Проектирование электрических машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Выбор главных размеров

двигатель тепловой электрический

По табл. 8.6 [1, c. 275] принимаем внешний диаметр статора .

При определении внутреннего диаметра статора , принимая, что размеры пазов не зависят от числа полюсов машины, получаем приближенное выражение:

,

где - коэффициент, характеризующий отношение внутренних и внешних диаметров сердечников статоров асинхронных двигателей.

По табл. 8.7 [1, c. 276] принимаем .

Внутренний диаметр статора .

Находим полюсное деление по формуле:

,

где - число пар полюсов.

.

Определяем расчётную мощность по формуле:



где - мощность на валу двигателя, кВт;

- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, значение которого принимаем по рис. 8.20 [1, с, 276].

Предварительные значения и находятся по ГОСТ. Приближенные значения и определяем по кривым рис. 8.21 [1, с, 277].

Определяем электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 8.22 [1, с, 278]):

; .

Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки при принимаем .

Определяем расчетную длину магнитопровода по формуле:

где - синхронная угловая скорость двигателя, ;

- коэффициент формы поля.

.

Критерием правильности выбора и служит отношение , которое в данном случае находится в допустимых пределах, показанных на рис. 8.25 [1, с, 280].

На этом выбор главных размеров заканчивается.

Выполняем сравнение параметров проектируемого АД, полученных в данном разделе, с теми же параметрами аналога:

Величина
Проектируемый АД
Аналог

2. Расчет обмотки статора

Принимаем зубцовое деление по рис. 8.26 [1, с. 282].

Предельные значения : ;

Тогда возможность числа пазов статора, соответствующих выбранному диапазону ,

.

Тогда

Окончательно число пазов статора из выбранного диапазона, тогда . Обмотка двухслойная.

Зубцовое деление статора (окончательно):



.

Число эффективных проводников в пазу (при условии наличия параллельных ветвей ):

где - принятое ранее значение линейной нагрузки, ;

- номинальный ток обмотки статора, А.

.

Тогда

.

.

Принимаем , тогда по 8.19 [1, с. 284] проводников.

Полученное число округляем до четного целого: .

Окончательное число витков в фазе обмотки:

.



Имеем

.

Окончательное значение линейной нагрузки, :

.

Получим

.

Далее определяем обмоточный коэффициент исходя из того, что общим аналитическим выражением для расчета большинства современных симметричных обмоток с фазной зоной, равной электрическому углу радиан, и с целым числом пазов на полюс и фазу является:

,

где - номер гармоники ЭДС (для основной гармоники );

- число пазов на полюс и фазу;

- относительный шаг обмотки, в двухслойных обмотках асинхронных двигателей выполняют с укорочением, близким к .

Поэтому



.

После расчета уточняем значение потока :

.

Тогда

.

Определяем индукцию в воздушном зазоре:

.

Имеем

.

Значения и находятся в допустимых пределах (см. рис. 8.22, б [1, c. 278]).

Плотность тока в обмотке статора:

,

где - по рис. 8.27 [1, c. 286].

.

Площадь поперечного сечения эффективных проводников, определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:

.

.

Сечение эффективного проводника (окончательно):

принимаем число элементарных проводников , тогда .

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ (см. приложение 3 [1]):

;

;

.

Тогда .

Плотность тока в обмотке статора:

.

Окончательно

.

Выполняем равнение параметров проектируемого АД, полученных в данном разделе, с теми же параметрами аналога:



Величина
Проектируемый АД	36		40,16	0,814	4	1,18	1,24	4,629
Аналог	36		40,3	0,82	4	1,5	1,58	4,3

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора рассчитываем в соответствии с рис. 1 с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

Рис. 1. Трапецеидальные пазы статора

Принимаем предварительно по табл. 8.10 [1, с. 289]: ; , тогда

,

где - коэффициент заполнения сердечника сталью, по табл. 8.11 [1, с. 290].

.

По выбранным значениям индукций определяем высоту ярма статора:

.

Принимаем размеры паза в штампе:

ширина шлица паза - ;

высота шлица паза - .

Принимаем угол наклона грани клиновой части в трапецеидальных пазах с [1, с. 294].

Высоту паза определяем по формуле:

.

Получим: .

Размер определяют в зависимости от угла :

.

.

.

.

. 

Сумма размеров по высоте и ширине паза всех проводников и изоляции с учетом необходимых допусков на разбухание изоляции и на укладку обмотки определяет размеры части паза, занятой обмоткой.

Полученные при расчете заполнения паза его размеры являются размерами паза «в свету», т.е. размерами реального паза в собранном шихтованном сердечнике с учетом неизбежной при этом «гребенки», образующейся за счет допусков при штамповке листов и шихтовке магнитопроводов.

Размеры паза «в свету» будут меньше, чем в штампе, т.е. чем размеры паза в каждом отдельном листе штамповки, на величину припусков:

по ширине паза ;

по высоте паза .

Размеры паза «в свету» с учетом припуска на сборку:

,

где , и - размеры паза «в свету», полученные при расчете заполнения паза проводниками обмотки изоляцией.

Тогда

;

;

.



Площадь поперечного сечения трапецеидального паза, в которой размещаются обмотка, корпусная изоляция и прокладки:

,

где - площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу, ;

- площадь, занимаемая прокладками в пазу (на дне паза, под клином и между слоями в двухслойной обмотке):

.

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу находим по формуле:

,

где - односторонняя толщина изоляции в пазу по табл. 3.1 [1, с. 74].

Получим

.

.

Тогда

.

Контролем правильности размещения обмотки в пазах является значение коэффициента заполнения паза:



.

Окончательно

.

Полученное значение допустимо для механизированной укладки обмотки.

Выполняем сравнение параметров проектируемого АД, полученных в данном разделе, с теми же параметрами аналога:

Величина
Проектируемый АД	9,009	14,243	29,984
Аналог	10,5	14,9	28,2

4. Расчет ротора

Определяем воздушный зазор по формуле:

.

Имеем

.

По рис. 8.31 [1, с. 300] принимаем .

Число пазов ротора по табл. 8.16 [1, с. 306]: .

Внешний диаметр ротора: .

Длина магнитопровода ротора: .

Зубцовое деление ротора:

.

Тогда

.

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал:

,

где - коэффициент по табл. 8.17 [1, с. 319].

.

Ток в обмотке ротора:

,

где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение ;

- коэффициент приведения токов.

Приближенное значение может быть рассчитано в зависимости от номинального , который был определен в начале расчета:



.

Получим

;

Коэффициент приведения токов определяем следующим образом:

,

где - коэффициент, учитывающий влияние скоса пазов, так как пазы ротора выполняем без скоса, то .

Тогда

;

.

Площадь поперечного сечения стержня:

,

где - плотность тока в стержне литой клетки, .

Получим

.

Пазы ротора представлены на рис. 2.



Рис. 2. Грушевидные пазы короткозамкнутого ротора

Принимаем по [1, с. 313] , , .

По табл. 8.10 [1, с. 289] принимаем допустимое значении индукции на зубцах ротора .

По допустимой индукции определяем ширину зубца ротора:

.

Получим

.

После чего рассчитываем размеры паза:



,

,

.

Тогда

;

.

Условия высококачественной заливки пазов алюминием требуют, чтобы диаметр закругления нижней части паза в двигателях с - не менее 2,5 - 3 мм.

В связи с округлениями результатов расчета необходимо просчитать ширину зубцов в сечениях и по окончательно принятым размерам паза:

,

.



Имеем

;

;

По рис. 2. принимаем , , .

Полная высота паза:

.

Тогда

.

Площадь поперечного сечения стержня:

.

Получим

Плотность тока в стержне:

.

Имеем

.

Площадь поперечного сечения замыкающих колец:

,

где - токи в кольце, А;

- плотность тока в замыкающих кольцах.

Токи в кольце и плотность тока можно найти по формулам соответственно:

,

,

где - токи в стержнях;

.

Тогда

;

Размеры замыкающих колец:

;

;



;

средний диаметр замыкающих колец:

.

Разрез зубца и паза статора представлен на рис. 5.

Сравнение параметров проектируемого АД, полученных в данном разделе, с теми же параметрами аналога:

Величина
Проектируемый АД	0,9	28	32,57	9,416	4,12
Аналог	0,9	28	34,4	6,9	5,6

5. Расчет магнитной цепи

Марку электротехнической стали выбираем по рекомендациям [1, с320] в зависимости от оси вращения проектируемого асинхронного двигателя - сталь 2212, с толщиной листов 0,5 мм.

Магнитное напряжение воздушного зазора

,

где - индукция в воздушном зазоре, Тл, рассчитанная по ф. по окончательно принятому числу витков в фазе обмотки и обмоточному коэффициенту , определенному для принятой в машине обмотки;

- воздушный зазор, м;

- коэффициент воздушного зазора;

- магнитная проницаемость, .

Коэффициент воздушного зазора:



,

.

Имеем

; ,

следовательно .

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

,

где - расчетная высота зубца статора, м;

- расчетная напряженность поля в зубце статора, А, принимаем по приложению 1 [1], при условии, что .

Поэтому

.

Расчетная индукция в зубцах:

.



Тогда

.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

,

где - расчетная высота зубца ротора, м;

- расчетная напряженность поля в зубце ротора, А, принимаем по приложению 1 [1], при условии, что .

Получим

.

При зубцах на рис. 2 из табл. 8.18 [1, c324]:

.

Тогда

Индукция в зубце:

.

Имеем

.

По табл. П. 10 [2, с331] для находим .

Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

.

Тогда

Магнитное напряжение ярма статора:

,

где - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м;

- напряженность поля при индукции по кривой намагничивания для ярма, принятой при проектировании стали, по приложению П. 9. [1].

Длина средней магнитной силовой линии в ярме статора:

,

где - высота ярма статора, м:

.

Окончательно

;

;

.

Индукция в ярме статора:

,

где - расчетная высота ярма статора, м; при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре .

Для по табл. П. 9 [2, с331] находим .

Магнитное напряжение ярма ротора:

,

где - напряженность поля в ярме при индукции по кривой намагничивания для ярма принятой при проектировании стали.

- длина силовых линий в ярме, м:

.

Получим

.

Индукция в ярме ротора:

,

где - коэффициент заполнения сталью ярма ротора, принят ранее;

- расчетная высота ярма ротора, м:

.

Тогда

;

.

Для по табл. П. 9 [2, с331] находим .

Тогда

.

На этом расчет магнитных напряжений участков магнитной цепи двигателя заканчивается. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи на пару полюсов:

.

Получим

.

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

.

Тогда

.

Намагничивающий ток:

.

Окончательно

Относительное значение по 8.129 [1, с. 330]:

, поэтому можно сделать вывод о том, что размеры машины выбраны правильно.

6. Расчет параметров рабочего режима

Активное сопротивление обмотки статора:

,

где - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока (в проводниках обмотки статора асинхронных машин эффект вытеснения тока проявляется незначительно из-за малых размеров элементарных проводников, поэтому );

- общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м:

,



где - средняя длина витка обмотки, м;

- число витков фазы.

Среднюю длину витка находят как сумму прямолинейных пазовых и изогнутых лобовых частей катушки:

.

Длина пазовой части равна конструктивной длине сердечников машины: .

Длина лобовой части катушки, м:

.

Окончательно

;

;

;

.

Вылет лобовых частей катушки, м:

.

В этих формулах - средняя ширина катушки, м, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов:



,

где - укорочение шага обмотки, для двухслойной обмотки выполненной без укорочения шага, принимаем ;

и - коэффициенты, значения которых берем из табл. 8.21 [1, c. 334], , ;

- длины вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м, [1, с. 334].

Тогда

;

.

Относительное значение

.

Находим активное сопротивление фазы обмотки ротора:

,

где - сопротивление стержня:

,



- сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями:

,

где для литой алюминиевой обмотки ротора .

Окончательно

;

;

.

Приводим к числу витков обмотки статора:

.

Имеем

Относительное значение:

.



Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

,

где - расчетная длина при отсутствии радиальных вентиляционных каналов [1, c. 337].

По табл. 8.24 [1, c. 338] (см. рис. 8.50, е) [1]:

,

где;

;

;

(проводники заполнены пазовой крышкой);

;

;

.

Тогда

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

,



где и - число пазов на полюс и фазу и длина лобовой части витка обмотки.

Поэтому

.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния определяем по формуле:

,

в которой находим следующим образом, учитывая, что при полузакрытых или полуоткрытых пазах статора с учетом скоса пазов:

,

Окончательно

;

;

.

Относительное значение

.



Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

,

где по табл. 8.25 (см. рис. 8.52, а, ж)

,

где (см. рис. 8.52, а, ж и рис 8.76)

;

;

;

;

.

Тогда

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния в роторах с литыми обмотками при замыкающих кольцах, прилегающих к торцам сердечника ротора (см. рис. 8.37, б [1]) используем формулу:



.

Имеем

.

В этих формулах - средний диаметр замыкающих колец; - коэффициент приведения токов в кольце к току в стержне; и - средние высота и ширина колец.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

,

где

По кривым рис. 8.51, а [1, с. 340] принимаем

Тогда

.

Окончательно

.

Приводим к числу витков обмотки статора:

.

Тогда

Относительное значение

.

Сравнение параметров проектируемого АД, полученных в данном разделе, с теми же параметрами аналога:

Величина
Проектируемый АД
Аналог	0,028	0,021	0,094	0,12

7. Расчет потерь

Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали (основные и добавочные), электрические, вентиляционные, механические о добавочные при нагрузке.

Основные потери в стали статоров асинхронных машин по формуле:

.



где для стали 2212 - удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц;

- показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания;

и - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов [1, с. 348];

и - индукция в ярме и средняя индукция в зубцах статора, Тл;

и - масса стали ярма и зубцов статора, кг:

;

;

- высота ярма статора, м;

- расчетная высота зубца статора, м;

- удельная масса стали, в расчетах принимаем .

Тогда

;

;

Поверхностные потери в роторе:

.

.



В этих выражениях - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери.

Для определения поверхностных потерь вначале находят амплитуду пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора и ротора, Тл:

.

Для зубцов ротора - это отношение ширины шлица пазов статора к воздушному зазору:

.

Для по рис. 8.53 [1, c. 349]

Окончательно для поверхностных потерь:

;

;

Пульсационные потери в зубцах ротора:

.

Для определения пульсационных потерь вначале находиться амплитуда пульсаций индукций в среднем сечении зубцов для зубцов ротора, Тл:



.

и были рассчитаны ранее.

В формуле : - масса стали зубцов ротора, кг:

.

Тогда

;

;

.

Сумма добавочных потерь в стали:

.

Тогда

Полные потери в стали:

.

Тогда

.



Механические потери на трение в подшипниках и вентиляционные потери в двигателях с радиальной системой вентиляции без радиальных вентиляционных каналов, с короткозамкнутым ротором и вентиляционными лопатками на замыкающих кольцах, Вт:

,

где при .

.

Ток холостого хода двигателя:

,

где - реактивная составляющая тока холостого хода.

При определении активной составляющей холостого хода принимают, что потери на трение и вентиляцию и потери в стали при холостом ходе двигателя такие же, как и при номинальном режиме.

При этом условии:

.

Электрические потери в статоре при холостом ходе приближенно принимают равными:

.



Тогда

;

;

.

Коэффициент мощности при холостом ходе:

.

Окончательно

.

8. Расчет рабочих характеристик

По (8.184) [1, с. 347]:

.

.

.

Получим

;

;

Используем приближенную формулу, так как :

.

Тогда

.

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

.

Имеем

При можно использовать приближенный метод, так как в этом случае и .

Тогда

;

;

.



Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:

Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений

Расчёт режима холостого хода проводят в такой последовательности:

Так как , то при расчёте режимов холостого хода и номинального, а также при расчёте рабочих характеристик можно считать .

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении:

Расчётная масса стали зубцов статора при трапецеидальных пазах:

Магнитные потери в зубцах статора для стали 2013:



Масса стали спинки статора:

Магнитные потери в спинке статора:

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

Механические потери при степени защиты IP44, способе охлаждения IC0141:

где (при ).

Активная составляющая тока холостого хода:

Ток холостого хода:



Коэффициент мощности при холостом ходе:

Расчёт параметров номинального режима работы проводят в такой последовательности:

Активное сопротивление к.з.:

Индуктивное сопротивление к.з.:

Полное сопротивление к.з.:

Добавочные потери при номинальной нагрузке:

Механическая мощность двигателя:



Эквивалентное сопротивление схемы замещения:

Полное сопротивление схемы замещения:

Проверка правильности расчётов и :

Скольжение:

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:



Ток ротора:

Ток статора:

активная составляющая:

реактивная составляющая:

фазный:

Коэффициент мощности:



Линейная нагрузка статора:

Плотность тока в обмотке статора:

(смотреть пункт №2.2)

Линейная нагрузка ротора:

где - для короткозамкнутого ротора.

Ток в стержне короткозамкнутого ротора:

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора:

Ток в короткозамыкающем кольце:

А

Электрические потери в обмотке статора:

То же в обмотке ротора:

Суммарные потери в электродвигателе:

Подводимая мощность:

Коэффициент полезного действия:

%

Проверка правильности вычислений и :



Коэффициент мощности определяем следующим образом: продливаем вектор тока статора до пересечения со вспомогательной окружностью в точке L, из этой точки проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения оси ординат в точке N; отрезок даёт значение .

Для определения отрезка, соответствующего максимальному моменту выполняем следующие построения. Из центра круговой диаграммы проводим линию, перпендикулярную линии моментов OG, до пересечения с окружностью в точке М. из этой точки опускаем перпендикуляр к линии диаметров до пересечения с линией моментов в точке . Отрезок определяет величину максимального момента.

Рабочие характеристики рассчитываем и строим с помощью аналитического расчёта. Воспользуемся формулами из расчёта режима холостого хода для пяти значений (таблица1) (,,,,).

Таблица 1

Условные обозначения	Отдаваемая мощность в долях от номинальной
	9.25	18.5	27.75	37	46.25
	50.54	101.09	151.64	202.18	252.73
	9674	18975	28275	37576	46876
	14.69	7.31	4.77	3.474	2.67
	14.85	7.48	4.95	3.664	2.88
	0.003	0.006	0.009	0.013	0.017
	14.8	29.4	44.43	60.04	76.4
	16.05	30.55	45.35	60.47	75.98
	21.76	23.56	26.59	31	37.02
I1, A	27.05	38.59	52.57	67.96	84.52
	180.9	368.42	683.94	1142.87	1767.6
	30.88	121.68	277.88	507.3	821.3
	1352	1681	2203	2942.3	3931.6
	10602	20181	29953	39942.3	50181.6
%	87.24	91.67	92.6	92.63	92.17

9. Расчет рабочих характеристик по круговой диаграмме

При изменении нагрузки асинхронной машины, но при  и постоянных параметрах  конец вектора тока перемещается по окружности. Эту окружность, являющуюся геометрическим местом концов векторов тока , вместе с дополнительными построениями, необходимыми для ее исследования, называют круговой диаграммой асинхронной машины (рис. 1). Существование круговой диаграммы может быть доказано, исходя из основных уравнений асинхронной машины. Круговая диаграмма соответствует схеме замещения асинхронной машины. Она может быть построена по опытным или расчетным данным. Каждому значению скольжения соответствует на круговой диаграмме вполне определенная точка. Круговая диаграмма может быть использована для определения рабочих характеристик асинхронной машины при условии, что ее параметры в исследуемых режимах остаются постоянными.

Рис. 1. Круговая диаграмма

Построение круговой диаграммы по опытным данным производится на основании двух опытов - холостого хода и короткого замыкания.

Для построения круговой диаграммы асинхронного двигателя, соответствующей Г-образной схеме замещения, необходимы следующие данные (полученные при  или пересчитанные к номинальному напряжению): фазные токи холостого хода () и короткого замыкания (); разность между потерями холостого хода и механическими потерями (); потери короткого замыкания (); сопротивление фазы обмотки статора , приведенное к расчетной рабочей температуре. [При построении предполагается, что токи идеального (s = 0) и реального холостого хода одинаковы.

Круговая диаграмма строится в следующем порядке (рис. 1).

Выбирается масштаб тока , А/мм, из соображений удобства построения диаграммы (вектор тока короткого замыкания  обычно выбирается равным 150-250 мм).

Определяется масштаб мощности , Вт/мм.

Вертикально вверх откладывают вектор , Строят точку  идеального холостого хода (s=0) по току  (в масштабе тока) и потерям  (в масштабе мощности). Строят точку  короткого замыкания (s=1) по току  и потерям Рк. Из точки N - середины отрезка  - восстанавливают к нему перпендикуляр, который пересекает в точке Ок линию  проведенную через точку  под углом  к горизонтали;

Точка Ок является центром окружности токов, радиус которой равен .

Для определения точки Н, соответствующей , проводят прямую  под углом a к диаметру ;



где  - диаметр круговой диаграммы в амперах.

Точки Аx (s=0), Ак (s=1) и Н () делят окружность токов на три части, соответствующие режимам работы двигателем, генератором и тормозом.

Точка R реального холостого хода расположена на диаграмме несколько выше точки Ах идеального холостого хода.

Опытные данные, необходимые для построения круговой диаграммы асинхронных двигателей с частотой , получают в опытах холостого хода и короткого замыкания при номинальной частоте, если высота стержней короткозамкнутой обмотки не превышает 10 мм для медных стержней и 16 мм для алюминиевых стержней. При большей высоте стержней и при двойной беличьей клетке опыт короткого замыкания с целью исключения влияния вытеснения тока на  проводят при частоте .

б) Построение круговой диаграммы по расчетным данным (рис. 16-43) производится на основании известных параметров , определенных с учетом вытеснения тока, и параметров , определенных без учета насыщения и вытеснения тока.

Диаметр окружности токов

где  ( - см. раздел).

Ток холостого хода при s=0



Коэффициент мощности при s=0

Масштаб тока , А/мм, выбирается из тех же соображений, что и в п. «а» ( мм).

При построении круговой диаграммы вертикально вверх направляют вектор , под углом  к нему откладывают вектор . Далее так же, как в п. «а», строят отрезок  и проводят из середины отрезка как из центра окружности. Из произвольной точки  восстанавливают перпендикуляр , на котором откладывают отрезки , где . Через точку Ax и точки проводят линии до пересечения с окружностью в точке Н () и точке  (s=1).

в) Определение по круговой диаграмме величин, характеризующих режим нагрузки машины (рис. 1).

Линия первичной мощности .

Линия электромагнитной мощности (Рэм) или линия электромагнитного момента .

Линия механической мощности .

Линия вторичной мощности .

Масштабы: тока , А/мм; мощности , Вт/мм; момента  (или ).

Для режима нагрузки, соответствующего некоторой точке А на круговой диаграмме:

ток статора , А;

ток ротора (приведенный к статору) , А;

первичная мощность , Вт;

электромагнитная мощность , Вт;

электромагнитный момент ;

механическая мощность , Вт;

полезная (вторичная) мощность , Вт;

коэффициент мощности 

к. п. д. 

скольжение 

Для более точного определения к. п. д. и скольжения используют дополнительные построения.

г) Определение по круговой диаграмме максимального момента, максимальной мощности, перегрузочной способности и кратности пускового момента (рис. Круговая диаграмма)

Максимальный электромагнитный момент , где  - отрезок перпендикуляра  к диаметру , опущенного из точки К касания окружности касательной, проведенной параллельно линии электромагнитного момента .

Максимальная механическая мощность , Вт, где  - отрезок перпендикуляра  к диаметру , опущенного из точки G касания окружности касательной, проведенной параллельно линии механической мощности .

Если точка Ан соответствует номинальному режиму, то кратность максимального момента, или перегрузочная способность двигателя,



где  - отрезок перпендикуляра, опущенного из точки Ан на диаметр AхF.

Кратность начального пускового вращающего момента (без учета влияния насыщения стали и вытеснения тока на )

где  - отрезок перпендикуляра, опущенного из точки Н на диаметр AхF.

10. Расчет пусковых характеристик

Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния).

Учитывая, что индуктивное сопротивление взаимной индукции с уменьшением насыщения магнитопровода увеличивается, в расчете пусковых характеристик для скольжений , оно может быть принято равным:

.

Тогда

.

Не внося большой погрешности, в расчетных формулах пусковых режимов пренебрегают сопротивлением . Это оправдано при токах, заметно превышающих номинальный, так как электрические потери в обмотках, возрастающие пропорционально квадрату тока, многократно превышают потери в стали, для учета которых в схему замещения введен параметр .

При этом допущениях коэффициент

.

Имеем

.

Максимальный момент двигателя вначале определяем по приближенному значению критического скольжения:

.

Получим

.

По рис. 2. определяем:

.

Данные расчета остальных точек сведены в табл. 2.

В качестве примера приведен расчет для :

1. ;

2. : по кривой рис. 8.57 [1, c. 366] ;

;

,

где

где

;

;

; по кривой рис. 8.58 [1, c. 366] ;

,

;

;

;

;

.



Таблица 2. Пусковые характеристики асинхронного двигателя

№ п/п	Расчетные формулы	Размерность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,22=sкр
1		-	1,932	1,727	1,366	0,864	0,611	-
2		-	0,97	0,62	0,34	0,089	0,61	-
3		мм	15,416	18,747	22,664	28,935	29,998	28,637
4		-	1,638	1,389	1,199	1	1	1
5		-	1,332	1,202	1,104	1	1	1
6		Ом	0,254	0,229	0,211	0,19	0,19	0,19
7		-	0,75	0,82	0,91	0,97	0,98	0,97
8		-	3,446	3,536	3,652	3,729	3,742	3,729
9		-	0,953	0,966	0,983	0,994	0,966	0,994
10		Ом	1,082	1,096	1,115	1,128	1,13	1,128
11		Ом	0,511	0,544	0,680	1,220	2,186	1,128
12		Ом	1,97	1,985	2,005	2,017	2,019	2,017
13		А	186,623	184,557	179,487	161,172	127,67	164,383
14		А	195,71	187,652	182,552	163,974	129,94	167,236

Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.

Расчет производим для точек характеристик, соответствующих ; ; ; ; при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учетом влияния вытеснения тока (табл. 2).

Данные расчета сведены в табл. 3.

В качестве примера приведен расчет для .

1. Ориентировочно для расчета пускового режима принимаем по рекомендациям [1, с. 370]

2. Определяем среднюю магнитодвижущую силу, отнесенную к одному пазу обмотки статора:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Полученный в расчете коэффициент насыщения отличается от принятого приблизительно до 3%, что вполне допустимо.

Таблица 3. Пусковые характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

№ п/п	Расчетные формулы	Размерность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,22=sкр
1		-	1,35	1,3	1,25	1,1	1,05	1,07
2		А	6910	6581	6111	4778	3618	3905
3		Тл	4,697	4,471	4,151	3,246	2,458	2,650
4		-	0,48	0,52	0,55	0,69	0,75	0,72
5		мм	6,76	6,24	5,85	4,03	3,25	3,64
6		-	1,14	1,182	1,199	1,26	1,297	1,278
7		-	0,773	0,837	0,866	1,111	1,208	1,159
8		Ом	0,59	0,597	0,693	0,629	0,641	0,635
9		-	1,007	1,007	1,008	1,008	1,008	1,008
10		мм	10,4	9,6	9	6,2	5	5,6
11		-	1,878	1,957	2,172	2,355	2,437	2,387
12		-	1,291	1,399	1,470	1,856	2,618	1,957
13		Ом	0,739	0,769	0,817	0,906	0,945	0,925
14		Ом	0,564	0,6	0,714	1,229	2,122	1,906
15		Ом	1,335	1,372	1,425	1,542	1,594	1,567
16		А	262,275	253,766	238,34	192,647	143,19	157,84
17		А	264,701	256,213	240,783	194,851	144,931	159,761
18		-	1,317	1,289	1,254	1,142	1,071	1,08
19		-	6,606	6,394	6,009	4,883	3,751	3,984
20		-	1,414	1,475	1,783	2,58	2,778	2,979

Определяем критическое скольжение:

,

после чего рассчитываем точку характеристики, соответствующую : .

Кратности пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.



11. Тепловой расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя,°С:

.

По табл. 8.33 [1, c. 402] принимаем .

Электрические потери в обмотке статора делятся на потери в пазовой части и потери в лобовых частях катушек :

,

,

где - коэффициент увеличения потерь, для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F

Тогда

.

По рис. 8.70, б [1, с. 400] принимаем среднее значение коэффициента теплоотдачи с поверхности .

Имеем

.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора,°С:



,

где - расчетный периметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов:

,

где , и - размеры паза в штампе (рассчитаны ранее).

Для изоляции класса нагревостойкости F , по рис. 8.72 [1, с. 402] для находим .

Тогда

;

.

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

.

Тогда

;

;

.

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

.

Имеем

.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:

.

Получим

.

Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды:

,

где для ;

- сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт:



,

,

где - сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре, из табл. 1 для .

Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса с учетом поверхности ребер станины:

,

где - условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя; значение которого принимаем по рис. 8.73 [1, с. 404] для .

Окончательно

;

;

;

.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

.

Тогда

.

Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для двигателей со степенью защиты IP44 охлаждения расход воздуха:

.

где - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором:

.

Коэффициент принимаем по рекомендациям [1, с. 407] .

Тогда

;

;

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, может быть определен по формуле:

.

Тогда

.

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах (по табл. 7.1 [1, с. 212].

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха, так как (по требованиям [1, с. 407]).

Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.



Заключение

В заключение хотелось бы отметить, что поставленная цель курсового проектирования, т.е. освоение основных приемов проектирования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в принципе была достигнута, хотя и потребовала значительного времени для нахождения оптимальных параметров расчета.

При выполнении курсового проекта был решен ряд задач, спроектированный двигатель по условиям задания удовлетворяет условиям пуска; в результате теплового расчёта было установлено, что вентилятор двигателя обеспечивает достаточное его охлаждение и защиту от перегрева.

В ходе расчета каждого раздела курсового проекта осуществлялось сравнения с аналогом проектируемого двигателя.

Анализируя расхождения данных, приведенных в аналоговом двигателе и полученных в результате расчетов, необходимо отметить, что эти расхождения, хотя и минимальны, имеют место в результате приближенного определения электромагнитных нагрузок, выбора значений по кривым намагничивания и т.п., поэтому это наложило свой отпечаток на рассчитанные данные.

Элементы механической части были выбраны в соответствии с условиями прочности и износостойкости в продолжительном режиме работы.

В результате моделирования спроектированного двигателя были определены характеристики двигателя с параметрами номинального и пускового режима.

Исследовательской частью данного курсового проекта являлось исследование влияния закона управления U/f=const на динамические пусковые характеристики.

В ходе исследования было установлено, что этот способ позволяет поддерживать максимальный момент, учитывая постоянство магнитного потока. Спроектированный двигатель в целом удовлетворяет техническому заданию и требованиям, предъявляемым при разработке новых двигателей.



Список литературы

Копылов И.П. Проектирование электрических машин: том 1. / Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1993.

Копылов И.П. Проектирование электрических машин: том 2. / Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1993.

Асинхронные двигатели серии 4А: Справ./ А.Э. Кравчик и др. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Электрические машины: асинхронные машины. Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. - М. Транспорт, 1999. - 464 с.

Размещено на Allbest.ru

...