Размещено на http://www.allbest.ru

1

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра электротехники и электромеханики

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2018

Оглавление

• ток статор ротор обмотка
• Задание
• Выбор главных размеров
• Определение Z₁, w₁ и сечения провода обмотки статора
• Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
• Расчёт ротора
• Расчёт намагничивающего тока
• Параметры рабочего режима
• Расчёт рабочих характеристик
• Расчёт пусковых характеристик
• Тепловой расчёт
• Заключение
• Список использованной литературы
• Задание

№ варианта; базовый двигатель У3	Рн, кВт	Uн, В* (высота стержня ротора hc, см)	n1 об/мин
8. 4A71B2	1,1	380 (1,31)	3000

Выбор главных размеров

Число пар полюсов

Высота оси вращения (предварительно) h = 71 мм, D_a = 0,116 м.

Внутренний диаметр статора D = k_d D_a = 0,6*0,116 = 0,065 м. k_d = 0,6

Полюсное деление м.

Расчётная мощность кВА

Электромагнитные нагрузки (предварительно) ,

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно) к_об1 = 0,96

Расчётная длина воздушного зазора м.

рад/с.

Отношение

находится в допустимых пределах.

Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора

Предельные значения t₁: t_1max = 10 мм; t_1min = 8 мм.

Число пазов статора

принимаем Z₁=24, q = Z₁/2pm = 24/2*3 = 4 (обмотка однослойная)

Зубцовое деление статора (окончательно).

м

Число эффективных проводников в пазу (предварительно при а = 1 т.е нет параллельных ветвей) ,

А.

Окончательные значения

A и находятся в допустимых пределах [k_об1=k_Р=0,96 (табл.3-13); для D_a=116 мм (рис.6-8): k_E=0,95].

Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

А/мм²

Сечение эффективного проводника (предварительно)

Поперечное сечение элементарного проводника, м2:

Стандартный диаметр по табл.П-28 (см.стр.37-40), м:

Сечение неизолир.провода по табл.П-28, м2:

Поперечное сечение эффективного проводника, м²:

Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

А/мм²

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

1. Предварительно индукция B_z1 (1,6...2) по табл.6-10 (2p=2-8), Тл:

2. Предварительно индукция B_a (1,1...1,65) по табл.6-10, Тл:

мм, к_с = 0.97 (для оксидированных листов)

м.

3. Размеры паза в штампе принимаем b_ш = 3,5 мм; h_ш = 1 мм.

4. Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку

5. поперечного сечения паза для размещения проводников. мм².

6. Площадь поперечного сечения прокладок и корпусной изоляции в пазу

7. Коэффициент заполнения медью (0,3-0,4):

8. Коэффициент заполнения паза (0,7-0,75):

- в допустимых пределах.

Расчёт ротора

1. Воздушный зазор м

2. Число пазов ротора Z₂ = 20

3. Внешний диаметр

м

4. Зубцовое деление

м

5. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник насажен на вал.

6. Ток в стержне ротора

7. Площадь поперечного сечения стержня.

(плотность тока в литой клетке принимаем J₂ = 3,6·10⁶ А/м²)

8. Паз ротора принимаем b_ш = 1 мм, h_ш = 0,5 мм, h¹_ш = 0 мм. Допустимая ширина зубца м.

9. Размеры паза

10.

11.

так как >, то принимаем размеры паза ротора (меньший) примерно равным как у 4А71В2 <

12.

Принимаем:

13. Сечение стержня

14. Плотность тока в стержне А/мм².

15.

16. Площадь сечения короткозамыкающих колец, м2:

Их размеры:

Принимаем

Принимаем

Расчёт намагничивающего тока

1. Значения индукций: Тл;

Тл;

Тл;

Тл, [расчётная высота ярма ротора: мм].

2. Магнитное напряжение воздушного зазора,: А

где: ].

3. Принимаем H_z1 по табл.П-17 для ст.2013 B_z1=1,7-1,9(таб.6-10), А/м:

4. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора, А:

Принимаем H_z2 по табл.П-17 для ст.2013 B_z2=1,7-1,85(таб.6-10), А/м:

5. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора, А:

6.

7. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

8.

9.

10.

Принимаем для Тл по табл. П-16 Ha1, А/м:

11. Магнитное напряжение ярма статора, А:

12. Принимаем для Тл по табл. П-16 H_j2, А/м (209):

13. Магнитное напряжение ярма ротора, А:

14. Магнитное напряжение на пару полюсов, А:

15. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

16. Намагничивающий ток, А:

17. Относительное значение:

Параметры рабочего режима

1. Из справочника - температура расчетная (провод ПЭТВ см. с.37,с.245), °C (115):

2. Удельное сопротивление по табл.4.1 для нагретой меди, Ом·м (/41):

3. Коэффициент b1 (для диаметральных обмоток, см. с.197, равно 1):

4. Коэффициент K_Л (1,2...1,5, для 2р=2...8 по табл.6-19 при 2p=2 К_л=1,2 ):

5. Принимаем В (0,01; 0,015, см.стр.197), м (обычно 0,01 м):

6. Длина проводников фазы обмотки статора, м:

7. Активное сопротивление фазы обмотки, Ом:

8. Коэффициент Kвыл, 0,26...0,5 по табл.6-19, (для 2p=1...>8):

9. Длина вылета лобовой части катушки, м:

10. Относительное сопротивление фазы обмотки (о.е.):

11. Удельное сопротивление по табл.4.1 (Примеч.) для алюминия, Ом·м ( /20,5):

12. Активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

13. Сопротивление, приведённое к числу витков обмотки статора, Ом:

14. Относительное значение:

15. Коэффициент k (см.с.199, при диам. и однослойн.обмотке =1):

16. Коэффициент k' (см.с.199, при диам. и однослойн.обмотке =1):

Коэффициент скоса:

17. Коэффициент (0,5...5, в зависимости от см.рис.6-39д):

18. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

19. Относительное значение:

20. Берем расчетное значение

а)

б)

в)

21. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

22. Сопротивление, приведённое к числу витков статора:

23. Относительное значение:

24. Принимаем (см.стр.206), кг/м³:

25. Удельные потери в стали по таб.6-24 (2,5-2,6; 1,75), Вт/кг:

Показатель степени по табл.6-24 для стали (1,3-1,5):

Коэффициент по с.206 (1,6):

Коэффициент по с.206 (1,8):

По рис.6-41 для (0...0,43) (0,37):

По с.207 1,4...1,8 (1,5):

26. Поверхностные потери в роторе, Вт:

27. Пульсационные потери в зубцах ротора, Вт:

28. Сумма добавочных потерь в стали, Вт:

29. Полные потери в стали, Вт:

30,. Механические потери:

30. Добавочные потери при номинальном режиме, Вт:

Расчёт рабочих характеристик

Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь s = 0.0087; 0.025; 0.04; 0.055; 0.07 0.085; 0.078. Результаты расчёта сведены в таблицу №1.

Расчетная формула	Скольжение
		0,025	0,04	0,055	0,07	0,085	0,078
	734.1	293.6	183.5	133.5	104.9	86.36	93.84
	0	0	0	0	0	0	0
	746.1	305.7	195.5	145.5	116.9	98.39	105.9
	17.68	17.68	17.68	17.68	17.69	17.70	17.71
	746.3	306.2	196.3	146.6	118.2	99.97	107.3
	0.294	0.718	01.дек	1.501	1.861	2.201	2,05
	0.99	0.99	0.9959	0.9927	0.98	0.98	0.9863
	0.023	0.0577	0.0900	0.120	0.1496	0.176	0.164
	0.382	0.8047	1.203	1.577	1.927	2.253	2.109
	0.769	0.8041	0.8636	0.9438	1.041	1.152	1,1
	0.859	1.138	1.481	1.838	2.19	2.531	2.379
	0.303	0.7405	1.155	1.547	1.918	2.268	2.112
	0.252	0.5311	0.7941	1.041	1.272	1.487	1392
	0.0258	0.0453	0.0768	0.1183	0.168	0.223	198.2
	0.0019	0.0113	0.02765	0.04962	0.07625	0.106	92.51
	0.0008	0.0014	0.0027	0.003893	0.005527	0.007	6.519
	86,92	116.5	165.3	230.1	308.1	396.6	355.5
	65.2	414.6	628.8	810.9	963.8	1091	1036
	0.655	0.7807	0.7919	0.7789	0.7578	0.733	0.7446
	0.44	0.7073	0.8124	0.8581	0.8798	0.890	0.8866

Расчёт пусковых характеристик

1. Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжению s=1.

Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 8.

2. Параметры с учетом вытеснения тока ():

3. По рис.6-50 для каждого значения вводим (0,3...1)":

л_п1нас = л_п1 - Дл_п1нас

л_д1нас = л_д1 · х_д

Ул_1нас = л_п1нас + л_д1нас + л_л1

л_п2онас = л_п2о - Дл_п2нас

л_д2нас = л_д2 · х_д

Ул_2онас = л_п2онас + л_д2нас + л_л2

х^Ч_2онас = х₂ ·

х_12п = х₁₂ ·

с_1пнас = 1 +

б_п = r₁ + c_1пнас ·

b_п = х_1нас + с_1нас · х^Ч_2онас

I^Ч_2онас =

I_1онас = I^Ч_2онас · c_1пнас

I_б* =

М_п* =

4. Критическое скольжение:

Таблица 2

Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

№ п/п	Расчетная формула		Скольжение
			1	0,8	0,7	0,6	0,5	0,42
1		-	1,25	1,19	1,16	1,13	1,1	1,076
2		А	1202	1073	99	918	827	743
3		Тл	3,23	2,89	2,69	2,47	2,23	2
4		-	0,703	0,788	0,845	0,92	1,022	1,136
5		мм	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
6		-	0,418	0,336	0,268	0,158	-0,052	-0,446
7		-	1,864	2,089	2,242	2,44	2,709	3,013
8		Ом	6,024	6,41	6,687	7,073	7,676	8,552
9		-	1,012	1,013	1,014	1,014	1,016	1,017
10		мм	0,365	0,33	0,293	0,211	-0,123	2,57
11		-	1,139	1,221	1,289	1,399	1,609	2,003
12		-	1,559	1,651	1,693	1,779	2,117	-0,575
13		Ом	5,909	6,322	6,611	7,03	7,908	4,627
14		Ом	20,181	22,279	23,784	25,795	28,622	31,871
15		Ом	12,005	12,814	13,389	14,205	15,708	13,259
16		А	9,369	8,56	8,061	7,471	6,738	6,373
17		А	9,589	8,678	8,178	7,588	6,858	6,446
18		-
19		-	3,811	3,485	3,284	3,047	2,754	2,589
20		-	1,871	1,946	1,969	1,971	1,922	2,045

Тепловой расчёт

1. Принимаем K по табл.6-30, при 2р=2...12 К=0,22...0,16:

Принимаем kс по стр.235, при изоляции F, 1,07...1,45:

Р^Ч_э.п1 = k_р · Р_э1 ·

Р^Ч_э.п1 = 66,397

Принимаем по рис.6-59, (при h, D_a, 2р), 40...200:

2. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя, °C: Дх_пов = К ·

Дх_пов = 17,956

См.рис. 6-17...6-19. Если 6-17 и 6-18,то - 1. Если 6-19 - то 2:

По с.237 находим

Если тип паза - 2, введите для (0,3...1,5) по рис.6-62: '

3. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора, °C:



Р^Ч_эл1=k_р·Р_э1·

Р^Ч_эл1=145,641

4. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

5. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины, °C:

6. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, °C:

7. Принимаем по рис.6-63, (для h) П_р=0,04..0,6, м2:

8. Принимаем по рис.6-59, (D_a,h,2p) 10...30, Вт/(м2·°C):

9. Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды, °C:

10. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, °C:

Дх₁ = Дх^Ч₁ + Дх_в

Дх₁ =98,094

11. Принимаем по стр.240 (при данных D, h) коэффициент m=(1,8; 2,5; 3,3):

12. Требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с:

13. Расход, обеспечиваемый наружным вентилятором, м³/с:

>

Заключение

Мы рассчитали двигатель серии 4А с полезной мощностью на валу Р_2ном=1,1 кВт, U_1ном=220/380В и количеством пар полюсов равным 2p=2.

Рассчитанный двигатель имеет степень защиты IP44, удовлетворяет требованиям стандарта, а также имеет достаточную термическую устойчивость от внутреннего перегрева, для чего была выбрана изоляция класса F.

Был произведён расчёт основных размеров главных узлов двигателя, а также были установлены его габариты (исполнение двигателя IM 1001).

Произведённый расчёт основных размеров главных узлов двигателя и его магнитной цепи показал, что двигатель способен устойчиво работать.

Расчёт пусковых и рабочих характеристик при различных условиях работы показал, что двигатель удовлетворяет поставленным условиям.

Список использованной литературы

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копыло-ва. М.: Энергия, 1980. 496 с.

2. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2002. 757 с.

3. Справочник. Асинхронные двигатели серии 4А /А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М: Энергоиздат, 1982. 504 с.

Размещено на Allbest.ru