Размещено на http://www.allbest.ru/

Розрахунок асинхронного двигуна типу 4А180М8У3

Завдання

3.Вихідні дані до проекту (роботи): h=180мм, P₂=18,5 кВт, n=750об/хв, U= 220/380

В; з=90,5; соsц=0,9; M_max/M_ном=2,2; M_пуск/M_ном=1,4; M_min/M_ном=1,0; I_пуск/I_ном=7,0;

L₃₀=702 мм, d₃₀=410 мм, b₁₁=340 мм, h₃₁=470 мм, l₃₁=121 мм, b₁₀=279 мм,

d₁=55 мм, L₁=110 мм, L₃₁=149 мм, L₁₀=241 мм, L₁₁=290 мм, d₁₀=15 мм.

Перелік умовних позначень, одиниць, термінів та скорочень

Перелік скорочень

Скорочення	Слово (словосполучення)
ККД	коефіцієнт корисної дії
КЗ	коротке замикання
рис.	рисунок
табл.	таблиця

Перелік умовних позначень, символів та одиниць вимірювання

Умовне позначення	Назва величини	Одиниці вимірювання
	Англійські та латинські
А1	лінійне навантаження обмотки статора та ротора	А/см;
а1	кількість паралельних віток обмотки статора	шт
В	магнітна індукції	Тл
b	ширина	мм
с	кількість елементарних провідників в ефективному перерізі	шт
D, d	діаметр	мм
E0	ЕРС при холостому ході	В
F	МРС	А
H	Натиск вентилятора	Па
h	висота	мм
hи	товщина ізоляції за висотою	мм
I	струм	А
J	щільність струму	А/м2
l	довжина	мм
m	кількість фаз обмотки	м
lc	висота стрижня	м
m	кількість фаз
m	маса	кг
Nп	кількість ефективних проідників в пазу	шт
n	частота обертання	об/хв
P	втрати	Вт
p	кількість пар полюсів
q	кількість пазів
r	опір	Ом
s	проковзування
t	зубцева поділка	В
U	напруга	В
V	видаток охолоджуючого повітря	м3/с
х	кутова швидкість	м/с
z	кількість пазів
д	повітряний зазор
з	ККД	%
с	питомий електричний опір	Ом-1
с 1	коефіцієнт опору статора	в.о.
ф	коефіцієнт розсіяння	в.о.

Вступ

асинхронний двигун електричний

Асинхронні двигуни - найбільш розповсюджений вид електричних машин, що споживають у даний час близько 40 % усієї вироблюваної електроенергії. Їхня встановлена потужність постійно росте.

Асинхронні двигуни широко застосовуються в приводах металообробних, деревообробних і інших верстатів, ковальсько-пресових, швейних, ткацьких, вантажопідйомних, землерийних машин, вентиляторів, насосів, компресорів, центрифуг, у ліфтах, у ручному електроінструменті, у побутових приладах і т.д. Практично немає галузі техніки і побуту, де не використовувалися б асинхронні двигуни.

Потреби народного господарства задовольняються головним чином двигунами основного виконання єдиних серій загального призначення, тобто застосовуваних для приводу механізмів, що не пред'являють особливих вимог до пускових характеристик, ковзанню, енергетичним показникам, шуму і т.п. Разом з тим у єдиних серіях передбачають також електричні і конструктивні модифікації двигунів.

1 Електромагнітний розрахунок

1.1 Головні розміри двигуна

Проектування асинхронних двигунів починається з визначення головних розмірів: внутрішнього діаметру та довжини осердя статора . Для визначення внутрішнього діаметру можна використати залежності , наведені у табл.9-3 [2]

, (1.1)

де - зовнішній діаметр осердя статора (=322 мм (табл.9-2) [2]).

Тоді отримаємо

мм.

Для визначення довжини осердя статора - спочатку необхідно визначити розрахункову довжину осердя .

, (1.2)

де - розрахункова потужність, Вт;

- внутрішній діаметр, мм;

- частота обертання магнітного поля статора, об/хв ( =750об/хв);

- лінійне навантаження обмотки статора, А/см;

- максимальне значення магнітної індукції в повітряному зазорі, Тл;

- коефіцієнт обмотки статора основної гармонічної кривої ЕРС

( для ).

Розрахункову потужність визначаємо з (1-11) [2]

, (1.3)

де - коефіцієнт навантаження, знаходиться з рис.9-1 [2] ();

- потужність, що віддається, кВт ( кВт);

- ККД при номінальному навантаженні, знаходиться з рис.9-2, б [2]

();

- коефіцієнт потужності при номінальному навантаженні, знаходиться з рис.9-2, б [2] (),

кВт.

Знайдемо значення електромагнітних навантажень та . Їх значення залежать від ряду факторів, у тому числі від форми пазів і типа обмотки. Для даного асинхронного двигуна з мм пази є трапецеїдальними напівзакритими, а обмотка одношарова всипана концентрична. За сіх умов знаходимо середні значення А/см та Тл для класу нагрівостійкості B (рис.9-4 [2]), після чого для отримання дійсних значень необхідно помножити їх на поправочні коефіцієнти та відповідно (табл.9-5 [2]):

А/см,

Тл.

Так як відомі всі складаючи формули (1.2) можна знайти значення

мм.

Щоб отримати значення необхідно округлити отримане значення до найближчого цілого числа: мм.

Після цих розрахунків необхідно провести перевірку. Для цього з'ясуємо чи не перевищує величина відношення допустиму величину :

, (1.4)

де - поправочний коефіцієнт ( =1,1(табл.9-7) [2]).

,

.

Як бачимо, значення величини відношення не перевищує допустиму величину .

1.2 Осердя статора та ротора

Осердя статора збирають з окремих відштампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, що мають ізоляційні покриття для зменшення втрат в сталі від вихрових струмів. Для осердя даного двигуна рекомендоване використання марки холоднокатаної ізотропної електротехнічної сталі 2013. Найчастіше використовують ізолювання листів оксидуванням (коефіцієнт заповнення сталі ).

Кількість пазів осердя статора

, (1.5)

ця кількість залежить від обраної кількості пазів на полюс і фазу (рекомендоване значення приведене у табл.9-8 [2]):

Осердя ротора збирають з окремих відштампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, марки сталі та ізоляційні покриття такі ж, як у статорі. У короткозамкненому роторі використовують зачинені, напівзачинені та відкриті пази.

Зовнішній діаметр осердя ротора

, (1.6)

де - повітряний проміжок між статором і ротором, мм (табл.9-9) [2]);

мм.

Для висоти осі обертання мм внутрішній діаметр листів ротора:

, (1.7)

а точніше

мм.

Для мм довжину осердя ротора приймають рівною довжині статора . Кількість пазів для двигунів з короткозамкненим ротором обирають в залежності від та наявності скоса пазів в роторі. У табл.9-12 [2] знайдемо величину по співвідношенням пазів .

1.3 Обмотка статора

В асинхронних двигунах з мм використовують, як правило, двошарові обмотки (рис.1.1) і трапецеїдальні напівзакриті пази (рис.1.2). Обмотку статора виконують шестизонною; кожна зона дорівнює 60 електричним градусам. При шестизонній обмотці коефіцієнт розподілення дорівнює

, (1.8)

де .

Двошарову обмотку виконують з діаметральним кроком по пазам

. (1.9)

Коефіцієнт скорочення

. (1.10)

При двошаровій обмотці з діаметральним кроком .

Обмотковий коефіцієнт

. (1.11)

Отже, маємо значення коефіцієнтів обмотки

,

,

,

.

Попереднє значення магнітного потоку, Вб

, (1.12)

де - приблизне значення розрахункової довжини осердя статора.

.

Попередня кількість витків в обмотці фази

, (1.13)

Попередня кількість ефективних провідників в пазу:

, (1.14)

де - кількість паралельних гілок обмотки статора, яке повинне бути одним з дільників числа полюсів (при можливі значення , оберемо ),

,

Обравши , необхідно уточнити попередньо визначені параметри , та

, (1.15)

;

, (1.16)

Вб;

, (1.17)

 Тл.

Попереднє значення номінального фазного струму

, (1.18)

А.

Уточнене лінійне навантаження статора

, (1.19)

А/см.

Отримане по (1.19) значення не відрізняється від попередньо прийнятого більш ніж на 10%, тому попередні розрахунки вірні.

Проектування обмоток ведуть при одночасному визначенні розмірів зубцевої зони. Зубцева поділка по внутрішньому діаметрі статора

, (1.20)

мм.

Напівзачинені пази статора зазвичай мають трапецеїдальну форму, при цьому розміри (більшої ширини) і (меншої ширини) обирають такими, щоб стінки зубців були паралельними (ширина зубця ).

Ширина зубця

, (1.21)

де - середнє значення магнітної індукції в зубцях статора Тл (табл.9-14) [2]),

мм.

При вироблені осердя розміри пазів у штампі та після вироблення осердя не співпадають через неминучий зсув листів один відносно другого. Припуски на вироблення осердя статора і ротора електродвигунів з мм мм.

Отже, тепер необхідно розрахувати розміри пазів статора.

Висота спинки статора

, (1.22)

де - середнє значення магнітної індукції у спинці статора Тл (табл.9-13) [2]),

мм.

Висота паза

, (1.23)

мм.

Більша ширина паза

, (1.24)

мм.

Менша ширина паза

, (1.25)

де - висота шліца ( мм [2]);

- ширина шліца, мм.

Попереднє значення ширини шліца

, (1.26)

мм.

таким чином

.

Зараз виконаємо перевірку вірності визначення і , виходячи з вимоги

, (1.27)

.

Умова виконується, тому можна розраховувати наступні параметри.

Площа поперечного перетину паза в штампі:

, (1.28)

мм².

Площа поперечного перетину паза в світі

(1.29)

мм².

Площа поперечного перетину корпусної ізоляції

, (1.30)

де - середнє значення односторонньої товщини корпусної ізоляції ( мм [2]),

мм².

Площа поперечного перетину прокладок між верхньою та нижньою котушками в пазу, на дні паза та під клином

, (1.31)

мм².

Площа поперечного перетину паза, що зайнята обмоткою

, (1.32)

мм².

Для обмоток статора (клас нагрівостійкості F) використовують дроти марки ПЭТ-155.

Коефіцієнт заповнення паза .

Діаметр елементарного ізольованого дроту

, (1.33)

 мм.

За допомогою додатка 1 [2] знаходимо найближчий стандартизований діаметр =1,585 мм, відповідний йому діаметр неізольованого дроту d=1,5 мм та площу поперечного перетину S=1,767 мм². Після цього необхідно розраховувати коефіцієнт заповнення паза по (1.33) та уточнити ширину шлиця

;

; (1.34)

мм.

Так як , то приймаємо .

Щільність струму в обмотці статора

, (1.35)

А/мм².

Рівень питомого теплового навантаження статора від втрат в обмотці в значній мірі визначає очікуване перевищення температури обмотки, цей рівень характеризується добутком лінійного навантаження на щільність струму в обмотці . Знайдене значення цього добутку необхідно порівняти зі значенням , яке знаходиться з рис.9-8 [2]

А²/(см·мм²).

Значення не перевищує.

Середня зубцева поділка статора

, (1.36)

 мм.

Середня ширина котушки обмотки статора

, (1.37)

мм.

Середня довжина однієї лобової частини котушки

, (1.38)

мм.

Середня довжина вітка обмотки

, (1.39)

мм.

Довжина вильоту лобової частини обмотки

, (1.40)

мм.

1.4 Обмотка короткозамкненого ротора

Пази ротора для двигунів з мм мають зазвичай овальну форму. В двигунах з мм їх виконують закритими (рис.1.3).



Висота паза мм (рис.9-12 [2]).

Розрахункова висота спинки ротора

, (1.41)

де =0 - так як немає аксіальних каналів у роторі;

мм.

Магнітна індукція в спинці ротора

, (1.42)

Тл.

Зубцева поділка по зовнішньому діаметру ротора

, (1.43)

мм.

Ширину зубця розраховують, виходячи із середніх значень магнітної індукції в зубцях ротора Тл (табл.9-18 [2]):

, (1.44)

мм.

Менший радіус паза

, (1.45)

мм.

Більший радіус паза

, (1.46)

де - висота шліца ( мм [2]);

=0,3 мм [2].

мм.

Відстань між центрами радіусів

, (1.47)

мм.

Тепер зробимо перевірку вірності визначення та , виходячи з умови .

, (1.48)

.

Площа поперечного перетину стрижня, що дорівнює площі поперечного перетину паза у штампі

, (1.49)

мм².

1.5 Розміри короткозамкненого кільця

У даному асинхронному двигуні застосовують короткозамикаючі кільця для литої клітки (рис.1.4). Поперечний перетин кільця литої клітки

, (1.50)

мм².

Висота кільця

, (1.51)

мм.

Довжина кільця

, (1.52)

мм.

Середній діаметр кільця

, (1.53)

мм.

1.6 Магнітне коло двигуна

В електричних машинах з симетричним магнітним колом (до них відносяться асинхронні двигуни) можна обмежитися розрахунком МРС на полюс. Магнітне коло асинхронного двигуна складається з наступних п'яти однорідних ділянок, з'єднаних послідовно: повітряний зазор між статором та ротором; зубці статора; зубці ротора; спинка статора; спинка ротора. При розрахунку магнітного навантаження кожної ділянки приймають, що магнітна індукція на ділянці розподілення рівномірно. Для кожної ділянки визначають його площу поперечного перетину, магнітну індукцію, напруженість поля, середню довжину шляху магнітного потоку, МРС ділянки, сумарну МРС.

Розрахуємо МРС повітряного зазору.

Коефіцієнт, який враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчатої будови статора

, (1.54)

.

Коефіцієнт, враховуючий збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчатої будови статора

, (1.55)

де - довжина лобової частини стрижня (=1,5 мм [2]).

.

Так як у даному двигуні відсутні радіальні канали на статорі чи роторі, то коефіцієнт =1.

Таким чином, загальний коефіцієнт повітряного проміжку

, (1.59)

.

МРС для повітряного проміжку

, (1.60)

А.

Розрахуємо МРС для зубців трапецеїдальних пазів статора.

Значення напруженості магнітного поля =15,2 А/см знаходимо з додатка 14 [2].

Середня довжина шляху магнітного потоку мм.

МРС для зубців

, (1.61)

А.

Далі розраховуємо МРС для зубців овальних зачинених пазів ротора.

Зубцева поділка на 1/3 висоті зубця

 (1.62)

Коефіцієнт зубця

(1.63)

Значення напруженості магнітного поля А/см знаходимо з додатка 14 [1].

Середня довжина шляху магнітного потоку

, (1.64)

мм.

МРС для зубців

, (1.65)

А.

Далі розраховуємо МРС для спинки статора

Величину напруженості магнітного поля А/см знаходять з додатку 11 [1].

Середня довжина шляху магнітного потоку

, (1.66)

 мм.

МРС для спинки статора

, (1.67)

А.

Розраховуємо МРС для спинки ротора.

Величину напруженості магнітного поля А/см знаходять з додатку 5 [1].

Середня довжина шляху магнітного потоку

, (1.68)

мм.

МРС для спинки ротора

, (1.69)

А.

Сумарна МРС магнітного кола на один полюс

, (1.70)

А.

Коефіцієнт насичення магнітного кола

, (1.71)

А.

Намагнічуючий струм

, (1.72)

А.

Намагнічуючий струм

, (1.73)

в.о.

ЕРС холостого ходу

, (1.74)

В.

Головний індуктивний опір

, (1.75)

Ом.

Головний індуктивний опір

, (1.76)

в.о.

1.7 Активні та індуктивні опори обмотки

Визначення активних та індуктивних опорів статора та ротора - параметрів схеми заміщення асинхронної машини - необхідно для розрахунку режиму х.х., номінальних параметрів, робочих й пускових характеристик.

Активний опір обмотки фази при 20°С

, (1.77)

де - питома електрична провідність міді при 20°С ( См/мкм);

Ом.

Активний опір обмотки фази при 20°С

, (1.78)

в.о.

Перевірка вірності визначення

, (1.79)

в.о.

Коефіцієнти, що враховують скорочення кроку

, (1.80)

.

, (1.81)

.

Коефіцієнт провідності розсіяння:

, (1.82)

де ,- розміри частин обмоток і паза, мм (=1,0 мм, =0,6 мм (табл.9-21) [2]);

Розмір паза статора

, (1.83)

мм.

.

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

, (1.84)

.

Коефіцієнт провідності диференційного розсіяння

, (1.85)

де - коефіцієнт, що враховує демпфуючу реакцію струмів, наведених в обмотці короткозамкненого ротора вищими гармоніками поля статора (=0,91 (табл.9-22) [2]);

- коефіцієнт диференційного розсіяння статора, що дорівнює відношенню суми ЕРС, наведених вищими гармоніками поля статора, к ЕРС, наведеної першою гармонікою того же поля (=0,0235 (табл.9-22) [1]).

.

Полюсна поділка

, (1.86)

мм.

Коефіцієнт провідності розсіяння лобових частин обмотки

, (1.87)

.

Коефіцієнт провідності розсіяння обмотки статора

, (1.88)

.

Індуктивний опір обмотки фази статора

, (1.89)

 Ом.

Індуктивний опір обмотки фази статора

, (1.91)

в.о.

Перевірка вірності визначення

, (1.92)

в.о.

Активний опір стрижня клітки при 20°С

, (1.93)

де - питома електрична провідність алюмінію ( См/мкм);

Ом.

Коефіцієнт приведення струму кільця до струму стрижня

, (1.94)

.

Опір короткозамкнених кілець, приведений до струму стрижня при 20°С

, (1.95)

 Ом.

Центральний кут скосу пазів

, (1.96)

рад.

Коефіцієнт приведення опорів обмотки ротора до обмотки статора:

, (1.97)

де - коефіцієнт скоса пазів ротора ( (рис.9-16) [2]);

.

Активний опір обмотки ротора при 20°С, приведений до обмотки статора

, (1.98)

Ом.

Активний опір обмотки ротора при 20°С, приведений до обмотки статора

, (1.99)

в.о.

Струм стрижня ротора для робочого режимі

, (1.100)

А.

Коефіцієнт провідності розсіяння

, (1.101)

.

Кількість пазів ротора на полюс і фазу

, (1.102)

.

Коефіцієнт провідності розсіяння

, (1.103)

де - коефіцієнт диференційного розсіяння (=0,016 (рис.9-17) [2]);

.

Коефіцієнт провідності розсіяння короткозамкнених кілець клітки

, (1.104)

.

Відносний скіс пазів ротора, в долях зубцевої поділки ротора

, (1.105)

.

Коефіцієнт провідності розсіяння скоса пазів

, (1.106)

.

Коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора

, (1.107)

.

Індуктивний опір обмотки ротора

, (1.108)

Ом.

Індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора

, (1.109)

Ом.

Індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора:

, (1.110)

в.о.

Перевірка вірності визначення

Для розрахунку різних режимів роботи асинхронного двигуна зручніше користуватися схемою заміщення двигуна з винесеним на затискачі намагнічуючим контуром (рис.1.5). При цьому опори обмоток двигуна , , , , що визначені для Т-образної схеми заміщення, повинні бути перетворенні шляхом добутку на деякі комплексні коефіцієнти.

Коефіцієнт розсіяння статора

, (1.111)

.

Коефіцієнт опора статора

, (1.112)

де - коефіцієнт диференційного розсіяння (=1,38 (§ 4-1) [1]);

.

Таким чином, перетворені опори обмоток

, (1.113)

, (1.114)

, (1.115)

, (1.116)



,

,

,

.

Так як виконуються умови і , то немає необхідності повторного розрахунку магнітного кола.

Визначаємо ЕРС х.х.

, (1.117)

В.

Значення із (1.74) відрізняється від значення із (1.117) на

,

що не перевищує відведених 3% різниці. Тому розрахунок магнітного кола можна вважати правильним.

1.8 Режими холостого ходу та номінальний

Для режиму н.х. необхідно визначити струм і втрати, а також коефіцієнт потужності.

Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні

, (1.118)

А.

Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні

, (1.119)

Вт.

Розрахункова маса сталі зубців статора

, (1.120)

кг.

Магнітні втрати в зубцях статора

, (1.121)

Вт.

Маса сталі спинки статора

, (1.122)

кг.

Магнітні втрати в спинці статора

, (1.123)

 Вт.

Сумарні магнітні втрати в осерді статора, що включає додаткові втрати у сталі

, (1.124)

Вт.

Сумарні механічні втрати

, (1.125)

де =6,5 для 2р=8 [2];

Вт.

Активна складова струму н.х.

, (1.126)

А.

Струм н.х

, (1.127)

А.

Коефіцієнт потужності при н.х.

, (1.128)

.

Параметри номінального режиму роботи і робочі характеристики можуть бути отримані аналітично.

Активний опір короткого замикання

, (1.129)

Ом.

Індуктивний опір короткого замикання

, (1.130)

Ом.

Повний опір короткого замикання

, (1.131)

Ом.

Додаткові втрати при номінальному навантаженні

, (1.132)

Вт.

Додаткові втрати при номінальному навантаженні

, (1.133)

Вт.

Еквівалентний опір схеми заміщення

, (1.134)

Ом.

Повний опір схеми заміщення

, (1.135)

Ом.

Перевірка вірності розрахунків і

, (1.136)

Ом^-1, Ом^-1.

Проковзування

, (1.137)

в.о.

Активна складова струму статора при синхронному обертанні

, (1.138)

А.

Струм ротора

, (1.139)

А.

Активна складова струму статора

, (1.140)

А.

Реактивна складова струму статора

, (1.141)

А.

Фазний струм статора

, (1.142)

А.

Коефіцієнт потужності

, (1.143)

.

Лінійне навантаження статора

, (1.144)

А/см.

Щільність струму в обмотці статора

, (1.145)

А/мм².

Лінійне навантаження ротора

, (1.146)

А/см.

Струм у стрижні короткозамкненого ротора

, (1.147)

А/мм².

Щільність струму в стрижні короткозамкненого ротора

, (1.148)

А/мм².

Струм у короткозамкненому кільці

, (1.149)

А.

Електричні втрати в обмотці статора

, (1.150)

Вт.

Електричні втрати в обмотці ротора

, (1.151)

Вт.

Сумарні втрати в електродвигуні

, (1.152)

Вт.

Потужність, що підводиться

, (1.154)

 Вт.

Коефіцієнт корисної дії (ККД)

, (1.155)

%.

Перевірка розрахунків потужності, що підводиться

, (1.156)

Вт.

Перевірка розрахунків потужності, що підводиться

, (1.157)

Вт.

1.9 Робочі характеристики асинхронного двигуна

Робочі характеристики розрахуємо аналітично, використовуючи ПК та программу MathCAD. Розраховані та побудовані характеристики представлені в додатку А

1.10 Максимальний момент. Початковий пусковий струм та початковий пусковий момент

Максимальний момент асинхронного двигуна повинний бути не менше запропонованого ГОСТ 19523-74 або 9362-68. При навантаженнях, що відповідають моментам, близьким до максимального, струми статора і ротора звичайно в два з половиною - три рази більше, ніж при номінальному навантаженні. При таких струмах наступає насичення шляхів потоків розсіювання, що викликає зменшення індуктивних опорів статора і ротора і, що враховується при визначенні максимального моменту. Витисненням струму в обмотці ротора при визначенні максимального моменту можна зневажити, тому що при критичному ковзанні частота в роторі невелика.

Змінна частина коефіцієнта статора

, (1.158)

.

Складова коефіцієнта проводимості розсіяння статора, що залежить від насичення

, (1.159)

.

Змінна частина коефіцієнта ротора

, (1.160)

.

Складова коефіцієнта проводимості розсіяння ротора, що залежить від насичення

, (1.161)

.

Індуктивний опір розсіяння двигуна, що залежить від насичення

, (1.162)

Ом.

Індуктивний опір розсіяння двигуна, що не залежить від насичення

, (1.163)

Ом.

Струм ротора, що відповідає максимальному моменту

, (1.164)

А.

Повний опір схеми заміщення при максимальному моменті

, (1.165)

Ом.

Повний опір схеми заміщення при нескінченно великому ковзанні

, (1.166)

Ом.

Еквівалентний опір схеми заміщення при максимальному моменті

, (1.167)

Ом.

Кратність максимального моменту

, (1.168)

в.о.

Ковзання при максимальному моменті

, (1.169)

в.о.

Пускові властивості асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором характеризуються значеннями початкових пускових струму та моменту (ГОСТ 19523-74 або 9362-68). При їх визначені необхідно враховувати два явища, що відбуваються при пуску - витиснення струму в пазах короткозамкненої обмотки ротора і насичення шляхів потоків розсіяння в зубцях статора та ротора.

Висота стрижня клітки ротора

, (1.170)

мм.

Приведена висота стрижня ротора

, (1.171)

.

Розрахункова глибина проникнення струму в стрижень

, (1.172)

де - коефіцієнт =3,3 (рис.9-3) [2];

мм.

Ширина стрижня на розрахунковій глибині проникнення струму:

, (1.173)

мм.

Площа поперечного перетину стрижня при розрахунковій глибині проникнення струму

, (1.174)

мм².

Коефіцієнт витиснення струму

, (1.175)

.

Активний опір стрижня клітки при 20С для пускового режиму

, (1.176)

Ом.

Активний опір стрижня клітки при 20С для пускового режиму

, (1.177)

Ом.

Коефіцієнт провідності розсіяння пазу ротора при пуску

, (1.178)

.

Коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора при пуску

, (1.179)

.

Індуктивний опір розсіяння двигуна, що залежить від насичення

, (1.180)

Ом.

Індуктивний опір розсіяння двигуна, що не залежить від насичення

, (1.181)

Ом.

Активний опір к.з. при пуску

, (1.182)

Ом.

Стpум ротора при пуску двигуна

, (1.183)

A.

Повний опір схеми заміщення при пуску, враховуючі явищ витиснення струму і насичення шляхів потоків розсіяння

, (1.184)

Ом.

Індуктивний опір схеми заміщення при пуску

, (1.185)

Ом.

Активна складова струму статора при пуску

, (1.186)

А.

Реактивна складова струму статора при пуску

, (1.187)

А.

Фазний струм статора при пуску

, (1.188)

А.

Кратність початкового пускового струму

 в.о. (1.189)

Активний опір при пуску, приведене до статора, при розрахунковій робочій температурі і Г-образної схеми заміщення

, (1.190)

Ом.

Кратність початкового пускового моменту

, (1.191)

в.о.

2.Тепловий та вентиляційний розрахунки

Втрати в обмотці статора при максимальній допустимій температурі

, (2.1)

де - температурний коефіцієнт, що залежить від класу нагрівостійкості (=1,48 (§ 5-1) [1]);

Вт.

Умовна поверхня охолодження активної частини статора

, (2.2)

мм².

Умовний периметр поперечного перетину трапецеїдального напівзачиненого паза

, (2.3)

мм.

Умовна поверхня охолодження пазів

, (2.4)

мм².

Умовна поверхня охолодження лобових частин обмотки

, (2.5)

 мм².

Умовна поверхня охолодження двигунів

, (2.6)

мм².

Питомий тепловий потік від втрат в активної частині обмоток і від втрат в активної частині обмотки і від втрат в сталі, віднесених до внутрішньої поверхні охолодження активної частини статора:

, (2.7)

де - коефіцієнт (=0,78 (табл.9-25) [1]);

Вт/мм².

Питомий тепловий потік від втрат в активної частині обмоток, віднесених до поверхні охолодження пазів

, (2.8)

Вт/мм².

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

, (2.9)

Вт/мм².

Окружна швидкість ротора

, (2.10)

м/с.

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

, (2.11)

де - коефіцієнт тепловіддачі поверхні статора (=12,0·10^-5 Вт/(мм²·°С) (рис.9-24) [1]);

°С.

Перепад температури в ізоляції паза й котушок з круглих проводів

, (2.12)

де - еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ізоляції в пазу,

враховуючий повітряні проміжки (=16,0·10^-5 Вт/(мм·°С) [1]);

- еквівалентний коефіцієнт теплопровідності внутрішньої ізоляції в пазу, враховуючий повітряні проміжки (=125·10^-5 Вт/(мм·°С) [1]);

°С.

Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин обмотки над температурою повітря усередині двигуна

, (2.13)

°С.

Перепад температури в ізоляції лобових частин котушок з круглих проводів

, (2.14)

де - одностороння товщина ізоляції котушок в лобової частині (=0,4 мм (додаток 27) [1]);

°С.

Середнє перевищення температури обмотки над температурою повітря всередині двигуна

, (2.15)

°С.

Втрати в обмотці ротора при максимальній допустимій температурі

, (2.16)

Вт.

Втрати в двигуні, що передаються повітрю всередині двигуна:

, (2.17)

Вт.

Середнє перевищення температури повітря всередині двигуна над температурою зовнішнього повітря без охолоджуваючих ребер на станині

, (2.18)

де - коефіцієнт тепловіддачі поверхні статора (=180·10^-5 Вт/(мм²·°С) (рис.9-24) [1]);

°С.

Середнє перевищення температури обмотки над температурою зовнішнього повітря

, (2.19)

°С.

Необхідні витрати повітря

, (2.20)

де - теплоємність повітря (=1100 Дж/(°С·м³));

м³/с.

Коефіцієнт, що залежить від частоти обертання

, (2.21)

.

Приблизні витрати повітря, які можуть бути забезпечені радіальною вентиляцією

, (2.22)

 м³/с.

Так як , то елементи конструкції двигуна задовольняють існуючим вимогам.

Напір повітря, якій розвивається при радіальній вентиляції

, (2.23)

Па.

3. Маса двигуна та динамічний момент інерції ротора

Важливими технічними показниками асинхронного двигуна є його маса та динамічний момент інерції ротора. Значення останнього необхідно для розрахунку часу розгону або зупинки електродвигуна. Його точне значення може бути визначене розрахунком динамічних моментів інерції окремих деталей ротора .

Приблизне значення динамічного моменту інерції ротора

, (3.1)

кг·м².

Маса ізольованого дроту обмотки статора

, (3.2)

кг.

Маса алюмінію короткозамкненого ротора

, (3.3)

де - кількість лопаток штиря;

- висота лопатки:

, (3.4)

мм;

- товщина лопатки:

, (3.5)

мм;

- довжина лопатки:

, (3.6)

мм,

кг.

Маса сталі осердь статора і ротора

, (3.7)

кг.

Маса ізоляції статора

, (3.8)

кг.

Маса конструкційних матеріалів двигуна

, (3.9)

кг.

Маса двигуна з короткозамкненим ротором

, (3.10)

кг.

Маса двигуна з короткозамкненим ротором не перевищує дозволенного значення для двигуна цього класу.

4. Опис конструкції

В курсовому проекті проведено розрахунок асинхронного двигуна серії 4А. Ця серія охоплює наступні виконання за ступенем захисту від зовнішнього впливу та за способом охолодження: захищене виконання - ІР23 з самовентиляцією - ІС01. Двигуни цієї серії виконуються з короткозамкненим та фазним ротором та на номінальну напругу 6000 В. Обмотка статора має шість вивідних кінців, які з'єднані за схемою «зірка». Обмотка статора виконується з термовакуумною ізоляцією типу «Моноліт» класом нагрівостійкості F.

Розрахований в курсовому проекті двигун виконаний з коротко замкнутим ротором , має ступінь захисту ІР23 та спосіб охолодження ІС01. Кількість пар полюсів дорівнює 4, частота обертання ротора 750 об/хв., номінальна потужність 18,5 кВт, висота осі обертання 180 мм.

Осердя статора виконується з ізотропної електротехнічної сталі марки 2013, товщиною 0,5 мм. Листи ізольовані за допомогою лавірування. Кількість пазів на полюс і фазу дорівнює 3, кількість пазів осердя статора дорівнює 72.

Осердя ротора складається також як і статора з ізотропної електротехнічної сталі марки 2013, товщиною 0,5 мм. Листи ізольовані за допомогою лавірування. Кількість пазів на полюс і фазу дорівнює 3, кількість пазів осердя статора дорівнює 58.

Повітряний проміжок між ротором та статором 0,45 мм.

Обмотка статора є двошаровою обмоткою з трапеціїдальними напіввідкритими пазами. Обмотка виконана з проводу марки ПЕТ-155, клас нагрівостійкості - F. Скорочення кроку при двошаровій обмотці - 0,8. Кількість паралельних гілок - 1.

Обмотка ротора є короткозамкнутою з овальними напівзакритими пазами.

На валу всередині машини розташований вентилятор. Він виконаний литим з алюмінієвого сплаву. Алюмінієвий вентилятор має заповнену стальну втулку, яка дає можливість зберегти необхідну посадку при поворотній насадці на валу.

Станіна машини виконана литою з чавуна, що забезпечує високу надійність машини за рахунок достатньої механічної прочності та корозійній стійкості чавуна. Станіна виконана з внутрішніми продольними ребрами , які оброблені під посадку осердя статора. Станіна має в бокових частинах вентиляційні отвори, які предназначені для виходу повітря. Для забезпечення ступіня захисту ІР23 отвори закривають жалюзі, які можуть виготовлятися методом штамповки з листової сталі.

Висновки

Спроектований асинхронний двигун з короткозамкненим ротором серії 4А забезпечує необхідні вихідні параметри.

Відповідно до даних для проектованого двигуна минулого обрані головні розміри. Був зроблений тепловий і вентиляційний розрахунки, по яких визначилася придатність двигуна до використання.

Величина	Значення за Держстандартом	Розрахункове значення
, о.е.	2,0	2,055
, о.е.	1,2	1,742
, о.е.	6,0	4,2
, о.е.	0,82	0,82
, %	87	88,865

Розраховані і спроектовані параметри двигуна не розрізняються з прийнятими значеннями Держстандарту для даного двигуна, тобто він може знайти практичне застосування і використовуватися в різних галузях.

Перелік посилань

1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. - М.: Энергия,

- 495 с.

2. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин. - М.: Высш. школа, 1984. - 431 с.

3. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л. : «Энергия», 1974. - 839 с.

Размещено на Allbest.ru

...