Проектирование асинхронного двигателя. Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современный электропривод - это комплекс из аппаратов и устройств, предназначенный для управления и регулирования физическими и мощностными показателями электродвигателя. Наиболее распространенным электрическим двигателем, применяемым в промышленности, является асинхронный двигатель. С развитием силовой электроники и разработкой новых мощных систем управления асинхронным двигателем, электропривод на базе асинхронного двигателя и преобразователей частоты, является лучшим выбором, для управления различными технологическими процессами. Асинхронный электропривод обладает лучшими технико-экономическими показателями, а разработка новых энергосберегающих двигателей, позволяет создавать энергоэффективные системы электропривода.

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора. В результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1. Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.

Целью курсовой работы является проектирование асинхронного двигателя. По средствам данного проектирования мы изучаем свойства и характеристики данного двигателя, также изучаем особенности данных двигателей. Данная работа является неотъемлемой частью курса изучения электромашин.

1. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал

1.1 Главные размеры

1. Высота оси вращения асинхронного двигателя:

Для Рн =75 кВт, n1=750 об/мин

h=280 мм, 2р=8.

2. Наружный диаметр сердечника DН1 при стандартной высоте оси вращения h=280 мм. При данных условиях DН1=520 мм.

3. Для определения внутреннего диаметра сердечника статора D1 воспользуемся зависимостью D1=f(DН1) приведённой в таблице 9-3. Для DН1=520 мм;

D1=0,72 DН1 - 3;

D1=0,72 520-3 = 371.4 мм.

4. Найдём среднее значение kН=f(P2) асинхронных двигателей

Для РН=75 кВт; 2р=8;

5. Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 предварительные значения.

Для РН=75 кВт

6. Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 принимаем значение cos по рисунку 9-3,а при 2р = 8

7. Расчётная мощность P? для двигателей переменного тока:

где - КПД; cos - коэффициент мощности при номинальной нагрузке;

8. Нахождение линейной нагрузки обмотки статора А1

А1 =420 0.915 0.86=330.4 А/см.

9. Нахождение максимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре В

В=0,77 · 1.04· 0.86=0.69 Тл.

10. Для определения длины сердечника статора зададимся предварительным значением обмоточного коэффициента kоь1, при 2р=8

11. Найдём расчётную длину сердечника l1

l1=366.7+125=426.7

12. Конструктивная длина сердечника статора l1 округляется до ближайшего кратного 5:

13. Коэффициент

425 / 371,4 = 1,149

14. Находим max R4=1.1

max = 1,46 - 0,00071 DН1 ;

max = 1,46 - 0.00071 · 520 = 1.091

max =1.091 · 1.1 = 1.2

1.2 Сердечник статора

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

Для стали 2312 используем изолирование листов лакировкой.

Количество пазов на полюс и фазу:

По выбранному значению q1 количество пазов сердечника статора z1 определяем:

где m1 - количество фаз;

z1 = 8 3 3 = 72.

1.3 Сердечник ротора

Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2312.

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

Для сердечника принимаем то же изолирование листов, что и для статора - лакировка.

Коэффициент заполнения стали принимаем равным

Размер воздушного зазора между статором и ротором принимаем.

При h = 280 мм и 2р = 8;

Скос пазов ck (без скоса пазов)

Наружный диаметр сердечника ротора DН2:

DН2 = 371,4 - 2 0.8 = 369.8 мм.

Для высоты вращения h 71 мм внутренний диаметр листов ротора D2:

D2 0,23 520 = 119,6 мм.

Для улучшения охлаждения, уменьшения массы и динамического момента инерции ротора в сердечниках ротора с h250 предусматривают круглые аксиальные вентиляционные каналы:

Длина сердечника ротора l2 при h>250 мм.

l2 = l1 + 5 = 425+5=430 мм.

Количество пазов в сердечнике для двигателя с короткозамкнутым ротором при z1=72 и 2р=8

2. Обмотка статора

2.1 Параметры общие для любой обмотки

Для нашего двигателя принимаем разносекционную двухслойную концентрическую обмотку из провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.

Обычно обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 электрических градуса. При шестизонной обмотке коэффициент распределения kР1

kР1 = 0,5/(q1sin(б/20));

kР1 = 0,5/(3 sin(10)) = 0,95.

Укорочение шага 1 принимаем равным

1 = 0,8, при 2р=8.

Двухслойную обмотку выполняем с укороченным шагом yП1

yП1 = 1 z1 / 2p;

yП1 = 0,8 72 / 8 = 7.2.

Коэффициент укорочения ky1

ky1=sin(1 90)= sin(0,8 90)=0.95.

Обмоточный коэффициент kОБ1

kОБ1 = kР1 · ky1;

kОБ1 = 0,95 · 0,95 = 0,9.

Предварительное значение магнитного потока Ф

Ф = В D1l1 10-6/p;

Ф = 0,689 371,4 42510-6/4 =0.027 Вб.

Предварительное количество витков в обмотке фазы?1

1 = kнU1/(222 kОБ1(f1/50) Ф);

1 = 0,96 380/(222 0,908 0.027) ?66.9.

Количество параллельных ветвей обмотки статора а1 выбираем как один из делителей числа полюсов а1 = 1.

Предварительное количество эффективных проводников в пазу NП1

NП1 = 1а1(рq1);

NП1 = 155,3 1/(4 3) = 5.58

Значение NП1 принимаем, округляя NП1 до ближайшего целого значения

Выбрав целое число, уточняем значение 1

1 = NП1рq1а1;

1 = 4 4 3/1 = 72.

Значение магнитного потока Ф

Ф = 0,023 66.5/64 = 0,028 Вб.

Значение индукции в воздушном зазоре В

В = В? 1/ ? 1;

В = 0,8 66.9/72 = 0,689 Тл.

Предварительное значение номинального фазного тока I1

I1 = Рн 103/(3U1cos);

I1 = 75 103/(3 380 0,93 0.84) = 84,216 А.

А1 = 10Nп1z1I1(D1a1);

А1 = 6 13 72 84.216/(3,14 371,4) = 311.8 А/см.

Среднее значение магнитной индукции в спинке статора ВС1

При h = 280 мм, 2р = 8

ВС1 = 1,5 Тл.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора t1

t1 = р 371.4/72 =16,1 мм.

2.2 Обмотка статора с прямоугольными полузакрытыми пазами

Принимаем предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора

31max = 1.8 Тл.

Зубцовое деление статора в наиболее узком месте

Предварительная ширина зуба в наиболее узком месте

Предварительная ширина полуоткрытого и открытого паза в штампе

Ширина шлица полуоткрытого паза

Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией

b?эф =()/=3.665мм;

Количество эффективных проводников по высоте паза

Предварительная высота спинки статора

Ф 106?(2 kc l1 Вc1);

0,027 106 ? (2 0,95 425 1.5)=22,3 мм.

Предварительная высота паза

= [ (D H1- D1)/ 2]- h c1;

= =[(520-371,4)/2]-22,3 =53 мм.

Допустимая высота эффективного проводника с витковой изоляцией

Площадь эффективного проводника

Предварительное количество элементарных проводников

Количество элементарных проводников в одном эффективном

Предварительное количество элементарных проводников в одном эффективном

Увеличиваем до 4

Размер элементарного элементарного проводника по высоте паза

Окончательное количество элементарных проводников

Меньший и больший размеры неизолированного провода

Размер по высоте паза

Размер по ширине паза в штампе

Высота паза

= [ (D H1- D1)/ 2]- h c1;

= =[(520-371,4)/2]-18,3 =56 мм.

Уточненная ширина зуба в наиболее узкой части

Уточненная магнитная индукция в наиболее узкой части зубца статора

Плотность тока в обмотке статора J1

J1 = I1(c S·a1);

J1 = 84.216/(45,465·1) = 3,852 А/мм2.

А1J1 = 311·3,852 = 1197,9 А2/(см мм2).

(А1J1)доп = 2200·0,75·0.87=1435.5 А2/(см мм2).

lв1 = (0,19+0,1p)bcp1 + 10;

lв1 = (0.19+0.1 3) 80,64+10= 79,4 мм.

Среднее зубцовое деление статора tСР1

tСР1 = (D1 + hП1)/z1;

tСР1 = р(371.4 + 56)/72 = 18,6 мм.

Средняя ширина катушки обмотки статора bСР1

bСР1 = tСР1 уП1;

bСР1 = 18.6 7.2 = 133.6 мм.

Средняя длина лобовой части обмотки lл1

lл1 = 1,3=279,6 мм

Средняя длина витка обмотки lcp1

lcp1 = 2 · (l1 + lл1) = 2 · (425 + 279,6) = 1409,2 мм.

Длина вылета лобовой части обмотки lв1

3. Обмотка короткозамкнутого ротора

асинхронный магнитный статор фазный

Применим обмотку ротора с бутылочными пазами, т.к. h = 280 мм.

Высота паза из рис. 9-12 равна hп2 = 40 мм.

Расчетная высота спинки ротора hc2 при 2р=8 и h = 280 мм

hc2 = 0.38 · Dн2 - hп2 - ?dk2;

hc2 = 0.38 · 369.8 - 40 - ? 40 = 73,8 мм.

Магнитная индукция в спинке ротора Вс2

Вс2 = Ф · 106 / (2 · kc · l2 · hc2);

Вс2 = 0.028 · 106 / (2 · 0.95 · 430 · 73,8) = 0,464 Тл.

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора t2

t2 = рDн2/z2 = р · 369,8/86 = 13,4 мм.

Магнитная индукция в зубцах ротора Вз2.

Вз2 = 1.9 Тл.

Литература

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 431с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Определение размеров и выбор электромагнитных нагрузок асинхронного двигателя. Выбор пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора. Расчет короткозамкнутого ротора и магнитной цепи. Потери мощности в режиме холостого хода.

курсовая работа , добавлен 10.09.2012


Данные двигателя постоянного тока серии 4А100L4УЗ. Выбор главных размеров асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, конфигурация его пазов. Выбор воздушного зазора. Расчет ротора и магнитной цепи.

курсовая работа , добавлен 06.09.2012


Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.

курсовая работа , добавлен 10.01.2011


Расчет статора, ротора, магнитной цепи и потерь асинхронного двигателя. Определение параметров рабочего режима и пусковых характеристик. Тепловой, вентиляционный и механический расчет асинхронного двигателя. Испытание вала на жесткость и на прочность.

курсовая работа , добавлен 10.10.2012


Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 27.09.2014


Определение допустимых электромагнитных нагрузок и выбор главных размеров двигателя. Расчет тока холостого хода, параметров обмотки и зубцовой зоны статора. Расчет магнитной цепи. Определение параметров и характеристик при малых и больших скольжениях.

курсовая работа , добавлен 11.12.2015


Изоляция обмотки статора и короткозамкнутого ротора. Активные и индуктивные сопротивления обмоток. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами. Расчет параметров номинального режима работы асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 15.12.2011


Расчет площади поперечного сечения провода обмотки статора, размера его зубцовой зоны, воздушного зазора, ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, потерь, пусковых характеристик с целью проектирования трехфазного асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 04.09.2010


Построения развернутой и радиальной схем обмоток статора, определение вектора тока короткого замыкания. Построение круговой диаграммы асинхронного двигателя. Аналитический расчет по схеме замещения. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя.

контрольная работа , добавлен 20.05.2014


Определение тока холостого хода, сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя. Расчет и построение механических и электромеханических характеристик электропривода, обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора.

ФГБОУ ВПО «Югорский государственный университет»

Кафедра «Энергетика»

Карминская Т.Д., Ковалёв В.З., Беспалов А.В, Щербаков А.Г.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Учебное пособие

для выполнения курсового проектирования по

дисциплине «Электрические машины»

для бакалавров, обучающихся по

направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Ханты-Мансийск 2013

В данном учебном пособии описывается методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, которая необходима для выполнения задания по курсовому проектированию. В ходе выполнения курсового проектирования решаются такие задачи как выбор главных размеров двигателя, расчёт параметров и магнитной системы обмотки статора, расчёт параметров и магнитной системы обмотки ротора, определение параметров схемы замещения и построение механической и рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Учебное пособие составлено в соответствие с рабочими программами курсов «Электрические машины» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Оно может быть полезно студентам других электрических и электромеханических направлений и специальностей, а также специалистам, занимающимся исследованиями, проектированием и эксплуатацией асинхронных машин различного назначения.

Введение

Исходные данные для проектирования

Варианты заданий для проектирования

Глава 1. Методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

1.1. Выбор главных размеров двигателя.

1.2. Расчёт параметров обмотки статора

1.3. Расчёт параметров воздушного зазора

1.4. Расчёт параметров обмотки ротора.

1.5. Расчёт тока намагничивания

1.6. Расчёт параметров рабочего режима двигателя

1.7. Расчёт активных потерь в двигателе

1.8. Расчёт рабочих характеристик двигателя

1.9. Расчет пусковых характеристик.

Глава 2. Применение эвм для проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2.1. Описание программы «АД–КП»

2.2. Пример применения программы «АД – КП»

Заключение

ПРИЛОЖЕНИЯ

Список литературы

Введение.

Асинхронная машина – бесколлекторная машина переменного тока, у которой отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, к которой машина подключена, зависит от нагрузок. Как любая электрическая машина, асинхронная машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать как в двигательном, так и генераторном режимах. Однако на практике наибольшее распространение получил двигательный режим работы машины. На сегодняшний день асинхронный двигатель является основным двигателем большинства механизмов и машин. Более 60 % всей вырабатываемой электрической энергии потребляется электрическими машинами, при этом значительную долю в этом потреблении (примерно 75 %) составляют асинхронные двигатели. Достаточно широкое распространение асинхронные двигатели получили благодаря следующим своим достоинствам: небольшие габаритные размеры, простота конструкции, высокая надёжность, высокое значение КПД, относительно низкая стоимость. К недостаткам асинхронного двигателя относят: трудности при регулировании скорости вращения, большие пусковые токи, низкое значение коэффициента мощности при работе машины в режиме близком к холостому ходу. Первый и второй из недостатков могут быть компенсированы применением преобразователей частоты, использование которых расширило область применения асинхронных машин. Благодаря преобразователям частоты асинхронный двигатель широко внедряется в области, где традиционно использовались другие виды электрических машин, прежде всего машины постоянного тока.

Поскольку существующим асинхронным двигателям свойственны ряд недостатков со временем постоянно разрабатываются новые серии асинхронных двигателей, имеющих более высокие технико-экономические показатели по сравнению с предыдущими сериями асинхронных двигателей, лучшие по качественным показателям рабочие и механические характеристики. Кроме этого, часто возникают потребности в разработке и модернизации асинхронных двигателей специального исполнения. К таким двигателям можно отнести:

погружные асинхронные двигатели (ПЭД) применяемые для привода установок электроцентробежных насосов (УЭЦН). Особенность конструкции таких двигателей – ограниченность в размерах наружного диаметра, размеры которого заданы диаметром насосно-компрессорной трубы, в которой двигатель располагается. Кроме этого, двигатель эксплуатируется при достаточно высоких температурах, что приводит к снижению его развиваемой мощности. Указанные обстоятельства требуют разработки специальной конструкции асинхронных двигателей;

двигатели, работающие совместно с частотными преобразователями, которые выполняют функции их регулирования. Поскольку преобразователи частоты приводят к генерации целого спектра гармонических составляющих в кривой напряжения питания двигателя, наличие гармонических составляющих приводит к появлению дополнительных потерь в двигателе и снижению его КПД ниже номинального. Конструкция асинхронного двигателя, работающего совместно с преобразователями частоты должна учитывать данную особенность и наличие в кривой напряжения питания высших гармоник не должно приводить к дополнительным потерям мощности.

Указанный список асинхронных двигателей специального исполнения может быть продолжен, и отсюда можно сделать следующие выводы:

существует необходимость в разработке новых серий асинхронных двигателей;

существует необходимость в освоении существующих методик проектирования асинхронных двигателей для решения указанной выше задачи;

существует необходимость в разработке новых методик проектирования асинхронных двигателей, позволяющих при меньших затратах времени на проектирование разрабатывать новую серию асинхронных двигателей с лучшими технико-экономическими показателями.

Цель выполнения задания на курсовое проектирование – разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющего заданные параметры, на основе существующей и широко применяемой на практике методике проектирования асинхронных двигателей.

Исходные данные для проектирования.

Разрабатываемый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором должен иметь следующие паспортные данные:

Номинальное (фазное) напряжение питания U 1нф, В;

Частота напряжения питания сети f 1 , Гц;

Число фаз напряжения питания m 1

Номинальная мощность Р 2 , кВт;

Синхронная скорость вращения n 1 , об/мин;

Номинальное значение КПД η (не менее), отн. ед.;

Номинальное значение коэффициента мощности cos(φ) (не менее), отн. ед.;

Конструктивное исполнение;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды;

В ходе выполнение курсового проектирования необходимо спроектировать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеющий указанные паспортные данные, и сравнить основные показатели полученного асинхронного двигателя с показателями аналогичного двигателя, выпускаемого промышленностью (в качестве аналогов рассматривать асинхронные двигатели серии АИР, паспортные данные которых приводятся в ПРИЛОЖЕНИИ 1)

Результаты расчёта оформить в виде пояснительной записки.

Выполнить чертёж разработанного асинхронного двигателя и представить его на формате А1.

Примечание: данное учебное пособие по курсовому проектированию выполнено в виде рабочей тетради, которая может служить образцом для оформления расчётов в виде пояснительной записки. В ней приводится так же пример расчёта асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющем следующие исходные данные:

Конструктивное исполнение – IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44;

Варианты заданий для проектирования.

Для всех вариантов задания одинаковые значения имеют следующие паспортные данные проектируемых двигателей:

Напряжение питания (фазное значение) U 1фн, В – 220;

Частота питающего напряжения f 1 , Гц – 50;

Число фаз напряжения питания m 1 – 3;

Конструктивное исполнение IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44;

Дорогие читатели! Коллектив библиотеки поздравляет вас с Новым годом и Рождеством! От всей души желаем счастья, любви, здоровья, успехов и радости вам и вашим семьям!
Пусть грядущий год подарит вам благополучие, взаимопонимание, гармонию и хорошее настроение.
Удачи, процветания и исполнения самых заветных желаний в новом году!

Тестовый доступ к ЭБС Ibooks.ru

Уважаемые читатели! До 31.12.2019 нашему университету предоставлен тестовый доступ к ЭБС Ibooks.ru , где вы сможете ознакомиться с любой книгой в режиме полнотекстового чтения. Доступ возможен со всех компьютеров сети университета. Для получения удалённого доступа необходима регистрация.

«Генрих Осипович Графтио - к 150 - летию со дня рождения»

Уважаемые читатели! В разделе "Виртуальные выставки" размещена новая виртуальная выставка «Генрих Осипович Графтио». В 2019 году исполняется 150 лет со дня рождения Генриха Осиповича - одного из основателей гидроэнергетической отрасли нашей страны. Ученый-энциклопедист, талантливый инженер и выдающийся организатор, Генрих Осипович внес огромный вклад в развитие отечественной энергетики.

Выставка подготовлена сотрудниками отдела научной литературы библиотеки. На выставке представлены труды Генриха Осиповича из фонда истории ЛЭТИ и публикации о нём.

Ознакомиться с выставкой Вы можете

Тестовый доступ к Электронно-библиотечной системе IPRbooks

Уважаемые читатели! C 08.11.2019 г. по 31.12.2019 г. нашему университету предоставлен бесплатный тестовый доступ к крупнейшей российской полнотекстовой базе данных - Электронно-библиотечной системе IPR BOOKS . ЭБС IPR BOOKS содержит более 130 000 изданий, из которых более 50 000 - уникальные учебные и научные издания. На платформе Вам доступны актуальные книги, которые невозможно найти в открытом доступе в сети Интернет.

Доступ возможен со всех компьютеров сети университета.

Для получения удаленного доступа необходимо обратиться в отдел электронных ресурсов (ауд. 1247) к администратору ВЧЗ Склеймовой Полине Юрьевне или по электронной почте [email protected] с темой "Регистрация в IPRbooks".

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрические машины

Курсовой проект

«Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»

Техническое задание

Спроектировать асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором:

Р = 15 кВт, U = 220/380 В, 2р = 2;

n = 3000 об/мин, = 90%, cos = 0,89, S НОМ = 3%;

h=160 М п / М н =1,8, М max / М н =2,7, I п / I н = 7;

конструктивное исполнение IM1001;

исполнение по способу защиты IP44;

способ охлаждения IC0141;

климатическое исполнение и категория размещения У3;

класс нагревостойкости изоляции F.

режим работы S1

Определение основных геометрических размеров

1. Предварительно выбираем высоту оси вращения по рис. 8.17, а (здесь и далее все формулы, таблицы и рисунки из ) h = 150 мм.

Из табл. 8.6 принимаем ближайшее меньшее значение h = 132 мм и а = 0,225 м (D а - наружный диаметр статора).

2. Определяем внутренний диаметр статора:

D=K D D а =0,560,225=0,126 (м)

K D - коэффициент пропорциональности, определяемый по табл. 8.7.

3. Полюсное деление

м

где 2p - число пар полюсов.

4. Определяем расчетную мощность:

P = (P 2 k Е)/(cos)

k Е - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определяем по рис. 8.20, k Е = 0,983

- КПД асинхронного двигателя, по рис. 8.21,a , = 0,89 , cos = 0,91

P 2 - мощность на валу двигателя, Вт

P = (1510 3 0,983) / (0,890,91) = 18206 (Вт)

5. Определяем электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 8.22, б:

Линейная нагрузка (отношение тока всех витков обмотки к длине окружности) А = 25,310 3 (А/м)

Индукция в воздушном зазоре B= 0,73 (Тл)

6. Предварительный обмоточный коэффициент выбираем в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток k О1 = 0,95 0,96.

Примем k О1 = 0,96.

7. Расчетная длина воздушного зазора определяется по формуле:

= P / (k В D 2 k О 1 AB)

k В - коэффициент формы поля, предварительно принимают равным

k В = / () = 1,11

- синхронная угловая скорость вала двигателя, рад/с, расчитывается по формуле

рад/с

где 1 - частота питания, Гц

= 18206 / (1,110,126 2 3140,9625,310 3 0,73) = 0,19 (м)

8. Проверяем отношение = / . Оно должно находиться в пределах 0,19 0,87, определяемых по рис. 8.25:

= 0,19 / 0,198 = 0,96

Полученное значение выше рекомендуемых пределов, поэтому принимаем следующую большую из стандартного ряда (табл. 8.6) высоту оси вращения h = 160 мм. Повторяем расчеты по пп. 1-8:

D а = 0,272 (м) P = (1510 3 0,984) / (0,910,89) = 18224 (Вт)

D = 0,560,272 = 0,152 (м) A = 3410 3 (A/м)

= (3,140,152) / 2 = 0,239 (м) B = 0,738 (Тл)

= 18224 / (1,110,152 2 3140,963610 3 0,738) = 0,091 (м)

= 0,091 / 0,239 = 0,38

Расчет обмотки, пазов и ярма статора

Определение Z 1 , 1 и сечения провода обмотки статора

1. Определяем предельные значения зубцового деления 1 по рис. 6-15:

1 max = 18 (мм) 1 min = 13 (мм)

2. Предельные значения числа пазов статора определяем по следующим формулам

Принимаем 1 = 36, тогда q = Z 1 / (2pm), где m - число фаз

q = 36 / (23) = 6

Обмотка однослойная.

3. Окончательно определяем зубцовое деление статора:

м = 1410 -3 м

4. Находим число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а=1)):

u =

I 1H - номинальный ток обмотки статора, A, и определяется по формуле:

I 1H = P 2 / (mU 1H cos) = 1510 3 / (32200,890,91) = 28,06(A)

u= = 16

5. Принимаем а=2, тогда

u= аu = 216 = 32

6. Получаем окончательные значения:

число витков в фазе обмотки

линейная нагрузка

А/м

поток

Ф = (1) -1

k О1 - окончательное значение обмоточного коэффициента, определяем по формуле:

k О1 = k У k Р

k У - коэффициент укорочения, для однослойной обмотки k У = 1

k Р - коэффициент распределения, определяется из табл. 3.16 для первой гармоники

k Р = 0,957

Ф = = 0,01 (Вб)

индукция в воздушном зазоре

Тл

Значения А и В находятся в допустимых пределах (рис. 8.22,б)

7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

J 1 = (AJ 1)/ A= (18110 9)/ (33,810 3)= 5,3610 6 (А/м 2)

произведение линейной нагрузки на плотность тока определяется по рис. 8.27, б.

Сечение эффективного проводника (предварительно):

q ЭФ = I 1 H / (aJ 1) = 28,06 / (25,1310 6) = 2,7310 -6 (м 2) = 2,73(мм 2)

Принимаем n ЭЛ = 2, тогда

q ЭЛ = q ЭФ / 2 = 2,73 / 2 = 1,365 (мм 2)

n ЭЛ - число элементарных проводников

q ЭЛ - сечение элементарного проводника

Выбираем обмоточный провод ПЭТВ (по табл. П3.1) со следующими данными:

номинальный диаметр неизолированного провода d ЭЛ = 1,32 мм

среднее значение диаметра изолированного провода d ИЗ = 1,384 мм

площадь поперечного сечения неизолированного провода q ЭЛ = 1,118 мм 2

площадь поперечного сечения эффективного проводника q ЭФ = 1,1182 = 2,236 (мм 2)

9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора - по рис. 1, a с соотношением размеров, обеспечивающим параллельность боковых граней зубцов.

1. Принимаем предварительно по табл. 8.10:

значение индукции в зубцах статора B Z1 = 1,9 (Тл) значение индукции в ярме статора B a = 1,6 (Тл), тогда ширина зубца

b Z1 =

k C - коэффициент заполнения сердечника сталью, по табл. 8.11 для оксидированных листов стали марки 2013 k С = 0,97

СТ1 - длина стали сердечников статора, для машин с 1,5 мм

СТ1 = 0,091 (м)

b Z1 = = 6,410 -3 (м) = 6,4 (мм)

высота ярма статора

2. Размеры паза в штампе принимаем:

ширина шлица паза b Ш = 4,0 (мм)

высота шлица паза h Ш = 1,0 (мм) , = 45

высота паза

h П = h a = =23,8 (мм) (25)

ширина нижней части паза

b 2 = = = 14,5 (мм) (26)

ширина верхней части паза

b 1 = = = 10,4 (мм) (27)

h 1 = h П - + = = 19,6 (мм) (28)

3. Размеры паза в свету с учётом припусков на сборку:

для h = 160 250 (мм) b П = 0,2 (мм); h П = 0,2 (мм)

b 2 = b 2 - b П = 14,5 - 0,2 = 14,3 (мм) (29)

b 1 = b 1 - b П = 10,4 - 0,2 = 10,2 (мм) (30)

h 1 = h 1 - h П = 19,6 - 0,2 = 19,4 (мм) (31)

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

S П = S ИЗ S ПР

площадь поперечного сечения прокладок S ПР = 0

площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

S ИЗ = b ИЗ (2h П +b 1 +b 2)

b ИЗ - односторонняя толщина изоляции в пазу, по табл. 3.1 b ИЗ = 0,4 (мм)

S ИЗ = 0,4(223,8+14,5+10,4) = 29 (мм 2)

S П = 0,5(14,3+10,2)19,4 29 = 208,65 (мм 2)

4. Коэффициент заполнения паза:

k З = [(d ИЗ) 2 u n n ЭЛ ] / S П = (1,405 2 402)/ 208,65 = 0,757 (34)

Полученное значение k З для механизированной укладки обмотки чрезмерно велико. Коэффициент заполнения должен находиться в пределах 0,70 0,72 (из табл. 3-12 ). Уменьшим значение коэффициента заполнения увеличив площадь поперечного сечения паза.

Примем B Z1 = 1,94 (Тл) и B a = 1,64 (Тл), что допустимо, так как эти значения превышают рекомендуемые только на 2,5 - 3 %.

5. Повторяем расчет по пп. 1-4.

b Z1 = = 0,0063(м)= 6,3(мм) b 2 = = 11,55 (мм)

h a = = 0,0353(м) = 35,3(мм) b 1 = = 8,46 (мм)

h П = = 24,7 (мм) h 1 = = 20,25 (мм)

b 2 = = 11,75 (мм)

b 1 = = 8,66 (мм)

h 1 = = 20,45 (мм)

S ИЗ = = 29,9 (мм 2)

S П = = 172,7 (мм 2)

k З = = 0,7088 0,71

Размеры паза в штампе показаны на рис. 1 , a .

Расчет обмотки, пазов и ярма ротора

1. Определяем воздушный зазор (по рис. 8.31): = 0,8 (мм)

2. Число пазов ротора (по табл. 8.16): Z 2 = 28

3. Внешний диаметр:

D 2 = D2 = 0,15220,810 -3 = 0,150 (м) (35)

4. Длина магнитопровода ротора 2 = 1 = 0,091 (м)

5. Зубцовое деление:

t 2 = (D 2)/ Z 2 = (3,140,150)/ 28 = 0,0168 (м) = 16,8 (мм) (36)

6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал:

D J = D В = k В D а = 0,230,272 = 0,0626 (м) 60 (мм) (37)

Значение коэффициента k В взято из табл. 8.17: k В = 0,23

7. Предварительное значение тока в стержне ротора:

I 2 = k i I 1 i

k i - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I 1 / I 2 . k i = 0,2+0,8cos = 0,93

i - коэффициент приведения токов:

i = (2m 1 1 k O 1) / Z 2 = (23960,957) / 28 = 19,7

I 2 = 0,9328,0619,7 = 514,1 (А)

8. Площадь поперечного сечения стержня:

q С = I 2 / J 2

J 2 - плотность тока в стержнях ротора, при заливке пазов алюминием выбирается в пределах

J 2 = (2,53,5)10 6 (А/м 2)

q C = 514,1 / (3,510 6) = 146,910 -6 (м 2) = 146,9 (мм 2)

9. Паз ротора - по рис. 1. б. Проектируем грушевидные закрытые пазы с размерами шлица b Ш = 1,5 мм и h Ш = 0,7 мм. Высоту перемычки над пазом выбираем равной h Ш = 1 мм.

Допустимая ширина зубца

b Z2 = = = 7,010 -3 (м) = 7,0 (мм) (41)

B Z2 - индукция в зубцах ротора, по табл. 8.10 B Z2 = 1,8 (Тл)

Размеры паза

b 1 ===10,5 (мм)

b 2 = = = 5,54 (мм) (43)

h 1 = (b 1 - b 2)(Z 2 / (2)) = (10,5 - 5,54)(28/6,28) = 22,11 (мм) (44)

Принимаем b 1 = 10,5 мм, b 2 = 5,5 мм, h 1 = 22,11 мм.

10. Уточняем ширину зубцов ротора

b Z2 = = 9,1 (мм)

b Z2 = = 3,14 9,1 (мм)

b Z2 = b Z2 9,1 (мм)

Полная высота паза:

h П 2 = h Ш + h Ш +0,5b 1 +h 1 +0,5b 2 = 1+0,7+0,510,5+22,11+0,55,5 = 31,81 (мм)

Сечение стержня:

q C = (/8)(b 1 b 1 +b 2 b 2)+0,5(b 1 +b 2)h 1 =

(3,14/8)(10,5 2 +5,5 2)+0,5(10,5+5,5)22,11 = 195,2 (мм 2)

11. Плотность тока в стержне:

J 2 = I 2 / q C = 514,1 / 195,210 -6 = 3,4910 6 (А/м 2)

12. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

qКЛ = IКЛ / JКЛ

JКЛ - плотность тока в замыкающих кольцах:

JКЛ = 0,85J2 = 0,853,49106 = 2,97106 (А/м2) (51)

IКЛ - ток в кольцах:

IКЛ = I2 /

= 2sin = 2sin = 0,224 (53)

IКЛ = 514,1 / 0,224 = 2295,1 (A)

qКЛ = 2295 / 2,97106 = 772,710-6 (м2) = 772,7 (мм2)

13. Размеры замыкающих колец:

hКЛ = 1,25hП2 = 1,2531,8 = 38,2 (мм) (54)

bКЛ = qКЛ / hКЛ = 772,7 / 38,2 = 20,2 (мм) (55)

qКЛ = bКЛhКЛ = 38,2 20,2 = 771,6 (мм2) (56)

DК. СР = D2 - hКЛ = 150 - 38,2 = 111,8 (мм) (57)

Расчет магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

1. Магнитное напряжение воздушного зазора:

F= 1,5910 6 Bk, где (58)

k- коэффициент воздушного зазора:

k= t 1 /(t 1 -)

= = = 2,5

k= = 1,17

F= 1,5910 6 0,7231,170,810 -3 = 893,25 (A)

2. Магнитное напряжение зубцовых зон:

статора

F Z1 = 2h Z1 H Z1

h Z1 - расчетная высота зубца статора, h Z1 = h П1 = 24,7 (мм)

H Z1 - значение напряженности поля в зубцах статора, по таблице П1.7 при B Z1 = 1,94 (Тл) для стали 2013 H Z1 = 2430 (А/м)

F Z1 = 224,710 -3 2430 = 120 (A)

расчетная индукция в зубцах:

B Z1 = = = 1,934 (Тл)

так как B Z1 1,8 (Тл), необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце B Z1 .

Коэффициент k ПХ по высоте h ZX = 0,5h Z:

k ПХ =

b ПХ = 0,5(b 1 +b 2)= 0,5(8,66+11,75) = 12,6

k ПХ = = 2,06

B Z1 = B Z1 - 0 H Z1 k ПХ

Принимаем B Z1 = 1,94 (Тл), проверяем соотношение B Z1 и B Z1:

1,94 = 1,934 - 1,25610 -6 24302,06 = 1,93

ротора

F Z2 = 2h Z2 H Z2

h Z2 - расчетная высота зубца ротора:

h Z2 = h П2 - 0,1b 2 = 31,8- 0,15,5 = 31,25 (мм)

H Z2 - значение напряженности поля в зубцах ротора, по таблице П1.7 при B Z2 = 1,8 (Тл) для стали 2013 H Z2 = 1520 (А/м)

F Z2 = 231,25 10 -3 1520 = 81,02 (A)

индукция в зубце

B Z2 = = = 1,799 (Тл) 1,8 (Тл)

3. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

k Z = 1+= 1+= 1,23

4. Магнитное напряжение ярма:

статора

F a = L a H a

L a - длина средней магнитной линии ярма статора, м:

L a = = = 0,376 (м)

H a - напряженность поля, по таблице П1.6 при B a = 1,64 (Тл) H a = 902 (А/м)

F a = 0,376902 = 339,2 (A)

B a =

h a - расчетная высота ярма статора, м:

h a = 0,5(D a - D) - h П 1 = 0,5(272 - 152) - 24,7 = 35,3 (мм)

B a = = 1,6407 (Тл) 1,64 (Тл)

ротора

F j = L j H j

L j - длина средней магнитной линии потока в ярме ротора:

L j = 2h j

h j - высота спинки ротора:

h j = - h П2 = - 31,8 = 13,7 (мм)

L j = 213,7 10 -3 = 0,027 (м)

B j =

h j - расчетная высота ярма ротора, м:

h j = = = 40,5 (мм)

B j = = 1,28 (Тл)

H j - напряженность поля, по таблице П1.6 при B j = 1,28 (Тл) H j = 307 (А/м)

F j = 0,027307 = 8,29 (А)

5. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи на пару полюсов:

F Ц = F+F Z1 +F Z2 +F a +F j = 893,25+120+81,02+339,2+8,29= 1441,83 (A)

6. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

k = F Ц / F= 1441,83/893,25 = 1,6

7. Намагничивающий ток:

I = = = 7,3 (A)

относительное значение

I = I / I 1H = 7,3 / 28,06 = 0,26

Расчет параметров асинхронной машины для номинального режима

1. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

r 1 = 115

115 - удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре, Омм. Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура равна 115 градусам. Для меди 115 = 10 -6 /41 Омм.

L 1 - общая длина эффективных проводников фазы обмотки статора, м:

L 1 = СР1 1

СР1 - средняя длина витка обмотки статора, м:

СР1 = 2(П1 + Л1)

П1 - длина пазовой части, П1 = 1 = 0,091 (м)

Л1 - лобовая часть катушки

Л1 = K Л b КТ +2В

K Л - коэффициент, значение которого берётся из таблицы 8.21: K Л = 1,2

В - длина вылета прямолинейной части катушки из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м. Принимаем В = 0,01.

b КТ - средняя ширина катушки, м:

b КТ = 1

1 - относительное укорочение шага обмотки статора, 1 = 1

b КТ = = 0,277 (м)

Л1 = 1,20,277+20,01 = 0,352 (м)

СР1 = 2(0,091+0,352) = 0,882 (м)

L 1 = 0,88296 = 84,67 (м)

r 1 = = 0,308 (Ом)

Длина вылета лобовой части катушки

ВЫЛ = K ВЫЛ b КТ +В = 0,260,277+0,01= 0,08202 (м)= 82,02 (мм) (90)

По таблице 8.21 K ВЫЛ = 0,26

Относительное значение

r 1 = r 1 = 0,308= 0,05

2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

r 2 = r C +

r C - сопротивление стержня:

r C = 115

для литой алюминиевой обмотки ротора 115 = 10 -6 / 20,5 (Омм).

r C = = 22,210 -6 (Ом)

r КЛ - сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями

r КЛ = 115 = = 1,0110 -6 (Ом) (94)

r 2 = 22,210 -6 + = 47,110 -6 (Ом)

Приводим r 2 к числу витков обмотки статора:

r 2 = r 2 = 47,110 -6 = 0,170 (Ом) (95)

Относительное значение:

r 2 = r 2 = 0,170= 0,02168 0,022

3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

х 1 = 15,8(П1 + Л1 + Д1) , где (96)

П1 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

П1 =

h 2 = h 1 - 2b ИЗ = 20,45 - 20,4 = 19,65 (мм)

b 1 = 8,66 (мм)

h K = 0,5(b 1 - b) = 0,5(8,66 - 4) = 2,33 (мм)

h 1 = 0 (проводники закреплены пазовой крышкой)

k = 1 ; k = 1 ; = = 0,091 (м)

П1 = = 1,4

Л1 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

Л1 = 0,34(Л1 - 0,64) = 0,34(0,352 - 0,640,239)= 3,8

Д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

Д1 =

= 2k СК k - k O1 2 (1+ СК 2)

k = 1

СК = 0 , так как отсутствует скос пазов

k СК определяем по кривым рис. 8.51 ,д в зависимости от t 2 /t 1 и СК

= = 1,34 ; СК = 0 ; k СК = 1,4

= 21,41 - 0,957 2 1,34 2 = 1,15

Д1 = 1,15 = 1,43

х 1 = 15,8(1,4+3,8+1,43) = 0,731 (Ом)

Относительное значение

х 1 = х 1 = 0,731= 0,093

4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

х 2 = 7,9 1 (П2 + Л2 + Д2 + СК)10 -6 (102)

П2 = k Д +

h 0 = h 1 +0,4b 2 = 17,5+0,45,5 = 19,7 (мм)

k Д = 1

П2 = = 3,08

Л2 = = = 1,4

Д2 =

= = = 1,004

так как при закрытых пазах Z 0

Д2 = = 1,5

х 2 = 7,9500,091(3,08+1,4+1,5)10 -6 = 21510 -6 (Ом)

Приводим х 2 к числу витков статора:

х 2 = х 2 = = 0,778 (Ом)

Относительное значение

х 2 = х 2 = 0,778= 0,099 (108)

Расчёт потерь мощности

1. Потери в стали основные:

P СТ. ОСН. = P 1,0/50 (k Да B a 2 m a +k ДZ B Z1 2 +m Z1)

P 1,0/50 - удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц. По табл. 8.26 для стали 2013 P 1,0/50 = 2,5 (Вт/кг)

m a - масса стали ярма статора, кг:

m a = (D a - h a)h a k C1 C =

= 3,14(0,272 - 0,0353)0,03530,0910,977,810 3 = 17,67 (кг)

С - удельная масса стали; в расчётах принимают С = 7,810 3 (кг/м 3)

m Z1 - масса стали зубцов статора, кг:

m Z1 = h Z1 b Z1 СР. Z 1 CT 1 k C 1 C =

= 24,710 -3 6,310 -3 360,0910,977,810 3 = 3,14 (кг) (111)

k Да и k ДZ - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов. Приближенно можно принять k Да = 1,6 и k ДZ = 1,8.

PСТ. ОСН. = 2,51(1,61,64217,67+1,81,93423,14) = 242,9 (Вт)

2. Поверхностные потери в роторе:

PПОВ2 = pПОВ2(t2 - bШ2)Z2СТ2

pПОВ2 - удельные поверхностные потери:

pПОВ2 = 0,5k02(B02t1103)2

B02 - амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора:

B02 = 02

02 зависит от соотношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору. 02 (при bШ1/ = 4/0,5 = 8 по рис. 8.53,б) = 0,375

k02 - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери. Примем k02 =1,5

B02 = 0,3571,180,739 = 0,331 (Тл)

pПОВ2 = 0,51,5(0,33114)2 = 568 (16,8 - 1,5)24 0,091 = 22,2 (Вт)

3. Пульсационные потери в зубцах ротора:

PПУЛ2 = 0,11mZ2

BПУЛ2 - амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов:

BПУЛ2 = BZ2

mZ2 - масса стали зубцов ротора, кг:

mZ2 = Z2hZ2bZ2СТ2kC2C =

= 2826,6510-39,110-30,0910,977,8103 = 3,59 (кг) (117)

BПУЛ2 = = 0,103 (Тл)

PПУЛ2 = 0,11= 33,9 (Вт)

4. Сумма добавочных потерь в стали:

PСТ. ДОБ. = PПОВ1+PПУЛ1+PПОВ2+PПУЛ2 = 22,2 + 33,9 = 56,1 (Вт

5. Полные потери в стали:

PСТ. = PСТ. ОСН. + PСТ. ДОБ. = 242,9 + 56,1 = 299 (Вт

6. Механические потери:

PМЕХ = KTDa4 = 0,2724 = 492,6 (Вт) (120)

Для двигателей с 2р=2 KT =1.

7. Холостой ход двигателя:

IХ. Х.

IХ.Х.а. =

PЭ1 Х.Х. = mI2r1 = 37,320,308 = 27,4 (Вт)

IХ.Х.а. = = 1,24 (А)

IХ.Х.Р. I = 7,3 (A)

IХ.Х. = = 7,405 (А)

cos хх = IX.X.a / IX.X. = 1,24/4,98 = 0,25

асинхронный трёхфазный двигатель короткозамкнутый ротор

Расчёт рабочих характеристик

1. Параметры:

r 12 = P СТ. ОСН. /(mI 2) = 242,9/(37,3 2) = 3,48 (Ом)

x 12 = U 1H /I - x 1 = 220/7,3 - 1,09 = 44,55 (Ом)

c 1 = 1+x 1 /x 12 = 1+0,731/44,55 = 1,024 (Ом)

= = =

= arctg 0,0067 = 0,38 (23) 1 o

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

I 0a = (P СТ. ОСН. +3I 2 r 1) / (3U 1H) = = 0,41 (A)

a = c 1 2 = 1,024 2 = 1,048

b = 0

a = c 1 r 1 = 1,0240,308 = 0,402 (Ом)

b = c 1 (x 1 +c 1 x 2) = 1,024(0.731+1,0241,12) = 2,51 (Ом)

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:

P СТ. +P МЕХ. = 299+492,6 = 791,6 (Вт)

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Р2НОМ = 15 кВт; I0p = I = 7,3 A ; PСТ. +PМЕХ. = 791,6 Вт

U1НОМ = 220/380 В; r1 =0,308 Ом; r2 = 0,170 Ом

2р=2 ; I0a = 0,41 A ; c1 = 1,024 ; a = 1,048 ; b = 0 ;

a = 0,402 (Ом) ; b = 2,51 (Ом)

2. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений

S = 0,005;0,01;0,015

0,02;0,025;0,03;0,035 , принимая предварительно, что SНОМ r2 = 0,03

Результаты расчёта сведены в табл. 1 . После построения рабочих характеристик (рис. 2) уточняем значение номинального скольжения: SН = 0,034.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Р2НОМ = 15 кВт cos НОМ = 0,891

U1НОМ = 220/380 В НОМ = 0,858

I1НОМ =28,5 А

Расчёт пусковых характеристик

Расчет токов с учётом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учёта влияния насы щения от полей рассеяния)

Подробный расчёт приведён для S = 1. Данные расчёта остальных точек сведены в табл. 2.

1. Активное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

= 2h C = 63,61h C = 63,610,0255= 1,62 (130)

расч = 115 о С; 115 = 10 -6 /20,5 (Омм) ; b C /b П =1 ; 1 = 50 Гц

h C = h П - (h Ш +h Ш) = 27,2 - (0,7+1) = 25,5 (мм)

- ”приведённая высота” стержня

по рис. 8.57 для = 1,62 находим = 0,43

h r = = = 0,0178 (м)= 17,8 (мм)

так как (0,510,5) 17,8 (17,5+0,510,5):

q r =

h r - глубина проникновения тока в стержень

q r - площадь сечения, ограниченного высотой h r

b r = = 6,91 (мм)

q r = = 152,5 (мм 2)

k r = q C /q r = 195,2 / 152,5 = 1,28 (135)

K R = = 1,13

r С = r C = 22,210 -6 (Ом)

r 2 = 47,110 -6 (Ом)

Приведённое сопротивление ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

r 2 = K R r 2 = 1,130,235 = 0,265 (Ом)

2. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

для = 1,62 = kД = 0,86

KX = (П2 +Л2 +Д2)/(П2 +Л2 +Д2)

П2 = П2 - П2

П2 = П2(1- kД) = =

= = 0,13

П2 = 3,08 - 0,13 = 2,95

KX = = 0,98

x2 = KXx2 = 0,980,778 = 0,762 (Ом)

3. Пусковые параметры:

Индуктивное сопротивление взаимной индукции

х 12П = k x 12 = 1,644,55 = 80,19 (Ом) (142)

с 1П = 1+х 1 /х 12П = 1+1,1/80,19 = 1,013 (143)

4. Расчёт токов с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

R П = r 1 +c 1 П r 2 /s = 0,308+1,0130,265 = 0,661 (Ом)

Таблица 2 . Расчёт токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом влияния эффекта вытеснения тока

Р2НОМ = 15 кВт; U1 = 220/380 B ; 2р=2 ; I1НОМ = 28,5 А;

r2 = 0,170 Ом; х12П = 80,19 Ом; с1П = 1,013 ; SНОМ = 0,034

XП = х1 + с1Пх2 = 0,731+1,0130,762 = 1,5 (Ом)

I2 = U1 / (RП2+ХП2)0,5= 220/(0,6612+1,52)0,5= 137,9 (A)

I1 = I2 (RП2+(ХП+х12П)2)0,5/ (c1Пх12П)=

=137,9(0,6612+(1,5+80,19)2)0,5/(1,01380,19)= 140,8 (A)

Расчет пусковых характеристик с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчёт проводим для точек характеристик, соответствующих S=1; 0,8 ; 0,5 ;

0,2 ; 0,1 , при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учётом влияния вытеснения тока.

Данные расчёта сведены в табл. 3. Подробный расчёт приведён для S=1.

1. Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем k НАС =1,35:

Средняя МДС обмотки, отнесённая к одному пазу обмотки статора:

F П. СР. = = = 3916,4 (А)

C N = = 1,043

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:

B Ф =(F П. СР. /(1,6С N))10 -6 =(3916,410 -6)/(1,60,810 -3 1,043)=5,27(Тл)

для B Ф = 5,27 (Тл) находим к = 0,47

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения:

сЭ1 = (t1 - bШ1)(1 - к) = (14 - 4)(1 - 0,47) = 6,36

П1 НАС. =((hШ1 +0,58hK)/bШ1)(сЭ1/(сЭ1+1,5bШ1))

hK = (b1 - bШ1)/2 = (10,5 - 4)/2 = 3,25 (153)

П1 НАС. =

П1 НАС. = П1 - П1 НАС. = 1,4 - 0,37 = 1,03

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения:

Д1 НАС. = Д1к = 1,430,47 = 0,672

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения:

х1 НАС. = (х11 НАС.)/ 1 = = 0,607 (Ом)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения и вытеснения тока:

П2. НАС. = (hШ2/bШ2)/(cЭ2/(сЭ2+bШ2))

сЭ2 = (t2 - bШ2)(1 - к) = (16,8 - 1,5)(1 - 0,47) =10,6

hШ2 = hШ +hШ = 1+0,7 = 1,7 (мм)

П2. НАС. =

П2. НАС. = П2 - П2. НАС. = 2,95 - 0,99 = 1,96

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения:

Д2. НАС. = Д2к = 1,50,47 = 0,705

Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:

х2 НАС = (х22 НАС.)/ 2 = = 0,529 (Ом)

с1П. НАС. = 1+ (х1 НАС. /х12 П) = 1+(0,85/80,19) = 1,011

Таблица 3 . Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Р2НОМ = 15 кВт; U1 = 220/380 B ; 2р=2 ; I1НОМ = 28,06 А;

I2НОМ = 27,9 А; х1 = 0,731 Ом; х2 = 0,778 Ом; r1 = 0,308 Ом;

r2 = 0,170 Ом; х12П = 80,19 Ом; СN = 1,043 ; SНОМ = 0,034

2. Расчёт токов и моментов

RП. НАС. = r1+c1П. НАС. r2/s = 0,393+1,0110,265 = 0,661 (Ом) (165)

XП.НАС.=х1НАС.+с1П.НАС.х2НАС. = 1,385 (Ом) (166)

I2НАС.=U1/(RП.НАС2+ХП.НАС2)0,5= 220/(0,6612+1,3852)0,5= 187,6 (A)

I1 НАС. = I2НАС.= = 190,8 (A) (168)

IП = = 6,8

M = = = 1,75

kНАС. = I1 НАС. /I1 = 190,8/140,8 = 1,355

kНАС. отличается от принятого kНАС. = 1,35 менее чем на 3%.

Для расчёта других точек характеристики задаёмся kНАС. , уменьшенным в зависимости от тока I1 . Принимаем при:

s = 0,8 kНАС. = 1,3

s = 0,5 kНАС. = 1,2

s = 0,2 kНАС. = 1,1

s = 0,1 kНАС. = 1,05

Данные расчёта сведены в табл. 3 , а пусковые характеристики представлены на рис. 3 .

3. Критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений х1 НАС. и х2 НАС. , соответствующим скольжениям s = 0,2 0,1:

sКР = r2 / (x1 НАС. /c1П НАС. +x2 НАС) = 0,265/(1,085/1,0135+1,225)=0,12

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (и cos) , так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчёт

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

пов1 =

PЭ. П1 - электрические потери в пазовой части обмотки статора

PЭ. П1= kPЭ1= = 221,5 (Вт)

PЭ1 = 1026 Вт (из табл.1 при s = sНОМ)

k = 1,07 (для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F)

K = 0,22 (по табл. 8.33)

1 - коэффициент теплоотдачи с поверхности; 1 = 152 (Вт/м 2 С)

пов1 =

2. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

из. п1 =

П П1 = 2h ПК +b 1 +b 2 = 220,45+8,66+11,75 = 66,2 (мм) = 0,0662 (м)

ЭКВ - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, для класса нагревостойкости F ЭКВ = 0,16 Вт/(мС)

ЭКВ - среднее значение коэффициента теплопроводности, по рис. 8.72 при

d/d ИЗ = 1,32/1,405 = 0,94 ЭКВ = 1,3 Вт/(м 2 С)

из. п1 = = 3,87 (С)

3. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

из. л1=

PЭ. Л1 - эл. потери в лобовой части обмотки статора

PЭ. Л1 = kPЭ1= = 876 (Вт)

ПЛ1 = ПП1 = 0,0662 (м)

bИЗ. Л1 МАХ =0,05

из. л1= = 1,02 (С)

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

пов. л1 = = 16,19 (С)

5. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

1 = =

= = 24,7 (С)

6. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

В =

P В - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя:

P В = P - (1 - K)(P Э. П1 +P СТ. ОСН.) - 0,9P МЕХ

P - сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме:

P = P +(k - 1)(PЭ1+PЭ2) = 2255+(1,07 - 1)(1026+550) = 2365 (Вт)

PВ = 2365 - (1 - 0,22)(221,5+242,9) - 0,9492,6 = 1559 (Вт)

SКОР - эквивалентная поверхность охлаждения корпуса:

SКОР = (Da+8ПР)(+2ВЫЛ1)

ПР - условный периметр поперечного сечения рёбер корпуса двигателя, для h = 160 мм ПР = 0,32 .

В - среднее значение коэффициента подогрева воздуха, по рис. 8.70,б

В = 20 Вт/м2С.

SКОР = (3,140,272+80,32)(0,091+282,0210-3) = 0,96 (м2)

В = 1559/(0,9620) = 73,6 (C)

7. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

1 = 1 +В = 24,7+73,6 = 98,3 (С)

8. Проверка условий охлаждения двигателя:

Требуемый для охлаждения расход воздуха

В =

km = = 9,43

Для двигателей с 2р=2 m= 3,3

В = = 0,27 (м3/с)

Расход воздуха,обеспечиваемый наружным вентилятором

В = = 0,36 (м3/c)

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод

Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Список использованной литературы

1. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин” М.: «Энергоатомиздат» , 1993г. ч.1,2.

2. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин” М. : “Энергия” , 1980г.

3. А.И. Вольдек “Электрические машины” Л.: “Энергия” , 1978г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.

курсовая работа , добавлен 10.01.2011


Данные двигателя постоянного тока серии 4А100L4УЗ. Выбор главных размеров асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, конфигурация его пазов. Выбор воздушного зазора. Расчет ротора и магнитной цепи.

курсовая работа , добавлен 06.09.2012


Определение главных размеров электродвигателя. Расчёт обмотки, паза и ярма статора. Параметры двигателя для рабочего режима. Расчёт магнитной цепи злектродвигателя, постоянных потерь мощности. Расчёт начального пускового тока и максимального момента.

курсовая работа , добавлен 27.06.2016


Изоляция обмотки статора и короткозамкнутого ротора. Активные и индуктивные сопротивления обмоток. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами. Расчет параметров номинального режима работы асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 15.12.2011


Расчет параметров обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М. Клосса и в режиме динамического торможения.

курсовая работа , добавлен 23.11.2010


Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Размеры короткозамыкающего кольца, овальных закрытых пазов и магнитной цепи. Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя. Расчет параметров номинального режима работы.

курсовая работа , добавлен 23.02.2014


Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Тепловой и вентиляционный расчеты, расчет массы и динамического момента инерции.

курсовая работа , добавлен 22.03.2018


Определение допустимых электромагнитных нагрузок и выбор главных размеров двигателя. Расчет тока холостого хода, параметров обмотки и зубцовой зоны статора. Расчет магнитной цепи. Определение параметров и характеристик при малых и больших скольжениях.

курсовая работа , добавлен 11.12.2015


Режим электромагнитного тормоза асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (противовключение): механические характеристики режима динамического торможения, принципа действия схемы торможения АД: порядок ее работы и назначение органов управления.

лабораторная работа , добавлен 01.12.2011


Электромагнитный расчет трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров, определение числа пазов статора и сечения провода обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны статора, ротора, намагничивающего тока.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева

Факультет энергетики и машиностроения

Кафедра энергетики и приборостроения

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»

по дисциплине – «Электрические машины»

Выполнил Калантырев

Научный руководитель

д.т.н., проф. Н.В. Шатковская

Петропавловск 2010

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора

3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4. Расчёт ротора

5. Расчёт магнитной цепи

6. Параметры рабочего режима

7. Расчёт потерь

8. Расчёт рабочих характеристик

9. Тепловой расчёт

10. Расчёт рабочих характеристик по круговой диаграмме

Приложение А

Заключение

Список литературы

Введение

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов. Серия 4А охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт и имеет 17 высот оси вращения от 50 до 355 мм.

В данном курсовом проекте рассматривается следующий двигатель:

Исполнение по степени защиты: IP23;

Способ охлаждения: IС0141.

Конструктивное исполнение по способу монтажа: IM1081 – по первой цифре – двигатель на лапах, с подшипниковыми щитами; по второй и третьей цифрам – с горизонтальным расположением вала и нижним расположением лап; по четвертой цифре – с одним цилиндрическим концом вала.

Климатические условия работы: У3 – по букве – для умеренного климата; по цифре – для размещения в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействия песка и пыли, солнечной радиации существенно меньше, чем на открытом воздухе каменные, бетонные, деревянные и другие, не отапливаемые помещения.

1. Выбор главных размеров

1.1 Определим число пар полюсов:

Тогда число полюсов

1.2 Определим высоту оси вращения графически: по рисунку 9.18, б

1.3 Внутренний диаметр статора

Выберем значение

1.4 Определим полюсное деление

1.5 Определим расчётную мощность

Приближенные значения

1.6 Электромагнитные нагрузки А и В d определим графически по кривым рисунок 9.23, б. При

1.7 Обмоточный коэффициент

1.8 Определим синхронную угловую скорость вала двигателя W:

1.9 Рассчитаем длину воздушного зазора

1.10 Критерием правильности выбора главных размеров D и

2. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки и сечения провода обмотки статора

2.1 Определим предельные значения: t 1 max и t 1 min рисунок 9.26. При

2.2 Число пазов статора:

Окончательно число пазов должно быть кратным значению числа пазов на полюс и фазу: q. Примем

где m - число фаз.

2.3 Окончательно определяем зубцовое деление статора:

2.4 Предварительный ток обмотки статора

2.5 Число эффективных проводников в пазу (при условии