Проектирование трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородский Государственный Технический Университет. им Р.Е. Алексеева

Курсовая работа

по электрическим машинам

«Проектирование трёхфазного асинхронного двигателя с фазным ротором»

Выполнил:

Студент группы ЭПА - 09

Захаров Р. Н.

Проверил:

Смирнов Ю.А.

г. Выкса

2011

Содержание

1. Выбор главных размеров

2. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

3. Расчет ротора

4. Расчет магнитной цепи

5. Расчет параметров рабочего режима

6. Расчёт потерь

7. Холостой ход

8. Расчет рабочих характеристик

9.Тепловой расчет

10. Вентиляционный расчет

11. Расчет пусковых характеристик

12. Эскиз паза статора

13. Эскиз паза ротора

14. Общий вид двигателя

15. Индивидуальное задание

Список литературы

Техническое задание

Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором: Р₂ = 75 кВт; U = 220/380 В; 2р = 4; конструктивное исполнение IM2001; исполнение по способу защиты IP23; способ охлаждения IC0141; климатическое исполнение и катего-рия размещения УЗ;

1.Выбор главных размеров

1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18, б h = 0,225 м. D_a = 0,392 м (см. табл. 9.8). k_D = 0,68 по табл. 9.9.

2. Внутренний диаметр статора D = k_D D_a = 0, 68 * 0,392 = 0,267 м,

3. Полюсное деление ф = р D/(2p) = р 0,267/4 = 0,209 м.

4. Расчетная мощность по (9.4)

P' = mIE = P₂ = = 91.1 кВА

(k_E = 0.98 -- по рис. 9.20; з=0.91 и cos ц = 0.89 -- по рис. 9.21, в).

5. Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.23, б)

А = 45 * 10³ А/м; В_д = 0,83 Тл

6. Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки) k_об1 = 0,92.

7. Расчетная длина магнитопровода по (9.6)

= = 0,247 м

(по (9.5) Щ = 2 р f / p = 2р * 50/2 = 157,1 рад/с].

8. Отношение л = l_д /ф = 0,247/0,209 = 1,178. Значение л = 1,178 находится в допусти-мых пределах (см. рис. 9.25, б).

Определение Z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

9. Предельные значения t_z1 (по рис. 9.26): t_z1max = 15.8 мм; t_z1min = 13.8 мм.

10. Число пазов статора по (9.16)

Z_1min =

Z_2max =

Принимаем Z₁ = 60, тогда q₁ = Z₁/(2pm) - 60/(4 * 3) = 5. Обмотка двухслойная.

11 . Зубцовое деление статора (окончательно)

м

12. Число эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии а = 1 по (9.17)]

(по 9.18)

А

13. Принимаем а = 4, тогда по (9.19) u_п = а u'_п = 16 проводник.

14. Окончательные значения:

число витков в фазе по (9.20)

линейная нагрузка по (9.21)

А/м

магнитный поток по (9.22)

Ф = 27,510^-3 Вб

(k_oб = k_p1 k_y1 = 0,958 * 0,951 = 0,911 по табл. 3.16 для q = 4 k_p1 = 0,958; по (3.11) k_y1 = sin = sin = 0,951, где в = y/ф = 12/15 = 0,8; ф = Z₁/2p = 48/4 = 15; для D_a = 0,392 м по рис. 9.20 k_E = 0,98);

индукция в воздушном зазоре по (9.23)

В_д = Тл

Значения А и В_д находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.23, а).

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25). А по п. 14 42,9 10³ А/м

 А/м²

(AJ₁ = 30010⁹ по рис. 9.27, г).

16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (9.24),

м² =6,2 мм².

17.Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл = 4, тогда q_эл = q_эф/n_эф = 6,2/4 = 1,56 мм². По таблице П.3.1 находим диаметр изолированного и неизолированного d = 1.4 мм провода.

Выбираем круглый медный провод марки ПЭТ-155, q_эл = 1,56 мм², q_э.ср = n_эл q_эл = 4 * 1,56 = 6,24 мм².

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (9.27)

А/мм².

2.Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечиваю-щих параллельность боковых граней зубцов.

19. Принимаем предварительно по табл. 9.12 В_z1 = 1,9 Тл; В_а = 1,65 Тл, тогда по (9.37)

b_Z1 = = = 5,982*10^-3 м = 5,9 мм

(по табл. 9.13 k_c = 0,97);

по (9.28)

м = 33,7 мм.

20. Размеры паза в штампе: b_ш = 3,7 мм; h_ш = 1 мм; 45° (см. рис. 9.29, а);

по (9.38)

м = 29 мм;

по (9.40)

=мм

Рис. 1 Пазы спроектированного двигателя с фазным ротором (Р₂ =75 кВт, 2р = 4, U_ном =220/380 В)

по (9.39)

= 8,33м = 8,3 мм;

по (9.42)--(9.45)

= 25,4 мм

Паз статора показан на рис. 1, а.

21. Размеры паза в свету с учетом припу-ска на сборку:

b'₁ = b₁ - Д b_п = 11- 0,2 = 10,8 мм

b'₂ = b₂ - Д b_п = 8,33 - 0,2 = 8,122 мм

h'_п.к = h_п.к - Дh = 25,4 - 0,2 = 25,2 мм.

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки по (9.48)

= 198,1 мм²

[площадь поперечного сечения прокладок S_пр =0,9 b₁ + 0,4b₂=(0.911+0.48.3)=11.89 мм²; площадь поперечного сечения кор-пусной изоляции в пазу

S_из = b_из(2h_п + b₁ + b₂) = 0,4(2*29 + 11 + 8.3) = 30,9 мм²,

гдe односторонняя толщина изоляции в пазу b_из = 0,4 мм -- по табл. 3.1].

22. Коэффициент заполнения паза по (3.2):

= 0,712

Полученное значение k_з допустимо для механизированной укладки обмотки.

3. Расчет ротора

Наиболее распространенной обмоткой для фазных роторов является двухслойная стержневая волновая обмотка. Учитывая выбранный аналог двигателя ориентируемся на эту обмотку и полузакрытые пазы

23 д - воздушный зазор (по рис 9.31) д=0.7мм

24. Фазная обмотка ротора имеет одинаковое с обмоткой статора число фаз и полюсов m2 = m1; р₂ = р₁=2;

число пазов ротора отличается от числа пазов статора (по табл.9.18) Z2 = 48

23. Внешний диаметр ротора D₂ = D - 2д = 0.267 - 2 * 0.7 = 0.265 м

24. Длина магнитопровода ротора l₂ = l₁ = 0.247 м

25. Зубцовое деление ротора

t_z2 = = = 17,35 * 10^-3 = 17,35 мм

26. В роторах с двухслойной стержневой обмоткой число эффективных проводников в пазу w₂ = 2p₂ q₂ =2 2 4=16

27. Напряжение на контактных кольцах ротора при соединении обмотки в звезду (по 9.56)

U _к.к. = U_1ном = 220=152.42 В

28. Предварительное значение тока в обмотке фазного ротора (по 9.57)

I₂ = k_i I₁ v_i= 0,93 * 24,7 * 2,378 =284,229 А

k_i = 0.93 - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I1/I2 (по 9.58)

v_i - коэффициент приведения токов, для двигателей с фазными роторами (по 9.59)

= 2,378

Обмоточный коэффициент (по 3.20) k_oб2 = k_p2 k_y2 = 0,96 * 1 = 0.958

kу2 - коэффициент укорочения, учитывающий уменьшение ЭДС витка, вызванное укорочением шага обмотки.Учитывая выбранную ранее обмотку с диаметральным шагом получаем что ку2 = 1

k_p2 - коэффициент распределения, учитывающий уменьшение ЭДС распределенной по пазам обмотки по сравнению с сосредоточенной для первой гармоники и q = 4 (по 3.20)

29. J₂ - предварительная допустимая плотность тока; J₂ = 5.5 * 10⁶ (А/м2)

Сечение эффективных проводников обмотки ротора по (9.60)

q_эф2 = I₂ / J₂= 284,229/5 * 10⁶ =51,68* 10^-6 м² =51,68 мм²

Припуски на шихтовку и сборку сердечников bп и hп

Дb_п = 0.2 * 10^-3; Дh_п = 0.2 * 10^-3

Ширина паза (предварительно), м2

b_п2 = 0,35 * t₂ =6,07* 10^-3

b_из2 =1,7 * 10^-3 - двусторонняя ширина изоляции по ширине, м,(табл.3-11)

b_эл2 = b_п2 - b_из2 - Дb_п = 6,07* 10^-3 -1,7 * 10^-3 - 0.2 * 10^-3 = 4,2* 10^-3

Выбираем провод:

а_р = 4,25* 10^-3 b_p = 12,5* 10^-3 q_эф2 = 52,27 * 10^-6

Уточняем допустимую плотность тока, А/м²:

J₂ = = 5,438* 10⁶

h_из2 = 4* 10^-3 - двусторонняя ширина изоляции по ширине, м.

h_к1 = 2* 10^-3 - высота клиновой части, м.

h_ш2 = 0,5* 10^-3 - высота шлицовой части, м

b_ш2 = 1,5* 10^-3 - ширина шлицовой части, м

При расчете заполнения паза проводниками и изоляцией следует учитывать припуск на сборку магнитопровода. Высоту клиновой части при расчете расположения проводников не учитывают.

h_п2 = b_п2 + h_из2 + h_ш2 + h_к1+ Дb_п = 0,0317

b_п2 = b_из2 + а_р + Дb_п = 6,15* 10^-3

Уточним размер зубца ротора в наиболее узком сечении b_z2min,м,

b_{z2min =} b_z2min = 7,06 * 10^-3

Наибольшая ширина зубца ротора с полузакрытыми пазами, м,:

b_{z2max =} b_z2max =0,011

Проверим значение индукции в наиболее узком месте зубца ротора

B_z2max ,Тл

I_ст2=I₂ k_c2 = k_c1

B_z2max = = 2,056

Вывод: Полученное значение допустимо, так как оно превышает табличное значение всего на 1%.

4. Расчет магнитной цепи

Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого хода двигателей, при котором для АД характерно относительно сильное насыщение стали зубцов статора и ротора. По расчетной индукции, используют КНМ. Находим среднее значение индукции в зубцах статора, учитывая, что сечение его зубца постоянно, (6 - 104,[1])

 -учитывая, что сечение зубца статора постоянно

Находим среднее значение индукции в зубцах ротора , учитывая, что сечение его зубца непостоянно, Тл, (6 - 104,[1]) :

Расчетная высота ярма статора, м, (6 - 106,[1]) :

Индукция в ярме статора Ва, Тл, (6 - 105,[1])

В двигателях с высотой оси вращения мм применяют горячую посадку сердечников на гладкий вал без шпонки

Расчетная высота ярма ротора при посадке сердечника непосредственно на вал, м, (6 - 109,[1])

Индукция в ярме ротора, Тл,( 6 - 107, [1])

- коэффициент ( 6 - 16, [1])

Диаметр вала, м, ( 6 - 101, [1])

Внутренний диаметр ротора Dj равен диаметру вала D_в , м ( 6 - 101, [1])

k - коэффициенты воздушного зазора для ротора и статора ( 4 - 44, [1])

k д - результирующий коэффициент воздушного зазора (4 - 17,[1])

з₀ - магнитная постоянная

Найдём магнитное напряжение воздушного зазора, А, (6 - 110,[1])

В машинах нормапьного исполнения kп для различных по высоте зубца сечений обычно находится в пределах kп = 0.5 - 2.0

Найдем значения для (рис. 4-31, [1]), значение найдем из рис.( П - 10, [1])

Из рис. (П - 10,[1]) видно что ответвление потока в паз учитывать не обязательно, так как для стали 2013 при Тл оно практически не изменяет результаты расчёта.

Находим значения напряженности для принятой марки стали 2013, А/м, (табл.П - 17,[1])

Среднее значение напряженности зубцовой зоны статора , А/м, (по 6 - 112,[1])

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора Fz1, А, (6 - 111,[1])

Так как ,то необходимо подразделить зубец ротора по высоте на две равные части и определить напряжённости в каждой из них в отдельности. В этом случае расчётная ширина зубца берётся на высоте 0.2 и 0.7 всей высоты зубца от его наиболее узкой части, м, (6-116 и 6-117, [1])

Найдём значения индукции в этих частях, Тл, (6 - 64,[1])

Находим значения напряженности в этих частях по найденым значениям индукции, А/м, (табл.П -17,[1])

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора Fz2, А, (6 - 118, [1])

Коэффициент насыщения зубцовой зоны (позволяет предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных данных проектируемой машины) kz=1.2-1.6 (6-120)

Длина средней магнитной линии ярма статора, м, (6 - 122, [1])

Напряженность поля по КНМ, А/м, (табл. П -16,[1])

Магнитное напряжение ярма статора, А, (6 - 121,[1])

Длина средней магнитной линии потока в ярме ротора, м, (6 - 124, [1])

Нj - напряженность поля по КНМ, А/м, (табл. П -16,[1])

Магнитное напряжение ярма ротора, А, (6 - 123,[1])

Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов), А, (6 - 127,[1])

Коэффициент насыщения магнитной цепи

Намагничивающий ток, A, (6 - 129, [1])

Намагничивающий ток в процентных долях, A, (6 - 130, [1]), служит определенным критерием правильности произведенного выбора и расчета размеров и обмотки двигателя = 0.18 - 0.35

Вывод: допустимый предел критерия намагничивающего тока свидетельствует о правильности произведенного выбора и расчета размеров и обмотки двигателя.

5. Расчет параметров рабочего режима

Параметрами АМ называют активные и индуктивные сопротивления обмоток статора r1,x1 и ротора r2, x2, сопротивление взаимной индуктивности х12 и расчетное сопротивление r12, введением которого учитывают влияние потерь в стали статора на характеристики двигателя.

Активные сопротивления обмоток статора и фазного ротора

- удельное сопротивление материала обмотки, Ом*м, (табл.4- 1,)

- общая длина эффективных проводников фазы обмотки статора, м, (6 - 133, [1])

kr - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока. В обмотках фазных роторов принимают ,так как частота тока в проводниках при номинальном и близких к нему режимах очень мала.

Активное сопротивление, Ом, (6 - 131,[1])

Сопротивление обмотки статора в относительных единицах

 - число паралельных ветвей обмотки ротора.

- общая длина эффективных проводников фазы обмотки ротора, м, (6 - 133, [1])

Найдём активное сопротивление, Ом, (6 - 131,[1]) :

Коэффициетт приведения сопротивлений (6 - 150,[1])

Приведенное к числу витков первичной обмотки сопротивление r2 (r21) (6 - 149,[1])

Приведенное сопротивление в относительных единицах

Индуктивные сопротивления обмоток двигателей с фазными роторами

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния фазных обмоток п1, определяется для трапецеидального паза статора (рис. 6 - 19,а,[1]) и (табл. 6 - 22 для рис. 6 - 38,ж,[1]). Соответствующие двум рисункам размеры пазов присвоины для табличной формулы

Коэффициенты зависящие от укорочения шага обмотки (6 - 151,[1]) и (6 - 153,[1])

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния фазных обмоток статора (табл. 6 - 22 для рис. 6 - 38,ж, [1]):

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния с учетом отсутствия радиальных каналов (6 - 154,[1]) :

z - коэффициент, зависящий от размерных соотношений (рис. 6 - 39,а,[1]) :

- коэффициент (рис. 6-39,в,[1]) :

Коэффициент, зависящий от шага обмотки (6 - 159,[1]) :

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (6 - 154,[1]) :

Индуктивное сопротивление обмотки статора при условии отсутствия радиальных каналов (4 - 42,[1]) :

Индуктивное сопротивление обмотки статора в относительных единицах :

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния фазных обмоток п2 определяется для полузакрытого паза ротора и двухслойной обмотки (рис. 6 - 23,б,[1]) по (табл. 6 - 22 для рис. 6 - 38в,[1]). По (рис. 6 - 68,б,[1]) с учетом табл. 3 - 11 определяем параметры h0 ,h1, h2, h3, bп для табличной формулы:

Коэффициенты зависящие от укорочения шага обмотки (стр. 199, [1]) :

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния фазных обмоток п2 :

z2 - коэффициент, зависящий от размерных соотношений (рис. 6 - 39,а,[1]) :

- коэффициент рис.6-39,в,[1]) :

- коэффициент (рис.6-39,г,[1]) :

Коэффициент, зависящий от шага обмотки ротора (6 - 160,[1]) :

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (6 - 154,[1]) :



Индуктивное сопротивление обмотки ротора при условии отсутствия радиальных каналов, Ом, (4 - 42,[1]) :

Индуктивное сопротивление обмотки ротора приведенное к числу витков обмотки статора (6 - 162,[1]) :

Индуктивное сопротивление ротора приведенное к числу витков обмотки статора в относительных единицах :

Значение сопротивления х12 для удобства расчета схемы замещения (6 - 180,[1])

Индуктивное сопротивление в относительных единицах :

6. Расчёт потерь

Основные потери в стали в АД расчитывают только в сердечнике статора, т.к. частота перемагничивания ротора f1, в режимах близких к номинальному, очень мала и потери в стали даже при больших индукциях незначительны.

- удельные потери в стали АД, Вт/кг, (табл. 6 - 24,[1])

- показатель степени для марки стали 2013 по (табл. 6 - 24,[1]).

, - коэффициенты учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов.

- удельная масса стали, кг/м3

Средняя ширина зубца статора, м :

ma,mz1 - масса стали ярма и зубцов статора, кг, (6 - 184,[1]) и (6 - 185,[1]) :



Основные потери в стали статора, Вт, (6 - 183,[1]) :

Сопротивления r12 с достаточной точностью определяется (6 - 179,[1]) :

Сопротивление в относительных единицах :

01, 02 - коэффициенты зависимости отношений (рис. 6 - 41,[1])

Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора В01 и ротора В02 (6 - 186,[1]) :

, - коэффициенты, учитывающие влияние обработки поверхности головок зубцов статора (ротора) на удельные потери.

Удельные поверхностные потери, приходящиеся на 1м2, поверхности головок зубцов статора и ротора, Вт/м2, (6 - 187,[1]) и (6 - 188,[1]) :

Полные поверхностные потери статора (6- 189,[1]) и ротора (6 - 190,[1]), Вт :

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов Впул для зубцов статора (6 - 191,[1]) и для зубцов ротора (6 - 192,[1]) ,Тл :

Пульсационные потери Рпул1 в зубцах статора, Вт, (6 - 195,[1]) :

Расчетная высота зубца ротора, м :

Средняя ширина зубца ротора, м :

Масса стали зубцов ротора, кг, (6 - 197,[1]) :

Пульсационные потери Рпул2 в зубцах ротора (6 - 196,[1]), Вт :



Добавочные потери Рстд в стали по (6 - 198,[1]),Вт

Общие потери в стали АД, Вт, (6 - 199,)

Электрические потери во всех фазах обмотки статора Рэ1 и ротора Рэ2, Вт, (6 - 200,[1]) и (6 - 201,[1]) :

Механические потери в двигателях с радиальной системой вентиляции средней мощности, Вт, (6 - 206,[1]) :

 - коэффициент трения щеток о контактные кольца (стр.209,).

- давление на контактной поверхности щеток М20, Па, (табл. П - 35,[1]).

- плотность тока на щетку, А/см2, (табл. П - 35,[1]) .

Площадь щеток на одно кольцо, см2 :

По (табл. П - 34) принимаем осевой lщ и тангенциальный bщ размеры электрощеток, см, после чего уточняем число щеток на одно кольцо (округляя значение nщ) и Jщ :

Число щеток на одно кольцо

уточняем:

Общая площадь контактной поверхности всех щеток (площадь щеток на 3 кольца), м2 :

Падение напряжения в скользящем контакте щетка - кольцо , В :

Диаметр кольца , м :

Линейная скорость поверхности контактных колец, м/с:

Потери на трение щеток о конкретные кольца (6 - 209,[1]), Вт :

Добавочные потери при нагрузке АД , они составляют 0.5% от номинальной мощности, кВт :

7. Холостой ход

- А - реактивная составляющая тока холостого хода.

Электрические потери в статоре при х.х. (приближённо ринимаются), Вт, (6 - 214,[1]) :

Активная составляющая тока холостого хода Iхх , А, (6 - 213,[1]) :

Ток х.х. АД, А, (6 - 212,[1]) :

Коэффициент мощности при х.х. (6 - 215,[1]) :

8. Расчет рабочих характеристик

Методы расчета характеристик основаны на системе уравнений токов и напряжений АМ, которой соответствует Г - образная сх. замещения (рис. 6 - 43,[1]). Активные и индуктивные сопротивления сх.замещения являются параметрами АМ.

с1 - коэффициент, представляющий собой взятое с обратным знаком отношение вектора напряжения фазы U1 к вектору ЭДС Е1, при синхронном вращении АМ с учетом сдвига фаз этих векторов. Можно пренебречь реактивной составляющей коэффициента с1. Приближённо с1 (6 - 218,[1]), т.к.:

Формулы для расчета рабочих характеристик основаны на аналитическом методе расчете по (табл. 6 - 26,[1]). Расчет характеристик производят, задаваясь значениями скольжений в диапозоне s = (0.2 - 1.5)sн . Для построения характеристик достаточно рассчитать требуемые значения для 5-и различных скольжений, выбранных в указанном диапазоне.

Рабочие параметры для определения отношения моментов

Ом.

Ом.

Ом.

Величины не зависящие от скольжения:

Активная составляющая тока синхронного х.х. , А, (6 - 222,[1]) :

Реактивная составляющая тока, А :

Суммарные потери, кВт :

Добавочные потери, кВт :

Номинальное напряжение, В и ток, А :

Коэффициент приведения токов :

Рабочие параметры:

Сопротивления, Ом:

Номинальное скольжение предварительно:

Определение отношения моментов (максимального к номинальному):

Графики рабочих характеристик при номинальном режиме работы:



Выводы: Полученные рабочие характеристики двигателя соответствуют техническому заданию

9.Тепловой расчет

Тепловой расчёт для статора

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 температуры для принятого класса изоляции температуры :

- коэффициент увеличения потерь.

Электрические потери в обмотке статора и ротора определяются по (6 - 200 и 6 - 201,[1]), кВт :



Электрические потери в обмотке статора разделяются на потери в пазовой части (6 - 312, [1]) и потери в лобовых частях катушек (6 - 313, [1]) :

- коэффициент теплоотдачи с поверхности (рис. 6 - 59,б,[1]) :

- коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду (табл. 6 - 30,[1]).

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины (6 - 314,[1]) :

Расчетный периметр поперечного сечения паза статора для полузакрытых трапециидальных пазов по (6 - 316,[1]):



- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции,. Среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки , ,(рис.6- 62

- число пазов статора (см. ранее) .

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора (6 - 315,[1]) :

- периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки.

- односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки.

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей (6 - 319,[1])

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины (6 - 320,[1]):

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины (6 - 321,[1]) :

Сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчётной температуре , Вт:

Р1в - сумма потерь, отводимая в воздух внутри двигателя ,Вт ,(6 - 326,[1])



- условный периметр поперечного сечения ребер станины, м, (рис 6 - 63,[1]) :

Sкор - эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, , (6 - 327,[1]) :

- коэффициент подогрева воздуха, , (рис. 6 - 59,б,[1]) :

Температура воздуха внутри машины (6 - 322,[1]) :

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды (6 - 328,[1]) :

Тепловой расчет для фазного ротора

Электрические потери в обмотке ротора разделяются на потери в пазовой части и потери в лобовых частях катушек , Вт, (6 - 330 и 6 - 334,[1]) :



- коэффициент теплоотдачи с поверхности (рис. 6 - 64,а,[1]) :

Превышение температуры магнитопровода ротора над температурой воздуха внутри машины (6 - 329,[1]) :

Периметр паза ротора для прямоугольных пазов, м, (6 - 332,[1]) :

- число пазов ротора (см. ранее).

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки ротора (6-331)

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины (6 - 333,[1]) :

Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой воздуха внутри двигателя (6 - 336,[1]) :

Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой окружающей среды (6 - 328,[1]) :

10. Вентиляционный расчет

- коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором (6 - 341,[1]) :

- коэффициент (стр. 240,[1])

- скорость вала двигателя ( см. ранее )



Требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с, (6 - 340,[1]) :

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, м3/с, (6 - 342,[1]) :

Расход воздуха Qb1 должен быть больше требуемого для охлаждения машины Qb, что и подтверждает расчет.

11. Расчет пусковых характеристик

Расчет пусковых характеристик приведём для скольжения .

Зададим диопазон изменения скольжении s:

Высота стержня в пазу ротора, м :

Ширина стержня и ширина паза , м

Приведенная высота стержня (величена безразмерная) для двигателей общего назначения при расчетной температуре 750С (по 6 - 232,[1]):

Определяем коэффициенты kr, kд.. Они оценивают относительное изменение активного и индуктивного сопротивления стержней при неравномерной плотности тока. Определяются с помощью построенных на их основе кривых (рис. 6 - 46,[1]) и 1 рис. 6 - 47,[1]) :



hr - глубина проникновения тока, м, (6 - 236 ,[1]) :

Cечение стержня

kr находят как отношение площадей всего сечения стержня qc и сечения qr, ограниченного высотой hr для прямоугольных стержней (6 - 240,[1]) :

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока Kr по (6 - 248,[1])

Коэффициент изменения индуктивного сопротивления ротора под воздействием эффекта вытеснения тока ,(6 - 251,[1])

Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока х21Ом, (6 - 250,[1]) :

Ток в обмотке ротора, A, по (6 - 269,[1])

Влияние насыщения на параметры

а=4 - число паралельных ветвей обмотки статора

Коэффициент насыщения - предполагаемая кратность увеличения тока, обусловленная уменьшением индуктивного сопротивления из-за насыщения зубцовой зоны

Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора, A, (6 - 252,[1]) :



Коэффициент по (6 - 254,[1]) :

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре, Тл, (6 - 253,[1]) :

Определяем отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины по (рис. 6-50,[1]), характеризуемое коэффициентом :

трехфазный асинхронный двигатель ротор статор

Значение дополнительного раскрытия паза статора, м, (6 - 255,[1]) :

Изменение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого паза статора (6 - 258,[1]) :

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния при насыщении для статора (6 - 261,[1]) :

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора при насыщении (6 - 263,[1])

Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения от полей рассеяния, Ом, (6 - 264,[1]) :



Значение дополнительного раскрытия паза ротора (6 - 259,[1])

Изменение коэффициента проводимости рассеяния для полузакрытого паза ротора (6 - 260,[1]) :

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния при насыщении для ротора (2 - 262,[1]) :

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния при насыщении для ротора (6 - 263,[1])

Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом влияния вытеснения тока и насыщения, Ом, (6 - 265,[1])



Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме (6 - 266,[1]) :

по (6 - 267):

Расчет токов и моментов

по (6 - 268):

Ток в обмотке ротора, A, (6 - 269,[1])

Ток обмотки статора, A, (6 - 271,[1]) :

Процентное соотношение значения кратности токов :

Полученные для каждой из точек характеристики значения кратности токов сравнивают с принятыми коэффициентами насыщения. Если расхождение превышает 10 - 15%, то расчет для этого значения скольжения повторяют, внося соответствующую корретировку в первоначальное значение коэффициента насыщения.



Момент :

Момент максимальный :

Момент пусковой :

Относительные значения пускового тока :

Критическое скольжение :

Графики пусковых характеристик :

Аппроксимация графиков пусковых характеристик

Определим по графику критическое скольжение .

Механическая характеристика при skp < s < 1 :



Рис . 1. Эскиз паза статора.

Рис . 2. Эскиз паза ротора.

Рис . 3. Общий вид двигателя

Индивидуальное задание: описать преимущества и недостатки двигателя с фазным ротором.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Рис. 2: 1 - станина; 2 - обмотка статора; 3 - ротор; 4 - контактные кольца; 5 - щетки

Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.

Достоинства асинхронного электродвигателя с фазным ротором

· большой начальный вращающий момент;

· возможность кратковременных механических перегрузок;

· приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках;

· меньший пусковой ток по сравнению с электродвигателями с короткозамкнутым ротором;

· возможность применения автоматических пусковых устройств.

Недостатки асинхронного электродвигателя с фазным ротором

· большие габариты;

· cos ц и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

· Небольшой пусковой момент.

· Значительный пусковой ток

· Наличие скользящих контактов

· Большая стоимость

Список литературы

1. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов/ И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков и др.; Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергия, 1980.

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

3. Проектирование трёхфазного асинхронного двигателя: Методическое руководство к курсовому проекту/ В.И. Попов. - Горький: 1979.

4. Справочник по электрическим машинам: в 2 т./Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

Размещено на Allbest.ru