Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Качественный и своевременный ремонт и научная организация эксплуатации электрических машин позволяет обеспечить бесперебойную работу производительных механизмов в промышленности, сельском хозяйстве и на транспорте и сократить ежегодную потребность народного хозяйства страны в новых электрических машинах. Таким образом, можно повысить экономическую эффективность использования электрических машин.

Проблема качественного ремонта и эксплуатации становится ясной, если учесть, что в промышленности на долю электродвигателей приходится около 70% всей энергетической мощности, в сельском хозяйстве - 25%. Доля электрифицированного транспорта в общем грузообороте страны составляет порядка 60%. Только парк асинхронных двигателей составляет свыше 100 млн. штук при общей установленной мощности 450 млн. кВт.

Так, практика применения электродвигателей показала, что потребители часто завышают или занижают мощность двигателей, неправильно выбирают режим работы двигателя или конструктивное исполнение. Поэтому наряду с ремонтом, нужно уделять внимание вопросам рациональной организации эксплуатации электрических машин.

1. Исходные данные двигателя

Число полюсов 2р=4;

Степень защиты IP23;

Номинальная мощность Р2=30 кВт;

Рабочее напряжение U1=220/380В;

Частота сети f1=50 Гц.

Аналог данного двигателя 4АН180S4У3. Сердечник статора и ротора выполнен из листов, электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм.

В соответствии с паспортными данными проводится сравнение основных данных двигателя с данными после демонтажа. Результаты сведены в таблицу 1. асинхронный двигатель проводник провод

Таблица 1. Сравнение исходных и справочных данных двигателя

Параметры двигателя	Исходные данные	Справочные данные
2p	4	4
h, мм	24	24
UП/nЭЛ
d/d.из, мм/мм	0,95/1,015	1,12/1,2
е, мм	1,0	1,0
Z1	48	48
b`/b, мм/мм	8.2/11	8.2/11
L1,мм	145	145
Da/Dj,мм/мм	313/211	313/211
m1, мм	1,7	3.7
SП', мм2	168	168

В соответствии с табличными данными найдена ошибка, при демонтаже был использован провод меньшего сечения обмотки статора и ширина шлица паза статора меньше, чем у аналога.

2. Поверочный расчет двигателя при неизвестной индукции в воздушном зазоре, с заменой диаметра провода в большую и меньшую сторону

Синхронная частота вращения двигателя, об/мин,

, *) где f₁-частота питающей сети, Гц; p-число пар полюсов;

n₁=60^.50/2=1500.

*) Расчёт ведется по / 1 /, /2/

Чистая длина активной стали, м,

,

где- длина сердечника статора, м,

- коэффициент заполнения пакета сталью

Зубцовый шаг статора, м,

,

где - наружный диаметр ротора, м;

- число зубцов статора;

Зубцовый шаг ротора, м,

,

где - воздушный зазор, м;

- число зубцов ротора;

Высота ярма статора, м,

,

гдеh - высота паза, м,

Средняя длина силовой линии статора, м,

,

Коэффициент воздушного зазора

,

где

,

;

,

;

Индукция в воздушном зазоре, Тл,

,

где- число параллельных ветвей;

- обмоточный коэффициент;

-число проводников в пазу;

Ширина зубца статора, м,

,

Индукция в зубцах, Тл,

,

Индукция в ярме, Тл,

,

Магнитное напряжение воздушного зазора, А,

,

Магнитное напряжение зубцов статора, А,

,

где- напряженность в зубцах (сталь 2013), А/м;

Магнитное напряжение в ярме, А,

,

где -напряженность в ярме, А/м

Число витков в фазе обмотки

,

Суммарная МДС, А,

,

Намагничивающий ток, А,

,

Ток холостого хода, А,

,

Относительное значение тока холостого хода, %,

,

где I₁ - номинальный ток, А,

Значение тока холостого хода не превышает допустимое значение i_{0 доп} = 52%.

Коэффициент заполнения паза проводниками

,

где- число элементарных проводников в пазу,

- коэффициент заполнения паза медью,

Плотность тока в обмотке, А/м,

,

Линейная нагрузка, А/м,

,

Коэффициент пропорциональности перегрева, ,

AJ=.

Предельное значение AJ =, следовательно, двигатель работает с перегревом.

2.1 Замена провода на большее сечение

Производя замену провода на большее сечение выбирается больший ближайший провод со стандартными размерами: мм ; 1,094.

Новое значение проводников в пазу

,

Принимается U_п.нов= 19, а₁=2.

Так как значение U_п.нов уменьшилось, то линейная нагрузка также уменьшилась и машина будет работать без перегрева, но возросла индукция в воздушном зазоре, а значит необходим расчет тока холостого хода.

Коэффициент заполнения паза проводниками

,

Индукция в воздушном зазоре, Тл,

,

Индукция в зубцах, Тл,

,

Индукция в ярме, Тл,

,

Магнитное напряжение воздушного зазора, А,

,

Магнитное напряжение зубцов статора, А,

,

где - напряжённость в зубцах (сталь 2013), А/м;

Магнитное напряжение в ярме, А,

,

где -напряженность в ярме, А/м;

=5350^. 0,225=1203.75.

Число витков в фазе обмотки

,

Суммарная МДС, А,

,

Намагничивающий ток, А,

,

Ток холостого хода, А,

,

Относительное значение тока холостого хода, %,

,

Значение тока холостого хода выше допустимого значения i_{0 доп} = 52%, из-за

этого возможность использования провода с большим диаметром от штатного исключается.

2.2 Замена провода на меньшее сечение

Выбирается меньший ближайший провод со стандартными размерами: мм ; 0,883, n_эл=4.

Новое значение проводников в пазу

,

Принимается U_п.нов= 23, а₁=2.

Так как значение U_п.нов увеличилось, то индукция в воздушном зазоре уменьшилась, а значит ток холостого хода также уменьшился, но линейная нагрузка и плотность тока возросла, а значит необходим расчет тепловой нагрузки.

Коэффициент заполнения паза проводниками

,

Плотность тока в обмотке, А/м,

,

Линейная нагрузка, А/м,

,

Коэффициент пропорциональности перегрева, ,

AJ=.

Предельное значение AJ =, следовательно, двигатель работает с перегревом. Следовательно, замена провода не меньшее сечение также нецелесообразна.

3. Поверочный расчёт двигателя при отсутствии обмоточных и паспортных данных

При графоаналитическом расчете следует задаться тремя значениями индукции в воздушном зазоре B1=0,65; B2=0,75; B3=0,85. Также полагается, что а1=1, kоб=0,925.

Число проводников в пазу, соответствующее новому значению индукции

,

,

,

Значения индукции в зубцах при B1=0,65; B2=0,75; B3=0,85, Тл,

,

,

,

.

Значения индукции в ярме при B₁=0,65; B₂=0,75; B₃=0,85, Тл,

,

,

,

.

Магнитное напряжение воздушного зазора при B₁=0,65; B₂=0,75; B₃=0,85, А,

,

;

;

.

Магнитное напряжение в зубцах при B₁=0,65; B₂=0,75; B₃=0,85, А,

,

где H_z - напряженность в зубцах при соответствующей индукции, A/м,

,

,

.

Магнитное напряжение в ярме при B₁=0,65; B₂=0,75; B₃=0,85, А,

,

где H_a-соответствующая напряженность в ярме, А/м,

;

;

.

Суммарная МДС, А,

,

,

,

.

Число витков обмотки статора при соответствующих U_п,

,

,

,

.

Намагничивающий ток, А,

,

,

,

.

Ток холостого хода, А,

,

,

,

.

Сечения эффективных проводников для каждого Uп, ,

,

где km - коэффициент заполнения паза медью,

S_п = ,

h1 = h - hk,

h_k - высота клина, мм,

h_k= ,

h_k=0,5(8,2-1,7)=3,25,

h₁=24-3,25=20,75,

;

,

,

.

Ток номинальный, А,

I_1н=J qэф,

где J - средняя плотность тока в обмотке статора: J= 6 А/мм²

I_1н1=65,64 =33,9 ;

I_1н2=66,51=39,06 ;

I_1н3=67,38 =44,28 .

Относительное значение тока холостого хода, %,

,

где I1H - номинальный ток для каждого qэф, А,

,

,

.

Мощность для соответствующих I_1Н, кВт,

,

,

,

.

Кривые I₀=f(P₂), I_0max=f(P₂), U_п =f(P₂) представлены на рисунке 1.

Из рисунка 1 по точке пересечения графиков I₀=f(P₂), I_0max=f(P₂) находится оптимальная мощность машины P_2опт=23кВт, находится U_{п опт} =10.

Новое значение индукции в воздушном зазоре при новых P_2опт и U_{п опт}, Тл,

,

.

Новое значение сечения эффективного проводника, ,

,

.

Принимаетсяn_эл=5;

Стандартное значение q_эл=1,767, .

Новое значение тока, А,

,

.

Коэффициент заполнения

,

.

Новое значение мощности, кВт,

,

.

Линейная нагрузка, А/м,

,

Коэффициент пропорциональности перегрева, ,

AJ=.

Значение AJ меньше 2,910¹¹, значит, машина работает без перегрева.

Относительная разница мощностей, %,

.

4. Пересчет двигателя на другое напряжение

Производится пересчет на фазное напряжение 380 В.

Новое значение проводников в пазу

,

.

Полученное значение следует округлить до 36.

Новое сечение элементарного проводника, ,

,

.

Стандартное значение провода , q_эл=0,567.

Коэффициент заполнения

,

.

Относительная разница, %,

5. Пересчет на другую частоту питающей сети

Пересчет ведется на частоту сети fн=60 Гц.

Новое число проводников в пазу

,

где fст- старая частота сети, Гц,

Uпст- старое число проводников в пазу;

.

Принимается U_п.нов=18.

Индукция в воздушном зазоре, Тл,

,

.

Новое сечение эффективных проводников, ,

,

Новое сечение элементарных проводников, ,

где n_эл - принимается равным 4;

Принимается провод с q_эл =1,094 ;

Новая линейная нагрузка, А/м,

,

где -старая линейная нагрузка ,А/м,

Новая мощность, кВт,

,

.

Новое значение тока, А,

,

Коэффициент заполнения паза

,

6. Пересчет на более высокую и более низкую частоту вращения

6.1 Пересчет на более высокую частоту вращения

Пересчет ведется на 2P=2, n=3000 об/мин.

Окружная скорость ротора, м/с,

где ф-полюсное деление, м,

Минимально возможное число пар полюсов

Так как полученное значение 2Р_мin больше 2Р, то следует скорректировать значение индукции в воздушном зазоре.

Коррекция индукции в воздушном зазоре, Тл,

Новое значение числа проводников в пазу

гдеU_пст- старое число проводников;

Округленное значение проводников в пазу

где а_нов- число паралельных ветвей;

Принимается U_п.нов=24, а₁=2.

Новое сечение эффективных проводников, ,

,

Новое сечение элементарных проводников, ,

где n_эл - принимается равным 4;

Выбирается стандартное значение q_элнов=0,883,мм, n_эл=4.

Новое значение линейной нагрузки, А/м,

Новое значение мощности, кВт,

Новое значение тока, А,

Коэффициент заполнения паза

,



Плотность тока в обмотке, А/м,

,

Коэффициент пропорциональности перегрева, ,

AJ=.

Значение AJ больше максимально допустимого значения 3,2 10¹¹ по /1/, значит, машина работает с перегревом.

Средняя длина силовой линии статора, м,

,

Индукция в ярме, Тл,

,

Магнитное напряжение в ярме, А,

,

где -напряженность в ярме, А/м;

=750^. 0,45=337,5.

Число витков в фазе обмотки

,

Индукция в зубцах, Тл,

,

.

Магнитное напряжение воздушного зазора, А,

,

.

Магнитное напряжение зубцов статора, А,

,

.

Суммарная МДС, А,

,

.

Намагничивающий ток, А,

,

Ток холостого хода, А,

,

Относительное значение тока холостого хода, %,

,

Значение i₀ не превышает i_0max=24% /2/.

6.2 Пересчет на более низкую частоту вращения

Пересчет ведется на 2P=6, n=1000 об/мин.

Новое значение индукции в воздушном зазоре, Тл,

де В_zст- максимальная индукция в зубцах;

Новое значение числа проводников в пазу

,

гдеU_пст- старое число проводников;

p_нов- новое число пар полюсов;

p_ст - старое число пар полюсов;

Принимается U_п.нов=30, а₁=2.

Новое сечение элементарного проводника,,

Стандартное значение q_элнов=0,709 ,мм, n_эл=4.

Коэффициент заполнения паза

,

Новое значение линейной нагрузки, А/м,

Новое значение мощности, кВт,

Новое значение тока, А,

Плотность тока, А/мм²,

Коэффициент пропорциональности перегрева, ,

Коэффициент пропорциональности перегрева больше допустимого значения , поэтому электрическая машина не может быть переделана на более низкую частоту вращения.

Средняя длина силовой линии статора, м,

,

Индукция в ярме, Тл,

,

Магнитное напряжение в ярме, А,

,

где -напряженность в ярме, А/м;

=301^. 0,15=45,15.

Число витков в фазе обмотки

,

Индукция в зубцах, Тл,

,

Магнитное напряжение воздушного зазора, А,

,

.

Магнитное напряжение зубцов статора, А,

,

Суммарная МДС, А,

,

.

Намагничивающий ток, А,

,

Ток холостого хода, А,

,

Относительное значение тока холостого хода, %,

,

Значение i₀ не превышает i_0max=60% /2/. Машина не может быть переделана на более низкую частоту вращения из-за перегрева.

7. Инструкция послеремонтных испытаний асинхронного двигателя

№ операции	№ перехода	Наименование работ	Инструмент
1	1	Испытание стали статора с обмотками из прямоугольного провода (удельные потери - не боле 5 Вт/кг, наибольший перегрев зубцов при ВZ=1 Тл не должен превышать 45С, наибольшая разность перегрева различных зубцов при той же индукции - не более 30С).	Термопара
	2	Измерение сопротивления изоляции обмоток статора, ротора, термоиндикаторов с соединенными проводами и подшипников	Мегаомметр
	3	Испытание обмоток статора и ротора при собранном двигателе повышенным напряжением промышленной частоты длительностью 1 мин. Результаты испытаний считаются положительными, если не наблюдается скользящих разрядов, толчков тока утечки или нарастания его установившегося значения, пробоев или перекрытий и если сопротивление изоляции осталось прежним.	Мегаомметр
	4	Измерение сопротивлений обмоток статора и ротора, реостатов, пускорегулирующих резисторов постоянному току. Отклонения сопротивлений обмоток от паспортных и по фазам - не более 2%, для реостатов не более 10%.	Одинарный или двойной мост
	5	Испытание витковой изоляции обмоток из прямоугольного провода импульсным напряжением высокой частоты в течение 5…10 с.	Испытательный стенд
	6	Измерение воздушного зазора в четырех сдвинутых на 90 точках (измеренные зазоры не должны отклоняться от среднего более чем на 10%) и зазоров в подшипниках скольжения. Если зазор больше допустимого, необходимо перезаливать вкладыш подшипника.	Щуп
№ операции	№ перехода	Наименование работ	Инструмент
	7	Проверка работы двигателя на холостом ходу. Ток холостого хода не должен отличаться более чем на 10% от указанного в каталоге. Продолжительность испытания - 1 ч.	Нагрузочный стенд
	8	Измерение вибрации подшипников. Максимально допустимые амплитуды вибраций равны 50; 100; 130 и 160 мкм для двигателей с частотами вращения соответственно 3000; 1500; 1000 и 750 об/мин и менее.	Вибродатчик
	9	Измерение разбега ротора в осевом направлении (для двигателей с подшипниками скольжения, двигателей ответственных механизмов и при выемке ротора при ремонте). Допустимый разбег - не более 4 мм.	Индикатор
	10	Проверка работы двигателя под нагрузкой. Величина нагрузки - не менее 50% от номинальной.	Нагрузочный стенд
	11	Испытание воздухоохладителя в течение 5…10 мин при избыточном давлении 0,2…0,5 МПа.
	12	Проверка исправности стержней короткозамкнутых обмоток роторов электродвигателей (все стержни должны быть целыми) и срабатывания защиты машин напряжением до 1000 В при питании от сети с заземленной нейтралью (проводится у машин с UН42 В, работающих в опасных и особо опасных условиях, а также у машин с UН380 В).

Заключение

Были проведены расчет при неизвестной индукции, расчет при неизвестных обмоточных и паспортных данных, пересчет двигателя на 380 В, пересчет двигателя на частоту сети 60 Гц, пересчет двигателя на 3000 об/мин и 1000 об/мин.

Расчет при неизвестной индукции показал, что изменение диаметра провода в меньшую сторону невозможен из-за допустимого перегрева двигателя, а в большую сторону невозможен, так как ток холостого хода превышает заданные пределы.

Пересчет двигателя на фазное напряжение 380В был проведен и мощность, частота и энергетические показатели двигателя остались неизменными.

При пересчете двигателя на 60 Гц мощность и ток двигателя возросли на 12%.

При пересчете двигателя на большую и меньшую частоты вращения ток холостого хода остался в допустимых пределах, а перегрев превысил допустимые значения, поэтому работа двигателя на данных частотах невозможна.

Составлена инструкция послеремонтных испытаний для асинхронного двигателя.

Библиографический список

1. Изотов А.И., Катаев В.И., Мамаев Г. А. Эксплуатация и ремонт электрических машин. Методические указания - Киров, изд.ВятГУ,2004.

2. Проектирование электрических машин /Под ред.И.П. Копылова.-М.: Энергия, 2002.

3. Асинхронные двигатели серии 4А /А.Е. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А.Соболевская. М.: Энергоиздат, 1982.

4. Эксплуатация и ремонт электрических машин.

/М.В.Антонов,Н.А.Акимова,Н.Ф.Котеленец.М.: Высшая школа, 1989.

Размещено на Allbest.ru