Проектування електродвигуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Магнітне коло двигуна, розміри, конфігурація, матеріали

2. Обмотка статора

3. Обмотка короткозамкненого ротора

4. Розрахунок магнітного кола

5. Активні і індуктивні опори обмоток

6. Режими неробочого руху і номінальні

7. Максимальний момент

8. Початковий пусковий струм і момент

9. Тепловий і вентиляційні розрахунки



Вступ

Асинхронні двигуни одержали найбільше широке застосування в сучасних електричних установках і є самим розповсюдженим видом безколекторних електричних двигунів змінного струму. Пояснюється це простотою конструкції, надійністю в роботі і задовільних робочих характеристиках. Області застосування асинхронних двигунів, що складають основу сучасного електропривода, досить широкі - від привода пристрою автоматики і побутових електроприладів до привода великого гірського устаткування. Відповідно до цього потужність асинхронних двигунів, що випускаються електромашинобудівною промисловістю, складає діапазон від часток ватів до тисячі кіловатів при напрузі живильної мережі від десятків вольтів до 10 кіловольтів.

Найбільше застосування мають трифазні асинхронні двигуни серії 4А, розраховані на роботу від мережі промислової частоти. Серія 4А була спроектована в 1969-1971 р. і через кілька років була впроваджена у виробництво. В основу побудови серії покладені висоти осі обертання ротора (для машин з горизонтальною віссю обертання) до настановної поверхні. Серія 4А охоплює діапазон потужностей від 0.06 до 400 кВт і виконана на 17 стандартних висотах осі обертання, причому шкала потужностей містить 33 ступені. Основними виконанням є закрите, що обдувається (4А), і захищене (4АН). Застосування ізоляції класу нагрівостійкості F і нових сортів електротехнічної сталі дало можливість підвищити електромагнітні навантаження. Це дозволило збільшити потужність двигунів при тих же висотах осі обертання, що й у колишніх серіях, поліпшити їхні техніко-економічні показники. Двигуни виконуються на наступні номінальні напруги: 220/380 В-при потужності від 0.06 до 0.37 кВт, 220/380 і 380/660 В-при потужності від 0.55 до 110 кВт, 380/660 В-при потужності більш 132 кВт. Спроектований двигун може бути застосований для привода механізмів з незмінною частотою обертання: привода вентиляторів, насосів, транспортерів і обробних верстатів або інших пристроїв, не потребуючі регулювання частоти обертання приводного двигуна.



1. Магнітне коло двигуна. Розміри, конфігурація, матеріали

Головні розміри

Визначаємо кількість пар полюсів

Попередньо приймаємо виконання щодо захисту IP44, з способом

охолодження ICO141.

h = 132.

По таблиці 9-2 вибираємо зовнішній діаметр сердечника

D_н1=233 мм

Для визначення внутрішнього діаметру сердечника статора використовуємо залежність D1 = f (Dн1), наведену в табл. 9-3 в залежності від числа полюсів:

D₁=0,61·D_н1-4=138,13 мм (при 2 р=4)

Розрахункова потужність електродвигуна:

де k н = 0,98 - Приймати по рис. 9-1;

з '= 0,85 - попереднє значення ККД двигуна при номінальному навантаженні (приймаємо по рис 9-2);

cos ц '= 0,89 - попереднє значення коефіцієнта потужності двигуна (приймаємо по рис 9-3).



За таблиця. 9-4 приймаємо форму пазів і тип обмотки статора:

Форма паза - трапецеїдальна напівзакрита

Тип обмотки - одношарова

Попереднє значення електромагнітних навантажень

де визначаємо по рис 9-4;

де визначаємо по рис 9-4.

Попереднє значення обмоточного коефіцієнта

Розрахункова довжина сердечника статора

Конструктивна довжина сердечника статора

l₁=145 мм

Відношення довжини сердечника статора до внутрішнього діаметру сердечника статора

Гранично допустима відношення довжини сердечника статора до внутрішнього діаметру сердечника статора (визначаємо за таблиці 9-6):

Сердечник статора

Сердечник статора збираємо з окремих відштампованих листів холоднокатаної ізотропної електротехнічної сталі марки 2013

Для сталі 2013 використовуємо ізолювання листів оксидуванням.

Коефіцієнт заповнення сталі

k_c=0,97

Кількість пазів на полюс і фазу (приймаємо по табл. 9-8)

q = 4

Кількість пазів сердечника статора

Сердечник ротора

Сердечник ротора збираємо з окремих відштампованих листів холоднокатаної ізотропної електротехнічної сталі марки 2013

Для сталі 2013 використовуємо ізолювання листів оксидуванням.

Коефіцієнт заповнення сталі

k_c=0,97

Для зменшення впливу моментів вищих гармонік на пускові та віброаккустичні характеристики машини ротор двигуна виконуємо зі скосом пазів на одне зубцеву поділку статора t1; при цьому:

Величину повітряного зазору вибираємо по табл. 9-9 [1,124]

Зовнішній діаметр сердечника ротора

D_н2=D₁-2·д=136,93 мм

Внутрішній діаметр листів ротора

D2?0,23 · Dн1 = 53,59 мм

Довжина сердечника ротора

l₂=l₁

Кількість пазів ротора

2. Обмотка статора

Для двигуна приймаємо однослойную всипні обмотку концентричну обмотку з дроту марки ПЕТ-155 (клас нагрівостійкості F), ??що укладається в трапецевидні напівзакриті пази.

Обмотку статора виконуємо шестизонною; кожна зона дорівнює 60 ел. град.

Коефіцієнт розподілу при шестизонній обмотці:

де

Скорочення кроку

Діаметральний крок по пазах

Коефіцієнт укорочення

Обмотувальний коефіцієнт



Попереднє значення магнітного потоку

Попередня кількість витків в обмотці фази

Попередня кількість ефективних провідників в пазу

де а1 = 2 - кількість паралельних гілок обмотки статора

Уточнене кількість витків в обмотці фази

Уточнене значення магнітного потоку

Уточнене значення індукції в повітряному зазорі



Попереднє значення номінального фазного струму

Уточнена лінійне навантаження статора

Середнє значення магнітної індукції в спинці статора приймаємо по табл. 9-13

В_с1=1,75 Тл

Зубцевий розподіл по внутрішньому діаметру статора

Середнє значення магнітної індукції в зубцях статора

(Приймаємо по табл. 9-14 [1,130])

В_з1=1,85 Тл

Ширина зубця

Висота спинки статора



Висота паза

Велика ширина паза

Менша ширина паза

де hш1 = 0,5 мм - висота шліца;

- ширина шліца.

Перевірка правильності визначення b1 і b2 виходячи з вимоги

bз1 = const:

Площа поперечного перерізу паза в штампі



Площа поперечного перерізу у світлі

де b_c = 0,1 мм - припуски на збірку сердечника статора і ротора по ширині;

h_c= 0,1 мм - припуски на збірку сердечника статора і ротора по висоті.

Площа поперечного перерізу корпусної ізоляції

де bі1 = 0,4 мм - середнє значення односторонньої товщини корпусної ізоляції

Площа поперечного перерізу прокладок між верхньою і нижньою котушками в пазу, на дні і під клином

Площа поперечного перерізу паза, яку займає обмотка

Попередній коефіцієнт заповнення паза

kп = 0,75

Вироблена



Діаметр елементарного ізольованого проводу

За додатком 1 знаходимо найближчий стандартизований діаметр, відповідний йому діаметр неізольованого проводу і площа поперечного перерізу.

Уточнюємо ширину шліца

Приймаємо

Щільність струму в обмотці статора

Рівень питомого теплового навантаження статора від втрат в обмотці

A₁·J₁=1741

Допустимий рівень питомого теплового навантаження статора від втрат в обмотці визначаємо по рис 9-8

A₁·J₁=1650



Середнє зубцеву розподіл статора

Середня ширина котушки обмотки статора

Середня довжина однієї лобової частини котушки

Середня довжина витка обмотки

Довжина вильоту лобової частини обмотки

3. Обмотка короткозамкнутого ротора

Приймаємо для обмотки ротора овальні напівзакриті пази.

Попередня висота пазів короткозамкнутого ротора

приймаємо по рис 9-12

h_п2=25 мм

Розрахункова висота спинки ротора



Магнітна індукція в спинці ротора

Зубцевий розподіл по зовнішньому діаметру ротора

Магнітна індукція в зубцях ротора визначаємо по табл. 9-18 [1,141]

В_з2=1,75 Тл

Ширина зубця

Менший радіус паза

Більший радіус паза

де для закритого паза: hш2 = 0,7 мм; h2 = 0 мм bш2 = 1,5 мм.

Відстань між центрами радіусів

h₁=h_п2-h_ш2-h₂-r₁-r₂=17,4 мм

Перевірка правильності визначення r1 і r2 виходячи з умови

bз2 = const

Площа поперечного перерізу стрижня, рівна площі поперечного перерізу паза в штампі

Короткозамикаюче кільце обмотки ротора

Поперечний перетин кільця (для литої клітини)

Висота кільця (литий клітини)

Довжина кільця



Середній діаметр кільця (для литої клітини)

Виліт лобової частини обмотки

де l_л2=50 мм - довжина лобової частини стрижня;

k_л=0,9 - коефіцієнт враховуючий вигин стержня.

4. Розрахунок магнітного ланцюга

МДС для повітряного зазору

Коефіцієнт, що враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастого будови статора

Коефіцієнт, що враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастої будови ротора

Загальний коефіцієнт повітряного зазору



МДС для повітряного зазору

МДС для зубців трапецеїдальних напівзакритих пазах статора

Напруженість магнітного

Н_з.1=20

Середня довжина шляху магнітного потоку

L_з.1=h_п.1=21,972 мм

МДС для зубців

МДС для зубців при овальних закритих пазах ротора.

Напруженість магнітного

Н_з.2=13,3

Середня довжина шляху магнітного потоку

L_з.2 = h_п.2 - 0,2·r₂ = 24,62 мм

МРС для зубців.

МРС для спинки статора

Напруженість магнітного поля

Н_с1=50

Середня довжина шляху магнітного потоку

МДС для спинки статора

МДС для спинки ротора

Напруженість магнітного поля

Н_с2=1,26

Середня довжина шляху магнітного потоку

МДС для спинки статора

Параметри магнітного ланцюга

Сумарна МДС магнітного ланцюга на один полюс

Коефіцієнт насичення магнітного кола



Намагнічувальнийток

Намагнічувальнийток в відносних одиницях

ЕРС холостого ходу

E=k_H·U₁=215,6B

Головний індуктивний опір

Головний індуктивний опір у відносних одиницях

5. Активні і індуктивні опори обмоток

Опір обмотки статора.

Активний опір обмотки фази при 20°C



де - питома електрична провідність міді при 20°C

Активний опір обмотки фази при 20°Cв відносних одиницях

Перевірка правильності визначення

Коефіцієнти, що враховують укорочення кроку

Розміри паза статора

де hk1, h2 - розміри частин обмоток і паза (визначаємо за табл. 9-21);

h1 - розмір обмотки.

Коефіцієнт провідності розсіювання

Коефіцієнт диференціального розсіювання

k_д1=0.0089

Коефіцієнт, що враховує вплив відкриття пазів статора на провідність диференціального розсіювання

Коефіцієнт, що враховує демпфуючу реакцію струмів, наведених в обмотці короткозамкнутого ротора вищими гармоніками поля статора

k_p1=0,7

Коефіцієнт провідності диференціального розсіювання

полюсного поділу

Коефіцієнт провідності розсіювання лобових частин обмотки

Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки статора



Індуктивний опір обмотки фази статора

Індуктивний опір обмотки фази статора у в.о.

Перевірка правильності визначення

Опір обмотки короткозамкнутого ротора з овальними напівзакритими пазами

Активний опір стрижня клітини при 20°C

Коефіцієнт приведення струму кільця до току стрижня

Опір короткозамикающего кілець, наведене до току стрижня при 20°C



Центральний кут скоса пазів

Коефіцієнт скоса пазів ротора (визначаємо за рис. 9-16)

k_ск=1

Коефіцієнт приведення опору обмотки ротора до обмотки статора

Активний опір обмотки ротора при 20°C, наведене до обмотки статора

Активний опір обмотки ротора при 20°C, наведене до обмотки статора у в.о.

Струм стрижня ротора для робочого режиму



Коефіцієнт провідності розсіювання

Кількість пазів ротора на полюс і фазу

Коефіцієнт диференціального розсіювання ротора (визначаємо по рис. 9-17)

k_д2=0,01

Коефіцієнт провідності диференціального розсіювання ротора

Коефіцієнт провідності розсіювання короткозамикаючихкілець

Відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого ділення ротора



Коефіцієнт провідності розсіювання скоса пазів

Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки ротора

Індуктивний опір обмотки ротора

Індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора

Індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора у в.о.

Перевірка правильності визначення

Коефіцієнт розсіювання статора



Коефіцієнт опору статора

Перетворені опору обмоток

6. Режими неробочого руху і номінальні

Розрахунок режиму холостого ходу

Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні.

Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні

Розрахункова маса стали зубців статора



Магнітні втрати в зубцях статора

Маса стали спинки статора

Магнітні втрати в спинці статора

Сумарні втрати в осерді статора, що включають додаткові втрати в сталі

Механічні втрати

Активна складова струму холостого ходу



Струм холостого ходу

Коефіцієнт потужності при холостому ході

Розрахунок параметрів номінального режиму роботи

Активний опір короткого замикання

Індуктивний опір короткого замикання

Опір короткого замикання

Додаткові втрати при номінальному навантаженні



Механічна потужність двигуна

Еквівалентний опір схеми заміщення

Опір схеми заміщення

Перевірка

Ковзання



Активна складова струму статора при синхронному обертанні

Струм ротора

Струм статора:

Коефіцієнт потужності

Лінійне навантаження статора



Щільність струму в обмотці статора

Лінійне навантаження ротора

Струм в стрижні короткозамкнутого ротора

Щільність струму в стрижні короткозамкнутого ротора

Струм в короткозамикаючого кільці

Електричні втрати в обмотці статора і ротора відповідно



Сумарні втрати в електродвигуні

Підвідна потужність

Коефіцієнт корисної дії

Перевірка

потужність, що підводиться

потужність Р2

Робочі характеристики

	P2*0.25	P2*0.5	P2*0.75	P2*1.25	P2*1.5
?	0.82	0.87	0.87	0.818	0.72

7. Максимальний момент

Змінна частина коефіцієнту статора п1 при: трапецеїдальному напівзакритому пазі

Складаюча коефіцієнту провідності розсічення статора, що залежить від насичення

Змінна частина коефіцієнта ротора при: овальному напівзакритому пазі

Складова коефіцієнта провідності розсіювання ротора, що залежить від насичення

Індуктивний опір розсіювання двигуна, залежне від насичення

Індуктивний опір розсіювання двигуна, що не залежить від насичення

Ток ротора, становить максимальному моменту, при будь-якій формі пазів статора, при відкритих або напівзакритих пазах ротора



Повне опір схеми заміщення: при максимальному моменті

Повне опір схеми заміщення: при нескінченно великому ковзанні

Еквівалентний опір схеми заміщення при максимальному моменті

Кратність максимального моменту

Ковзання при максимальному моменті



8. Початковий пусковий струм та початковий пусковий момент

Висота стержня: при напівзакритих пазах

Ступінь витіснення струму в стержнях клітки ротора

Коефіцієнт = , визначаємо з рис. (9-23)

Розрахункова глибина проникнення струму в стрижень

Ширина стрижня на розрахунковій глибині проникнення струму

Площі поперечного перерізу стрижня при розрахунковій глибині проникнення струму



Коефіцієнт витіснення струму

Активне супротив стрижня клітки при 20°C для пускового режиму

Активний опір обмотки ротора при 20° C приведене до обмотки статора

Коефіцієнт провідності розсіювання паза ротора: для овального напівзакритого паза

Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки ротора під час пуску

Індуктивний опір розсіювання двигуна, залежні і незалежні від насичення



Активний опір к.з. при пуску

Струм ротора при пуску для двигунів з відкритими і напівзакритими пазами короткозамкнутого ротора і з будь-якою формою пазів статора

Повний опір схеми заміщення при пуску

Індуктивний опір схеми заміщення при пуску

Активна і реактивна складові струму при пуску

Фазний струм статора при пуску



Активний опір ротора при пуску, наведене до статора, при розрахунковій робочій температурі і Г-образною схемою заміщення

Кратність початкового пускового моменту

9. Тепловий та вентиляційний розрахунок

Тепловий розрахунок

Втрати в обмотці статора при максимальній допустимій температурі

Умовна внутрішня поверхня охолодження активної частини статора

Умовний периметр поперечного перерізу трапецеидального напівзакритого паза

Умовна поверхня охолодження пазів



Умовна поверхня охолодження лобових частин обмотки

Висота ребер охолодження

Число ребер охолодження

Умовна поверхню охолодження двигунів з охолоджуючими

ребрами на станині

Питомий тепловий потік від втрат в сталі, віднесених до внутрішньої поверхні охолодження активної частини статора

де k=0,2 - визначаємо по табл. 9-25

Питомий тепловий потік від втрат в активній частині обмотки, віднесених до поверхні охолодження пазів



Питомий тепловий потік від втрат в лобових частинах обмотки, віднесених до поверхні охолодження лобових частин обмотки

Окружна швидкість ротора

Перевищення температури внутрішньої поверхні активної частини статора над температурою повітря всередині машини

де - коефіцієнт тепловіддачі поверхні статора (визначаємо за рис 9-24)

Перепад температури в ізоляції паза і котушок з круглогопроводу



де - еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ізоляції в пазу, що включає повітряні прошарки;

- еквівалентний коефіцієнт теплопровідності внутрішньої ізоляції котушки (приймаємо по рис 9-26).

Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин

обмотки над температурою повітря всередині двигуна

Перепад температури в ізоляції лобових частин котушок з круглих проводів

Середнє перевищення температури обмотки над температурою повітря всередині машини

Втрати в двигуні, що передаються повітрю всередині двигуна

Середнє перевищення температури повітря всередині двигуна над зовнішнього повітря

де - коефіцієнт підігріву повітря (знаходимо по рис. 9-25)

Середнє перевищення температури обмотки над температурою зовнішнього повітря

17.21 Втрати в обмотці ротора при максимально допустимої температурі

магнітний двигун ротор статор

Вентиляційний розрахунок

Зовнішній діаметр корпусу

Коефіцієнт, що враховує зміну тепловіддачі по довжині корпусу двигуна в залежності від його діаметра і частоти обертання:



Витрата повітря, яка може бути забезпечена зовнішнім вентилятором

СВ = 1100 - теплоємність повітря

Напір повітря, створюваний зовнішнім вентилятором

Размещено на Allbest.ru