Проектирование асинхронного двигателя основного исполнения 4АМ180М2УЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрические машины играют решающую роль в современной электроэнергетике. Асинхронные двигатели занимают главное место среди всех видов электрических двигателей. На них приходиться потребление более 80 процентов всей вырабатываемой электроэнергии. Поэтому проектирование, эксплутационные свойства производство и эксплуатация асинхронных двигателей являются важным фактором экономики нашей страны.

В данной работе производим проектирование асинхронного двигателя основного исполнения 4АМ180М2УЗ. При проектировании электрической машины рассчитываем размеры статора и ротора, производим расчет характеристик машины и приближенный тепловой расчет, выбираем типы обмоток, обмоточные провода, изоляцию материалы, активных и конструктивных частей двигателя. Отдельные части рассчитываем и конструируем так, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями, для этого пользуемся указаниями и данными из литературы. При проектировании учитывали необходимость соответствия экономических и технических показателей двигателя требованиям государственным и отраслевым стандартам.

Проектируемый асинхронный двигатель имеет конструктивное исполнение IМ 1081 (ГОСТ 2479-79), степень защиты IP44 (ГОСТ 17494-72), способ охлаждения ICA0141(ГОСТ 20459-75), климатическое исполнение УЗ (ГОСТ15150-69).

1. Выбор главных размеров

1. Число пар полюсов: 2р=2

2. Высота оси вращения: h=160 мм.

Из таб. 6-6[1] принимаем Da=272мм.

3. Внутренний диаметр статора ( по таб. 6-7[1]):

мм

4.Полюсное деление:

мм

5.Расчетная мощность:

кВт

kE по рис. 6-8

6.Электромагнитные нагрузки(предварительно) по рис. 6-11[1]

А=36000А/м; В=0.74Тл.

7.Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)kоб=0.95

8.Расчетная длина воздушного зазора:

мм

рад/с

9.Отношение

в норме (рис.6-14,а[1])

2. Расчет статора

10. Предельные значения t1 (по рис. 6-15[1]): t1max=16.4мм,t1min=14.4мм

11. Число пазов статора

Принимаем Z1=30 , тогда

12.Зубцовое деление статора (окончательно):

мм

13.Число эффективных проводников в пазу, при условии, а=1:

Номинальный ток статора (предварительно)

А

14.Число эффективных проводников в пазу округляем до целого числа .

15.Окончательные значения электромагнитной нагрузки:

Число витков в фазе обмотки

А/м

Вб

Тл

Значения находятся в допустимых пределах (рис. 6-11 [1])

16.Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

А/мм2

где AJ=180109 А2/м2 (по рис. 6-16,б [1])

17.Сечение эффективного проводника(предварительно):

мм2

принимаем nэл=2, тогда . Обмоточный провод ПЭТМ в таблице П-28[1] ,

qэл=2.83 мм2, dэл=1.9 мм, dиз=1.995мм, qэф=5.66мм2.

18.Плотность тока в обмотке статора:

А/мм2

Плотность тока в обмотке статора отличается от зaданной менее чем 10%:(0.66%).

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

19.Принимаем по таб. 6-10 [1] индукцию в зубцахBZ1=1.9Тл и ярме Ba=1.6Тл статора. Для оксидированных листов стали kС=0.97

Ширина зубца.

мм

Высота ярма.

мм

20.Размеры паза в штампе принимаем: hш=1мм; bш=4мм.

Высота паза.

мм Рис.1

Большая ширина паза

мм

Меньшая ширина паза

мм

Высота обмотки в пазу

мм

21.Размеры паза на просвет с учетом припуска на сборку:

мм

мм

мм

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу, односторонняя толщина изоляции по таб. 3-8 bиз=0.4мм,:

мм2

Площадь поперечного сечения прокладки для двигателей с h = 180 мм по [1], (6-49):

мм2

Площадь сечения, приходящаяся для размещения проводников:

мм2

22.Коэффициент заполнения паза:

Полученное значение коэффициента соответствует требованиям ручной укладки [2].Наносим размеры паза на рис.1

3. Расчет ротора

23.Воздушный зазор:

мм

24.Число пазов ротора (по таб. 6-15): Z2=22

25.Внешний диаметр ротора:

мм

26.Длина ротора: l2=l=92.9мм

27.Зубцовое деление ротора:

мм

28.Внутренний диаметр ротора соответствует диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал. (Коэффициент для расчета диаметра вала при h=71-250 ( табл. 6-16)

мм

29.Ток в стержне короткозамкнутой обмотки ротора:

А

ki=0.92-коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и соотношение сопротивлений на отношение I1/I2(по рис 6-22[1]).



30.Площадь поперечного сечения стержня: плотность тока в стержне литой клетки принимаем, J2=4 А/мм2

мм2

31.Паз ротора:

По таб. 6-10 [1] индукцию в зубцах ротора BZ1=1.85Тл.

Допустимая ширина зубца ротора

мм

Размеры паза ротора:

принимаем hш=1мм;bш=1.5мм;hш=1мм.

мм

Меньшая ширина паза

мм

Контроль правильности: при мм мм

Высота пазов между центрами:

мм

Сечение стержня:

мм2

Полная высота паза:

мм

32.Плотность тока в стержне короткозамкнутой обмотки ротора

А/мм2

Наносим размеры паза ротора на рис.2

33.Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец

мм2

А

Плотность тока

Размеры короткозамыкающих колец

мм

мм

мм2

мм

3. Расчет намагничивающего тока

34.Значения индукции:

в зубце статора:

Тл

в зубце ротора:

Тл

в ярме статора:

Тл

Расчетная высота ярма ротора при непосредственной посадке на вал, с учетом того что часть магнитных линий замыкается по валу:

мм

в ярме ротора:

Тл

Контроль правильности: значения индукции не превышают максимальных значений по табл.6-10[1].

35.Магнитное напряжение в воздушном зазоре:

А

Коэффициент воздушного зазора (Картера) [1]:

36.Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

А

Для зубцов из стали 2013 HZ1=2070A/м при BZ1=1.9Тл(табл. П-17)

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

А

Для зубцов из стали 2013 HZ2=1740A/м при BZ2=1.845Тл(табл. П-17)

37.Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Контроль правильности: коэффициент насыщения зубцовой зоны должен иметь значения

38. Магнитное напряжение ярма статора:

А

Для стали 2013 Hа=750A/м при Bа=1.6Тл (табл. П-16)

Длина средней магнитной линии в ярме статора:

мм

Магнитное напряжение ярма ротора:

А

Для стали 2013 =392A/м при =1.39Тл (табл. П-16)

Длина средней магнитной линии в ярме ротора:

39. Магнитное напряжение на пару полюсов:

А

40.Коэффициент насыщения магнитной цепи:

41.Намагничивающий ток:

А

Намагничивающий ток в относительных единицах:

4. Расчет параметров рабочего режима

42.Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Ом

Для изоляции класса нагревостойкости F имеем расчетную температуру расч=115С. [1]

Длина обмоточного провода:

мм

Длина витка:

мм

Длина части провода, уложенной в паз

мм

Длина лобовой части витка

мм

Кл , Квыл по таб. 6-19[1]

Средняя ширина катушки:

мм

В=0.01м -длина вылета прямолинейной части катушки.

мм

Активное сопротивление статора в относительных единицах

43.Активное сопротивление фазы обмотки ротора

Ом

Сопротивление стержня:

Ом

Сопротивление кольцевой части:

Ом

асинхронный двигатель статор размер

Сопротивление ротора, приведенное к числу витков обмотки статора:

Ом

Активное приведенное сопротивление ротора в относительных единицах

44. Коэффициенты магнитной проводимости обмотки статора коэффициент проводимости пазового рассеяния для трапецеидального полузакрытого паза (табл.6-22)

; ;

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья статора:

Коэффициент магнитной проводимости рассеянья лобовой части статора:



Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья обмотки статора:

Активное сопротивление статора в относительных единицах

45.Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

Ом

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья ротора:

Коэффициент магнитной проводимости рассеянья лобовой части:



Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья:

Z=0 по рис.6-39, а[1]

Индуктивное сопротивление ротора, приведенное к числу витков обмотки статора:

Ом

Индуктивное приведенное сопротивление ротора в относительных единицах:

5. Расчет потерь

46.Основные потери в стали

=242.327 Вт

Для стали марки 2013 Р1.0/50=2.5Вт/кг. По таб. 6-24 kda=1.6; kdz=1.8; [1]

Масса ярма статора:

мм

Масса зубцовой зоны статора:

кг

47.Поверхностнвые потери в роторе:

Вт

Амплитуда пульсаций

Тл

по рис 6-41 02=0.35. [1]

Удельные поверхностные потери ротора:

Вт/м2

48.Пульсационные потери в зубцах ротора:

Вт

Амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубца ротора

Тл

Масса зубцовой зоны ротора:

кг

49.Сумма добавочных потерь в стали:

Вт

50.Полные потери в стали:

Вт

51.Механические потери:

Вт

52.Добавочные потери при номинальном режиме:

Вт

53.Холостой ход двигателя и расчет цепи намагничивания.

Электрические потери в статоре холостого хода:

Вт

Активная составляющая тока холостого хода:

А

Полный ток холостого хода:

А

Параметры цепи намагничивания:

Ом

Ом

Сопротивления цепи намагничивания в относительных единицах:

6. Расчет рабочих характеристик

54.Преобразуем схему замещения к “Г-образному” виду:

Угол меньше 1 поэтому [1] применяем упрощенную формулы:

Ом

Ом

Активный ток в цепи намагничивания:

А

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

кВт

Рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s=0.05;0.01;0.015;0.020;0.025;0.030.

Результаты расчета представлены в таб.2 .Характеристики представлены на рис.4,5

После построения кривых по по рис.4 уточняем значение номинального скольжения sH=0.03.

Рассчитываем параметры номинального режима.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Мощность на валу двигателя Р2=15 кВт.

Питание от сети U1Н=220/380 В.

Ток статора в номинальном режиме I1H=28.692 А.

cosH=08.9.

=0.89.

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

P2H=15 кВт; U1H=220/380 B; 2p=2 ; I1H=28.692 A; РСТ+Рмех=0.767 кВт;

Рдоб=0.165кВт ; I0a=0.379A ; I0рI=4.883A; r1=0.323 Ом; r2=0.254 Ом;

с1=1.027; а=1.055 Ом; а=0.331 Ом; b=0; b=2.206Ом

№ п/п	Расчетная формула	Единица	Скольжение
			0.005	0.010	0.015	0.020	0.025	0.030
1		Ом	53.671	26.836	17.89	13.418	10.734	8.945
2		Ом	0	0	0	0	0	0
3		Ом	54.003	27.167	18.222	13.749	11.066	9.277
4		Ом	2.206	2.206	2.206	2.206	2.206	2.206
5		Ом	54.048	27.256	18.355	13.925	11.283	9.535
6		А	4.070	8.072	11.986	15.799	19.498	23.072
7			0.999	0.997	0.993	0.987	0.981	0.973
8			0.041	0.081	0.120	0.158	0.196	0.231
9		A	4.446	8.424	12.278	15.978	19.500	22.825
10		А	5.049	5.536	6.323	7.386	8.695	10.221
11		А	6.727	10.08	13.811	17.603	21.351	25.009
12		А	4.180	8.289	12.308	16.224	20.022	23.693
13		кВт	2.934	5.56	8.103	10.546	12.87	15.065
14		кВт	0.044	0.098	0.185	0.300	0.441	0.605
15		кВт	0.013	0.052	0.116	0.201	0.306	0.429
16		кВт	0.0046	0.01	0.02	0.032	0.047	0.064
17		кВт	0.829	0.928	1.087	1.3	1.561	1.865
18		кВт	2.105	4.631	7.016	9.246	11.309	13.199
19			0.717	0.833	0.866	0.877	0.879	0.876
20			0.661	0.836	0.889	0.908	0.913	0.913

7. Расчет пусковых характеристик

Рассчитываем характеристики для пускового момента (s=1) в качестве примера расчета.

55.Расчет влияния вытеснения тока

Приведенная высота стержня ротора:

По рис.6-46 [1] =0.4; по рис. 6-47 [1] Кд=0.86.

Глубина проникновения тока в стержень ротора

мм

мм

Площадь части стержня, в которой протекает ток:

Коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличилось сопротивление пазовой части стержня при неравномерной плотности тока в нем, по сравнению с его сопротивлением при одинаковой плотности тока по всему сечению стержня:

Коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличилось активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора при неравномерной плотности тока в стержне:

Коэффициент, показывающий, как изменилось индуктивное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора при неравномерной плотности тока в стержне:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья ротора с учетом вытеснения тока (для s=1предварительно принимаем I2П/I2H=6.5):



Параметры двигателя с учетом вытеснения тока:

Ом

Ом

Ток ротора без учета влияния насыщения:

А

56.Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s=1 kНАС=1.4 по рекомендациям [1] и I1I2 и проводим расчет для kНАС I1=1.3101.371=131.78 А

Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу статора:

А

Фиктивная индукция потока рассеянья в зазоре:

Тл

По полученному значению Вф определяется по рис.6-50 [1] коэффициент =0.47, характеризующий отношение потока рассеянья при насыщении к потоку рассеянья ненасыщенной машины.

Дополнительное раскрытие пазов статора:

мм

Вызванное насыщением от полей рассеянья уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора с учетом насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Ом

Вызванное насыщением от полей рассеянья уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеянья стержня ротора:

- дополнительное раскрытие пазов ротора.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья фазы ротора с учетом влияния насыщения:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Ом

Сопротивление взаимной индукции обмоток при пуске:

Ом

Расчет токов и моментов:



Ом

Ом

А

А

Полученное значение тока I1 отличается от принятого при расчете менее чем на 5%, что является допустимым.

Относительные величины тока и момента:

Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений на участке 0.05-0.2.

8. Тепловой расчет

Тепловой расчет производим в упрощенном виде.

57.Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Вт

По рис. 6-63[1] выбираем Пр; по рис. 6-59 [1] выбираем 1 и В

Расчетный периметр поперечного сечения паза

мм

Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки статора

Вт

Превышение температуры наружной поверхности лобовой части обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Превышение температуры внутри двигателя над температурой окружающей среды:

Вт

м2

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

С

58.Расчет вентиляции. Требуемый для охлаждения расход воздуха:

м3/с

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором должен быть больше расхода воздуха на охлаждение:

м3/с

Вывод

В результате проведенной работы был произведен расчет параметров и конструкции асинхронного двигателя АИР180S2. Были получены размеры электрической части конструкции, такие как внутренний диаметр статора, размеры воздушного зазора между статором и ротором, длина статора и ротора, число и размеры пазов статора и ротора. Исходя из выбранных размеров, были рассчитаны параметры схемы замещения. По параметрам схемы замещения были получены рабочие и пусковые характеристики.

Таблица 4

	Мощ-ность, кВт	Сколь-жение, %	КПД, %	cos
Каталожный	15.00	3	89	0,89	2.70	1.8	7.0
Рассчитан-ный	15.06	3	88	0.91	2.71	1.3	5.2

Литература

1.Проектирование электрических машин : Учебное пособие для вузов. И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов и др. Под ред. И.П Копылова.-М.:Энергия,1980.-496с.

2.Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова т.1-М.:Энергоатомиздат,1988.-456 с.

3. Пиотровский Л.М. Электрические машины. -М.: Энергия, 1950.

Размещено на Allbest.ru