Kx = ; (195)

где лп2о - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока;

лп2о = лп2 - Длп2о; (196)

Длп2о = лп2' · (1 - kд); (197)

где лп2' - коэффициент магнитной проводимости участка паза занятого проводником с обмоткой;

лп2' = · + 0,66 - ; (198)

лп2' = · + 0,66 - = 1,14

по формуле (197):

принимаем kд равным ц', значение которого находим по графику рис. 6-47

kд = ц' = 0,75

Длп2о = лп2' · (1 - kд) = 1,14 · (1 - 0,75) = 0,28

по формуле (196):

лп2о = лп2 - Длп2о = 2,14 - 0,28 = 1,86

по формуле (195):

Kx = =

Рассчитываем индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока:

x2о' = x2' · Kx; (199)

x2о' = 0,22 · 0,92 = 0,20 (Ом);

Рассчитываем пусковые параметры:

x12п = kм · x12; (200)

x12п = kм · x12 = 1,18 · 15,5 = 18,2 (Ом);

c1п = 1 + ; (201)

c1п =

Рассчитываем ток с учетом влияния эффекта вытеснения тока:

Rп = r1 + c1п · r2о'/s; (202)

Rп = 0,025 + 1,06 · 0,041/1 = 0,068 (Ом);

Xп = x1 + c1п · x2о'; (203)

Xп = 1,11 + 1,06 · 0,2 = 1,32 (Ом);

ток в обмотке ротора:

I2' = ; (204)

I2' = (А);

I1 = I2' · ; (205)

I1 = 166,6 · 167,5 (А).

Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока

P2ном = 45 кВт; U1ном = 220/380 В; 2p =4; I1ном =167,5 А; I2ном' = 165,6 А;

x1 = 1,11 Ом; x2' = 0,22 Ом; r1 = 0,025 Ом; r2' = 0,049 Ом;

x12п = 18,2 Ом; c1п = 1,06; sном = 0,018

Таблица 3

№ п/п	Расчетная формула	Размерность	Скольжение s, sкр =
			1	0,8	0,5	0,2		0,1	0,15	0,05	0,025	0,01
1	о = 63,61 · hс ·	-
2	ц(о)	-
3	hr =	мм
4	kr	-
5	KR =	-
6	r2о' = KR · r2'	Ом
7	kд = ц'(о)	-
8	лп2о = лп2 - Длп2о	-
9	Kx =	-
10	x2о' = x2' · Kx	Ом
11	Rп = r1 + c1п · r2о'/s	Ом
12	Xп = x1 + c1п · x2о'	Ом
13	I2' =	А
14	I1 = I2' ·	А

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

Расчет проводим для точек характеристик, соответствующих s = 1; 0,8; 0,5; 0,1, при этом используем значения токов и сопротивления для тех же скольжений с учетом влияния вытеснения тока (см. табл. 3).

Данные расчета сведены в таблицу 4. Подробный расчет приведен для s = 1.

Рассчитываем индуктивные сопротивления обмоток:

Определяем среднюю МДС обмотки, отнесенную к одному пазу обмотки статора:

Fп.ср = 0,7 · ; (206)

Fп.ср = (А).

По средней МДС рассчитывают фиктивную индукцию потока рассеяния в воздушном зазоре:

Bфд = · 10-6; (207)

CN = 0,64 + 2,5 · ; (208)

Определяем коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

cэ1 = (tZ1 - bш1) · (1 - ?д); (209)

cэ1 = (мм);

Длп1нас = · ; (210)

hк = ; (211)

лп1нас = лп1 - Длп1нас; (212)

Рассчитываем коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

лд1нас = ?д · лд1; (213)

Рассчитываем индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом влияния насыщения:

x1нас = x1 · Ул1нас/Ул1 = x1 · ; (214)

Рассчитываем коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Длп2нас = ·; (215)

cэ2 = (tZ2 - bш2) · (1 - ?д) ; (216)

лп2онас = лп2о - Длп2нас; (217)

лп2онас =

Рассчитываем коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

лд2нас = ?д · лд2; (218)

Приведенное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:

x2нас' = x2' · Ул2онас/Ул2 = x2' · ; (219)

c1п.нас = 1 + x1нас/x12п; (220)

Расчет токов и моментов:

Rп.нас = r1 + c1п.нас · r2о'/s; (221)

Xп.нас = x1нас + c1п.нас · x2онас'; (222)

ток в обмотке ротора:

I2п.нас' = ; (223)

I1п.нас = I2п.нас' · ; (224)

Iп* = I1п.нас/I1ном; (225)

Mп* = · KR · ; (226)

Полученный в расчете коэффициент насыщения:

kнас' = ; (227)

Коэффициент kнас' незначительно отличается от kнас (менее, чем на 0,5%), которым мы задались в начале расчета, значит он выбран верно.

Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

P2ном = кВт; U1ном = 220/380 В; 2p = ; I1ном = А; I2ном' =

x1 = Ом; x2' = Ом; r1 = Ом; r2' = Ом;

x12п = Ом; c1п = ; sном = ; CN =

Таблица 4

№ п/п	Расчетная формула	Размерность	Скольжение s, sкр = 0,11
			1	0,8	0,5	0,2		0,1	0,075	0,05	0,025	0,01
1	kнас	-
2	Fп.ср = 0,7 · · ·	А
3	Bфд = · 10-6	Тл
4	?д = f(Bфд)	-
5	cэ1 = (tZ1 - bш1) · (1 - ?д)	мм
6	Длп1нас = · ·	-
7	лп1нас = лп1 - Длп1нас	-
8	лд1нас = ?д · лд1	-
9	x1нас = x1 · Ул1нас/Ул1	Ом
10	cэ2 = (tZ2 - bш2) · (1 - ?д)	мм
11	Длп2нас = ·	-
12	лп2онас = лп2о - Длп2нас	-
13	лд2нас = ?д · лд2	-
14	x2онас' = x2' · Ул2онас/Ул2	Ом

15	c1п.нас = 1 + x1нас/x12п	-
16	Rп.нас = r1 + c1п.нас · r2о'/s	Ом
17	Xп.нас = x1нас + c1п.нас · x2онас'	Ом
18	I2нас' =	А
19	I1нас = I2нас' · ·	А
20	kнас' = I1нас/I1	-
21	Iп* = I1п.нас/I1ном	-
22	Mп* = · KR ·	-

Определяем значение критического скольжения по средним значениям сопротивлений x1нас и x2онас', соответствующим скольжениям s = 0,2 0,1:

sкр = ; (228)

По полученному значению скольжения проводим аналогичный расчет и определяем максимальный момент двигателя (это значение будет приближенным). Далее по построенной характеристике уточняем значения sкр и Mmax*. в таблице 4 желтым цветом выделены расчетные значения sкр и Mmax*, а зеленым - уточненные по графику.

P2ном = кВт; U1ном = 220/380 В; Mп* = ;

10. Тепловой расчет

На первоначальной стадии проектирования достаточно достоверную оценку теплового режима двигателя дает приближенный метод теплового расчета, основанный на упрощенном представлении о характере тепловых связей между элементами электрической машины. В нем используют средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции, характерные для определенной конструкции и технологии производства двигателей данного типа.

Расчет нагрева проводят, используя значения потерь, полученных для номинального режима, но потери в изолированных обмотках статора и фазного ротора несколько увеличивают по сравнению с расчетными, предполагая, что обмотки могут быть нагреты до предельно допустимой для принятого класса изоляции температуры: F - до 140 ° С. При этом коэффициент увеличения потерь kс по сравнению с полученными для расчетной температуры составит для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F kс = 1,07.

Электрические потери в обмотке статора делятся на потери в пазовой части Pэ.п1' и потери в лобовых частях катушек Pэ.л1'.

Pэ.п1' = kс · Pэ1 · ; (229)

Pэ.л1' = kс · Pэ1 · ; (230)

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины, С,

Днпов1 = K · ; (231)

где б1 - коэффициент теплоотдачи с поверхности, определяемый по графику в зависимости от исполнения машины;

б1 = 99 ;

K - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду;

Днпов1 = (С).

Определяем перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

Дниз.п1 = K · · ; (232)

где Пп1 - расчетный периметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов:

Пп1 = 2 · hп.к + b1 + b2; (233)

bиз.п1 - односторонняя толщина изоляции в пазу;

лэкв - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, для класса нагревостойкости F

лэкв = 0,16 ;

лэкв' - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу, определяется по графику через отношение: d/dиз =

лэкв' = 1,3 ;

Определяем перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки статора:

Дниз.л1 = K · · ; (234)

где Пл1 - периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки;

Пл1 Пп1 = м;

bиз.л1 - односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки;

лэкв - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции;

лэкв' - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу;

Определяем превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя:

Днпов.л1 = ; (235)

Рассчитываем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Дн1' = ; (236)

Определяем превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды. Оно определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии:

Днв = ; (237)

где УPв' - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя;

УPв' = УP' - (1 - K) · (Pэ.л1' + Pст.осн) - 0,9 · Pмех; (238)

УP' = УP + (kс - 1) · (Pэ1 + P э2); (239)

УP - сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре;

Sкор - эквивалентная поверхность охлаждения корпуса;

при расчете Sкор учитывают поверхность ребер станины:

Sкор = (р · Da + 8 · Пр) · (l1 + 2 · lвыл1); (240)

где Пр - условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя, приближенно может быть определено из графика через высоту оси:

бв - коэффициент подогрева воздуха определяется по графику:

бв = 17 ;

Определяем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

Дн1 = Дн1' + Днв; (241)

Проверяем условия охлаждения:

Вентиляционный расчет асинхронных двигателей, может быть выполнен приближенным методом. Данный метод заключается в сопоставлении расхода воздуха, необходимого для охлаждения двигателя и расхода, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя.

Для двигателей со степенью защиты IP44 требуемый для охлаждения расход воздуха:

ив = ; (242)

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

km = m' · ; (243)

коэффициент m' = 2,5 для двигателей с 2p , при h мм;

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

ив' = 0,6 · Da3 · ; (244)

Расход воздуха ив' должен быть больше требуемого для охлаждения машины ив,

ив' > ив,

условие выполняется, т.е. вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Заключение

Сравниваем параметры спроектированного двигателя с серийным асинхронным двигателем, параметры которого приведены в [3]

Таблица 5

	Марка	P2, кВт	sном, %	зном, %	cosцном
Спроектированный АД
Типовой АД

Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Из таблицы 5 мы видим, что по всем параметрам, кроме коэффициента мощности, спроектированный двигатель уступает серийно выпускаемому аналогу.

Возможно, для повышения параметров, указанных в таблице 5, расчет необходимо повторить с использованием других материалов для изготовления.

Список литературы

1. Копылов И.П. и др. Проектирование электрических машин. В 2-х кн. - М.: Энергоатомиздат, 2005.

2. Гольдберг О.Д. и др. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 2001.

3. Кравчик А.Э. и др. Асинхронные двигатели серии 4А, справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1982. - 504с.

4. Стандарт предприятия СТП ИрГТУ 05-99. Оформление курсовых и дипломных проектов, Иркутск, 1999.

Размещено на Allbest.ru