Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором марки 5А160М4

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором марки 5А160М4»

Содержание

Введение

Выбор главных размеров

Определение Z1, W1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Расчёт ротора

Расчёт магнитной цепи

Расчёт потерь

Расчёт рабочих характеристик

Расчёт пусковых характеристик

Тепловой расчёт

Выводы

Библиографическая запись

Введение

В данном курсовом проекте я рассчитывал асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором марки 5А160М4. По этому расчету начертил чертеж на формате А1, по которому можно понять где и какая деталь машины находится. С экономической точки зрения я считаю, что рассчитанный мною двигатель является экономичным как по стоимости так и по потреблению электрической энергии. Стоимость этого двигателя составляет 13 тысяч 260 рублей и коэффициент полезного действия составляет 89%. А также я считаю, что данный двигатель выдерживает умеренно холодный морской климат, предусматривает защиту от попадания внутрь машины капель, падающих под углом, не превышающим 60 к вертикали. Двигатель с такой степенью защиты (IP23) называют каплезащищенным. К расчету данного курсового проекта я отнесся серьезно.

Выбор главных размеров

Полностью учесть все требования технического задания к характеристикам двигателя при выборе размеров магнитопровода и обмотки машины, не ориентируясь на данные выпущенных машин, невозможно. Поэтому перед началом расчета следует детально изучить конструкции базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные и лишь после этого приступить к расчету. Расчет асинхронных машин начина с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины магнитопровода lд. Размеры D и lд связаны с мощностью, угловой скоростью и электромагнитными нагрузками [1].

1. Высота оси вращения по рис. 8.17, а [1, т.1] h = 0.160 м, по табл. 8.6 [1, т.1] находим соответствующие значение внешнего диаметра статора Da = 0.285 м. (с учётом рекомендаций [1, т.1, § 8.4, стр. 273 - 274]).

2. Внутренний диаметр статора

D = kdDa = 0.66•0.285 = 0.19 м,

где значение коэффициента kd = 0.66 принимаем по табл. 8.7 [1, т.1].

3. Полюсное деление

ротор асинхронный двигатель рабочий режим

м,

4. Расчетная мощность

Вт,

где приближённые значения з = 0.9 и cosц = 0.86 приняты по кривым [1, т.1], рис. 8.21 определено по рис. 8.20 [1, т.1].

5. Электромагнитные нагрузки (предварительно)

А = 40•103 А/м ; Bд = 0.79 Тл,

значения А и Bд выбраны на основании зависимостей, представленных на рис. 8.22, а [1, т.1]

6. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки [1, т.1, § 8.4,
стр. 278] коб1 = 0.96,

7. Расчетная длина магнитопровода:

lд = м,

где синхронная угловая скорость двигателя рад/с. коэффициент формы поля kв = [1, т.1, § 8.4, стр. 278].

8. Отношение . Значение л = 0,8 находится в допустимых пределах (см. рис. 8.25 [1, т.1])

Определение Z1, W1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Следующий этап расчёта включает определение числа пазов статора Z1 и числа витков в фазе обмотки статора w1. При этом число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка двигателя и индукции в воздушном зазоре как можно более близко совпадали с их значениями, принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки [1].

9. Предельные значения полюсного деления tZ1 по рис. 8.26 [1, т.1]

tZ1max = м,

tZ1min = м,

10. Число пазов статора

принимаем Z1 = 36, тогда . Обмотка однослойная.

11. Зубцовое деление статора (окончательно)

м,

12. Число проводников в пазу (предварительно, при условии а = 1)

А,

13. Принимаем а = 1 (по табл. 3.1 [1, т.1), тогда uп = = 15 проводников, uп - число проводников в пазу (округлено до целого).

14. Окончательные значения:

- число витков в фазе:

- линейная нагрузка:

 А/м,

- магнитный поток:

Вб,

- индукция в воздушном зазоре:

Тл,

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

А/м2,

произведение линейной нагрузки на плотность тока AJ1 = A2/м3 принимаем по рис. 8.27, а [1, т.1]

16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно):

м2,

17. Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем nэл = 3, тогда мм. Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ (табл. П 3.1 [1, т.2]), dэл = 1.6 мм2, qэл = 2.011 мм2, dэ.ср = nэл•qэл = 2•2.011 = 4.022 мм2.

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

А/м2,

На этом расчёт обмотки статора заканчивается.

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы: во-первых, площадь поперечного сечения паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции, и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется типом обмотки, который в свою очередь зависит от мощности, номинального напряжения и исполнения машины. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора [1].

19. Предварительно по табл. 8.10 [1, т.1] принимаем ВZ1 = 1.8 Тл; Ва = 1.6 Тл, тогда:

м,

где по табл. 8.11 [1, т.1] для оксидированной стали марки 2212 [1, т.1, § 8.8, стр. 320] принимаем kс = 0.96.

м,

20. Размеры паза в штампе: bш = 3.5 мм ; hш = 0.5 мм; в = 45о;

м,

м,

м,

м,

21. Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку:

12.0 - 0.1 = 11.99 мм,

13.6 - 0.1 = 13.4 мм,

18.6 - 0.1 = 18.5 мм,

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки:

м2

Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0 т.к. прокладки отсутствуют [1, т.1, § 8.5, стр. 297]; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

м2,

где односторонняя толщина изоляции в пазу по табл. 3.1 [1, т.1] bиз = м,

22. Коэффициент заполнения паза:

где по табл. П 3.1 [1, т.2] dиз = 0.243 мм. Полученное значение kз допустимо для механизированной укладки обмотки [1, т.1, § 8.5, стр. 298].

Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает его cosц и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение д приводит к возрастанию амплитуды пульсаций индукции в воздушном зазоре и, как следствие этого, к увеличению поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень малыми зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше [1].

23. Воздушный зазор по рис. 8.31 [1, т.1] д = 0.4 мм (с учётом эмпирической зависимости: - округлено до 0.05 мм [1, т.1, § 8.7, стр. 300]).

Расчёт ротора

При проектировании зубцовой зоны короткозамкнутых роторов особое внимание следует уделять выбору числа пазов ротора. Это объясняется тем, что в поле воздушного зазора машины кроме основной присутствует целый спектр гармоник более высокого порядка, каждая из которых наводит ЭДС в обмотке ротора, поэтому ток в стержнях обмоток имеет сложный гармонический состав. В двигателях малой мощности обычно выполняют Z2<Z1. Это объясняется рядом причин технологического характера, а также тем, что с увеличением Z2 ток в стержнях ротора уменьшается и в двигателях небольшой мощности их сечения становятся очень мелкими [1].

24. Число пазов ротора по табл. 8.16 [1, т.1] Z2 = 34,

25. Внешний диаметр ротора D2 = D - 2д = м,

26. Длина магнитопровода ротора l2 = l1 = 0.15 м.,

27. Зубцовое деление ротора:

м,

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

м,

где по табл. 8.57 [1, т.1] kв = 0.23.

29. Ток в обмотке ротора:

А,

(паз ротора выполняем без скоса [1, т.1, § 3.6, стр. 113 - 115] - кск = 1)

30. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):

м2,

плотность тока в стержне литой клетки принимаем J2 = 3.5·106 А/м2 [1, т.1, § 8.6, стр. 308]

31. Паз ротора представлен на рис. 2. Принимаем bш = 1.5 мм; hш = 0.7 мм; = 0.3 мм;

Допустимая ширина зубца:

м,

(принимаем по табл. 8.10 [1, т.1] BZ2 =2 Тл )

Размеры паза:

м,

м,

м,

32. Уточняем ширину зубцов ротора:

Так как , то принимаем b1 = 6.7 мм; b2 = 2.7 мм ; h1 = 16.7 мм [1, т.1, § 8.8, стр. 323];

Полная высота паза:

33. Площадь поперечного сечения стержня:

Плотность тока в стержне:

А/м,

34. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения кольца:

м,

А,

Где

А/м2,

Плотность тока в замыкающих кольцах Jкл выбирают в среднем на 15 - 20 % меньше, чем в стержнях. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, замыкающие кольца, имеющие лучшие условия охлаждения по сравнению со стержнями, является своего рода радиаторами, которые отводят тепло стержней, усиливая их охлаждение. Во-вторых, в машинах, в которых для улучшения пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока, большое сопротивление замыкающих колец снижает кратность увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске.

Размеры размыкающих колец:

Расчёт магнитной цепи

Расчёт магнитной цепи проводят для режима холостого хода двигателей, при котором для асинхронных машин характерно относительно сильное насыщение стали зубцов статора и ротора. Насыщение зубцовых зон приводит к уплощению кривой поля в воздушном зазоре. При определении магнитных напряжений участков магнитной цепи влияние уплощения учитывается специальными кривыми намагничивания для зубцов и ярма асинхронных двигателей, построенных по основной кривой намагничивания [1].

Выбираем магнитопровод из стали 2013 (см. п. 19 расчёта); толщина листов 0.5 мм [1, т.1, § 8.8, стр. 320].

35. Магнитное напряжение воздушного зазора:

36. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

где hZ1 = hп1 = 15.1 мм (см. п. 20 расчёта).

расчётная индукция в зубцах:

(bZ1 = 5.03 мм по п.19 расчёта; kc1 = 0.97 по табл. 8.11 [1, т.1]). Так как Тл, необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце BZ1 [1, т.1, § 8.8, стр. 322].

Коэффициент kпх по высоте hZx = 0.5hZ:

Где

Принимаем BZ1 = 2.1 Тл, проверяем соотношение BZ1 и :

где для BZ1 = 2.1 Тл, по табл. П 1.7 [1, т. 2] HZ1 = 5140 А/м.

37. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

(при зубцах по рис. 2

индукция в зубце:

Тл,

для BZ2 = 2.28 Тл по табл. П 1.7 [1, т.2] находим HZ2 = 13200 А/м,

38. Коэффициент насыщения зубцовых зон:

данный коэффициент находится в допустимых пределах [1, т.1, § 8.8, стр. 329]

39. Магнитное напряжение ярма статора:

м,

Где

м,

,

т.к. радиальные вентиляционные каналы в статоре отсутствуют [1, т.1, § 8.4, стр.280], то 24.5 мм. Для Ba = 1.6 Тл по табл. П 1.6 [1, т. 2] находим Ha = 750 А/м,

40. магнитное напряжение ярма ротора:

где для четырёхполюсных машин при 0.75(0.5D2 - hп2) < Dj (0.031<0.045) [1, т.1, § 8.8, стр. 330]

где dк2 = 0 т.к. сердечник ротора непосредственно насажен на вал [1, т.1, § 8.8, стр. 330]

для Bj = 0.92 Тл по табл. П 1.6 [1, т. 2] находим Hj = 158 А/м,

41. Магнитное напряжение на пару полюсов:

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

43. Намагничивающий ток:

Относительное значение:

относительное значение тока намагничивания лежит в допустимых пределах [1, т.1, § 8.8, стр. 331].

Относительное значение служит определённым критерием правильности произведённого выбора и расчёта размеров и обмотки двигателя [1].

Параметры рабочего режима

Параметрами асинхронной машины называют активные и индуктивные сопротивления обмоток статора r1, x1, ротора r2, x2 или приведённые к числу витков обмотки статора сопротивления ротора r'2 и x'2, сопротивление взаимной индуктивности x12 и расчётное сопротивление r12 (или rм), введением которого учитывают влияния потерь в стали статора на характеристики двигателя.

При расчёте пусковых режимов, в которых токи машины в несколько раз превышает номинальный, а частота тока в роторе близка к частоте питающей сети, в большинстве случаев приходится учитывать изменение параметров от насыщения участков магнитопровода полями рассеяния и от влияния вытеснения тока [1].

44. Активное сопротивление обмотки статора:

(для класса нагревостойкости изоляции F расчётная температура vрасч = 115 0С, для медных проводников по табл. 5.1 [1, т.1] Ом•м,

Длина проводников фазы обмотки:

м.,

м,

где по табл. 8.21 [1 т.1] B = 0.01 м; Kл = 1.3

м;

где в = 1 т.к. обмотка выполнена без укорочения шага [1, т.1, § 3.6, стр. 110].

Длина вылета лобовой части катушки:

м;

где по табл. 8.21 [1, т.1] kвыл = 0.4

Относительное значение

45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

Ом,

Ом,

Ом,

где для литой алюминиевой обмотки ротора по табл. 5.1 [1, т.1] Ом•м.

Приводим r2 к числу витков обмотки статора:

Ом,

Относительное значение:

46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

Ом,

где:

где м; b1 = м;

hk = 0.5(b1 - bш) =м; h1 = 0

(проводники закреплены пазовой крышкой [1, т.1, § 3.2, стр.74]); , [1, т.1, § 8.9, стр. 337]; м;

для (см. п. 44 расчёта) и 1.3 по рис. 8.51, д [1, т.1] 1.4

Относительное значение:

47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

Ом,

где (пазы выполнены без скоса см. п. 29 расчёта)

где по табл. 8.25 [1, т.1]:

где м; b1 = м;

bш = м; hш = м; м; qc = м2;

так как при закрытых пазах [1, т.1, § 8.9, стр.345, рис. 8.51,а]

Приводим x2 к числу витков статора:

Ом,

Относительное значение:



Расчёт потерь

Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали (основные и добавочные), электрические, вентиляционные, механические и добавочные потери при нагрузке [1].

Основные потери в стали рассчитывают только в сердечнике статора, т.к. частота перемагничивания ротора, в режимах, близких к номинальному, очень мала и потери в стали ротора даже при больших индукциях незначительны [1].

48. Потери в стали основные:

Вт,

по табл. 8.26 [1, т.1] Вт/кг для стали 2013;

кг,

кг,

где ; [1, т. 1, § 8.10, стр. 348]; [1, т.1, § 8.10, стр. 349].

Добавочные потери в стали подразделяют на поверхностные (потери в поверхностном слое коронок зубцов статора и ротора от пульсации индукции в воздушном зазоре) и пульсационные потери в стали зубцов (от пульсации индукции в зубцах)[1].

49. Поверхностные потери в роторе:

Вт,

где k02 = 1.5 [1, т.1, § 8.10, стр. 350];

Тл,

для по рис 8.53 [1 т.1] 0.25

50. Пульсационные потери в зубцах ротора:

Вт, Тл,

Тл из п. 37 расчёта; из п.35 расчёта;

кг,

hZ2 = м, из п. 37 расчёта; bZ2 = м, из п. 32 расчёта;

51. Сумма добавочных потерь в стали:

Вт,

52. Полные потери в стали:

Вт,

Механические потери - это потери на трение в подшипниках и потери на трение щёток о контактные кольца [1].

53. Механические потери:

Вт,

для двигателей с 2р = 4 коэффициент Kт = 1.3(1 - Da) ==0.93 [1, т.1, § 8.10, стр. 353]

54. Холостой ход двигателя:

А,

А,

где:

Вт,

Расчёт рабочих характеристик

Рабочими характеристиками асинхронных двигателей называют зависимости P1, I1, cosц, з, s = f(P2). Часто к ним относят также зависимости M = f(P2) и I2 или I'2 = f(P2). Метод расчёта характеристик базируется на системе уравнений токов и напряжений асинхронной машины, которой соответствует Г - образная схема замещения. Т - образная и Г - образная схемы идентичны для конкретной ЭДС, для которой рассчитывают комплексный коэффициент с1, равный взятому с обратным знаком отношению вектора напряжения фазы U1 к вектору ЭДС - E1 [1].

55. Параметры:

Ом,

Ом,

т.к. то расчёт с1 проводим по уточнённым формулам [1, т.1, § 8.11, стр. 356]:

где активная и реактивная составляющие с1 определяют как:

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:

Вт,

56. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений s = 0.005; 0.015; 0.025; 0.035; 0.042 принимая предварительно, что sном = 0.04 . Результаты расчёта сведены в табл. 1. После построения рабочих характеристик (рис.3) уточняем значение номинального скольжения: sном = 0.04

Рабочие характеристики асинхронного двигателя.



Таблица 1.

Расчётные формулы	Размерность	Скольжение s
		0.005	0.015	0.025	0.035	0.04	00.45	sном =0.04
	Ом	45.144	15.048	9.0288	6.449	5,643	5,37	5,643
	Ом	45.89	15.8	9.78	7.20	6,39	6,12	6,39
	Ом	1.22	1.22	1.22	1.22	1,220	1,220	1,220
	Ом	45.910	15.845	7.302	7.302	6,508	6,245	6,508
	А	4.792	13.884	22.325	30.13	33,803	35,23	33,803
	-	1.00	0.997	0.992	0.986	0,982	0,981	0,982
	-	0.027	0.077	0.124	0.167	0,187	0,195	0,187
	А	5.4	14.453	22.763	30.316	33,813	35,16	33,813
	А	7.947	8.889	10.584	12.854	14,156	14,70	14,156
	А	9.608	16.968	25.103	32.929	36,657	38,112	36,657
	А	4.854	14.065	22.615	30.521	34,242	35,68	34,242
	кВт	3.564	9.539	15.023	20.009	22,317	23,2	22,317
	кВт	0.205	0.639	1.399	2.407	2,983	3,225	2,983
	кВт	0.016	0.131	0.338	0.615	0,774	0,841	0,774
	кВт	0.018	0.048	0.075	0.1	0,112	0,116	0,112
	кВт	0.698	1.277	2.272	3.582	4,329	4,641	4,329
	кВт	2.87	8.26	12.75	16.43	17,99	18,57	17,99
	-	0.804	0.843	0.867	0.879	0,89	0,93	0,89
	-	0.562	0.852	0.907	0.921	0,922	0,923	0,922

Расчёт пусковых характеристик

Расчёт токов с учётом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учёта влияния насыщения от полей рассеяния).

Известно, что с увеличением частоты ток в стержнях обмотки короткозамкнутого ротора возникает эффект вытеснения тока, в результате которого плотность тока в верхней части стержней возрастает, а в нижней уменьшается, при этом активное сопротивление ротора увеличивается, а индуктивное уменьшится. Изменение сопротивлений ротора влияет на пусковые характеристики машины. В большинстве случаев эффект вытеснения тока в обмотках короткозамкнутых роторов играет положительную роль, так как увеличивает начальные моменты двигателей [1].

Расчёт проводится в целях определения токов в пусковых режимах для дальнейшего учёта влияния насыщения на пусковые характеристики двигателя. Подробный расчёт приведён для s = 1. Данные расчёта остальных точек сведены в таблице 2.

57. Активное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока

м,

по рис. 8.57 [1, т.1] для 1.4 находим

м,

где:

(qc = - по п. 33 расчёта);

(по п. 45 расчёта ). Приведённое сопротивление ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

Ом,

58. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока по рис. 8.58 [1, т.1] для .4 (см. п. 57 расчёта) 0.91 по табл. 8.25[1, т.1], рис. 8.52[1, т.1], (см. также п. 47 расчёта):

где (по п. 47 расчёта

см. также п. 47 расчёта.

59. Пусковые параметры:

60. Расчёт токов с учётом влияния эффекта вытеснения тока для s = 1

Расчёт токов в пусковом режиме с учётом влияния эффекта вытеснения тока.

Таблица 2.

Расчётная формула	Размерность	Скольжение
		1	0.8	0.5	0.2	0.1	sкр = 0.14
	-	1,41	1,26	1,00	0,63	0,45	0,53
	-	0,29	0,17	0	0,014	0,004	0,005
	мм	0,017209	0,018974	0,0222	0,021893	0,022112	0,02209
	-	1,84	1,67	1,42	1,44	1,42	1,43
	-	1,50	1,40	1,25	1,26	1,25	1,25
	Ом	0,33	0,31	0,28	0,28	0,28	0,28
	-	2,20	2,22	2,25	2,28	2,29	2,29
	-	0,91	0,93	0,96	0,98	0,99	0,99
	-	0,983	0,986	0,992	0,996	0,998	0,998
	Ом	0,68	0,68	0,68	0,69	0,69	0,69
	Ом	1,07	1,13	1,29	2,14	3,52	2,73
	Ом	1,053	1,055	1,059	1,062	1,063	1,063
	А	146,33	142,50	131,57	92,15	59,87	75,20
	А	148,37	144,49	133,43	93,51	60,84	76,36

Расчёт пусковых характеристик с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.

В предыдущем разделе рассматривался метод расчета параметров при допущении отсутствия насыщения стали магнитопровода полями рассеяния, магнитная проницаемость которой принималась равной бесконечности. При расчетах параметров холостого хода и рабочих режимов это допущение вполне оправдано, так как токи в этих режимах относительно малы и потоки рассеяния не создают заметного падения магнитного напряжения в стали зубцов. При увеличении скольжения свыше критического и в пусковых режимах токи в обмотках возрастают и потоки рассеяния увеличиваются. Коронки зубцов статора и ротора в машинах средней и большой мощности в большинстве случаев оказываются сильно насыщенными. Насыщение коронок зубцов приводит к увеличению магнитного сопротивления для части потока рассеяния, магнитные линии которого замыкаются через верхнюю часть паза. Поэтому коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния уменьшается. Несколько снижается также магнитная проводимость дифференциального рассеяния. На коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния, насыщение стали потоками рассеяния влияния не оказывает [1].

Расчёт проводим для точек характеристик, соответствующих s = 1; 0.8; 0.5; 0.2; 0.1, при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учётом влияния вытеснения токов (см. табл. 2). Данные расчёта сведены в табл. 3. Подробный расчёт приведён для s = 1.

61. Индуктивное сопротивление обмоток. Принимаем kнас = 1.35 [1, т.1, § 8.12, стр. 370]:

По рис. 8.61 [1, т.1] для находим

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

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения и вытеснения тока (см. п. 47 и п. 58 расчёта)

(для закрытых пазов ротора ),

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения



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

62. Расчёт токов и моментов:

Кратность пускового тока с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

Кратность пускового момента с учётом влияния вытеснения тока и насыщения

Полученный в расчёте коэффициент насыщения

отличается от принятого kнас = 1.4 менее, чем на 1%

Для расчёта других точек характеристики задаёмся kнас, уменьшенным в зависимости от тока I1 (см. табл. 2) принимаем с учётом рекомендаций [1, т.1, § 8.12, стр. 370] при

s = 0.8	kнас = 1.3
s = 0.5	kнас = 1.2
s = 0.2	kнас = 1.1
s = 0.1	kнас =1.05

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

63. Критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и , соответствующим скольжениям s = 0.11

после чего рассчитываем кратность максимального момента: (см. табл. 3).

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим (КПД и ), так и по пусковым характеристикам (см. табл. 8.29 [1, т.1]).



Расчёт токов в пусковом режиме с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.

Таблица 3.

Расчётные формулы	Размерность	Скольжение s
		1	0.8	0.5	0.2	0.1	sкр = 0.14
	-	1,35	1,3	1,2	1,1	1,05	1,08
	A	4835,085	4534,334	3865,19	2482,887	1542,173	1990,681
	Тл	8,12	7,62	6,49	4,17	2,59	3,34
	-	0,34	0,35	0,4	0,55	0,79	0,85
	мм	0,006323	0,006227	0,005748	0,004311	0,002012	0,001437
	-	0,69	0,69	0,70	0,74	0,85	0,89
	-	0,612	0,630	0,720	0,990	1,422	1,530
	Ом	0,243	0,244	0,253	0,279	0,324	0,336
	-	1,005	1,005	1,005	1,006	1,006	1,007
	мм	0,018	0,018	0,019	0,026	0,055	0,077
	-	1,686	2,300	2,300	2,300	2,300	2,300
	-	0,826	0,851	0,972	1,337	1,920	2,066
	Ом	0,506	0,602	0,621	0,676	0,764	0,786
	Ом	1,07	1,13	1,29	2,14	3,52	2,59
	Ом	0,751	0,850	0,877	0,959	1,093	1,128
	А	168,03	155,92	140,84	93,95	59,75	77,82
	А	169,75	157,81	142,61	95,29	60,80	79,13
	-	1,14	1,09	1,07	1,02	1,00	1,04
	-	4,64	4,31	3,90	2,60	1,66	2,16
	-	1,51	1,51	1,77	1,98	1,59	1,80

Тепловой расчёт

Достаточно достоверную оценку теплового режима двигателя дает приближенный мётод теплового расчета, основанный на упрощённом представлении о характере тепловых связей между элементами электрической машины. В нём используют средние значения коэффициентов теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции, характерные для определенной конструкции и технологии производства двигателей данного типа.

Для расчета нагрева асинхронных машин могут быть взяты приведенные в усредненные коэффициенты теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции в пазовой и лобовой частях обмоток.

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 [1].

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

по табл. 8.33 [1, т.1] К = 0.2; Вт, где из табл. 8.34 [1, т.1] для s = sном находим Рэ1 = 2983Вт; по рис. 8.70,б [1, т.1],

65. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

где Пп1 = 2hпк + b1 + b2 = м; для изоляции класса нагревостойкости F Вт/м2 [1, т.1, § 8.15, стр. 402], по рис. 8.72 [1, т.1] для d/dиз = 0.95 находим Вт/(м2)]

66. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей



67. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателей

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

69. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

из табл. 1 для s = sном;

sкор = где по рис. 8.73 [1, т.1] Пр = 0.32 м для h = 160 мм; по рис. 8.70, а [1, т.1] ав = 22 Вт/

для Da = 0.285 м

70. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

71. Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха. Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям [1, т.1, § 8.15, стр. 407].

Выводы

Проектирование новой машины всегда начинают с выбора базовой модели, на которую ориентируются при проведении всех расчётов и при разработки конструкции отдельных узлов. За базовую обычно выбирается конструкция двигателя одной из новых серий, выпускаемых в настоящее время. В данной работе за базовую модель был принят двигатель 5А160М4. В табл. 4 приведена сравнительная характеристика существующего и спроектированного двигателей:

Таблица 4

Тип	Мощность, кВт	КПД	cosц	Iном, А
5А160М4	18.5	90 %	0.86	36.3	2.6
Спроектир. двигатель	18.5	89%	0.86	36.2	1.51

Главным отличием спроектированного двигателя от 5А160М4 является чуть меньший КПД. За объяснением необходимо обратиться к пунктам 15 - 18 расчёта. Для принятого сечения эффективного проводника выросло значение плотности тока, по сравнению с предварительным. С увеличением плотности тока возрастают потери в меди обмотки. Что в свою очередь сказывается, во-первых, на повышении температуры обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока должна быть выбрана как можно большей. Поэтому в спроектированном двигателе, с учётом ежегодного увеличения цены на медь, пришлось пойти на некоторое снижение КПД в угоду более низкой стоимости конечного изделия.

Библиографическая запись

1. Копылов, И. П. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - В 2-х т.: И. П. Копылов, Б. К. Клоков, В. П. Морозкин, Б. Ф. Токарев; Под ред. И. П. Копылова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 464 с. ил. - ISBN 5-283-00724-3 5000 экз.

2. Колесов, С. Н. Материаловедение и технологии конструкционных материалов: Учеб. для вузов / С. Н. Колесов, И. С. Колесов. - М.: Высш. шк., 2004. - 519 с. ил. - ISBN 5-06-004412-2 8000 экз.

3. Федоренко В. А. Справочник по машиностроительному черчению. Учеб. для вузов / В. А. Федоренко, А. И. Шошин. - Л.: Машиностроение. 1984. - 304 с. ил. - ISBN 5-146-005764-2 150000 экз.

Размещено на Allbest.ru