Расчет асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Размеры, конфигурация, материал

2.1 Главные размеры

2.2 Сердечник статора

3. Обмотка статора

3.1 Расчет обмотки статора

3.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора

4. Расчет короткозамкнутого ротора

4.1 Сердечник ротора

4.2 Размеры короткозамыкающего кольца

5. Расчет магнитной цепи

5.1 МДС для воздушного зазора

5.3 МДС зубцовой зоны ротора

5.4 МДС ярма статора

5.5 МДС ярма ротора

5.6 Параметры магнитной цепи

6. Параметры рабочего режима

6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора

6.2 Активное сопротивление фазы обмотки ротора

6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

7. Расчет потерь

7.1 Основные потери в стали статора

7.2 Добавочные потери в стали

7.3 Полные потери в стали

7.4 Механические потери

7.5 Холостой ход двигателя

8. Рабочие характеристики

8.1 Параметры рабочего режима

8.2 Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

9. Расчет пусковых характеристик

9.1 Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния)

9.2 Расчет пусковых характеристик с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

10. Тепловой расчет

11. Механический расчет вала

11.1 Расчет вала на жесткость

11.2 Определение критической частоты вращения

11.3 Расчет вала на прочность

12. Расчет подшипников

Заключение

Список литературы

Введение

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющий в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их Установленная мощность постоянно возрастает.

Асинхронные двигатели широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других станков, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.

Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.

В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.

1. Исходные данные

Номинальный режим работы Продолжительный

Высота оси вращения h, мм 160

Исполнение ротора Короткозамкнутый

Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт 18,5

Количество фаз статора m 3

Способ соединения фаз статора Д/Y

Частота сети f, Гц 50

Номинальное линейное напряжение U, В 220/380

Синхронная частота вращения n₁, об/мин 3000

Степень защиты от внешних воздействий IP44

Способ охлаждения IС0141

Исполнение по способу монтажа IР1001

Климатические условия и категория размещения У3

Форма выступающего конца вала Цилиндрическая

Способ соединения с приводным механизмом Упругая муфта

Количество пар полюсов р 2

Расчет ведем по [1]

2. Размеры, конфигурация, материал

2.1 Главные размеры

Внешний диаметр сердечника статора по таблице 8.6

D_А=278 мм.

Внутренний диаметр сердечника статора (8.2)

D= k_D?D_А =0,52?278 ?145 мм,

где k_D=0,52 по таблице 8.7.

Полюсное деление (8.3)

мм.

Расчетная мощность (8.4)

Р'=Вт,

где к_Е=0,98 - коэффициент по рисунку 8.20;

'=87% - среднее значение КПД (рисунок 8.27 а);

cos'=0,87 - среднее значение cosц (рисунок 8.27 а).

Расчетная длина сердечника статора (8.5)

.

Расчетная длина сердечника статора (8.6)

?₁= мм,

где к_об1=0,96 - предварительный обмоточный коэффициент для однослойной обмотки;

к_В=1,11 -коэффициент формы поля;

А'₁=36000 А/м - предварительная электромагнитная нагрузка (рисунок 8.22 б);

В'_б=0,74 Тл - предварительная индукция (рисунок 8.22 б).

Определяем отношение

=?₁/ф=130/227,77=0,57.

Что меньше предельно допустимого значения _max=0,9 (рисунок 8.25).

2.2 Сердечник статора

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2013, толщиной 0,5 мм, с изолированием листов оксидированием. Коэффициент заполнения сталью k_С=0,97. Принимаем форму паза трапецеидальную полузакрытую. Обмотка однослойная всыпная концентрическая. Максимальное число пазов (8.16)

;

,

где =17,5 - максимальная величина зубцового деления статора;

=14,4 - минимальная величина зубцового деления (рисунок 8.26).

Количество пазов сердечника статора

Z₁=30.

Количество пазов на полюс и фазу

.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

мм.

3. Обмотка статора

3.1 Расчет обмотки статора

Принимаем однослойную всыпную концентрическую обмотку и проводов марки ПЭТВ, укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы

Номинальный фазный ток (8.18)

I_1НОМ = А.

Количество эффективных проводников в пазу (9.16)

u_П=,

где а=1 - количество параллельных ветвей обмотки статора (глава 3).

Количество витков в обмотке (8.20)

w₁=.

Магнитный поток (8.22)

Ф=,

где k_ОБ1=k_Р1Мk_У1=0,958?0,95=0,911 - уточненный обмоточный коэффициент.

k_Р1=0,958 - коэффициент распределения обмотки (таблица 3.16)

k_У1=0,95 - коэффициент укорочения.

Уточненная индукция в воздушном зазоре (8.23)

В_б= Тл.

Уточненная линейная нагрузка статора (8.21)

А= А/м.

Предварительная плотность тока в обмотке статора (8.25)

J₁= А/мм²,

где AJ=3,05?10¹¹ - по рисунку 8.27 б.

Предварительная площадь поперечного сечения эффективного проводника (8.24)

мм².

Предварительное сечение элементарного проводника

мм²,

где n_ЭЛ=7 - количество элементарных проводов в эффективном.

Выбор провода

По приложению 3 находим ближайший стандартный провод

d/d'=1,32/1,4 мм; S=1,368 мм².

Площадь поперечного сечения эффективного проводника

мм².

Предварительная плотность тока в обмотке статора (8.25)

J₁= А/мм²,

3.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора

Ширина зубцов (8.37)

b_Z1= мм,

где В_З1=1,8 Тл - среднее значение магнитной индукции в зубцах статора (таблица 9.14).

Высота спинки статора (8.28)

h_А= мм,

где В_А=1,6 Тл - среднее значение магнитной индукции в спинке статора (таблица 8.10).

Высота паза (8.38)

h_П= мм.

Большая ширина паза (8.39)

b₂= мм.

Меньшая сторона паза (8.40)

b₁= мм,

где b_Ш=3,7 мм - ширина шлица (таблица 8.14).

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку (8.42)

b₁=b₁ - Дb_П=9,4 - 0,2=9,2 мм;

b₂=b₂ - Дb_П=15,1 - 0,2=14,9 мм;

h₁=h₁ - Дh_П=27,5 - 0,2=27,3 мм,

где Дb_П= Дh_П=0,2 - припуски на штамповку (таблица 8.12).

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции (9.31)

S_ИЗ=b_ИЗ(2h_П+b₁+b₂)=0,4(2?31,3+9,4+15,1)=34,84 мм²,

где b_ИЗ=0,4 мм - односторонняя толщина корпусной изоляции по таблице 3.1.

Площадь поперечного сечения паза для размещения обмотки (8.48)

S'_П= мм²,

Где S_ПР=14,5 - площадь поперечного сечения прокладок.

Коэффициент заполнения паза (9.35)

k_З =

4. Расчет короткозамкнутого ротора

4.1 Сердечник ротора

Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм.

Коэффициент заполнения сталью к_с=0,97.

Воздушный зазор между статором и ротором (рисунок 8.31) =0,4 мм.

Внешний диаметр ротора

D₂=D₁-2? =145-2·0,4=144,2 мм.

Внутренний диаметр ротора (8.102)

D_j=D_В0,23D_A=0,23?278=60 мм.

Длина магнитопровода ротора

?₂=?₁=130 мм.

Число пазов ротора (таблица 8.16)

Z₂=38.

Зубцовое деление ротора

t₂=D₂/Z₂=3,14·144,2/38=11,92.

Ток в обмотке ротора (8.57)

,

где k_i=0,2+0,8cos=0,2+0,8·0,87=0,896 (8.58) - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I₁/I₂;

 (8.66)

Vi - коэффициент приведения токов.

Предварительная площадь поперечного сечения стержня (8.68)

q_c=I₂/J₂=352,21/2,9=121,45.

Размеры трапецеидальных закрытых пазов

Размеры шлица (рисунок 8.40,б)

Принимаем b_ш=1,5 мм; h_ш=0,7 мм; h'_ш=0,3 мм.

Допустимая ширина зубца (8.75)

b_з2доп= мм.

Больший радиус паза (8.76)

b₁= мм.

Меньший радиус паза (8.77)

b₂= мм.

Расстояние между центрами радиусов (8.78)

h₁=(b₁-b₂)?z₂/(2?)=(6,1-1,5)?38/(2?3,14)=27,8 мм.

Уточненная ширина зубцов ротора (8.18)

b'_z2= мм;

b''_z2= мм

Полная высота паза

h_п2=h'_ш+h_ш+b₁/2+h₁+b₂/2=0,3+0,7+6,1/2+27,8+1,5/2=32,6 мм.

Площадь поперечного сечения стержня (8.79)

q_c=р/8(b²₁+b²₂)+0,5(b₁+b₂)h₁=3,14/8^.(6,1²+1,5²)+0,5^.(6,1+1,5)·27,8=121,1 мм².

Плотность тока в стержне (8.68)

J₂=I₂/q_c=352,21/121,1=2,91 А/мм².

4.2 Размеры короткозамыкающего кольца

Ток в кольце (8.70)

I_кл=I₂/=352,21/0,17=2132,54 А,

где =2^.sin(^.p/z₂)=2^.sin(3,14•2/(2•38))=0,17 (8.71).

Плотность тока в замыкающих кольцах

J_кл=0,85^.J₂=0,85^.2,91=2,47 А/мм².

Площадь поперечного сечения кольца (8.72)

q_кл= I_кл/ J_кл=2132,54/2,47=865,13 мм².

Высота кольца литой клетки

h_кл=1,25h_п2=1,25·32,6=41 мм².

Длина кольца

b_кл=q_кл/h_кл=865,13/41=21 мм².

Средний диаметр кольца

D_кл.ср=D₂-h_кл=144,2-41=103,2 мм.

5. Расчет магнитной цепи

5.1 МДС для воздушного зазора

Коэффициент воздушного зазора (4.15)

k=,

где .

МДС воздушного зазора (8.103)

А.

5.2 МДС зубцовой зоны статора

Расчетная индукция в зубцах (8.105)

Тл.

Напряженность магнитного поля (таблица П1.7)

Н_Z1=1342 А/м.

МДС зубцовой зоны статора (8.104)

F_z1=2h_z1H_z1=2^.31,3^.10^-3.1342=83,99 А,

где h_z1=h_п1=31,3 мм.

5.3 МДС зубцовой зоны ротора

Расчетная индукция в зубцах (8.105)

Тл

Напряженность магнитного поля (таблица П1.7)

Н_z2=1386 А/м.

МДС зубцовой зоны ротора (8.108)

F_z2=2h_z2H_z2=2·32,45·10^-3·1386=89,94 А,

где h_z2=h_п2-0,1b₂=32,6-0,1·1,5=32,45 мм.

Коэффициент насыщения зубцовой зоны (8.115)

.

5.4 МДС ярма статора

Высота ярма статора (8.120)

h_а=(D_а-D)/2-h_п1=(278-145)/2-31,3=35,2 мм.

Длина средней силовой линии в ярме статора (8.119)

L_а=(D_а-h_а)/(2p)=3,14·(278-35,2)/2=381,39 мм.

Индукция в ярме статора (8.117)

Тл,

где h_а=h_а=35,2 мм - при отсутствии радиальных вентиляционных каналов.

Напряженность магнитного поля (таблица П1.6)

Н_а=1692 А/м.

МДС ярма статора (8.116)

F_а= L_аН_а=381,39·10^-3·1692=645,43 А.

5.5 МДС ярма ротора

Высота ярма ротора (8.124)

h_j=(D₂-D_j)/2-h_п2=(144,2-60)/2-32,6=9,5 мм.

Длина средней силовой линии в ярме ротора (8.127)

L_j=(D_j+h_j)/(2p)=3,14·(60+9,5)/4=109,17 мм.

Расчетная длина ярма ротора (8.124)

мм.

Индукция в ярме ротора (8.122)

Тл.

Напряженность магнитного поля (таблица П1.6)

Н_j=811 А/м.

МДС ярма ротора (8.121)

F_j=L_jH_j=109,17·10^-3·811=88,5 А.

5.6 Параметры магнитной цепи

Суммарная МДС магнитной цепи на пару полюсов (8.128)

F_ц=F+F_z1+F_z2+F_а+F_j=570,18+83,99+89,94+645,43+88,5=1478,03 А.

Коэффициент насыщения магнитной цепи (8.129)

к=F_ц/F=1478,03/570,18=2,59.

Намагничивающий ток (8.130)

I= А.

Намагничивающий ток в относительных единицах (8.131)

I_*=I/I_1ном=8,01/36,43=0,22.

6. Параметры рабочего режима

6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора

Средняя ширина катушки (8.138)

мм,

где =1 (для однослойной обмотки) - укорочение шага обмотки статора.

Длина лобовой части (8.136)

l_л1=K_Лb_кт+2B=1,2·276,9+2·10=352,3 мм,

где B=10 мм. - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части;

K_л=1,2 - коэффициент из таблицы 8.21.

Средняя длина витка обмотки (8.135)

l_ср1=2(l_п1+l_л1)=2·(130+352,3)=964,6 мм,

где l_п1=l₁=130 мм.

Длина проводников фазы обмотки (8.134)

L₁= l_ср11=964,6·75=72347,7 мм.

Активное сопротивление обмотки статора (8.132)

r₁= Ом,

где р₁₁₅=2,44·10^-5 ом/м - удельное сопротивление материала обмотки.

Активное сопротивление обмотки в относительных единицах

r_1*=r₁I_1ном/U_1ном=0,18М36,43/220=0,031.

6.2 Активное сопротивление фазы обмотки ротора

Активное сопротивление стержня (8.169)

r_с=Ом,

где ₁₁₅=4,88·10^-5 Ом·м - для алюминиевого стержня.

Сопротивление участка замыкающего кольца (8.170)

r_кл= Ом.

Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора (8.172), (8.173)

r'₂= Ом.

Активное сопротивление обмотки ротора приведенное к обмотке статора в относительных единицах

r'_2*=.

6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (8.174)

,

(8.176)

где для _ск=0 и =0,79 - k'_ск=0,75 (рисунок 8.51,д).

Коэффициент проводимости пазового рассеяния (таблица 8.25)

,

где h₂=h_п.к-2b_из=27,5-2·0,4=26,7 мм.; h_к=0,5·(b₁-b_ш)=0,5·(9,4-3,7)=2,85 мм; h₁=0 (проводники закреплены пазовой крышкой); k= k'=1; l'= l=130 мм.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния (8.159)

л_л1=0,34(?_л-0,64·в·ф)=0,34(352,3-0,64М0,8М227,77)=3,08.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора (8.152)



Относительное значение

х_1*=х₁.

6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (8.180)

,

(8.181),

где _Z=0 - при закрытых пазах.

Коэффициент проводимости пазового рассеяния (таблица 8.25)

,

где h₀=h₁+0,4b₂=27,8+0,4·1,5=28,4 мм.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния (8.178)

.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора (8.177)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора

Относительное значение

х'_2*=х'₂.

7. Расчет потерь

7.1 Основные потери в стали статора

Масса стали ярма статора (8.188)

Масса стали зубцов статора (8.189)

Принимаем k_Да=1,6; k_ДZ=1,8.

Основные потери в стали статора (8.187)

Вт.

7.2 Добавочные потери в стали

Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре (8.190)

B₀₂=₀₂kB=0,4·1,19·0,754=0,36 Тл,

где для b_ш/=9,3 - ₀₂=0,4 (рисунок 8.53).

Удельные поверхностные потери для ротора (8.192)

.

Поверхностные потери в роторе (8.194)

P_пов2=p_пов2(t_Z2-b_ш2)Z₂l_ст2=602,25·(11,92-1,5)·38·130·10^-6=31,01 Вт.

Масса стали зубцов ротора (8.201)

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов (8.196)

Тл.

Пульсационные потери в зубцах ротора (8.200)

Вт.

Сумма добавочных потерь в стали (8.203)

P_ст.доб=P_пов1+P_пул1+ P_пов2+P_пул2=31,01+182,7=213,7 Вт.

7.3 Полные потери в стали

P_ст=P_ст.осн+P_ст.доб=359,3+213,7=573,01 Вт.

7.4 Механические потери

Вт,

где K_T=1,3·(1-D_а)=1,3·(1-278·10^-3)=0,94.

7.5 Холостой ход двигателя

Электрические потери в статоре при холостом ходе (8.219)

Вт.

Активная составляющая тока холостого хода (8.218)

А.

Ток холостого хода двигателя (8.217)

А.

Коэффициент мощности при холостом ходе (8.221)

.

8. Рабочие характеристики

8.1 Параметры рабочего режима

Последовательно включенное активное сопротивление (8.184)

Ом.

Последовательно включенное индуктивное сопротивление (8.185)

Ом.

Комплексный коэффициент (8.223)

c₁=1+x₁/x₁₂=1+0,859/26,6=1,032.

Используем приближенную формулу, так как (8.222)

Активная составляющая тока синхронного холостого хода (8.226)

А.

Расчетные величины (8.227)

а'=c₁²=1,032²=1,07; b'=0;

a=c₁r₁=1,032^.0,18=0,19;

b=c₁(x₁+c₁x₂')=1,032^.(0,859+1,032^.0,5)=1,419.

8.2 Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

P_ст+P_мех=573,01+504,55=1077,55 Вт.

Таблица 8.1 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Расчетные формулы	Размерность	S
		0,001	0,006	0,011	0,016	0,021	0,026	0,031
	Ом	234,9	24,7	13,0	8,8	6,7	5,2	4,4
'	Ом	235,1	24,8	13,2	9,0	6,9	5,4	4,6
	Ом	1,42	1,42	1,42	1,42	1,42	1,42	1,42
	Ом	235,08	24,89	13,28	9,14	7,03	5,59	4,79
	А	0,94	8,84	16,57	24,08	31,31	39,36	45,92
	-	1,000	0,998	0,994	0,988	0,979	0,967	0,955
	-	0,006	0,057	0,107	0,155	0,202	0,254	0,296
	А	1,53	9,42	17,07	24,38	31,27	38,67	44,46
	А	8,02	8,52	9,78	11,75	14,34	18,00	21,61
	А	8,16	12,70	19,68	27,07	34,40	42,65	49,43
	А	0,97	9,13	17,11	24,85	32,33	40,63	47,40
	кВт	1012,4	6220,0	11268,7	16092,2	20636,6	25521,2	29342,8
	кВт	36,8	89,2	214,1	405,0	654,1	1005,8	1350,9
	кВт	0,36	32,29	113,46	239,51	405,19	640,12	871,32
	кВт	5,06	31,10	56,34	80,46	103,18	127,61	146,71
	кВт	1119,81	1230,13	1461,41	1802,48	2240,00	2851,04	3446,46
	кВт	-107,4	4989,9	9807,3	14289,7	18396,6	22670,2	25896,3
	-	-10,6%	80,2%	87,0%	88,8%	89,1%	88,8%	88,3%
	-	0,188	0,742	0,868	0,901	0,909	0,907	0,899

Рисунок 8.1 - Рабочие характеристики

9. Расчет пусковых характеристик

9.1 Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния)

Высота стержня в пазу (рисунок 8.76)

h_c=h_п-(h_ш+h'_ш)=32,6-(0,7+0,3)=31,6 мм.

В роторах с литой обмоткой

b_с/b_п=1.

Коэффициент магнитной проводимости участка паза, занятого проводником с обмоткой

.

Пусковые параметры (8.277), (8.278)

x_12П=kx₁₂=2,59^.26,6=68,96 Ом;

с_1П=1+x₁/x_12П=1+0,859/68,96=1,012.

Таблица 9.1 Расчет токов в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока

Расчетные формулы	Размерность	S
		1	0,56	0,24	0,18	0,125	0,1
	-	2,01	1,50	0,99	0,85	0,71	0,58
ц(о)	-	0,89	0,36	0,09	0,05	0,02	0,01
	мм	16,75	23,31	29,07	30,17	30,90	31,28
	мм	13,70	20,26	26,02	27,12	27,85	28,23
	мм	3,83	2,75	1,80	1,61	1,49	1,43
	мм2	82,64	104,25	117,31	119,20	120,32	120,88
	-	1,47	1,16	1,03	1,02	1,01	1,00
Расчетные формулы	Размерность	s
		1	0,56	0,24	0,18	0,125	0,1
	-	1,28	1,10	1,02	1,01	1,00	1,00
	Ом	0,165	0,142	0,132	0,130	0,130	0,129
	-	0,75	0,89	0,96	0,97	0,98	0,98
	-	0,44	0,20	0,06	0,05	0,04	0,03
	-	2,72	2,96	3,09	3,11	3,12	3,13
	-	0,93	0,97	0,99	0,99	0,99	1,00
	Ом	0,467	0,485	0,495	0,496	0,497	0,498
	Ом	0,351	0,440	0,739	0,916	1,235	1,740
	Ом	1,33	1,35	1,36	1,36	1,36	1,36
	А	159,81	154,99	142,16	134,08	119,66	99,54
	А	160,89	156,08	143,19	135,06	120,54	100,29

9.2 Расчет пусковых характеристик с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Коэффициент (8.265)

.

Высота скоса шлица паза статора при угле скоса в = 45°

h_к=(b₁-b_ш)/2=(9,4-3,7)/2=2,85 мм.

Таблица 9.2 Расчет пусковых характеристик в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчетные формулы	Размерность	S
		1	0,56	0,24	0,18	0,125	0,1
k_нас	-	1,34	1,32	1,22	1,2	1,12	1,06
	A	3892,0	3719,3	3153,7	2925,8	2437,1	1919,2
	Тл	6,44	6,16	5,22	4,84	4,04	3,18
	-	0,40	0,41	0,47	0,49	0,58	0,70
	мм	6,88	6,73	6,14	5,80	4,83	3,43
	-	0,40	0,39	0,38	0,37	0,33	0,27
	-	1,33	1,33	1,35	1,36	1,39	1,45
	Ом	1,05	1,08	1,22	1,30	1,52	1,84
	-	0,631	0,635	0,653	0,663	0,693	0,736
	мм	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01
	-	6,24	6,11	5,57	5,26	4,38	3,11
	-	0,54	0,54	0,53	0,52	0,50	0,45
	-	2,18	2,42	2,57	2,59	2,62	2,68
	Ом	0,84	0,87	0,98	1,04	1,21	1,47
	Ом	0,331	0,351	0,371	0,377	0,393	0,416
	Ом	0,35	0,44	0,74	0,91	1,23	1,74
	А	0,97	0,99	1,03	1,04	1,09	1,16
	А	214,19	203,10	174,00	158,55	133,72	105,39
	-	215,22	204,13	174,95	159,43	134,51	106,06
	-	5,91	5,60	4,80	4,38	3,69	2,91
	-	1,12	1,54	2,44	2,68	2,74	2,52

Максимальный момент двигателя

Рисунок 9.1 - Пусковые характеристики

10. Тепловой расчет

Электрические потери в обмотке статора в пазовой части (8.330)

Вт,

где k=1,07 - коэффициент увеличения потерь.

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя (8.330)

,

где K=0,22 (таблица 8.33) - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду;

₁=155 Вт/м² (рисунок 8.70,8.71) - коэффициент теплоотдачи.

Расчетный периметр поперечного сечения паза статора (8.332)

П_П1=2h_ПК+b₁+b₂=2^.27,5+15,1+9,4=79,5 мм.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора (8.331)

где _экв=0,16 Вт/(м^.С) - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции;

^'_экв=1,34 Вт/(м^.С) - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки (рисунок 8.72).

Электрические потери в обмотке статора в лобовых частях (8.329)

Вт.

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей (8.335)

где П_л1=П_п1=79,5 мм - периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки;

b_из.л1=0,05 мм - односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки.

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя (8.336)

.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя (8.337)

.

Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса (8.343)

S_кор=(D_a+8П_р)(l₁+2l_выл1)=(3,14^.278+8^.319)(130+2^.76,5)=9,69^.10⁵ мм²,

где П_р=319 мм (рисунок 8.73) - условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя.

Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя

Вт,

где P=2319,81 Вт (таблица 8.34) - сумма всех потерь в двигателе.

Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды (8.338)

где _в=20 Вт/(м^2.С) (рисунок 8.70,б) - коэффициент подогрева воздуха. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды (8.344)

.

Проверка условий охлаждения двигателя

Коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором (8.357)

.

Требуемый для охлаждения расход воздуха (8.356)

м³/с.

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором (8.358)

м³/с.

Нагрев двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

11. Механический расчет вала

11.1 Расчет вала на жесткость

Рисунок 11.1 - Эскиз вала к механическому расчету

Вал асинхронного двигателя соединен с приводимым механизмом упругой муфтой: D_н2=144 мм; =0,4 мм; муфта - тип МУВП 1-32; m=6,97 кг; L=165 мм; r=50 мм. Размеры вала: d₁=38 мм; d₂=40 мм; d₃=49 мм; с=49мм; b=169 мм; а=169 мм; ?=338 мм; t=5 мм; сталь 45.

Сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника (3.2)

G'₂=64МD²_н2М?₂М10^-6=64М144²М130М10^-6=173 Н.

Прогиб вала посередине сердечника (3.5)

f_t=мм,

где Е=2,06М10¹¹ Па - модуль упругости стали;

S₀=0,011 мм^-1;

S_а=15,74 мм^-1;

S_b=15,74 мм^-1.

Номинальный момент вращения (3.1)

М₂=9,55МP₂/n=9,55М19200/3000=57,94 НМм.

Поперечная сила, вызываемая передачей через упругую муфту (3.7)

F_п=(к_пМ₂/r)М10³=(0,3М57,94/50)М10³=347,62 Н.

От поперечной силы передачи прогиб вала посередине сердечника (3.8)

f_н=F_nc[1,5?S₀-S_b]a+bS_a]М10^-6/3E?²=347,62М49[(1,5^.338•1,1•10^-3 -15,74)М169+169М15,74]М10⁶/(3М2,06М10¹¹М338²)=2,27^.10^-5 мм.

Начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора (3.9)

е₀=к+f_T+f_П=0,15М0,4+2,2^.10^-3+2,27^.10^-5=6,22М10^-2 мм.

Сила одностороннего магнитного притяжения (3.10)

Т₀=0,15МD_н2?₂е₀/=0,15М144М130М6,22М10^-2/0,4=437,43 H.

Дополнительный прогиб от силы Т₀ (3.11)

f₀=f_ТТ₀/G'₂=2,2^.10^-3М437,43/173=0,005571 мм.

Установившийся прогиб вала (3.12)

f_м=f₀/(1-f₀/е₀)=0,005571/(1-0,005571/6,22М10^-2)=0,00612 мм.

Результирующий прогиб вала (3.13)

f=f_T+f_n+f_M=2,2^.10^-3+2,27^.10^-5+0,00612=0,00834 мм.

11.2 Определение критической частоты вращения

Прогиб от силы тяжести упругой полумуфты (3.14)

f_с=f_nF_c/(2F_n)= 2,27^.10^-5М34,2/(2М347,62)=1,12^.10^-6 мм,

где F_с=9,81^.m/2=34,2 Н - сила тяжести соединительного устройства;

Первая критическая частота вращения (3.16)

n_кр=950об/мин.

Больше минимально допустимого значения n_кр=1,3М3000=3900 об/мин

11.3 Расчет вала на прочность

Определение Z₁ (3.18)

z₁=L/2+?₁/2=165/2+32/2=98,5 мм.

Изгибающий момент (3.17)

М_и=к(F_n+F_c)z₁М10^-3=2(347,62+34,2)М98,5М10^-3=75,22 НМм.

Момент кручения (3.19)

М_к=кММ₂=2М57,94=115,87 НМм.

Момент сопротивления при изгибе (3.20)

w=0,1Мd³=0,1^.(38-5)=3593,7 мм³.

Приведенное напряжение (3.21)

у_пр=(М10⁹)/w=( Па.

Полученное значение меньше допустимого для стали марки 45 значения у_пр=245М10⁶ Па.

12. Расчет подшипников

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А (3.26)

R_A=(G₂+T₀)b/l+F_Пc/l=(173+437,43)169/338+347,62М49/338=355,6 Н.

Динамическая приведенная нагрузка для подшипника А

Н,

где k=1,5 - коэффициент, учитывающий характер нагрузки машины.

Необходимая динамическая грузоподъемность подшипника А (3.33)

Н.

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник В (3.27)

R_В=(G₂+T₀)а/l+F_П(l+c)/l=(173+437,43)169/338+347,62^.(338+49)/338=703,2 Н.

Динамическая приведенная нагрузка для подшипника В

Н.

Необходимая динамическая грузоподъемность подшипника В (3.33)

Н.

Выбираем радиальные шарикоподшипники легкой серии 207 с динамической грузоподъемностью С = 25100 Н.

Заключение

Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины, удовлетворяющие своим показателям и характеристикам, весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.

Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование, изготовление и испытание. Под проектированием электрической машины понимается расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц, оценка технико-экономических показателей спроектированной машины, включая показатели надежности.

Список литературы

1. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2001. - 430 с.

Размещено на Allbest.ru