Основные расчеты, касающиеся электрических двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

Выбор главных размеров

Определение z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Расчет ротора

Расчет магнитной цепи

Параметры рабочего режима

Расчет потерь

Расчет рабочих характеристик

Расчет пусковых характеристик

Расчет пусковых характеристик с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Тепловой расчет

Заключение

Список литературы

поперечный сечение ротор двигатель



Введение

поперечный сечение ротор двигатель

Электрические двигатели в общем объеме производства электрической промышленности занимают основное место, их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важное значение. Проектирование электрических машин - это творческий процесс, соединяющий знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным инженерами - электромеханиками.

При создании электрического двигателя производится расчет размеров статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом машина должна соответствовать условиям применения в электроприводе.



Выбор главных размеров

1. Высота оси вращения

h=0,315 м;

D_a=0,59 м; (см. табл. 8.6 учебник [1]),

где D_a - внешний диаметр статора.

2. Внутренний диаметр статора D

,

где - коэффициент, характеризующий отношения внутренних и внешних диаметров сердечников статоров асинхронных двигателей.

по табл. 8.7 учебника [1] =0,65.

(м).

3. Полюсное деление

(м),

где - число пар полюсов, 2р=4.

4. Расчетная мощность по (8.4)

(ВА),

где =0,985 (по рис. 8.20)-отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению,

Р₂ - номинальная мощность на валу двигателя.

5. Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис 8.23,б)

А=5710³ А/м, В=0,83 Тл,

А - электромагнитная нагрузка, А/м,

В - индукция в воздушном зазоре, Тл.

6. Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки)

7. Расчетная длина магнитопровода по (8.6)

, где - коэффициент формы поля.

Синхронная угловая скорость двигателя рассчитывается по (8.5)

(рад/с).

Учитывая коэффициент полюсного перекрытия ,

расчетная длина магнитопровода будет равна

8. Значение находится в допустимых пределах (см. рис. 8.25)[1]

Так как расчетная длина сердечника статора не превышает 250-300 мм, то радиальные вентиляционные каналы не делают. Сердечники шихтуются в один пакет. Для такой конструкции:

,

конструктивная длина сердечника ротора берется равной длине сердечника статора, т.е:

.



Определение z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

9. Предельные значения (см. табл. 8.9 учебник [1])

м, м.

где - зубцовое деление. Выбирается в зависимости от типа обмотки, номинального напряжения и полюсного деления машины.

10. Число пазов статора по (8.16)

Принимаем z₁=72, тогда ,

где q - число пазов на полюс и фазу.

11. Зубцовое деление статора (окончательно)

(м).

12. Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при а=1) по (8.17)[1]

,

где - номинальный ток обмотки статора,А;

А - принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м.

по (8.18)[1] (A),

,

13. Принимаем а=6, тогда по (8.19)[1]



, принимаем =28.

14. Окончательные значения:

число витков в фазе по (8.20)[1]

линейная нагрузка по (8.21)[1]

(А/м),

магнитный поток по (8.22)

(Вб),

обмоточный коэффициент в зависимости от числа пазов на полюс и фазу q и укорочения шага обмотки

, ,

по табл. 3.16[1] , ,

индукция в воздушном зазоре по (8.23)[1] (Тл),

Значения A и В находятся в допустимых пределах (см. по рис.8.23,б)

15. Плотность тока в обмотке статора(предварительно) по (8.25)

(по рис. 8.27,а AJ₁=30010⁹),

(А/м²).

16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника

(предварительно) по (8.24) (м²).

17. Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем



n_эл=2 , тогда (м²).

Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода d_эл = 2,12 мм; q_эл = 3,53 мм²; диаметр изолированного провода d_из = 2,22 мм.

q_эф = q_элn_эл = 3,53 ·2 = 7,06 мм²

18.Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (8.27)

(А/м²).

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис.8.29,а.

19. Принимаем предварительно по табл. 8.10

Тл, Тл.

В двигателе длина сердечника не превышает 0.25 м, значит

По табл. 8.11 для оксидированной стали марки 2013 .

Тогда по (8.37) (м),

- ширина зубца статора.

по (8.28) (м),

- высота ярма статора.

20. Размеры паза в штампе по рис. 8.29,а

(м), (м),

где - высота шлица паза;

- ширина шлица паза ;

по (8.38) (м),

по (8.40) (рад), (м),

по (8.39)

м,

(м).

21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

, , ,

где по табл. 8.12 (м), (м),

(м),

(м),

(м),

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки по (8.48)

Площадь поперечного сечения прокладок для двигателей с h? 280 мм по (8.47)



односторонняя толщина изоляции в пазу по табл. 3.2

м,

площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

(м²).

Тогда м²

22. Коэффициент заполнения паза

Рисунок 1. Паз статора



Расчет ротора

23. Воздушный зазор (по рис. 8.31) м.

24. Число пазов ротора (по табл. 8.16) (без скоса).

25. Внешний диаметр ротора:

(м).

26. Длина магнитопровода ротора: м,

статора: м.

27. Зубцовое деление ротора:

(м).

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал; по (8.102)

, по табл. 8.17

м,

Примем м, тогда м.

29. Ток в обмотке ротора по (8.57) ,

где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение ,

по (8.58) ,

-коэффициент приведения токов,



(А)

30.Площадь поперечного сечения стержня (предварительно) по (8.68)

(плотность тока в стержне литой клетки)

принимаем (А/м²)

(м²)

31. паз ротора определяем по рис. 8.41,а. Принимаем

м, м.

Если сердечник ротора насажен на втулку или оребренный вал, то внутренний диаметр D_j, м, определяется, исходя из допустимой индукции в ярме ротора с использованием следующий выражений:

Из равенства поперечного сечения стержня и паза получим:

Решая квадртаное уравнение, находим, что

32. Определим ширину зубцов ротора по формулам табл. 8.18

(м),



(м),

b_z=(b_z2max + b_z2min)/2 = 7,5 мм

Принимаем: м, м, м.

33.Площадь поперечного сечения стержня по (8.79)

;

(м²)

Плотность тока в стержне

34. Короткозамыкающие кольца (см. рис. 8.37 б)

Площадь поперечного сечения кольца:

Размеры размыкающих колец:

Рисунок 3. Паз ротора.

Расчёт магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2312; толщина листов 0.0005 м

35. Магнитное напряжение воздушного зазора по (8.103)

по (4.15)

Предварительно определим коэффициент воздушного зазора:

,

коэффициент воздушного зазора (коэффициент Картера), показывающий, насколько возрастает магнитное напряжение зазора при зубчатой поверхности статора или ротора по сравнению с магнитным напряжением зазора между гладкими поверхностями.

Гн/м - магнитная проницаемость

Тогда (А),

36. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора по (8.104)

,

где (м) (см. п. 20 расчёта),

Расчетная индукция в зубцах по (8.105)

(Тл),

Принимаем Тл по табл.П. 1.10 А/м.

Тогда (А).

37. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора по (8.108)

при зубцах по рис.8.41, а из табл. 8.18

индукция в зубце по (8.109)

по табл. П. 1.10

тогда

38. Коэффициент насыщения зубцовой зоны по (8.115)

Полученное значение коэффициента позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных проектируемой машины.

39. Магнитное напряжение ярма статора по (8.116)

,

где - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора (м),

- напряженность поля при индукции B_a по кривой намагничивания для ярма, принятой при проектировании стали, А/м,

по (8.119)

где

(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре расчётная высота ярма статора равна м),

по (8.117)

по табл. 1.9 Тогда

40. Магнитное напряжение ярма ротора по (8.121)

по (8.127)

по (8.122)

по табл. П1.9 Тогда

41. Магнитное напряжение на пару полюсов (8.128)

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи по (8.129)

43. Намагничивающий ток по (8.130)

Относительное значение по (9.131)

Относительное значение служит определенным критерием правильности произведенного выбора и расчета размеров и обмотки двигателя. Поскольку полученное значение меньше предела 0.18ч0.2, то размеры машины выбраны завышенными и активные материалы недоиспользованы. Двигатель будет иметь высокие КПД и cos ц, но плохие показатели расхода материалов на единицу мощности.



Параметры рабочего режима

44. Активное сопротивление обмотки статора по (8.132)

(для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура н_расч = 115^о С; для медных проводников удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуры с₁₁₅ = 10^-6/41 Ом • м).

Длина проводников фазы обмотки по (8.134)

где

по (8.138) определим среднюю ширину катушки, определяемую по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов

где в = 1 - укорочение шага обмотки статора.

Длина пазовой части равна длине сердечника

Для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус, берут В = 0,01 м - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части.

Длина лобовой части

По (8.135) среднюю длину витка находят как сумму прямолинейных пазовых и изогнутых лобовых частей катушки

Тогда

K_R - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока.

В проводниках обмотки статора асинхронных машин эффект вытеснения тока проявляется незначительно из-за малых размеров элементарных проводников. Поэтому в расчетах нормальных машин, как правило, принимают K_R = 1.

По табл. 8.21 k_выл = 0,4.

Длина вылета лобовой части катушки по (8.137)

Относительное значение

45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора по (8.168)

Для литой алюминиевой обмотки ротора удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре

по (8.169) сопротивление стержня

по (8.170) сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора по (8.172), (8.173):

Относительное значение

46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по (8.152)

где л_п1 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания;

л_л1 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеивания;

л_д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания.

По табл. 8.24 (см. рис. 8.50,е) и по рис. 8.76

где (см. рис. 8.50,е и рис. 8.76)

(проводники закреплены пазовой крышкой);

при

По (8.154)

Тогда

По (8.159)

Для и по рис. 8.51, д

По (8.176)

По (8.160)

Тогда

Относительное значение

47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по (8.177)

где л_ск - коэффициент проводимости скоса.

по табл. 8.25 (см. рис. 8.52, а, е)

где (см. рис. 8.52, а, е)

При расчете номинального режима , тогда

По (8.178)

По рис. 8,51а Д_Z=0 (т.к. пазы ротора закрытые)

По (8.181)

,где -- коэффициент насыщения магнитной цепи

Тогда

Приводим к числу витков статора по (8.172) и (8.183)

относительное значение

Расчет потерь

48. Потери в стали основные по (8.187)

где -- Вт/кг для стали 2312 по табл.8.26 - удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц,

-- кг/м³ - удельная масса стали,

и -- коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов,

-- масса стали ярма и зубцов статора,

в -- показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания,

по (8.188), (8.189)

средняя ширина зубца статора

,

Принимаем , , тогда

49. Поверхностные потери в роторе по (8.194)

для зубцов ротора при ,

по рис. 8.53, б

По (8.190)

По (8.192)

где -- коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери.

50. Пульсационные потери в зубцах ротора по (8.200)

из п.37 расчета из п.35 расчета

из п.32 расчета

из п.37 расчета

по (8.201)

51. Сумма добавочных потерь в стали по (8.202)

52. Полные потери в стали по (8.203)

53. Механические потери по (8.210)

при 2p>4

54. Холостой ход двигателя по (8.217)

,

по (8.219)

по (8.218)

по (8.221) -- коэффициент мощности на холостом ходу.

Расчет рабочих характеристик

55. Параметры по (8.184), (8.185), (8.223 )

-- коэффициент, равный взятому с обратным знаком отношению вектора напряжения фазы к вектору ЭДС

Используем приближенную формулу, так как

Активная составляющая тока синхронного холостого хода по (8.226), (8.227)

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:

56. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений S= 0.005; 0.01; 0.015; 0.02; 0.025; 0.03, принимая предварительно, что

Результаты расчета сведены в таблицу 1. После построения рабочих характеристик (рис.4) уточняем значение номинального скольжения

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Р _2ном = Р ₂ = 200*10³ Вт, U _1ном = 380 В, I _1ном = 205,1 А,(2 р) = 4 , cos _ном = 0,91 , з _ном = 0,94 ,I _oa = 1,2 A, I _op = I _м = 34 A, P _cт + Р _мех = 3,162*10³ Вт,R ₁ = 0,046 Ом, r' ₂ = 0,027 Ом, с ₁ = 1,024 ,а' = 1,048 , а = 0,047 Ом, b' = 0 , b = 0,54 Ом.Подробный расчет приведем для S _ном = 0,014 .

Вначале найдем активную и реактивную составляющие комплексного сопротивления правой ветви схемы замещения (см. рис. 8.55)

Далее находят

Составляющие тока статора являются суммами активных и реактивных составляющих токов параллельных ветвей схемы замещения

I _1a(s) = I _oa + I'' ₂(s) cos ' ₂(s) =1,2+178,2*0,96 = 172,2 A

I _1p(s) = I _op + I'' ₂(s) sin ' ₂(s) =34+178,2* 0,25 = 78,5 A

Полный ток статора

Первичная мощность:

P ₁(s) = 3 U _1ном I _1a(s) = 3*380*172,2 = 196,3* 10³ Вт

Электрические потери во всех фазах обмотки статора:

P _э1(s) = 3 (I ₁(s))² r ₁ = 3*189,2² 0,046 = 4,94* 10³ Вт

Электрические потери в обмотке короткозамкнутого ротора:

P _э2(s) = 3 (I' ₂(s))² r' ₂ = 3*182,4² 0,027 = 2,69*10³ Вт

Добавочные потери:

P _доб(s) = 0.005*P ₁(s) = 0,005*196,3*10³ = 0,98*10³ Вт

Сумма всех потерь в двигателе

У Р (s) = Р _ст + Р _мех + Р _э1 (s) + Р _э2 (s) + P _доб (s) =

3,162*10³ + 4,94*10³ + 2,69*10³ + 0,98*10³ = 11,77 10³ Вт

Полезная мощность

Р ₂(s) = P ₁(s) - УP (s) = 196,3*10³ - 11,77*10³ = 184,53 10³ Вт

Коэффициент полезного действия двигателя

Коэффициент мощности

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

№ п/п	Расчетные формулы	Размерность	Скольжение S
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	Sном= 0,014
1	a'r'/s	Ом	5,66	2,83	1,88	1,41	1,13	0,94	2,02
2	R=a+a'r'/s	Ом	5,7	2,87	1,93	1,4	1,18	0,99	2,06
3	X=b+b'r2/s	Ом	0,54	0,54	0,54	0,54	0,54	0,54	0,54
4		Ом	5,73	2,92	2	1,56	1,29	1,12	2,13
5	I2''=U1/Z	А	66,3	129,8	189,3	243,8	293	336,9	177,8
6		-	0,99	0,983	0,963	0,938	0,91	0,878	0,96
7		-	0,094	0,184	0,269	0,347	0,416	0,48	0,25
8		А	67,2	128,8	183,5	229,9	267,6	297	173,2
9		А	40,2	57,9	84,9	118,5	156	195,3	78,9
10		А	78,3	141,2	202,2	258,6	309,8	355,4	190,3
11	I'2=c1 I''2	А	67,8	132,9	193,8	249,7	300,1	345	182
12	P1=3 U1 I1a 10-3	кВт	76,6	146,8	209,2	262,1	305,1	338,6	197,5
13	Pэ1=3 r1 I21 10-3	кВт	0,846	2,75	5,64	9,23	13,25	17,4	5
14	Pэ2=3 r2 I22 10-3	кВт	0,373	1,43	3,04	5,05	7,29	9,6	2,68
15	Pдоб=0.005 P1	кВт	0,383	0,734	1,046	1,31	1,52	1,69	0,98
16		кВт	4,41	7,73	12,54	18,4	24,88	31,58	11,48
17		кВт	72,2	139,1	196,7	243,7	280,2	307	186
18		-	0,942	0,947	0,94	0,93	0,918	0,907	0,942
19		-	0,858	0,912	0,908	0,889	0,864	0,836	0,91

Заметим, что значения последнего столбца при скольжении, равному номинальному, примерно соответствует номинальным параметрам двигателя, что говорит о правильности проведения расчетов.

Расчет пусковых характеристик

а) Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния).

Расчет проводится по формулам табл. 8.30 в целях определения токов в пусковых режимах для дальнейшего учета влияния насыщения на пусковые характеристики двигателя. При отсутствии необходимости учитывать влияние насыщения от полей рассеяния расчет пусковых характеристик проводится аналогично, включая последние пункты формуляра (см. Табл. 8.30). подробный расчет приведен для S = 1. данные расчета остальных точек сведены в табл. 2.

57. Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока. При литой алюминиевой обмотке ротора при расчетной температуре 115 С Ом м «приведенная высота» стержня по (8.245)

о = 63,61 h _c vS =63,61 43,58 10^-3 1 = 2,77 , где по рис. 3

высота стержня в пазу

h _c = h _п2 - h' _ш2 = 44,08 10^-3 - 0,5 10^-3 = 43,58 10^-3 м

по рис. 8.57 находим для о = 2,77 = 1,76 ,

по (8.246) глубина проникновения тока

b ₁ = 4 10^-3 м, h ₁ = 37,85 10^-3 м, т. к.

то принимаем площадь сечения равной

где -коэффициент увеличения активного сопротивления пазовой части стержня при неравномерности плотности тока в нем по сравнению с его сопротивлением при одинаковой плотности по всему сечению стержня.

По п.45 расчета для роторов без радиальных вентиляционных каналов с литой обмоткой (с прилегающими замыкающими кольцами)

r' _c = r _ср = 41 10^-6 Ом, r ₂ = 68,3 10^-6 Ом.

Тогда

К _R - Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока.

Приведенное активное сопротивления фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока будет равно

r' _2о = К _R' r' ₂ = 1,31 0,027 = 0,035 Ом.

58. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока по рис. 8.58 для

о = 2,77 , ' = 0,54 , k _д = ', где

k _д - коэффициент демпфирования, показывающий, как уменьшилась магнитная проводимость участка паза, занятого проводником с током, при действии эффекта вытеснения тока. Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока

где л _п2о - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания с учетом эффекта вытеснения тока. Коэффициент магнитной проводимости участка паза, занятого проводником с обмоткой

Дл _п2о = л' _п2 (1 - к _д) = 2,27 (1 - 0,54) = 1,04 ,

По п.47 расчета л _п2о = л _п2 - Дл _п2о = 4,73 - 1,04 = 3,69 .

Тогда

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока будет равно

по (8.261) - см. также п. 47 расчета

х' _2о = x' ₂ K _x = 0,25 0,86 = 0,216 Ом.

59. Пусковые параметры по (8.277) и (8.278)

Учитывая, что индуктивное сопротивление взаимной индукции с уменьшением насыщения магнитопровода увеличивается, в расчете пусковых характеристик для скольжения S ? 0,1 .. 0,15 оно может быть принято равным

Х _12п = k _м X ₁₂ = 1,55 10,9 = 16,9 Ом.

Не внося большой погрешности, в расчетных формулах пусковых режимов пренебрегают сопротивлением r12. Это оправдано при токах, заметно превышающих номинальный, так как электрические потери в обмотках, возрастающие пропорционально квадрату тока, многократно превышают потери в стали, для учета которых с схему замещения введен параметр r12.

При этих допущениях коэффициент

60. Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока по (8.280)

для S = 1

Ом

по (8.281) и (8.283) ток в обмотке ротора

Критическое скольжение предварительно (приближенно) определим по формуле (8.286)

Таблица 2. Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

№ п/п	Расчетные формулы	Раз-мер-ность	Скольжение S
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	Sкр=0,052
1	ж = 63,61 hcvs	-	2,77	2,48	1,96	1,24	0,87	0,63
2	(ж)	-	1,76	1,44	0,84	0,18	0,005	0,001
3	hr = hc/(1+)	мм	15,7	18	24	37	43	44
4	kr = qc/qr	-	1,52	2,78	1,93	1,04	0,83	0,825
5	KR=1+(rc/r2)(kr-1)	-	1,31	2,07	1,56	1,03	0,898	0,895
6	r'2ж = KR r'2	Ом	0,035	0,056	0,042	0,028	0,024	0,024
7	kд = '(ж)	-	0,54	0,61	0,77	0,93	0,97	0,975
8	лп2ж = лп2-Д лп2ж	-	3,69	3,74	4,01	4,47	4,61	4,63
9	Кх = У л2ж / У л2	-	0,86	0,87	0,91	0,96	0,98	0,987
10	x'2ж = Kx x'2	Ом	0,216	0,218	0,227	0,241	0,246	0,246
11	Rп = r1+c1п r'2ж / s	Ом	0,081	0,116	0,13	0,187	0,288	0,512
12	Xп = x1 + c1п x'2ж	Ом	0,489	0,491	0,5	0,514	0,519	0,52
13	I'2 = U1 / vR2п + X2п	А	766,4	752,9	735,1	694,2	639,7	521
14	I1 = I'2 vR2п + (Xп+x12п)2 / (c1п x12п)	А	780,7	767,1	749,3	708,2	652,9	532



Расчёт пусковых характеристик с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчёт проводим для точек характеристик, соответствующих S=1;0.8;0.5;0.2;0.1, при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учётом влияния вытеснения тока (см. табл. 2).

Данные расчёта сведены в таблицу 3. Подробный расчет приведён для S=1

В предыдущем параграфе рассматривались, методы расчёта параметров при допущении отсутствия насыщения стали магнитопровода полями рассеяния, магнитная проницаемость, которой принималась равной бесконечности. При расчётах параметров холостого хода и рабочих режимов это допущение вполне оправдано, так как токи в этих режимах относительно малы и потоки рассеяния не создают заметного падения магнитного напряжения в стали зубцов. При увеличении скольжения свыше критического и в пусковых режимах токи в обмотках возрастают, и потоки рассеяния увеличиваются. Коронки зубцов статора и ротора в большинстве случаев оказываются сильно насыщенными.

Насыщение коронок зубцов приводит к увеличению магнитного сопротивления для части потока рассеяния, магнитные линии короткого замыкания через верхнюю часть паза. Поэтому коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния уменьшается. Несколько снижается также магнитная проводимость дифференциального рассеяния. На коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния насыщения, стали, потоками рассеяния влияние не оказывает.

61. Индуктивные сопротивления обмоток

Принимаем - предполагаемая кратность увеличения тока, обусловленная уменьшением индуктивного сопротивления из-за насыщения зубцовой зоны.

По (8.265) определим среднюю МДС обмотки,обмотки статора

По (8.265)

По (8.264) определим фиктивную индукцию потока рассеяния в воздушном зазоре

по рис. 8.61 находим

- отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

По (8.266) дополнительное эквивалентное раскрытие пазов статора

Вызванное насыщением от полей рассеяния уменьшение коэффициента магнитной проводимости рассеяния

По (8.269)

где (см. рис. 1)

по (8.272)

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения

по (8.274)

л_Д1НАС = л _Д1 * к _д = 1,14*0,7 = 0,79

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения по (8.275)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения и вытеснения тока:

Для закрытых пазов ротора

h_ш2 = h'_ш2 + h_ш2 =0,5 * 10^-3 = 0,5* 10^-3 (м)

по (8.270) дополнительное эквивалентное раскрытие пазов ротора

с_э2 = (t_Z2 - b_ш2) * (1- k_д) = (15 * 10^-3 ) * (1- 0,7) = 4,5 * 10^-3

Тогда

по (8.273) л _п2онас = л _п2о - Дл _п2нас = 3,69

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения

По (8.274) л _д2нас = л _д2 * k _д = 1,08 * 0,7 = 0,75

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения по (8.276)

62. Расчёт токов и моментов:

по (8.280)

Х_п.нас = Х_1нас + с_1п.нас * Х^/2о = 0,245+1,015 * 0,216 = 0,455 Ом

По (8.281) и (8.283)

Кратность пускового момента с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

Полученный в расчёте коэффициент насыщения

отличается от принятого k_нас = 1,35 менее, чем на 20%.

Для расчёта других точек характеристики задаёмся k_нас, уменьшенным в зависимости от тока I₁ (см. табл. 2)

Принимаем при

S = 0,8k_нас = 1,3,

S = 0,5 k_нас = 1,2,

S = 0,2k_нас = 1,1,

S = 0,1k_нас = 1,05,

Данные расчета сведены в таблицу 3, а пусковые характеристики представлены на рис. 5.

Таблица 3. Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

№ п/п	Расчётные формулы	Размерность	Скольжения S
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	Sкр= 0,052
1	kнас	--	1,35	1,30	1,20	1,10	1,05	1
2	Fп.ср=0,7*(I1*kнас*uп/а)*(k/в+kу1*kоб1*z1 /z2)	А	5721	5413	4881	4228	3721	2888
3	ВФд=Fп.ср*10-6/(1,6*д*CN)	Тл	3,11	2,94	2,65	2,3	2,02	1,57
4	kд=f(ВФд)	--	0,7	0,71	0,78	0,82	0,86	0,86
5	сэ1=(tz1-bш1)*(1-kд)	мм	3,9	3,77	2,86	2,34	1,82	1,04
6	лп1нас = лп1-Длп1нас	--	2,29	2,3	2,34	2,371	2,4	2,46
7	лд1нас=kд*лд1	--	0,798	0,81	0,89	0,94	0,98	1,05
8	Х1нас=Х1*Ул1нас/Ул1	Ом	0,245	0,246	0,251	0,254	0,258	0,263
9	С1п.нас=1+Х1нас/Х12п	--	1,015	1,015	1,015	1,015	1,015	1,016
10	Сэ2=(tz2-bш2)*(1-kд)	мм	4,5	4,35	3,3	2,7	2,1	1,2
11	лп2онас=лпо-Длп2нас	--	3,69	3,74	4,01	4,47	4,61	4,63
12	лд2нас=kд*лд2	--	0,756	0,767	0,842	0,886	0,93	0,994
13	Х/2онас=Х/2Ул2онас /Ул2	Ом	0,207	0,208	0,22	0,221	0,241	0,244
14	Rп.нас=r1+с1п.нас*r/2о /s	Ом	0,082	0,117	0,131	0,188	0,29	0,515
15	Хп.нас=Х1нас+с1пнас*Х/2онас	Ом	0,455	0,457	0,474	0,478	0,503	0,511
16		А	822,4	804,7	772,8	739,2	655,1	524
17		А	832,5	820,4	798,5	795,1	759,5	774,7
18	k/нас=I1нас /I1	--	1,06	1,07	1,07	1,12	1,16	1,45
19	I1*=I1нас /I1ном	--	4,05	4	3,89	3,87	3,7	3,77
20	М*=(I/2нас /I/2ном)2*kR*sном /s	--	0,021	0,025	0,037	0,085	0,13	0,16

63. Критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений

Х_1нас = 0,256 Ом, r^/_2о = 0,026 Ом, Х^/_2онас = 0,231 Ом

и с_1п.нас = 1,015, соответствующим скольжениям 0,2 ч 0,1.

после чего рассчитываем кратность максимального момента:

М_max = 0,16 (см. табл. 3)

Как видим, найденное значение S_кр ненамного отличается от определённого ранее.

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям, так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчёт

64. превышение температуры внутреннеё поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя.

По табл. 8.33 k = 0,8

по табл. 1 Р_эл = 5000 Вт

по рис. 8.71 б б₁ = 137 Вт / м²

где б₁ -- коэффициент теплоотдачи с поверхности.

Коэффициент увеличения потерь k_р = 1,07.

По (8.328) электрические потери в пазовой части обмотки статора

Тогда по (8.330)

65. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

По (8.332) расчетный периметр поперечного сечения паза статора

для изоляции класса нагревостойкости F средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции

по рис. 8.72 для находим среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу

по (8.331)

66. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей по (8.335)

по (8.329) электрические потери в лобовых частях катушек

периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки

односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки

Тогда

67. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя по(8.336)

68. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя по(8.337)

69. Превышение температуры воздуха над температурой окружающей среды по(8.338)



Из табл. 1 для S_ном

по (8.340)

по (8,342) сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя

Условный периметр поперечного сечения рёбер корпуса двигателя

П_p =0,52 м для h= 0,315м

По рис. 8.71 б коэффициент подогрева воздуха

По (8.343) эквивалентная поверхность охлаждения корпуса

По (8.344)

70. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды по(8.344)

71. Проверка условий охлаждения двигателя

Требуемый для охлаждения объём воздуха по (8.356)

где к_m - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором.

Для двигателя с 2p>4 при h>0.16м m'=2.5

По (8.357)

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Заключение

В результате выполнения курсового проектирования был спроектирован асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором с заданными в условии номинальными параметрами. При этом в ходе выполнения работы были рассчитаны размеры статора и ротора, был выбран обмоточный провод марки ПЭТМ.

В ходе определения основных параметров статора приняли число пазов статора z₁=72, высоту паза h_п =32.1 мм, обмоточный провод с диаметром d_эл⁼1.18 мм, при этом получили коэффициент заполнения паза к_з=0.724, т.е. допустимый для механизированной укладки обмотки.

В ходе определения основных параметров ротора приняли число пазов ротора (со скосом) z₂=80, высоту паза ротора h_п=44 мм.

При расчете магнитной цепи получили относительное значение намагничивакщего тока I_н=0.165.

Также были получены значения номинального скольжения s_н=1.14% и критического скольжения s_кр=5.2%. Учитывая эти параметры, были построены рабочие и пусковые характеристики.

Тепловой расчет двигателя показал, что вентилятор, установленный на нем, обеспечивает необходимый тепловой баланс.

Таким образом, спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.



Список литературы

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - В 2-х кн. : кн. 1 / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев; Под ред. И. П. Копылова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1993. -464 с.: ил.

2. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - В 2-х кн. : кн. 2 / И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев; Под ред. И. П. Копылова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Энергоатомиздат, 1993. -384 с.: ил.

3. Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебк. заведений. Изд. 2-е, перегиб, и доп. Л. , «Энергия», 1974. - 840 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru