Проектирование асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Российский Государственный Университет нефти и газа им. И.М. Губкина

Кафедра ТЭЭП

Курсовая работа по теме:

«Проектирование асинхронного двигателя»

Выполнил: Карпусенко А.А.

Проверила: Егоров А.В.

Москва 2012

Техническое задание

Номинальная мощность P = 75 кВт;

напряжение - 220/380 В;

синхронная частота вращения - 1000 об/мин;

число фаз - 3;

частота сети - 50 Гц;

предельное значение пускового тока - (5...6) I_ном;

значение пускового момента 1,2-1,3 M_ном;

режим работы - продолжительный;

конструктивное исполнение - IM1001;

исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды - IР44;

категория климатического исполнения - У3;

способ охлаждения - самовентиляция

базовая модель - двигатель 4А280S6.

Введение

Асинхронный двигатель (АД) в качестве преобразователя электрической энергии в механическую составляет основу большинства приводов механизмов, использующихся во всех отраслях народного хозяйства. АД потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточные меди, изоляции, электротехнической стали и других затрат. Средства на ремонт и обслуживание АД в эксплуатации составляют более 5% затрат по обслуживанию всего установленного оборудования.

Поэтому проектирование и создание высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей задачей, Серия двигателей 4А подходит в качестве прототипа при учебном проектировании. На примере серии 4А просматривается сложность проектирования АД особенно при создании серии машин разной мощности. Некоторые параметры отличаются на 5-10% от рассчитываемых по методике Копылова для получения требующихся технических показателей двигателя, сокращения числа типовых конструктивных частей. В курсовом проекте допускаются отклонения от расчетного значения на 5-10% со ссылкой: «Принимаем…», если это не ухудшает основные параметры базового АД.

В задании указано предельное значение пускового тока и дано значение пускового момента. Пусковой ток отличаются в пределах 12% от данного параметра двигателя прототипа 4A280S6, поэтому при расчете необходимо уделить внимание параметрам Г-образной схемы замещения двигателя. Уменьшение пускового тока за счет увеличения сопротивления короткого замыкания z_k = (x_k² + r_k²)^0,5 не должно привести к снижению отношения M_max/ M_п.

При курсовом проектировании асинхронного двигателя в качестве основного использовался источник [1], ссылка на который в тексте ставилась в скобках, например, {стр.164, рис.6-7,а [И.П. Копылов]}. Для сокращения объема текста для источника [1] фамилия не указывалась, например, «по (6-250)». Остальные источники отмечались цифрой в квадратных скобках.

асинхронный двигатель статор ток

1. Определение главных размеров

1. Число пар полюсов:

. (1.1)

2. Высота оси вращения (предварительно): h = 280мм {стр.164, рис.6-7,а [И.П.Копылов]}. Принимаем ближайшее значение h = 280мм и меньший наружный диаметр статора асинхронного двигателя D_a = 0,52 м, {3, стр.236}. .

3. Внутренний диаметр статора:

м,

где = 0,71 - характеризует отношение внутреннего и внешнего диаметра двигателя .

4. Полюсное деление:

м. (1.2)

5. Расчётная мощность:

Вт, (1.3)

где = 0,97 - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению ; = 0,92 и cos = 0,89 - значения КПД и коэффициента мощности АД .

6. Электромагнитные нагрузки (предварительно):

А = 40,1•10³ = 40100А/м; {рис.6-11,в [И.П.Копылов]}

В = 0,79 Тл, {рис.6-11,в [И.П.Копылов]}

.

7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно): k_об1 = 0,925 , .

8. Расчётная длина воздушного зазора:

м, (1.4)

где коэффициент полюсного перекрытия и коэффициент формы поля в асинхронных машинах определяются степенью уплощения кривой поля в зазоре, возникающей при насыщении зубцов статора и ротора, и могут быть достаточно достоверно определены только после расчета магнитной цепи. Поэтому до расчета магнитной цепи удобнее рассматривать синусоидальное поле, а влияние уплощения учесть при расчете магнитного напряжения отдельных участков магнитной цепи. Основываясь на этом, значения коэффициентов предварительно принимают равными: , ; синхронная угловая скорость вала двигателя:

=рад/с .

9. Критерием правильности выбора главных размеров D и служит отношение:

, (1.5)

полученное значение находится в рекомендуемых пределах .

В результате проделанных вычислений получены значения высоты оси вращения h, внутреннего диаметра статора D, наружного диаметра статора , расчётной длины воздушного зазора и полюсного деления .

2. Определение z1, w1 и сечения провода обмотки статора

10. Предельные значения t₁ - зубцовое деление : t_1max = 18 мм; t_1min = 16 мм, .

11. Число пазов статора:

; (2.1)

.

Принимаем Z₁ = 72, тогда число пазов на полюс и фазу:

, (2.2)

где ф_z = Z₁/2p =12 - полюсное деление, выраженное числом пазов.

Принимаем двухслойный тип обмотки, так как мощность двигателя более 15 кВт.

12. Зубцовое деление статора (окончательно):

м. (2.3)

13. Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии, что а = 1):

(5), (2.4)

где - номинальный ток обмотки статора:

А . (2.5)

14. Принимаем а = 3, тогда

.

15. Окончательные значения:

число витков в фазе обмотки:

; (2.6)

линейная нагрузка:

А/м; (2.7)

магнитный поток:

Вб, (2.8)

для двухслойной обмотки {по (3-3) [И.П.Копылов]} k_об1 = k_Рk_у = 0,9580,966 = 0,925;k_Р - коэффициент распределения, при q = 4 k_Р = 0, 958 {;

k_у - коэффициент укорочения, k_у = sin (0,5р в) = 0,966 {по (3-4) [И.П.Копылов]}; укорочение в = y/ф_z = 10/12 = 0,833 ? 0,83, см.п.11, , {c.228 [3]};

для м - = 0,97 ;

Индукция в воздушном зазоре:

Тл. (2.9)

Линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов Z₁ и эффективных проводников в пазу находятся в рекомендуемых пределах, переходим к расчёту сечения эффективного проводника и обмоточного провода {рис.6-11,в [И.П.Копылов] } .

16. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

А/м²,(2.10)

гдеА²/м³ - значение произведения плотности тока на величину линейной нагрузки {стр.173, рис.6-16, [И.П.Копылов]}. В данном расчете (AJ₁) принята с учетом того, что для P=55-132 кВт J_1ср= 4,6 А/мм² [3, стр.29-30].

17. Сечение эффективного проводника (предварительно):

 м² = 10,06 мм²; (2.11)

Принимаем число элементарных проводников n_эл = 2 и выбираем прямоугольный провод {стр.471, табл.П-29, И.П.Копылов]}: a x b = 1,8 x 3 мм - размеры неизолированного провода; d_из = 0,15 мм - толщина изоляции; a' x b' = 1,95 x 3,15 мм - средние размеры изолированного провода; q_эл = 5,04 мм² - площадь поперечного сечения неизолированного провода,

q_эф = 2•5,04 = 10,08 мм².

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

А/м²=4,59 А/мм². (2.12)

3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора с соотношением размеров, обеспечивающим параллельность боковых граней пазов.

Рис. 3.1. Паз статора

19. Принимаем предварительно :

В_z1 = В_z1max = 1,8 Тл - максимальное значение индукции на зубцах статора в минимальном сечении; В_а = 1,45 Тл - значение индукции на ярме статора, тогда: ширина зубца:

мм, (3.1)

где - длина стали сердечников статора (в асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250-300 мм, радиальных вентиляционных каналов не делают, сердечники шихтуются в один пакет, для такой конструкции справедливо ) ; - коэффициент заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора асинхронных двигателей для стали 2312 .

Высота ярма:

мм. (3.2)

20. Размеры паза в штампе

b_ш = 0,5 b_п + 1 - ширина шлица паза; h_ш - высота шлица паза,

(так как h > 250 мм, то h_ш = 0,8 мм, h_к = 3,5 мм ):

мм; (3.3)

Предварительномм; (3.4)

b_ш = 0,5 b_п + 1 = 0,5^. 8,6 + 1 = 5,3 мм.

21. Максимальная и средняя (1/3h) ширина зубца по (6-37), (6-38):

м

м

22. Уточняем ширину паза по (6-33)

(3.5)

23.Проверяем ширину паза согласно (6-35) (для b=3 мм):

b = 0,5(b_п - Д_из) = 0,5(b_п - 2b_из - Дb_п) = 0,5(8,75 - 2 ^.1,1 - 0,3) = 3,15 мм

[по табл.3-7 b_из=1,1 мм, по стр.177 Дb_п=0,3 мм]

мм. (3.6)

Проверяем высоту паза для укладки провода a=1,8 мм:

a = (h₁ - Д_из)/14 = (h_п - b_из - Дh_п)/14 = (34,7 - 4,5 - 0,3)/14 = 2,15 мм

[по табл.3-7 b_из=4,5 мм, по стр.177 Дh_п=0,3 мм]

Выбранный провод можно уложить в расчетный паз статора.

24. Коэффициент заполнения паза медью:

.

Полученное значение удовлетворяет рекомендациям для машин с напряжением < 660 В.

Рис. 3.2. Параметры паза в штампе

4. Расчёт ротора

25. Воздушный зазор: [3, cтр.236]:

д = (D/1,2)(1+(9/2p))10^-3 = (0,37/1,2)(1+(9/6) = 0,00077 м

Принимаем мм.

26. Число пазов ротора : .

27. Внешний диаметр:

(4.1)

28. Длина: м.

29. Зубцовое деление:

t_z2 = рD₂/Z₂ = р0,37/82 = 0,01411 м = 14,1 мм. (4.2)

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

D_j = D_в = k_вD_a = 0,23^.0,52 = 0,1196 м ? 120 мм, (4.3)

где .

31. Ток в стержне ротора:

I₂ = k_i I₁ н₁ = 0,92^.138,8^.3,79 = 484 А, (4.4)

где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение ; коэффициент приведения токов

. (4.5)

32. Площадь поперечного сечения стержня предварительно:

мм², (4.6)

[плотность тока в стержне литой клетки принимаем А/м²].

33. Паз ротора.

Принимаем размеры шлица: мм и мм, высота перемычки над пазом мм .



Рис. 4.1. Грушевидный закрытый паз короткозамкнутого ротора

Допустимая ширина зубца:

(4.7)

где- зубцы ротора при постоянном сечении .

Размеры паза:

(4.8)

мм; (4.9)

Предварительно мм. (4.10)

Принято мм; мм;,3 мм.

Полная высота паза:

мм.(4.11)

Сечение стержня окончательно:

(4.12)

Рис. 4.2. Размеры паза ротора в штампе

34. Плотность тока в стержне:

А/м2. (4.13)

35. Короткозамыкающие кольца.

Площадь поперечного сечения предварительно:

мм², (4.14)

где - токи в кольце; (4.15)

; (4.16)

А/м². (4.17)

Рис. 4.3. Замыкающие кольца короткозамкнутого ротора с литой обмоткой

Размеры замыкающих колец (по стр. 186):

мм;

мм. Принимаем a_кл = 19,5 мм

мм²;

Площадь клетки больше предварительной, коррекция не нужна.

мм.

5. Расчёт намагничивающего тока

36. Значения индукций:

в зубцах статора:

Тл; (5.1)

в зубцах ротора:

Тл; (5.2)

в ярме статора:

Тл; (5.3)

в ярме ротора:

Тл, (5.4)

где h_j - расчётная высота ярма ротора при 2p = 6 по (6-108), d_к =20 мм.- диаметр аксиальных каналов в одном ряду (m_к =1).

37. Магнитное напряжение воздушного зазора:

А, (5.5)

где - коэффициент воздушного зазора, если одна из поверхностей гладкая,

где: .

38. Магнитные напряжения зубцовых зон:

статора:

А; (5.6)

ротора:

А, (5.7)

где : А/м при Тл; А/м при Тл; мм; мм.

39. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

. (5.8)

Полученное значение позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных проектируемой машины. Коэффициент насыщения зубцовой зоны должен входить в отрезок .

40. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

А; (5.9)

А, (5.10)

где : А/м при Тл, А/м при Тл,

м - средняя длина магнитной линии ярма статора,

м - длина средней магнитной линии потока в ярме ротора,

где мм - высота спинки ротора.

41.Магнитное напряжение на пару полюсов:

(5.11)

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

. (5.12)

43. Намагничивающий ток:

А; (5.13)

относительное значение:

. (5.14)

Относительное значение служит определённым критерием правильности произведённого выбора и расчёта размеров и обмотки двигателя. Относительное значение намагничивающего тока должно входить в отрезок

6. Параметры рабочего режима

44. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Ом. (6.1)

Для класса нагревостойкости изоляции F расчётная величина

⁰С. Для меди .

Длина прямоугольных проводников фазы обмотки статора

м,

где м - средняя длина витка как сумма прямолинейных пазовых и изогнутых лобовых частей катушки по (6-134); м - длина пазовой части равна конструктивной длине сердечников машины; длина лобовой части: м по (6-138), где В=0,025 м - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, S_k = 0,0035 по табл.(6-20); коэффициент К_Л = 1/(1-m_k²)^0,5 = 1/(1-0,4²)=1,1;

m_k = (b + S_k)/t₁ = (0,003+0,0035)/0,0161 = 0,4 по (6-141) по (6-141)

м

- средняя ширина катушки, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов по (6-137), где - относительное укорочение шага обмотки статора. Для укороченной двухслойной обмотки принят в п.15 Расчета в₁ = 0,83.

Длина вылета лобовой части катушки (6.2):

где коэффициент = 0,23 .

Рис. 6.1. Катушка двухслойной обмотки. Общий вид

Относительное значение:

. (6.3)

45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

Ом, (6.4)

где Ом - сопротивление стержня по (6-165);

Ом

- сопротивление участка замыкающего кольца по (6-166), заключённого между двумя соседними стержнями, где для литой алюминиевой обмотки ротора •м.

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора по (6-169) :

Ом.(6.5)

Относительное значение:

.(6.6)

46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

(6.7)

где коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния прямоугольн. полуоткр. паза :

 (6.8)

где мм; мм; (для рис.6-38,б, (табл.3-7),стр.257); h₀=0,001`+0,5(0,0002+0,0006)=0,0014 м,

h₂=0,0005`+(0,25(0,0002+0,0006))=0,0007 м.

;

при укорочении в = 0,83 (см. п.15), k'_в = 0,25(1+3 в);

k_в = 0,25(1+3 k'_в) k`_в =0,875, k_в =0,906,

при отсутствии радиальных каналов м.

коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния: (6.9)

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

(6.10)

где

 для (коэффициент скоса, выраженный в долях зубцового деления ротора, при отсутствии скоса ) и ].

Относительное значение

(6.11)

47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора (6-178):

(6.12)

где коэффициент магнитной проводимости пазов рассеяния короткозамкнутых роторов: (6.13)

мм,

мм, мм, (для рабочего режима);

м;

коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

 (6.14)

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора (по (6-174)

, (6.15)

где

, (6.16)

где .

Приводим x₂ к числу витков статора:

Ом. (6.17)

Относительное значение:

. (6.18)

7. Расчёт потерь

48. Потери в стали основные:

= (7.1)

Вт,

где Вт/кг и - удельные потери для стали 2312

; коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерного распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов: k_да=1,6; k_дz=1,8;

масса стали ярма по (6-184):

(7.2)

,

где высота ярма статора:

; (7.3)

масса стали зубцов статора по (6-185):

(7.4) ,

где

- расчётная высота зубца статора; - средняя ширина зубца статора; - удельная масса стали.

49. Поверхностные потери в роторе по (6-190):

(7.5)

,

где удельные поверхностные потери в роторе по (6-188):

(7.6)

где - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора (по стр.207); амплитуда пульсаций индукции B₀₂ по (6-186)

, где (7.7)

для

50. Пульсационные потери в зубцах ротора по (6-196): (7.8)

Вт,

где

Тл - амплитуда

пульсаций индукции в среднем сечении зубцов, где из п. 37 расчёта; масса стали зубцов ротора по (6-197):

(7.9)

,

где - расчётная высота зубца ротора из п.38;

- средняя ширина зубца ротора.

51. Сумма добавочных потерь в стали:

Вт. (7.10)

52. Полные потери в стали:

Вт. (7.11)

53. Механические потери для АД с D_a >0,5 м по (6-208):

Вт, (7.12)

где для двигателей по табл.6-25 коэффициент .

54. Добавочные потери при номинальном режиме:

Вт. (7.13)

55. Холостой ход двигателя:

ток холостого хода по (6-212):

А, (7.14)

где реактивная составляющая тока: ;

активная составляющая тока:

А, (7.15)

где Вт - электрические потери в статоре при холостом ходе по (6-214).

Коэффициент мощности при холостом ходе:

. (7.16)

8. Расчёт рабочих характеристик

Схемы замещения фазы асинхронной машины, основанные на приведении процессов во вращающейся машине к неподвижной представлены на рисунке 8.1.. Физические процессы в асинхронной машине более наглядно отображает схема на рисунке 8.1. (а), но для расчёта удобнее преобразованная схема 8.1. (б).

56. Сопротивление взаимной индуктивности по (6-180) и расчётное сопротивление (или ) по (6-179) , введение которого учитывает влияние потерь в стали статора:

Ом; (8.1)

Ом. (8.2)

Рис. 8.1. Схемы замещения фазы обмотки приведённой АМ

Коэффициент c₁ представляет собой взятое с обратным знаком отношение вектора напряжения фазы U₁ к вектору ЭДС E₁, при синхронном вращении машины с учётом сдвига фаз этих векторов:

, где

(8.3)

Так как , то реактивная составляющая мала, используем приближенную формулу (6-218) (обычно проверку проводят при мощности P_н < 5 кВт):

(8.4)

А. (8.5)

I_0р = I_м = 36,63 A (8.6)

Расчётные величины:

;

; (8.7)

0,044 (8.8)

. (8.9)

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения (постоянные):

ВткВт. (8.10)

Принимаем (8.11)

Рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь S = 0,05; 0,01; 0,015; 0,02; 0,03;. 0,021.

Результаты расчёта сведены в таблицу №1. Характеристики представлены на рисунке А. (После построения кривых уточняем значение номинального скольжения s_н =0,0208).

Номинальные данные спроектированного двигателя: кВт; В; А; ; =0,92; .

57. Расчёт пусковых характеристик.

Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжениям S = 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1 и критическому скольжению.

Подробный расчёт приведён для скольжения S = 1. Данные расчёта других точек сведены в таблицу № 2. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рисунке Т1.

Параметры с учётом вытеснения тока.

Приведённая высота стержня для литой алюминиевой обмотки ротора при расчётной температуре :

; (8.12)

для : ; .

Активное сопротивление обмотки ротора.

Глубина проникновения тока:

мм; (8.13)

Площадь сечения:

(8.14)

мм (8.15)

Коэффициент, показывающий во сколько раз увеличилось активное сопротивление пазовой части стержня при неравномерном распределении тока в нём по сравнению с его сопротивлением при одинаковой плотности по всему сечению стержня :

, где (8.16)

Рис. 8.2. Расчётная глубина проникновения тока в стержнях

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока:

(8.17)

Приведённое активное сопротивление фазы ротора с учётом действия эффекта вытеснения тока:

Ом. (8.18)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора по табл.6-23 и рис.6-40 (см. п.47):

 . (8.20)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора по (6-250):

Ом. (8.21)

Ток ротора приближённо без учёта влияния насыщения:

(8.22)

58. Учёт влияния насыщения на параметры.

Принимая для s = 1 коэффициент насыщения и , приводим расчёт для А.

Для других точек k_нас = 1,17 - 0,029s.

Средняя МДС обмотки, отнесённая к одному пазу обмотки статора:

(8.23)

А.

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:

Тл, (8.24)

Коэффициент

. (8.25)

Для Тл находим .

Значение дополнительного раскрытия пазов статора: мм. (8.26)

Вызванное насыщением от полей рассеяния уменьшение коэффициента проводимости рассеяния открытого паза статора (8.27):

.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния при насыщении для статора:

. (8.28)

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

. (8.29)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения:

. (8.30)

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

. (8.31)

Дополнительное раскрытие для короткозамкнутых роторов:

мм. (8.32)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния при насыщении для ротора:

. (8.33)

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения:

. (8.34)

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

Ом, (8.35)

где . (8.36)

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

; (8.37)

. (8.38)

Расчёт токов и моментов.

Коэффициенты:

; (8.39)

. (8.40)

Ток в обмотке ротора:

А. (8.41)

Ток обмотки статора:

.(8.42)

Полученное значение тока составляет I₁ 99 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры, что допустимо.

Относительные значения тока и момента:

; (8.43)

. (8.44)

Расчёт остальных точек проводим в последовательности, определённой в формуляре расчета для остальных численных значений скольжения. Для учёта влияния насыщения для меньших значений скольжения определяем линейный закон изменения насыщения k_нас = 1,3 - 0,04s.

Приближённо по параметрам рабочего режима критическое скольжение:

.

Далее критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений и , соответствующим скольжениям (методом последовательных приближений) рассчитываем точку характеристики, соответствующую

S_кр = 0,111; M_max* = 2,53.

9. Тепловой расчёт и расчет вентиляции

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

, (9.1)

где К = 0,19 - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передаётся через станину непосредственно в окружающую среду; электрические потери в обмотке статора в пазовой части катушек:

; (9.2)

среднее значение коэффициентов теплоотдачи с поверхности ; коэффициент увеличения потерь для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости класса F: .

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора для прямоугольного провода:

(9.3)

, где

- расчётный периметр поперечного сечения паза статора; - для класса нагревостойкости F, = 0,0011 (см. п.21)

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей прямоугольного провода без изоляции по (6-319 ), стр.237:

 (9.4)

, где

h_п1/(12'_экв) = 0, = 0; электрические потери в обмотке статора в лобовых частях катушек по (6-313):

(9.5)

периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки мм.

Превышение температуры наружной поверхностей лобовых частей над температурой воздуха внутри машины по (6-320), °C:

. (9.6)

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины по (6-321), °C :

(9.7)

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:

, где (9.8)

сумма потерь, отводимые в воздух внутри двигателя:

(9.9)

, где

(9.10)

, где

- сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме работы и расчётной температуре (таблица 1);

эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по (6-327):

(9.11)

,

где

- среднее значение периметра поперечного сечения рёбер АД ; - среднее значение коэффициента подогрева воздуха .

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды :

. (9.12)

Полученное значение температуры удовлетворяет ГОСТ 183-74

60. Расчет вентиляции.

Требуемый для охлаждения расход воздуха:

, где (9.13)

- коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором, коэффициент - для двигателей с и .

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

. (9.14)

Расход воздуха больше требуемого для охлаждения машины :

.

Таблица №1. Данные расчёта рабочих характеристик АДКЗР Рн = 75 кВт; 2р = 6; U1н = 220/380 В; I0a =1,364 А; I0р ? Iм = 36,63 А; Рст + Рмех = 1,298 кВт; r1 = 0,0424 Ом; r/2 = 0,033 Ом; с1 = 1,0295; a/ = 1,06; a = 0,0437 Ом; b/ = 0 Ом; b = 0,349 Ом.

№ п/п	Расчётная формула	Ед. изм	Скольжение
			0,005	0,010	0,015	0,020	0,025	0,03	sн=0,0208
1.		Ом	7,07	3,53	2,36	1,77	1,41	1,18	1,7
2.		Ом	0	0	0	0	0	0	0
3.		Ом	7,11	3,58	2,4	1,81	1,46	1,22	1,74
4.		Ом	0,349	0,349	0,349	0,349	0,349	0,349	0,349
5.		Ом	7,121	3,6	2,42	1,84	1,5	1,27	1,78
6.		А	30,9	61,2	90,71	119,3	146,8	173,1	123,8
7.		-	0,999	0,995	0,99	0,982	0,972	0,962	0,981
8.		-	0,049	0,097	0,144	0,189	0,233	0,275	0,196
9		А	32,2	62,27	91,13	118,5	144,1	167,8	122,7
10.		А	38,14	42,57	49,69	59,21	70,82	84,2	60,94
11.		А	49,93	75,43	103,8	132,5	160,6	187,8	138
12.		А	31,8	62,99	93,37	122,8	151,1	178,2	127,4
13.		кВт	21,27	41,1	60,15	78,2	95,1	110,8	81
14.		кВт	0,318	0,725	1,372	2,23	3,3	4,49	2,391
15.		кВт	0,101	0,397	0,872	1,508	2,28	3,18	1,62
16.		кВт	0,053	0,12	0,228	0,371	0,546	0,746	0,397
17.		кВт	1,769	2,54	3,77	5,41	7,41	9,71	5,71
18.		кВт	19,5	38,6	56,4	72,8,35	87,71	101,1	75,28
19.		-	0,91	0,938	0,937	0,931	0,922	0,912	0,929
20.		-	0,645	0,826	0,878	0,895	0,897	0,894	0,896

Таблица №2. Данные расчёта пусковых характеристик АД. I_1н = 138 A; I'_2н = 127,4 А; х₁ = 0,171 Ом; х'₂ = 0163 Ом; х_12п = 8,18 Ом; s_н = 0,0208.

№ п/п	Расчётная формула	Ед. Изм	Скольжение
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,111
1.		-	2,175	1,95	1,54	0,97	0,69	0,725
2.		-	1,065	0,836	0,43	0,08	0,02	0,025
3.		-	1,83	1,64	1,32	1,05	1	1
4.		-	1,561	1,435	1,21	1	1	1
5.		Ом	0,052	0,048	0,041	0,034	0,033	0,034
6.		-	0,69	0,77	0,97	0,97	1	0,995
7.		-	0,8	0,809	0,879	0,879	0,875	0,88
8.		Ом	0,131	0,132	0,141	0,143	0,144	0,142
9.		Ом	0,108	0,111	0,125	0,13	0,14	0,14
10.		Ом	0,149	0,151	0,154	0,161	0,17	0,17
11.		-	1,018	1,018	1,019	1,02	1,021	1,021
12.		Ом	0,095	0,103	0,125	0,218	0,384	0,351
13.		Ом	0,259	0,264	0,282	0,294	0,313	0,313
14.		А	795,5	777	714	601	444,2	467,4
15.		А	806,3	787,6	725,2	610,8	452,2	475,8
16.		-	5,81	5,67	5,22	4,4	3,25	3,43
17.		-	1,27	1,39	1,59	2,39	2,52	2,53

Рис.Т.1. Пусковые характеристики спроектированного двигателя

Заключение

В ходе расчёта электрической машины были получены заданные относительные значения момента и начального пускового тока соответственно 1,27 и 5,81.

Получившееся значение коэффициента заполнения подходит для технологии современного машиностроения; значения коэффициента насыщения зубцовой зоны и намагничивающего тока находятся в допустимых пределах. Значит, выбранные размерные соотношения и обмоточные данные машины верны.

Коэффициент мощности и коэффициент полезного действия номинального режима у спроектированной машины на том же уровне что и у базового двигателя 4A280S6У3.

Вместе с тем, у спроектированного двигателя не удалось добиться рационального соотношения электрических и магнитных нагрузок. Магнитная индукция B_z2 взята на нижнем пределе, а электрические потери привели к малому запасу по температуре . Есть возможности для совершенствования расчета.

Основная задача проектирования выполнена - получена электрическая машина с заданными параметрами.

Список использованной литературы

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

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

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

4. “Проектирование электрических машин “; П.С.Сергеев, Н.В. Виноградов., Ф.А. Горяинов. М.: Энергия, 1969. 632 с.

Размещено на Allbest.ru

...