Пояснительная записка содержит 58 страниц, 15 иллюстраций, 3 таблицы, 3 приложения

2.3. Выводы

В данной главе была выбрана и рассчитана схема статического преобразователя электрической энергии для питания асинхронного двигателя привода солнечной батареи по крену на базе трехфазного мостового инвертора с несимметричным управлением.

Полученный КПД = 0,928 в наиболее неблагоприятном режиме работы является следствием выбора качественных электронных компонентов и правильного алгоритма управления силовыми ключами. Снижению массы и габаритов инвертора способствует применение полевых транзисторов со встроенными обратными диодами.

Разработанный преобразователь имеет следующие характеристики:

• 
  Первичный источник энергии — бортовая сеть постоянного тока 27В;
  
• 
  На выходе преобразователя — трехфазное напряжение 22В, частотой 150Гц;
  
• 
  Номинальная мощность 100Вт;
  
• 
  КПД – 0,928;
  
• 
  возможность безотказной работы при затруднённом пуске асинхронного двигателя;
  
• 
  минимально возможные масса и габариты за счёт отказа от радиатора и использования вместо него медных площадок печатной платы.
  

3. Асинхронный двигатель электропривода солнечной батареи по крену

3.1. Исходные данные

Исходные данные для проектирования асинхронного двигателя сведены в табл. 3.1.

Табл. 3.1

Исходные данные

№ п/п	Параметр	Буквенное обозначение	Значение	Размерность
1	Номинальная мощность	Pн	6.5	Вт
2	Число фаз	m	3	-
3	Номинальное напряжение	Uн	22	В
4	Номинальная частота	f	150	Гц
5	Число пар полюсов	p	2	-

Проектирование асинхронного двигателя будет производиться по методике, изложенной в [7].

3.2. Выбор основных размеров

Для для двигателя мощностью P_н=6,5 Вт принимаем ·cosj = 0,25

Найдём расчётную полную мощность S:

(В·А).

(3.1)

По рис. 4 [7] принимаем машинную постоянную C=1,85.

Коэффициент использования b_S = 1.

Отношение расчётной длины статора к полюсному делению принимаем λ=1.1.

Для двигателя с 2p=4 принимаем отношение диаметра расточки статора к его наружному диаметру K_d=0,6.

Предварительное значение наружного диаметра статора D_a:

(мм).

(3.2)

Принимаем D_a=50 мм.

Находим диаметр D расточки статора: D = Kd·Da = 0,6·50 = 30 (мм).

Полюсное деление: t = pD/2p = p·0,03/4 = 0,024 (м).

Расчётная длина статора: l = l·t = 0,026 м.

Электромагнитные нагрузки предварительно принимаем:

Линейная нагрузка A=10000 А/м;

Индукция в воздушном зазоре B_δ=0,45 Тл.

Величину воздушного зазора принимаем δ=0,2 мм.

3.3. Обмотка и геометрия статора

3.3.1. Число пазов статора

Число пазов статора рассчитывается по формуле:

zs = 2·p·q·m

(3.3)

Выбираем число пазов на полюс и фазу q=2, тогда по формуле (3.3) находим:

z_s = 2·2·2·3 = 24.

3.3.2. Выбор типа обмотки

Выбираем однослойную обмотку.

3.3.3. Обмоточный коэффициент статорной обмотки

Коэффициент распределения статорной обмотки :

(3.4)

Принимаем коэффициент укорочения K_у=1.

Находим обмоточный коэффициент:

K_ws = K_p·K_y = 0,966·1 = 0,966.

3.3.4. Магнитный поток в воздушном зазоре

Магнитный поток в воздушном зазоре рассчитывается по формуле:

Fd = ad·t·l·Bd ,

(3.5)

где a_d — расчётный коэффициент полюсного перекрытия.

По рекомендациям из [7] для машин малой мощности принимаем расчётный коэффициент полюсного перекрытия α_δ=0,73.

По формуле (3.5) находим

F_d = 0,73*0,024*0,026*0,45 = 2,006*10^-4 (Вб).

3.3.5. Число витков на фазу

Зададимся значениями коэффициента формы кривой поля и отношения фазной ЭДС к фазному напряжению: по рекомендациям из [7] K_b=1,07; K_e=0,8.

Находим число витков на фазу W_s:

(3.6)

Округляем значение до целого числа: W_s=140 витков.

3.3.6. Номинальный фазный ток

Номинальный фазный ток находим по формуле:

(А).

(3.7)

3.3.7. Сечение меди в пазу, число проводников в пазу

Число проводников в пазу:

,

(3.8)

где a- число параллельных ветвей обмотки, принимаем а=1.

Плотность тока в проводниках обмотки статора принимаем Δs=5 А/мм².

Необходимое сечение проводника:

S_s = I_нф/Ds = 0,394/5 = 0,07879 (мм²).

По табл. П3.1 [8] выбираем обмоточный провод круглый медный эмалированный марки ПЭТВ с сечением S_s=0,07793 мм², диаметром неизолированного провода d=0,315 мм, диаметром изолированного провода d_из=0,37 мм.

Сечение меди в пазу:

S_ms = S_s·u_п = 0,07793·35 = 2,728 (мм²).

3.3.8. Выбор формы и размера паза и ярма статора

Ширину зубца статора принимаем b_zs=2,2 мм.

Высота спинки статора:

h_as = 0,2·b_zs·z_s/p = 0,2·2,2·24/2 = 5,28 (мм).

Размеры прорези:

• 
  высоту прорези принимаем h_щ= 0,5 мм;
  
• 
  ширину прорези принимаем b_ш=1 мм.
  

Форму паза выбираем трапецеидальной (рис. 3.1). Такая форма обеспечивает максимальную площадь паза, что необходимо для размещения большого числа проводников.

Трапецеидальный паз представлен на рис. 3.1

Принимаем высоту h₃=0,5 мм.

Находим высоту паза h_п:

(мм).



Рис. 3.1. Трапецеидальный паз статора

Ширина внешней (большей) части паза d₁:

(мм).

Ширина внутренней (меньшей) части паза d₂:

(мм).

Принимаем припуски на сборку пакета статора Δd_п=0,1 мм и Δh_п=0,1 мм.

Рассчитываем размеры паза с учётом припусков на сборку:

(мм);

(мм);

(мм).

Площадь паза «в свету»:

Sпs= (d1+d2)·hп/2 = 10,98 (мм2)

(3.9)

3.3.9. Изоляция паза

Одностороннюю толщину изоляции примем b_из=0,2 мм.

Вычислим площадь, занимаемую изоляцией в пазу:

S_из= b_из·(2h'_п + d'₁ + d'₂) = 0,2·(2*4,62+2,86+1,89) = 2,88 (мм²).

Площадь, занимаемую прокладками в пазу, примем равной нулю, т.к. обмотка статора однослойная: S_пр = 0.

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников:

S_п = S_пs-S_из-S_пр = 10,98 — 2,88 = 8,1 мм².

3.3.10 Коэффициент заполнения паза

Коэффициент заполнения паза :

(3.10)

Значение коэффициента заполнения паза удовлетворяет условию kз<0,35 [9].

Соблюдение этого условия означает правильность выбора значений переменных, которыми мы задавались при расчёте обмотки и геометрии статора, а также выборе основных размеров.

3.3.11. Проверка индукции в зубце и ярме статора

Зубцовое деление статора:

t_s = p·D/z_s= 3,93 мм.

Коэффициент заполнения пакета статора сталью для лакированный стали K_c=0,93.

Индукция в зубце: B_zs = B_d·t_s/(b_zs·K_c) = 0,864 Тл.

Индукция в ярме: B_as = Ф_d/(2·h_as·l·K_c) = 0,788 Тл.