Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет Энергетический

Расчет электрических машин ч.2.

Курсовая работа

Расчёт асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Плесецк 2018



Содержание

1. Введение

2. Аналитический обзор

3. Расчеты и основные результаты работы

3.1 Исходные данные для проектирования

3.2 Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи двигателя

3.3 Сердечник статора

3.4 Обмотка статора

3.4.1 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

3.5 Обмотка короткозамкнутого ротора

3.6 МДС воздушного зазора

3.7 Активные и индуктивные сопротивления обмоток

3.8 Режимы холостого хода и номинальный

3.9 Максимальный момент

3.10 Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

4. Тепловой и вентиляционный расчеты, расчет массы и динамического момента инерции

4.1 Тепловой расчет

4.2 Вентиляционный расчет

4.3 Масса двигателя и динамический момент инерции

5. Заключение

6. Библиографический список

Приложения



1. Введение

трехфазный асинхронный двигатель статор

Асинхронный электродвигатель - двухобмоточный электрический двигатель, одна из обмоток которого питается от сети переменного напряжения, а другая замкнута накоротко или на сопротивление.

Асинхронные двигатели находят широкое применение в хозяйстве. По разным данным, около 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронными электродвигателями.

Широкое применение асинхронных двигателей связано с простотой их конструкции, ее технологичностью и минимальными затратами в эксплуатации, по сравнению с другими видами электрических машин, таких как двигатели постоянного тока, синхронными двигателями и т.д.

Трехфазный асинхронный электродвигатель, традиционного исполнения, выполняющего вращательное движение (конструкция такого двигателя впервые была предложена М.О. Доливо-Добровольским в 1889 году) состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора - магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника - создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной (в крупных машинах - анизотропной) стали, толщиной (в зависимости от размеров и необходимых параметров машины) от 0,28 до 1мм.

Сердечник ротора двигателя, аналогично сердечнику статора, набирается из листов электротехнической стали. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца, закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат.

В данном курсовом проекте речь пойдет о трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором.



2. Аналитический обзор

Современные серии электрических машин

В 70-е годы была разработана и внедрена серия электродвигателей 4А, основным критерием при проектировании которой был принят минимум суммарной стоимости двигателя в производстве и эксплуатации. Переход на новую привязку мощностей и установочных размеров электродвигателей позволил получить большую экономию дефицитных материалов. Впоследствии серия была модернизирована, вследствие чего несколько улучшены виброакустические и некоторые энергетические показатели электрических двигателей. Серия получила название 4АМ.

В связи со все возраставшими требованиями мирового электромашиностроения к асинхронным двигателям на замену двум предыдущим сериям 4А и 4АМ в 80-х годах бывшей организацией социалистических стран ИНТЕРЭЛЕКТРО была разработана унифицированная серия асинхронных электродвигателей АИ. Двигатели серии АИ отличаются повышенными надежностью и перегрузочной способностью - расширенным диапазоном регулирования, улучшенными энергетическими и виброакустическими характеристиками.

Распад Советского Союза на суверенные государства привел к тому, что многие заводы электротехнической промышленности, монопольно выпускавшие отдельные габариты единой серии АИ, оказались за рубежом. Поэтому в НИПТИЭМ разработана новая серия асинхронных электродвигателей 5А (взаимозаменяемых с электродвигателями АИР, 4А) на замену тем габаритам, производство которых осталось за границей России.

При разработке серии 5А учтены изменившиеся требования к асинхронным электродвигателям для повышения конкурентоспособности их на мировом рынке. На многих типоразмерах двигателей улучшены энергетические, виброакустические показатели, а так же моментные характеристики.

Общая характеристика двигателей серии АИ и5А

Привязка мощностей и установочных размеров электрических двигателей серии АИ аналогична привязке серий 4А, 4AМ и охватывает диапазон 0,06…400 кВт (при частоте вращения 1500 оборотов в минуту). Серия состоит из 17 габаритов, характеризуемых значениями оси вращения от 50 до 355 мм. Двигатели выпускается на частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 оборотов в минуту.

Структура серии предусматривает следующие группы исполнений:

· основное;

· модификации по характеристикам с повышенным пусковым моментом, электрические двигатели с повышенным скольжением, многоскоростные двигатели, электрические двигатели с фазным ротором, однофазные, малошумные;

· модификации по условиям окружающей среды (для холодного, для тропического климата, электродвигатели для сельского хозяйства, для работы в пыльных помещениях, для работы в химически активных средах);

· модификации электродвигателей по точности установочных размеров (с повышенной точностью, с высокой точностью установочных размеров);

· модификации асинхронных двигателей с дополнительными устройствами (со встроенной температурной защитой, со встроенным электромагнитным тормозом);

· узкоспециализированные модификации (текстильные, для моноблокнасосов, двигатели в рудничном нормальном исполнении).

В России двигатели серии 5АМ (модернизированные) производят на Владимирском Электромашиностроительном Заводе. В настоящее время завод выпускает и двигатели серии 6А. Ведутся разработки серии 7А.

Параллельно в 1992 году на Ярославском Электромашиностроительном Заводе шло создание новой серии электрических машин РА. В двигателях используются съемные лапы, позволяющие потребителю выбирать наиболее удобное для него расположение машины. Кроме того, в двигателях используется горизонтально-вертикальноеоребрение станин, позволяющее сэкономить до 15% материала станины, улучшая при этом теплоотдачу. Освоение серии РА позволило сократить зависимость России от импорта и развить экспорт асинхронных двигателей.

Основные тенденции в развитии электромашиностроения.

К основным тенденциям можно отнести:

· Применение утоньшенной корпусной изоляции и обмоточных проводов с малой толщиной изоляции. При этом повышается коэффициент заполнения обмоточного пространства медью и соответственно использование объема машины.

· Использование более нагревостойкой изоляции. В настоящее время наибольшее распространение находит изоляция класса F. В машинах, работающий в более тяжелых условиях, распространена изоляция класса Н.

· Применение улучшенных марок электротехнической стали. Сейчас часто используют холоднокатаную электротехническую сталь, обладающую большей магнитной проницаемостью и меньшими удельными потерями в сравнении с горячекатаной.

· Усовершенствование охлаждения машин, путем повышения производительности вентиляторов, уменьшения аэродинамического сопротивления воздухопровода, увеличения поверхности охлаждения, усиления теплопередачи путем лучшего заполнения воздушных прослоек в обмотках пропитывающими лаками и компаундами.

· Усовершенствование методов расчета машин.

· Улучшение конструкции машин, придание рациональной формы, при обеспечении снижения массы и повышения прочности.

Также сюда можно отнести стремление уменьшить динамический момент инерции, увеличение отношения длины сердечника ротора к его диаметру; повышение надежности.



3. Расчеты и основные результаты работы

3.1 Исходные данные для проектирования

Спроектировать трехфазный асинхронный электродвигатель в соответствии со следующими данными:

Режим работы - продолжительный (S1); исполнение ротора - короткозамкнутый;

Тип двигателя: АИР63А6

номинальная мощность P2=0,18 кВт;

номинальное линейное напряжение, Д/Y: 220/380 В;

частота напряжения сети f = 50 Гц;

номинальная частота вращения n1=860 об/мин

КПД ?=56%

cosц=0.62

количество фаз статора т1 = 3;

степень защиты от внешних воздействий: IP44;

исполнение по способу монтажа: IM1001;

исполнение по способу охлаждения: ICО141.

климатические условия и категория размещения - У3

форма выступающего конца вала - цилиндрическая; способ соединения с приводным механизмом - упругая муфта;

Принимаем для двигателя изоляцию класса нагревостойкости В.

3.2 Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи двигателя

Согласно маркировки (Приложение 1) двигатель АИР63А6 -асинхронный унифицированной серии в рамках «Интернэлектро», вариант системы привязки мощности электрической машины к установочно-присоединительным размерам Р - согласно стандарту Р 51689, высота оси вращения (расстояние от оси вращения - центра вала до его опорной плоскости - нижней поверхности лап) h=63 мм., число полюсов 2р= 6

Высота оси вращения подтверждается согласно таблицы 1 данные которой соответствуют существующему в России и за рубежом среднему уровню привязки мощностей к h двигателей с разными степенями защиты и способами охлаждения.

Число пар полюсов р==3.48, откидываем десятые доли и принимаем р=3

Наружный диаметр сердечника статора Dн1 принимаем из табл. 2.Приложение 2

Dн1max=108мм ; припуск на штамповку - Д_шт = 5мм; ширина резаной ленты стали равна 113мм.

Выбираем наружный диаметр сердечника статора: D_H1=100мм.

Внутренний диаметр сердечника статора находим по формуле, приведенной в таблице 3 Приложение 2

D₁=0.72 D_H1-3=72-3=69мм

Отношение ЭДС фазы статора к номинальному фазному напряжению kн принимаем из рис. 1.Приложение 3

kн=0,92

Предварительное значение КПД з? в относительных единицах принимаем равным заданному.

Предварительное значение коэффициента нагрузки cos ц? принимаем равным заданному.

Предварительная расчётная мощность определяется по формуле:



Р'===480ВА

Для определения второго главного размера - длины сердечника статора l₁ - вначале находят расчетную длину сердечника l'₁ (с соответствующим округлением). При этом следует задать предварительные значения обмоточного коэффициента k'об1, для 2р4 k'об1 0,910,94

Так как большие значения k'об1 принимают для двигателей меньшей мощности,принимаем k'об1=0,93

Значения электромагнитных нагрузок А₁ў--и Вd--ў(значения А₁ў----и Вd--ў

зависят от ряда факторов, в том числе от формы пазов и типа обмотки). В табл.4(Приложения 2) указаны применяемые в настоящее время формы пазов и типы обмоток статора.

Предварительное значение линейной токовой нагрузки и значение магнитной индукции в воздушном зазоре находят из рис. 2(Приложение 3) с учётом табл. 4(Приложение 2)

А₁ў=17_ А/см

Вd--ў=0,8 Тл

Предварительное значение расчётной длины статора:

l'₁ ===68.7мм

Конструктивная длина сердечника статора l1 при отсутствии в сердечнике радиальных вентиляционных каналов равна расчетной длине l'₁, округленной до ближайшего целого числа (при длине менее 100 мм)

Принимаем длину сердечника равной 70 мм. Найдем отношение длины к диаметру сердечника и сравним с максимально допустимым:



,014

Полученное отношение меньше предельного, с учетом достаточно большого числа полюсов - длина сердечника достаточна.

3.3 Сердечник статора

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Сердечник статора из стали 2013 с изолированием листов оксидированием. Коэффициент заполнения сталью: k_c=0.97

Количество пазов сердечника статора:

z1 = 2•p•m1•q1

зависит от выбранного количества пазов на полюс и фазу:

q1=

Обычно q1 выбирают равным целому числу.

В табл. 5(Приложение 2) приведены рекомендуемые значения q1.

Принимаем q1=2; тогда z1 =2*3*3*2=36 пазов

Сердечник ротора

Сердечник собирают из отдельных, отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Марки стали и изоляционные покрытия такие же, как в статоре.

В короткозамкнутом роторе применяют закрытые, полузакрытые и открытые пазы. Для уменьшения влияния моментов высших гармоник на пусковые и виброакустические характеристики машин роторы двигателей с высотами оси вращения h ? 160 мм имеют скос пазов bск1 на одно зубцовое деление статора t1 ; при этом вск1 = 1.

Наружный диаметр сердечника ротора, мм:

Dн2 = D1 - 2•д,

где д - воздушный зазор между статором и ротором, мм.

Величину воздушного зазора выбирают с учетом противоречивых требований, так как, с одной стороны, при увеличении воздушного зазора уменьшается коэффициент мощности, а с другой - увеличиваются фактический КПД и надежность двигателя, снижается нагрев обмоток, уменьшаются добавочные потери, уровень шума и вибраций магнитного происхождения, возможность задевания ротора о статор.

В табл. 6(Приложение 2) приведены средние значения воздушного зазора д, принятые в современных сериях асинхронных двигателей.

д=0,25 Dн2 = 69 - 2•0,25=68,5мм

Для высот осей вращения h = 63 мм внутренний диаметр листов ротора:

D2 ? 0,19Dн2=13,015мм

После расчета вала на жесткость размер D2 уточняют.

У двигателей высотой осивращения 250 мм аксиальные каналы обычно не предусматривают из-за повышения при этом магнитной индукции в спинке ротора.

Длину сердечника ротора l2 принимают равной длине сердечника статора l1 для h ? 250 мм.

Количество пазов z2 для двигателей с короткозамкнутым ротором выбирают в зависимости от z1 и наличии скоса пазов в роторе.

В табл. 7(Приложение 2) приведены рекомендуемые количества пазов z2. Соотношения получены в результате теоретических и экспериментальных исследований. Отступление от рекомендованных соотношений z1/z2 может привести к недопустимым провалам в характеристике пускового момента, к повышенным шумам и вибрациям. В табл. 8(Приложение 2) приведены соотношения количества пазов z1/z2.

Из данных таблиц принимаем z₂=28

3.4 Обмотка статора

В асинхронных двигателях с h ? 160 мм обычно выполняют однослойные всыпанные обмотки.

При выполнении двигателей с однослойными обмотками облегчается применение автоматических обмоточных станков. Однослойную обмотку выполняют концентрической.

Обычно обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 эл. град. При шестизонной обмотке коэффициент распределения равен:

k_p1=,где б==30

k_p1==0,96

Однослойную обмотку выполняют с диаметральным шагом по пазам:

y_п1==36/6=6

Предварительное значение магнитного потока, Вб:

где l'1 - округленное значение расчетной длины сердечника статора; при отсутствии радиальных вентиляционных каналов l'1 принимается равным l1.

Предварительное количество витков в обмотке фазы:

Предварительное количество эффективных проводников в пазу:

где а1 - количество параллельных ветвей обмотки статора, которое должно быть одним из делителей числа полюсов.

Параллельные ветви обмотки должны содержать одинаковое количество витков, а стороны катушек - находиться в магнитном поле в одинаковых условиях. При малом значении Nп1 и вызванных этим трудностях с расположением проводов в пазу увеличение значения а1 позволяет соответственно повысить Nп1. Полученное Nп'1округляют до ближайшего целого числа Nп1.

Выбрав целое число Nп1=131, уточняют предварительно установленные параметры Ф', ,A'1 и

щ1==131*3*2=786

Уточнённое значение магнитного потока,:

Ф==0,0013*790/786=0,0013 Вб

Уточнённое значение индукции в воздушном зазоре,

=0,8*790/786=0,8 Тл

Предварительное значение номинального фазного тока,

I₁===0.8A

Уточнённая линейная нагрузка статора,

A₁===174 A/см

Разница с ранее принятым .

Проектирование обмотки ведут при одновременном определении размеров зубцовой зоны. Для определения высоты паза сначала находят высоту спинки статора hс1. Средние значения магнитной индукции в спинке статора Bс1 приведены в табл. 9.(Прииложение 2)

Принимаем Bс1=1,5 Тл

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

t₁===6мм



3.4.1 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Полузакрытые пазы статора обычно имеют трапецеидальную форму (рис. 1), при этом размеры b1 и b2 выбирают такими, чтобы стенки зубцов были параллельными (bз1 = const). Постоянство магнитной индукции по высоте зуба уменьшает МДС на участке зубца. Кроме того, при полузакрытых пазах коэффициент воздушного зазора и добавочные потери меньше, чем при открытых пазах или полуоткрытых.

Рис. 1 Трапецеидальный полузакрытый паз статора

Недостаток полузакрытых трапецеидальных пазов заключается в том, что в них укладывают всыпную обмотку из круглого провода. Это понижает коэффициент заполнения паза и надежность обмотки. Для определения ширины зубца bз1 следует принять средние значения магнитной индукции в зубцах статора Bз1 по табл. 10.(Приложение2)

Принимаем Bз1=1,9 Тл

Размеры трапецеидальных пазов определяют в такой последовательности.

Определим ширину зубца:

Высота спинки статора:

Высота паза:

Большая ширина паза:

Высота шлица: h_ш1=0.5 мм; среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции b_и1=0.2мм; предварительное значение ширины шлица b'_ш1=0.3*=2.4мм. Припуски на сборку сердечников статора и ротора электродвигателей с h = 50 ч 132 мм по ширине bc и по высоте hc составляют 0,1 мм;

Меньшая ширина паза:

Площадь поперечного сечения в свету, мм2:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

мм²

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином:

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой:

Для обмоток статора применяют провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), при механизации обмоточных работ применяют провода с механически более прочной изоляцией марок ПЭТВМ.

Число элементарных проводников в эффективном с=6.

Тогда диаметр элементарного изолированного провода, при предположении что коэффициент заполнения паза k_n=0.72:

Находим ближайший стандартизованный диаметр d?, соответствующий ему диаметр неизолированного провода d и площадь поперечного сечения S.

Согластно таблицы 11(приложение 2) d=0,11мм S=0.00950

После этого уточняют коэффициент заполнения паза и ширину шлица, мм:

=2+0,4=1,18мм

,следовательно ==2,4мм

Плотность тока в обмотке статора:

Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке в значительной мере определяет ожидаемое превышение температуры обмотки; этот уровень характеризуется произведением линейной нагрузки на плотность тока в обмотке A1•J1=174*14,04=2442,96

Определим размеры элементов обмотки:

Среднее зубцовое деление статора:

Средняя ширина катушки обмотки:

Средняя длина одной лобовой части катушки:

Средняя длина витка обмотки:

Длина вылета лобовой части:



3.5 Обмотка короткозамкнутого ротора

Пазы короткозамкнутого ротора: а - овальные полузакрытые

Выбираем глубину паза по рисунку

h_n2=12мм.

Высота спинки ротора:

Индукция в спинке ротора:

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора:

Ширина зубца ротора:

Меньший радиус паза:

Высота шлица: h_ш2=0.6 мм; высота мостика h₂=0 мм; ширина мостика b_ш2=1.25мм.

Больший радиус паза:

Расстояние между центрами радиусов:

Площадь поперечного сечения стержня:

Площадь поперечного сечения паза в штампе Sп2 = Sст, .

Обмотка ротора из алюминия марки АКМ12-4. Вместе с обмоткой отливаем короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки.

Рис. 3 Короткозамыкающее кольцо и вентиляционная лопатка ротора

Поперечное сечение кольца:

Высота кольца:

Длина кольца:

Средний диаметр кольца:



3.6 МДС воздушного зазора

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора:

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора:

Общий коэффициент воздушного зазора:

МДС воздушного зазора:

Зубцовое деление на 1/3 высоты зуба:

t _зд===2.08

Коэффициент зубцов:

k_з===0,8

МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора: ( таблица 12 приложение 2)

B₃₁=1.9 Тл;

Н₃₁=41.6 А/см (для стали 2312);

L₃₁=h_п1=9.1мм - средняя длина пути магнитного потока;

Напряжённость магнитного поля в зубцах ротора Нз2, ( таблица 13 приложение 2)

B₃₂=1.7 Тл;

Н₃₂=11.5 А/см (для стали 2313);

Средняя длина пути магнитного потока:

L₃₂=h_п2-0,2r₂=12-0.2*0.7=11.86 мм

МДС зубцов ротора:

0,1*11,5*11,86=13,6А

Напряжённость магнитного поля в спинке статора Нс1, ( таблица 14 приложение 2)

B_с1=1.5Тл;

Н_с1=5.2 А/см; (для стали 2013);

МДС для спинки статора: ( таблица 15 приложение 2)

B_с2=0,68Тл;

Н_с2=0.78 А/см; (для стали 2013);

Параметры магнитной цепи:

СуммарнаяМДС на один полюс:

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток:

Намагничивающий ток в относительных единицах:

A

ЭДС холостого хода:



Главное индуктивное сопротивление:

Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах:

3.7 Активные и индуктивные сопротивления обмоток

Удельная электрическая проводимость меди при 20 °С см = 57 См/мкм.

Активное сопротивление обмотки фазы при 20°С:

В относительных единицах:



Рис. 4 Прямоугольные пазы статора: полуоткрытые (а)

Размеры паза статора, (рис. 1и 4, табл. 16):

h₁'=h_п1- h_ш1- h_к1- h₂- h₄=9,1-0,5-0,7-0,6-0=7,3мм

hк1, h2, h3 - размеры частей обмоток и паза (рис1 и 4), определяемые по табл. 16.( h_к1=0,7; h₂=0,6; h₄=0)

Коэффициент укорочения шага:

kв1 = 0,2 + 0,8•в1=0,2+0,8*0,8=0,84

Коэффициент проводимости для пазового рассеяния:

Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора, для двигателей с короткозамкнутым ротором значения kр1 приведен в табл. 17). kр1=0,94

Коэффициент дифференциального рассеяния статора: kд1=0,0235

Зубцовое деление статора в наиболее узком месте:

t_1min===6.6мм

где hк = 3 ч 3,5 мм - высота клина.

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния:

k_ш1=1-=1-=0,6

Коэффициент проводимости для дифференциального рассеяния:

Полюсное деление:

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей:

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора:

То же в относительных единицах:

Удельная электрическая проводимость алюминия при 20 °С са = 27 См/мкм.

Активное сопротивление стержня клетки при 20 °С:

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня:

Сопротивление короткозамыкающих колец, приведённое к току стержня при 20 °С:

Центральный угол скоса пазов:

б _ск ==0.5рад

k _ск =0.99

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора:

Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора в относительных единицах:

Ток стержня ротора для рабочего режима:



Коэффициент проводимости рассеяния:

л_п2=+*+0,66-=+*+0,66-=1,87

Количество пазов ротора на полюс и фазу:

kд2=0,05

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

л_д2===2.2

Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих колец литой клетки:

Относительный скос пазов ротора в долях зубцового деления ротора:

==0.8

Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов ротора:

==1,04

Коэффициент проводимости рассеяния:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

Приведенное:



В относительных единицах:

Коэффициент рассеяния статора:

1

Коэффициент сопротивления статора:

где тт = 1,22 - коэффициент приведения к стандартной рабочей температуре сопротивления обмотки для класса нагревостойкости изоляции В.

Активное приведённое сопротивление обмотки статора:

= Ом

Индуктивное приведённое сопротивление обмотки статора:

x1''=x1*(1+)=11.55 Ом

Активное приведённое сопротивление обмотки ротора:

r2''= тт*r2'*=1.22*20.7*=28 Ом

Индуктивное приведённое сопротивление обмотки ротора:

x2''=x2'*=32*=35.3 Ом

3.8 Режим холостого хода и номинальный

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:

I_ср===0,97 А

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении:

p _ср =m1**=3*0.9409*1.000144=2.8 Вт

Расчётная масса стали зубца статора:

m_з1=7,8*z1*b _з1*h_п1*l1*kc*=7.8*36*2.6*9.1*70*0.97*=0.45кг

Магнитные потери в зубцах статора:

Pз1 =4,4** m_з1=4,4*3,61*0,45=7,15Вт

Масса стали спинки статора:

m_с1=7,8*р*(D_H1-hc1)*hc1*l1*kc*=7.8*3.14*93.6*6.4*70*0.97*=1кг

Магнитные потери в спинке статора:



Pс1 =4,4** m_с1=4,4*3,61*1=16Вт

Механические потери:

смехУ=kмех**=6.5*0.74*0.23=1.1 Вт

Коэффициент kмх = 5,5 при 2р = 2, kмх = 6,5 при 2р ? 4.

Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали:

рсУ= Pз1*+ Pс1=7,15*(1+2+16=36,6

Активная составляющая тока холостого хода:

I_0a= ==0.08 A

Ток холостого ход:

I₀==0.97A

Коэффициент мощности при холостом ходе:

Cosц0===0.08

Активное сопротивление короткого замыкания:



r _к=r1'+r2''=2.68+28=30.68 Ом

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

х _к= х1'+х2''=11,55+35,3=46,85 Ом

Полное сопротивление короткого замыкания:

z _к= = 56 Ом

Добавочные потери при номинальной нагрузке:

рд===1,6 Вт

Механическая мощность двигателя:

Р2'=Р2+ Рд+ PмехУ=180+1,6+1,1=182,7 Вт

Параметры номинального режима работы и рабочие характеристики могут быть получены аналитически и по круговой диаграмме. В последнее время в связи с широким использованием ЭВМ большее применение находят аналитические способы. Предлагаемая методика аналитического расчета разработана проф. Т. Г. Сорокером. На рис. приведена схема замещения асинхронного двигателя.



Эквивалентное сопротивление схемы замещения:

Rн= - r _{к +}=729.1 Ом

Полное сопротивление схемы замещения:

z _н==761.2 Ом

Номинальное скольжение

Sн==0,04

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:

I _са ==0,1 А

Ток ротора:

I'' ₂ ==0,3А

Активная составляющая тока статора:

Реактивная составляющая тока статора:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фазный ток статора:

I _ф1 ==1.08A

Коэффициент мощности:

cosц==0.37

Линейная нагрузка статора:

A_c1==174.67 А/см

Плотность тока в обмотке статора:

Линейная нагрузка ротора:

A_p2===69,5 А/см

Ток в стержне короткозамкнутого ротора:

I_ст= I'' ₂ *2m1*w1***= 0.3*6*786*0.93*1.05*=50 A

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора:

1,52

Ток в короткозамыкающем кольце:

I_кл==74,63 А

Электрические потери в обмотке статора:

р _м1=m1**=5.15 Вт

Электрические потери в обмотке ротора:

р _м2=m1**r2''=7,56 Вт

Суммарные потери в электродвигателе:

сУ= р _м1+ р _м2+ рсУ+ смехУ+ рд=5,15+7,56+36,6+1,1+1,6=52,01 Вт

Подводимая мощность:

Р1=Р2+ сУ=180+52,01=232,01Вт

Коэффициент полезного действия двигателя:

?=*100*10077,6%

3.9 Максимальный момент

Переменная часть коэффициента проводимости рассеяния статора:

л_п1пер=*k?1=*0.84=0.47

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния статора, зависящая от насыщения:

л_1пер= л_п1пер+ л_д1=0,47+0,34=0,81

Переменная часть коэффициента проводимости рассеяния ротора:

л_п2пер= ==0,16

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора, зависящая от насыщения:

л_2пер= л_п2пер+ л_д2=0,16+2,2=2,36

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения:

х _пер=+=+=19,1 Ом

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, не зависящее от насыщения:

х _пост= +=+=24 Ом

Ток ротора, соответствующий максимальному моменту:

I''_м2 = -=-=4,09А

Полное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте:

z_м = =220/4.09=53.8 Ом

Полное сопротивление схемы замещения при бесконечно большом скольжении:

z ==11,3 Ом

Эквивалентное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте:

Rм= z +r'1=13.98 Ом

Максимальный момент:



Mmax=m1**(1-Sн)=139392 Нм

Номинальный момент:

Мн=2 Rм*Р2=2*13,98*180=5032,8 Нм

Кратность максимального момента

kм==27,7

Скольжение при максимальном моменте:

Sм===1.8

3.10 Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

Высота стержня клетки:

hст = hп2 ? hш2.=12-0.6=11.4мм

Приведённая высота стержня ротора:

о=0,0735* hст* =0,8

Коэффициент ц =0; Ш=0,95 (по рис 3.прил.3)

Расчётная глубина проникновения тока в стержень:

hр ==11,4мм

Ширина стержня на расчётной глубине проникновения тока:

bр=2*r₁-*( hр - =2*2.2-*(11.4-2.2)=1.15мм

Площадь поперечного сечения стержня при расчётной глубине проникновения тока:

Sp=*+(r1+) *( hр - =33.13

Коэффициент вытеснения тока:

kвт===0,99

Активное сопротивление стержня клетки при 20 °С (для пускового режима):

r стп = r ст * kвт=0,00008*0,99=0,0000792 Ом

Активное сопротивление обмотки ротора при 20 °С, приведённое к обмотке статора (для пускового режима):

r_2п=k_пр1*( r стп +r_кл)=215892*(0,0000792+0,000016)=20,55 Ом

Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора (при пуске):

л _п2п = +=+=0,78

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора (при пуске):

л _2п = л _п2п + л _д2 +л _кл+ л _ск =0,78+2,2+0,14+1,04=4,16

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения:

х _перз= х'' ₁*+ х' ₂*=11,55*+32*=19,3 Ом

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, не зависящее от насыщения:

х _постн= х'' ₁*+ х' ₂*=11,55*+32*=20,5 Ом

Активное сопротивление короткого замыкания при пуске:

r кп = r'₁+ r'_2п*m_т**=2,68+20,55*1,22**=31 Ом

Ток ротора при пуске:

I''_п2 = - = - =5,625А

Полное сопротивление схемы замещения при пуске:

z_кп = =220/5.625=39.11 Ом

Индуктивное сопротивление схемы замещения при пуске:

х _кп===23,85 Ом

Активная составляющая тока статора при пуске:

I_па= I_са+ I''_п2 * = 0,1+5,625*(*+*=4.58 А

Реактивная составляющая тока статора при пуске:

I_пр= I_ср+ I''_п2 * = 0,97+5,625*(*+*=4.47 А

Фазный ток статора при пуске:

I_п1===6,4А

Кратность начального пускового тока:

k i ==6.4/0.8=8

Активное сопротивление ротора при пуске, приведённое к статору, при расчётной рабочей температуре:

r'' 2п = r'_2п*m_т**=20,55*1,22**=28,32 Ом

Кратность начального пускового момента:

k_пm ===0,5



4. Тепловой и вентиляционный расчёты; расчёт массы двигателя и динамического момента инерции ротора

4.1 Тепловой расчёт

Потери в обмотке статора при максимальной допустимой температуре:

с' _м1 =m1** m_т*r'1=3*0.64*2.68=5.15 Вт

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора:

S_уп1=р*D1*l1=3.14*69*70=1,51662*

Условный периметр поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза:

П ₁=2*h_п1+b1+b2=2*9.1+4.5+3.6=26.3 мм

Условная поверхность охлаждения лобовых частей:

Высота ребра:

h_р =0,6*=0.6*=14мм

Число ребер:

n _р =6,4*=25

Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими рёбрами на станине:

При тепловом расчете обмотки статора учитывают, что воздуху внутри двигателя передается только часть потерь в активной части статора (эта доля потерь равна коэффициенту k=0,19 остальные потери передаются непосредственно через станину наружному охлаждающему воздуху.

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора:

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения пазов:

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения пазов:



Окружная скорость ротора:

Коэффициент теплоотдачи поверхности статора б1=7,5*

лэкв = 16•10-5 Вт/(мм•град) - эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу, включающий воздушные прослойки; л'экв - эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки, зависящей от отношения диаметров изолированного и неизолированного провода d/d?

л'экв=62,5* Вт/(мм•град)

Односторонняя толщина изоляции в катушек в лобовой части bил1 = (0,2 - 0,5) мм.

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов:

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов:

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри двигателя:

Коэффициент подогрева воздуха бв =1,2*

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха:

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха:

.

Потери в обмотке ротора, при максимальной допускаемой температуре:

4.2 Вентиляционный расчёт

Максимально допустимый наружный диаметр корпуса:

Коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса двигателя:

k ₂ =2.2**=2.05

Теплоёмкость воздуха св = 1100 Дж/°С•.

Необходимый расход воздуха:

Vв= k ₂ *=2,05*=0,009 /с

Расход воздуха вентилятора:

V'в=0,06**=0.06*0.86*1.3=0.067/с

Напор воздуха вентилятора:

H=12.3**=12.3*0.7396*1.1881=10.81 Па

4.3 Масса двигателя и динамический момент инерции ротора

Масса изолированных проводов обмотки статора:

Количество вентиляционных лопаток ротора Nл=6

Толщина лопатки:

bл=0,3*=0.3*7.94=2.4мм

Длина лопатки:

lл=0,31h=19.53 мм

Высота лопатки:

hл=0,83* =13.14мм

Масса алюминия короткозамкнутого ротора:

Масса стали сердечников статора и ротора:

Масса изоляции статора:



Масса конструкционных материалов двигателя:

Масса двигателя:

Динамический момент инерции:



5. Заключение

Спроектированный двигатель отвечает современным требованиям к асинхронным трехфазным электродвигателям общепромышленного исполнения. Сравнивая энергетические параметры спроектированного двигателя с аналогом, согласно таблицы, разницу в данных следует считать в разности нагревостойкости, у расчетного класс В, у аналога F

	Аналог	Расчет
P2,кВт	0,18	0,18
n,об/мин	860	860
I1, А	0,8	0,8
?,%	56	77,6
cos ц	0,62	0,62
Iп/Iном	4	8
Мп/Мном	2,2	27,7
Мmax/Мном	2,2	27,7
J, кгм2	0,0018	0,0009
m,кг	5,4	6,41



6. Библиографический список

1. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменноготока: Учебник для вузов. СПб.: Питер, 2010. 350 с.

2. Лихачёв В.Л. Электродвигатели асинхронные. М.: СОЛОН-Р, 2009. 304 с.

3. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов /О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко; под ред. О.Д. Гольдберга. М.: Высшая школа, 2011. 430 с.

4. Проектирование электрических машин / под ред. И.П. Копылова. М.:Высшая школа, 2009. 496 с.

5. Кучер В.Я. Расчёт электрических машин. СПб.: СЗОТУ, 2013. 113 с.



Приложения

Приложение 1

Маркировка.

Данные маркировки содержат сведения о номинальных значениям различных технических параметров, конструктивном исполнении, способу монтажа электродвигателей.

1 - единая серия АД (А - асинхронный, И - унифицированная серия АД в рамках Интерэлектро);

2 - определение варианта системы привязки мощности электрической машины к установочно-присоединительным размерам (С или Р - согласно стандарту Р 51689 или в соответствии с нормами CENELEC-DOCUMENT, док-т 28/64 и DIN 42673, DIN 42677);

3 - буквенный индекс модификации, марка может содержать и более одного обозначения (С - имеющие повышенное скольжение, X-P - отличающиеся повышенным пусковым моментом);

4 - габарит двигателя или высота оси вращения (расстояние от оси ращения - центра вала до его опорной плоскости - нижней поверхности лап). ГОСТом 13267-73 определен стандартный ряд значений высот вращения от 25 до 1000 мм.

Для фланцевых АД и машин, имеющих специальные виды крепления принято брать условное значение высоты вращения (до условной опорной ее плоскости), округляемой в меньшую сторону до ближайшего значения, определенного упомянутым выше стандартом;

5 - буквенный индекс установочного размера по длине станины (S, M или L - аббревиатура от англ. Short, Medium и Long);

6 - длина сердечника статора (A, B, C, D), при отсутствии буквы следует понимать, что при данном установочном размере выполняется только одна длина сердечника;

7 - число полюсов электрической машины (2, 4, 6, 8, 4/2, 6/4, 8/4);

8 - индекс конструктивной модификации двигателя:

Б - в модификации предусмотрена температурная защита,
П - имеющие повышенную точность установочных размеров,
Е/Е2 - снабженные эл. магнитным тормозом/эл. магнитным и ручным тормозом,
Ж - двигатели, предназначенные для моноблочных насосов;
РЗ - для использования в мотор-редукторах,
Х2 - химически стойкого исполнения;

9 - индекс климатического исполнения (У, ХЛ, УХЛ, ТВ, ТС, Т, ТМ, М, О, В) и категория размещения (от 1 до 5), определенных в ГОСТ 15150.



Приложение 2

Таблица1



Таблица 2

Таблица 3



Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6



Таблица 7

Таблица 8

Таблица 9



Таблица 10

Таблица 11

Таблица 12

Таблица 13

Таблица 14

Таблица 15



Таблица 16

Таблица 17



Приложение 3

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Размещено на Allbest.ru