- Побудова моделі в Maxwell 2D / 3D.
- Використання модуля RMxprt.
- Імпорт геометрії з CAD-системи.
Довідкові дані дівгателя 4A132S4У3
Для побудови моделі знадобляться паспортні дані двигуна, а також геометричні розміри його активних частин:
- номінальна потужність двигуна: P2ном = 7,5 кВт;
- номінальну напругу: Uл = 220 В;
- число полюсів: 2p = 4.
Основні геометричні розміри двигуна
- зовнішній діаметр сердечника статора: Dв = 225 мм;
- внутрішній діаметр сердечника статора: D = 145 мм;
- довжина сердечника статора: l1 = 115 мм;
- зовнішній діаметр сердечника ротора: Da = 144,3 мм;
- діаметр вала: Dv = 50 мм.
Параметри паза статора
- форма паза - напіввідкритий трапецеїдальний (Малюнок П.4.1а);
- число пазів статора: Z1 = 36;
- менша ширина паза статора: b1 = 6,1 мм;
- велика ширина паза статора: b2 = 9,2 мм;
- висота паза статора без урахування шліца: h = 17,8 мм;
- ширина шліца паза статора: m = 3,5 мм;
- висота шліца паза статора: e = 0,9 мм.
Параметри паза ротора
- форма паза - напіввідкритий грушовидний (Малюнок П.4.1б);
- число пазів ротора: Z2 = 34;
- більший діаметр паза ротора: b1 = 6,0 мм;
- менший діаметр паза ротора: b2 = 2,2 мм;
- висота паза ротора: hп = 24,7 мм;
- ширина шліца паза ротора: m = 1,5 мм;
- висота шліца паза ротора: e = 0,75 мм.
Параметри обмотки статора
- число ефективних провідників в пазу: Sп = 22;
- число паралельних гілок обмотки фази: n = 2;
- номінальний діаметр голого дроти: d = 1,22 мм;
- тип обмотки - одношарова концентрическая.
Малюнок П.4.1 - Ескізи пазів двигуна 4А132S4У3
Побудова геометрії в Maxwell 2D
Створимо 2D модель двигуна. Всі побудови геометрії відбуваються в декартовій системі координат. При цьому початок координат збігається з віссю обертання валу двигуна.
1.1 Будуємо за допомогою Draw Circle () окружності. які відповідають таким об'єктам:- вал (Dv = 50 мм);
- зовнішній діаметр ротора (Da = 144,3 мм);
- внутрішній діаметр статора (D = 145 мм);
- зовнішній діаметр статора (Dв = 225 мм);
- зовнішня повітряний кордон (приблизно 1,5 * Dв ≈ 330 мм).
В результаті має вийти:
Малюнок п.4.2 - Побудова вихідних кіл
1.2 Побудова геометрії паза ротора
У двигуні використовується паз грушоподібної форми. Геометрію такого паза можна розкласти на декілька простих фігур: дві окружності, трапецію і прямокутник.
Побудова паза ротора буде проводитись у такому порядку (Малюнок п.4.3):- Спочатку побудуємо дві окружності - діаметри паза (Малюнок п.4.3, позиції 1 і 2).
- Будуємо трапецію - середню частину паза (Малюнок п.4.3, позиція 3).
- Будуємо прямокутник - шліц паза (Малюнок п.4.3, позиція 4).
- Виробляємо операції формування готової області (Малюнок п.4.3, позиції 5 і 6).
Малюнок п.4.3 - Порядок побудови паза ротора
Побудова кіл паза ротора починається з пошуку координат точок - центрів кіл (а), (b) (Малюнок 4.4).
Малюнок 4.4 - Розміри геометрії паза ротора
Координати точок можна визначити за такими формулами:
В результаті розрахунку отримаємо координати:
x (b) = 0; y (b) = 48,55 мм;
Отримані координати використовуємо в якості центрів кіл діаметром 6 мм і 2,2 мм для точок (а) і (b) відповідно (Малюнок П4.3, позиція 1 і 2). За допомогою елемента Draw Line () створюємо трапецію (по черзі вибираємо точки (1-2-3-4-1), на останній точці робимо подвійне клацання лівою кнопкою миші, що завершить побудову фігури).
Малюнок п.4.5 - Порядок побудови трапеції
За допомогою елемента Draw Rectangle () створюємо прямокутник, як показано на малюнку 4.6, при цьому ширина прямокутника дорівнює ширині шліца (1,5 мм), по висоті прямокутник повинен заходити всередину паза і всередину повітряного зазору.
Малюнок п.4.6 - Побудова шліца паза
Виділяємо всі побудовані області паза ротора (затискаємо кнопку Ctrl на клавіатурі і клацаємо ЛКМ (лівою кнопкою миші) по всім областям паза). До виділених областей застосовуємо операцію Unite (). В результаті виходить паз ротора з шліцом, що заходить в повітряний зазор.
Дублюємо окружність, що є ротором. Виділяємо дублікат і паз ротора. Застосовуємо операцію Intersect (). Вийшов паз ротора, обрізаний по повітряному зазору (Малюнок п.4.3, позиція 6).
1.3 Побудова геометрії паза статора
У моделируемом двигуні паз статора - трапецеїдальний, тому його побудова можна розбити на дві частини - власне побудова самого паза і побудова шліца до нього (Малюнок п.4.7).
Малюнок п.4.7 - Порядок побудови паза статора
Побудова тіла паза будемо проводити по точках за допомогою елемента Draw Line (). Для цього попередньо необхідно визначити положення точок (а), (b), (с), (d), (e) і (f) на координатної декартовой площині (Малюнок п.4.8).
Малюнок п.4.8 - Розташування ключових точок геометрії паза
Координати точок розраховуватимуться за такими формулами:
Результати розрахунку координат точок трапецеидального паза для двигуна 4A132S4У3:
Використовуючи інструмент Draw Line (), створюємо область, при цьому точки з'єднуються в порядку (a)> (b)> (c)> (d)> (e)> (f)> (a). Результат побудови - Малюнок п.4.7 (1).
Тепер побудуємо шліц. Для його побудови будемо використовувати інструмент Draw Rectangle (), при побудові враховуємо, що шліц повинен мати ширину 3,5 мм, не повинен заходити всередину паза, але при цьому повинен заходити в повітряний зазор (Малюнок п.4.9).
Малюнок п.4.9 - Розміри і положення шліца паза статора
Після створення пазів статора і ротора (Малюнок п.4.10) необхідно скопіювати пази статора і ротора по колу.
Малюнок п.4.10 - Проміжний етап побудови геометрії
Скопіюємо пази ротора по колу, для цього:- Виділяємо паз ротора.
- Виконуємо операцію Duplicate Around Axis ().
Виділяємо паз і шліц статора. Повторюємо операцію копіювання по колу, при цьому ставимо число пазів на статорі - 36, кут між пазами - 10 ° (Малюнок П.4.12).
Виділяємо всі шліци статора і окружність повітряного зазору, застосовуємо операцію об'єднання Unite (). Повітряний зазор набуває цілісний вигляд (Малюнок п.4.13).
Малюнок п.4.13 - Формування повітряного зазору
Виділяємо окружність статора, пази статора і область повітряного зазору. Застосовуємо операцію Subtract (). У вікні, в полі Blank Parts повинен бути обраний статор. Після операції отримуємо сформований муздрамтеатр статора.
Виділяємо окружність ротора, вал і пази ротора. Застосовуємо операцію Subtract (). У вікні, в полі Blank Parts повинен бути обраний ротор. Встановлюємо галочку "Clone tool objects before operation" (створити копії областей при операції). Після операції отримуємо сформований муздрамтеатр ротора, стрижні обмотки ротора і вал.
Створюємо провідники обмотки у вигляді прямокутника (можна і іншої фігури), розташованого в пазу статора. Площа цієї фігури повинна бути дорівнює площі міді в пазу. Для двуслойной обмотки таких фігур має бути, відповідно, дві.
Розрахунок площі міді в пазу:
де Sп = 22 - число ефективних провідників в пазу;
n = 2 - число паралельних гілок обмотки фази;
d = 1,22 мм - номінальний діаметр голого дроти.
Фігуру з площею S м = 53,68 мм 2 необхідно розмістити в пазу, як показано на малюнку п.4.14. (Розміри прямокутника: 5х10,736 мм).
Малюнок п.4.14 - Провідники в пазу статора
Копіюємо побудовану фігуру по колу (36 копій з кутом між копіями 10 °).
Для завдань типу Transient (перехідний процес) необхідно створити область, усередині якої відбувається рух об'єктів моделі. Створимо коло з таким розміром, щоб вона проходила по середині повітряного зазору. Для поточної моделі діаметр такої окружності буде рівним 144,65 мм.
На цьому етапі побудова геометрії моделі асинхронного двигуна завершено.
Малюнок П.4.15 - Готова геометрія двигуна
Побудова геометрії за допомогою модулів RMxprt
Створимо геометрію асинхронного двигуна 4А132S4 за допомогою модулів RMxprt. Для цього створимо новий проект типу 3D. Вставка в модель доступних модулів знаходиться в пункті головного меню Draw - User Defined Primitive - RMxprt. Ці модулі дозволяють будувати типові об'єкти в автоматичному режимі. Необхідно задати параметри об'єктів
1. Побудова муздрамтеатру статора.
Виберемо стандартний примітив RMxprt SlotCore. який призначений для побудови муздрамтеатру. Вставка в модель здійснюється за допомогою команди меню:
Draw - User Defined Primitive - RMxprt -SlotCore
При вставці відкривається вікно з пропозицією ввести всі параметри для цього елемента.
побудувати регіон (100), котушку (0), стержень1 (1), стержень2 (2)
Даний елемент побудує одну котушку. Для побудови всієї обмотки необхідно створити стільки котушок, скільки потрібно за схемою обмотки. У наступних котушках буде змінюватися крок обмотки (CoilPitch), тому що обмотка концентрическая, і зміщення вильоту лобових в аксіальному (LayerExt) і радіальному (LayerDiff) напрямках.
Малюнок П.4.18 - Готова геометрія двигуна 4А132S4
Після побудови основної геометрії необхідно побудувати службові області: область розрахунку моделі, область обертання елементів моделі.
Використовувати даний спосіб геометрії можна і в 2D режимі з наступними змінами:- Призначити InfoCoil = 1 для елемента SquirrelCage.
- Застосувати до Лінії по переробці ротора, статора і білячої клітці операцію перетину об'єктів Modeler - Surface - Sections площиною XY.
- Застосувати до білячої клітці операцію поділу областей Modeler - Boolean - SeparateBodies.
- Елемент ConCoil створити тільки один раз, призначити: InfoCoil = 1, LayerLoc = 0. Після чого скопіювати отриманий елемент ConCoil по числу пазів.
Малюнок п.4.19 - Геометрія двигуна 4A132S4 в площині 2D
- Кравчик А.Е. Асинхронні двигуни серії 4А: Довідник. М.: Вища школа, 1982. - с.504
- Копилов І.П. Проектування електричних машин. М.: Енергія, 1980. - с.178