода под пазы |
| DiaYoke | 50 мм | диаметр магнитопровода без пазов (гладкая сторона магнитопровода) |
| Length | 115 мм | длина воздушного зазора |
| Skew | 0 | скос пазов |
| Slots | 34 | число пазов |
| SlotType | 1 | тип формы паза |
| Hs0 | 0,75 мм | высота шлица паза |
| Hs01 | 0 | высота перемычки шлица паза |
| Hs1 | 0 | расстояние между шлицом и меньшим основанием паза |
| Hs2 | 18,75 мм | расстояние между основаниями паза |
| Bs0 | 1,5 мм | ширина шлица |
| Bs1 | 6 мм | ширина основания паза под пазовый клин |
| Bs2 | 2,2 мм | ширина дна паза, 0 – для прямоугольных зубцов |
| Rs | 0 | радиус скругления углов паза |
| Fillet Type | 0 | тип скруглений - 0: четверть круга; 1: соединение по касательной; 2 и 3: нижняя дуга |
| Half Slot | 0 | симметричные пазы (0), половина паза (1) |
| SegAngle | 15º | погрешность угла для пазов с дугами |
| LenRegion | 115 | длина региона |
| infoCore | 0 | построить регион (100) или магнитопровод (0) |
Рисунок П.4.17 – Готовый магнитопровод ротора
3. Построение обмотки типа "беличья клетка".
Создание обмотки ротора типа «беличья клетка» производится с помощью примитива Squirrel Cage:
| Параметр | Значение | Описание |
| DiaGap | 144,3 мм | диаметр магнитопровода под пазы |
| DiaYoke | 50 мм | диаметр магнитопровода без пазов (гладкая сторона магнитопровода) |
| Length | 115 мм | длина воздушного зазора |
| Skew | 0 | скос пазов |
| Slots | 34 | число пазов |
| SlotType | 1 | тип формы паза |
| Hs0 | 0,75 мм | высота шлица паза |
| Hs01 | 0 | высота перемычки шлица паза |
| Hs1 | 0 | расстояние между шлицом и меньшим основанием паза |
| Hs2 | 18,75 мм | расстояние между основаниями паза |
| Bs0 | 1,5 мм | ширина шлица |
| Bs1 | 6 мм | ширина основания паза под пазовый клин |
| Bs2 | 2,2 мм | ширина дна паза, 0 – для прямоугольных зубцов |
| Rs | 0 | радиус скругления углов паза |
| Fillet Type | 0 | тип скруглений - 0: четверть круга; 1: соединение по касательной; 2 и 3: нижняя дуга |
| Half Slot | 0 | симметричные пазы (0), половина паза (1) |
| BarEndExt | 0 | односторонняя осевая длина вылета стержня из паза |
| RingLenght | 10,5 мм | односторонняя осевая длина КЗ кольца |
| RingHeight | 29 мм | радиальная высота КЗ кольца |
| RingDiaGap | 0 | диаметр кольца со стороны воздушного зазора |
| CastRotor | 1 | 0 – вставные стержни; 1 – литая обмотка |
| SegAngle | 15º | погрешность угла для пазов с дугами |
| LenRegion | 115 | длина региона |
| infoCore | 0 | построить регион (100), стержни и КЗ кольцо (0), стержни (1), кольцо (2) |
4. Построение трёхфазной концентрической обмотки статора.
Обмотка статора создаётся с помощью базового примитива ConCoil (концентрическая обмотка). Для построения примитива необходимо заполнить таблицу:
| Параметр | Значение | Описание |
| DiaGap | 145 мм | диаметр магнитопровода под пазы |
| DiaYoke | 225 мм | диаметр магнитопровода без пазов (гладкая сторона магнитопровода) |
| Length | 115 мм | длина воздушного зазора |
| Skew | 0 | скос пазов |
| Slots | 36 | число пазов |
| SlotType | 3 | тип формы паза |
| Hs0 | 0,9 мм | высота шлица паза |
| Hs1 | 1,3 мм | расстояние между шлицом и меньшим основанием паза |
| Hs2 | 16,5 мм | расстояние между основаниями паза |
| Bs0 | 3,5 мм | ширина шлица |
| Bs1 | 6,1 мм | ширина основания паза под пазовый клин |
| Bs2 | 9,2 мм | ширина дна паза, 0 – для прямоугольных зубцов |
| Rs | 0 | радиус скругления углов паза |
| Fillet Type | 0 | тип скруглений - 0: четверть круга; 1: соединение по касательной; 2 и 3: нижняя дуга |
| LayerLoc | 1 | Положение слоя:
0 – целый паз
1 – в середине паза
2 – в нижней части паза
3 – в верхней части паза |
| CoilPitch | 11 | Шаг обмотки по пазам |
| EndExt | 5 мм | Односторонняя длина прямолинейного участка вылета лобовых |
| LayerExt | 1 | Смещение вылета лобовых в аксиальном направлении |
| LayerDiff | 0 | Смещение вылета лобовых в радиальном направлении |
| AltEnd | 0 | Направление смещения в радиальном направлении |
| LenRegion | 115 | длина региона |
| infoCore | 0 | построить регион (100), катушку (0), стержень1 (1), стержень2 (2) |
Данный элемент построит одну катушку. Для построения всей обмотки необходимо создать столько катушек, сколько требуется по схеме обмотки. В последующих катушках будет изменяться шаг обмотки (CoilPitch), т.к. обмотка концентрическая, и смещения вылета лобовых в аксиальном (LayerExt) и радиальном (LayerDiff) направлениях.
 Рисунок П.4.18 – Готовая геометрия двигателя 4А132S4
Примечание 1:
После построения основной геометрии необходимо построить служебные области: область расчёта модели, область вращения элементов модели.
Примечание 2:
Использовать данный способ геометрии можно и в 2D режиме со следующими изменениями:
- Назначить InfoCoil = 1 для элемента SquirrelCage.
- Применить к магнитопроводам ротора, статора и беличьей клетке операцию сечения объектов Modeler – Surface – Sections плоскостью XY.
- Применить к беличьей клетке операцию разделения областей Modeler – Boolean – SeparateBodies.
- Элемент ConCoil создать только один раз, назначить: InfoCoil = 1, LayerLoc = 0. После чего скопировать полученный элемент ConCoil по числу пазов.
Рисунок П.4.19 – Геометрия двигателя 4A132S4 в плоскости 2D
Наверх
Список литературы
- Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. М.:Энергоатомиздат, 1982. - с.504
- Копылов И.П. Проектирование электрических машин. М.:Энергия, 1980. - с.178
Продолжение в примере 4.2 - Расчёт асинхронного двигателя (2D)
Автор материалов: Drakon (С) 2014. Редактор: Админ
| |
