Проектирование асинхронного двигателя 1,5 кВт

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование асинхронного двигателя 1,5 кВт

Техническое задание

Тип ротора: короткозамкнутый

Число фаз: т = 3, f = 50 Гц

Мощность: Р₂н = 1,5 кВт

Напряжение: U = 220/380 В Д/Y

Число полюсов обмотки статора: 2р = 4

Частота вращения ротора: п = 1500 об/мин

Конструкторское исполнение: IM1001

Исполнение по способу защиты: IP44

Категория климатического исполнения УЗ.

двигатель асинхронный ротор электромагнитный



Введение

Значение электрической энергии в народном хозяйстве и в быту непрерывно возрастает.

Промышленность, транспорт, сельское хозяйство и быт населения обусловливает необходимость применения разнообразного электротехнического оборудования.

Основой автоматизированного электропривода являются электрические двигатели. По мере развития силовой полупроводниковой техники и микропроцессорных систем управления двигатели постоянного тока в замкнутых системах электропривода постепенно вытесняются более надежными и дешевыми асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Двигатели серии 4А выпускались в 80-х годах в массовом количестве и в настоящее время эксплуатируются практически на всех промышленных предприятиях. Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах вращения от 50 до 355 мм. Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модификаций и специализированное исполнение.

В данной курсовой работе будет произведено проектирование асинхронного двигателя, номинальные данные которого и указания о режиме его работы приведены в техническом задании. Проектирование новой машины начинаем с выбора базовой модели, на которую ориентируемся при проведении всех расчётов, начиная с выбора главных размеров, и при разработке конструкций отдельных узлов.

Полностью учесть все требования технического задания к характеристикам двигателя, не ориентируясь на данные выпущенных машин, невозможно. Поэтому перед началом расчёта детально изучим конструкцию базового двигателя.

1. Выбор главных размеров

Согласно заданной мощности электродвигателя находим высоту оси вращения (предварительно) находим по рис. 6-7[1]:

По таб. 6-6 [1] определяем внешний диаметр статора асинхронного двигателя:

Значение коэффициента Кd берем из табл. 6-7[1]

Внутренний диаметр статора D может быть определен как

(1)

Полюсное деление ф, м

(2)

Находим расчетную мощность P? по рис. 6-8

K_E - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по рис.6-8

з - КПД и cos? могут быть приняты по кривым рис. 6-9 (а) [1, стр 277]

K_E =0,95 з = 75% cos? = 0,74

(3)

Электромагнитные нагрузки определяем (предварительно) по рис.6-11(а)[1,стр.278]

А = 23?10³ - линейная нагрузка

Tл - индукция в воздушном зазоре

Обмоточный коэффициент (предварительно):

Синхронная угловая скорость двигателя:

(4)

Коэффициент формы поля:

Расчетная длина магнитопровода, м рассчитывается следующим образом

(5)

Критерием правильности выбора главных размеров D и Ld служит отношение

(6)

полученное значение лежит в рекомендуемых пределах, показанных на рис 8.25 [1,стр.280], значит главные размеры выбраны верно.

2. Выбор и расчет параметров обмотки статора

По рис.6-15[1,с 282] выбираем предельные значения зубцового деления:



Пределы выбора числа пазов статора [1]:

(7)

z₁min = 41 - минимальное число пазов

(8)

z₁max = 56 - максимальное число пазов

Окончательное число пазов статора Z1

z₁ = 54 m = 3; - число пазов на полюс и фазу (9)

Зубцовое деление статора (окончательно):

(10)

Рассчитаем номинальный ток статора

(11)

Предварительное число проводников в пазу

(12)

Полученное значение U'n пересчитаем при a = 1 - число параллельных ветвей

(13)

Окончательное число витков в фазе обмотки

(14)

Окончательное значение линейной нагрузки

(15)

Уточняем значение потока Ф по 6-22

Вб (16)

Определим индукцию в воздушном зазоре по 6-23 [1],

(17)

По рис.6-11 (б)[1,стр.278] видно что А и Вd находятся в рекомендуемых пределах

Примем плотность тока в обмотке статора (предварительно) J₁ = 7?10⁶ А/м²

Рассчитаем сечение эффективного проводника (предварительно), по 6-24

(18)

Для дальнейших расчетов необходимо принять n_эл - число элементарных проводников в пазу (не больше 8)

Для проектируемого нами двигателя примем n_эл =1

Сечение элементарного проводника , [1]

(19)

Выбираем обмоточный провод ПЭТ-155 для которого по табл.П-28:

d_эл = 0,85?10^-3 - диаметр неизолированного провода, м

d_из = 0,915?10^-3 - диаметр изолированного провода, м

q_эл = 5,67?10^-7 - сечение элементарного проводника, м²

Рассчитаем сечение эффективного проводника (окончательно), [1]:

м² (20)

Рассчитаем плотность тока в обмотке статора (окончательно), по 6-27

(21)

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Для заданного двигателя выбираем трапецевидные пазы на рис.6-19,a[1] обеспечивающие паралельность боковых граней зубцов

По табл.6-10 [1, стр.289] принимаем индукции ,Тл

B_z1 =0,9 - значение индукции в зубцах статора, Тл

B_a =0,6 - значение индукции в ярме статора, Тл

L_ct = L_д длина железа статора , м

k_c = 0,97 коэффициент заполнения оксидированной стали 2013 по табл. 6-11 [1,стр.290]

Произведем предварительный выбор ширины паза по 6-39

(23)

Определим высоту ярма статора по 6-28 , м:

(24)

-ширина шлица [1]

- высота шлица [1]

Находим размеры паза в штампе по 6-40 [1] ,

(25)

По 6-41[1]:

(26)

По 6-42 [1]:

Высота клиновой части паза

Выбираем припуски

Сумма размеров по высоте и ширине паза всех проводников и изоляции с учетом необходимых допусков на разбухание изоляции и на укладку обмотки определяет размеры части паза, занятой обмоткой.

Полученные при расчете заполнения паза его размеры являются размерами паза “в свету”, т.е размерами реального паза в собранном шихтованном сердечнике с учетом неизбежной при этом “гребенки”, образующейся за счет допусков при штамповке листов и шихтовке магнитопроводов. Размеры паза “в свету” будут меньше, чем в штампе, т.е чем размеры паза в каждом отдельном листе штамповки, на величину припусков.

Рассчитаем размеры паза на свету с учетом припуска на сборку, м

по 6-47

(30)

(31)

(32)

Одностороннюю толщину изоляции имидофлексом выбираем из таблицы 3-8

толщина изоляции в пазу

Площадь корпусной изоляции по 6-46[1]

Площадь прокладок в пазу при однослойной обмотке

Площадь поперечного сечения в пазу для размещения проводников по 6-48 [1]:

Рассчитаем коэффициент заполнения [1]

Коэффициент заполнения удовлетворяет условиям

3. Выбор и расчет параметров КЗ ротора

Выбираем число пазов ротора по табл. 6-15[1,стр.306]

Выбираем воздушный зазор по рис.6-21[1,стр.300]

Рассчитаем внешний диаметр ротора



Длина магнитопровода

Рассчитаем зубцовое деление ротора

по табл.6-16[1, стр.319]

Внутренний диаметр ротора (по 6-101) равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал

коэффициент скоса пазов

Коэффициент приведения токов [1]:

Ток в стержнях ротора находим по 6-60, A

Рассчитаем площадь поперечного сечения стержня ротора по 6-69:

плотность тока в стержне литой клетки

Рассчитаем пазы ротора

Для показанного на рисунке [1] паза принимаем следующие значения:

ширина шлица ротора [1]

высота перемычки над пазом [1]

высота шлица ротора, [1]

по таблице 6-10 [1]- индукция в зубцах ротора

верхние основание паза

Допустимая ширина зубца по 6-77[1]

Размеры паза рассчитываем по формулам 6-74 и 6-75[1]

По 6-76 [1]

м

Полная высота паза

Уточняем ширину зубцов ротора по следующим формулам



Принимаем ( см рис. 6-66, б [1] )

Площадь поперечного сечения стержня по 6-78[1]

Плотность тока в стержне рассчитывается следующим образом

Расчёт короткозамкнутых колец:

по 6-71[1]

Токи в кольцах по 8.70 [1]

Плотность тока в замыкающих кольцах по 6-72[1]



Размеры замыкающих колец

Площадь поперечного сечения замыкающих колец

Средняя высота кольца

Средняя ширина кольца

Расчетное сечение замыкающих колец литой обмотки

Средний диаметр замыкающих колец

4. Расчет магнитной цепи

Рассчитываем коэффициенты необходимые для расчета:



Магнитное напряжение воздушного зазора

Рассчитаем индукцию в зубцах статора по 6-104

Коэффициент заполнения сталью магнитопровода ротора асинхронного двигателя

Для стали 2013 по табл. П2.1 [1] при

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора по 6-111[1]



Высота паза ротора

Индукция в зубце по 6-104[1]

Для стали 2013 по табл. П-1-7[1] при

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора

Коэффициент насыщения зубцовой зоны по 6-120

по 6-125

по 6-105

индукция в ярме статора

По 6-122

Выбираем по таблице П.-16[1] для

диметр охлаждающих каналов

количество охлаждающих каналов

Расчетная высота ярма ротора по 6-109[1]

Высота ярма ротора по 6-125 [1]

Длина силовых линий в ярме



Индукция в ярме ротора

Выбираем Hj по таблице П.-16

Магнитное напряжение ярма ротора по 6-123

Магнитное напряжение на пару полюсов по 6-127 [1]

Коэффициент насыщения магнитной цепи по 6-128[1]

Намагничивающий ток по 6-129,[1]

Относительное значение тока по 6-130[1]



входит в указанные границы для данного двигателя (0.18< Im' < 0.6)

L_п - длина пазовой части

L_п = L₂ = 0,1033 м

в₁ = 1 относительное укорочение шага обмотки [1]

В = 0,01 м - длина вылета прямолинейной части катушки по таблице 6-19. К_л = 1,4 К_выл=0,5 выбираем по таблице 6-19 [1]

Средняя ширина катушек

Длина вылета лобовой части катушек

Средняя длина витка обмотки по 6-134[1]

Общая длина проводников фазы по 6-133[1]

Aктивное сопротивление фазы обмотки статора по 6-164[1]

Предварительно задаемся температурным коэффициентом p₇₅

p₇₅ - температурный коэффициент при t=75

p₇₅ = 2,1?10^-8 Ом?м

по 6-165[1]

Относительное сопротивление

Рассчитаем активное сопротивление фазы обмотки poтора

- полная длина стержня

сечение стержня

температурный коэффициент при t=115

Сопротивление стержня по 6-165

6-166

Активное сопротивление фазы обмотки poтора по 6-164[1]



Приведенное сопротивление к числу витков первичной обмотки по 6-169

Относительное значение сопротивления

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора определим по 4-42[1]. коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

по 6-154



Для по рисунку по 6-172[1]

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по 4-42[1]

Относительное значение x1 [1]

Рассчитаем индуктивное сопротивление фазы обмотки poтора по 6-173

- коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора

K_d = 1 для номинального режима

м



коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора [1]

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки к з ротора по 6-174

Суммарное ротора [1]:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки poтора по 8.177 [1]

Приводим к числу витков статора по 6-178

Относительное значение



5. Расчет рабочих характеристик

Рассчитаем сопротивлением взаимной индукции обмоток статора и ротора xm по 6-179[1]

по 6-180

Коэффициент рассчитываем по 6-217[1]

Коэффициент рассчитываем по 6-222 [1]

Активная составляющая синхронного тока холостого хода, A по 6-222[1]

Вспомогательные коэффициенты по 6-223[1]:



Таблица 2.1 Значения скольжения

i	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
si	0,004	0,01	0,016	0,022	0,028	0,034	0,04	0,045	0,052	0,058	0,064	0,07	0,076	0,082	0,088	0,1

Принимаем значение s_i = 0,045

Для расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя воспользуемся формулами, приведенными в таблице 6-32[1].

Таблица 2.2 Результаты расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя

Si
0,004	798,5455	803,6226	803,6655	0,5076	2,6087	0,335	0,0996
0,01	319,4182	324,4953	324,6014	0.9114	2,7299	0,6015	0,1091
0,016	199,6364	204,7135	204,8816	1,3068	2,9094	0,8625	0,1239
0,022	145,1901	150,2672	150,4961	1,6935	3,1336	1.1177	0,1437
0,028	114,0779	119,1551	119,4436	2,0713	3,3902	1.367	0,1682
0,034	93,9465	99,0237	99,3707	2,4401	3,6696	1,6104	0,1971
0,04	79,8546	84,9317	85,336	2,7997	3,9643	1,8478	0,23
0,045	70,9818	76,0589	76,5102	3,0923	4,2175	2,0409	0,2603
0,052	61,4266	66,5037	67,0193	3,4912	4,5787	2,3042	0,3068
0,058	55,0721	60,1492	60,7188	3,8231	4,8914	2,5233	0,3501
0,064	49,9091	54,9862	55,6087	4,1458	5,2045	2,7362	0,3964
0,07	45,6312	50,7083	51,3827	4,4593	5,5164	2,9431	0,4453
0,076	42,0287	47,1058	47,831	4,7636	5,8259	3,144	0,4967
0,082	38,9534	44,0306	44,8056	5,059	6,132	3,339	0,5502
0,088	36,2975	41,3746	42,1985	5,3455	6,4342	3,5281	0,6058
0,1	31,9418	37,0189	37,9375	5,8925	7,0247	3,889	0,7221

0,2737	2,5588	0,2849	0,2107	0.1946	0,3711	0,1243	1.675?10-3	7,1808?10-3
0,6778	2,5733	0,7054	0,2252	0,3339	0,6256	0,3763	3.0076?10-3	4,4018?10-3
1,0738	2,5995	1,1177	0,248	0,4491	0,7125	0,6145	4.3123?10-3	0,011
1,4618	2,6366	1,5216	0,2785	0,5404	0,7508	0,8392	5.5884?10-3	0,0205
1,8419	2,6839	1,9171	0,3163	0,611	0,7687	1,0508	6.8352?10-3	0,0325
2,2139	2,7408	2,3044	0,3608	0,6649	0,7772	1,2496	8,0522?10-3	0,047
2,578	2,8066	2,6834	0,4116	0,7062	0,7754	1,4362	9,239?10-3	0,0637
2,8754	2,8678	2,9929	0,4584	0,7332	0,7754	1,5825	0,0102	0,0792
3,2826	2,9624	3,4167	0,5303	0,7625	0,7699	1,7739	0,0115	0,1033
3,6233	3,0511	3,7713	0,5973	0,7816	0,7633	1,926	0,0126	0,1258
3,9562	3,1463	4,1178	0,6688	0,7966	0,7556	2,0675	0,0137	0,15
4,2816	3,2474	4,4565	0,7444	0,8084	0,7471	2,1987	0,0147	0,1757
4,5995	3,3539	4,7874	0,8238	0,8177	0,738	2,3202	0,0157	0,2027
4,9101	3,4653	5,1107	0,9067	0,825	0,7285	2,4323	0,0167	0,231
5,2135	3,5811	5.4264	0,9926	0,8308	0,7186	2,5354	0,0176	0,2605
5,799	3,8243	6,0359	1,1725	0,8388	0,6985	2,7165	0,0194	0,3222

6. Расчет потерь и КПД

Основные потери в стали по ( 2,1 )[1]

-удельные потери в стали 2013 по таблице 6-24

Масса стали ярма () и зубцов статора (), кг

-удельная масса стали

по 6-184

по 6-185

-показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания

Потери в стали основные по 6-183 [1]

Поверхностные потери в роторе, для этого рассчитаем потери, приходящие на 1 поверхности головок зубцов ротора

Частота вращения двигателя

-коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности зубцов ротора

Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора[1]:

-выбираем по зависимости отношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору по рис. 8.53 [1]

по 6-186[1]

Поверхностные потери в роторе по 6-188[1]

Поверхностные потери в роторе по 6-190[1]

Пульсационные потери в зубцах ротора рассчитываем по 6-196[1] для этого надо рассчитать

Найдем амплитуду пульсаций индукции в среднем сечении зубцов ротора по ( 6-192)[1]

Масса стали зубцов ротора, кг по 6-197

Пульсационные потери в зубцах ротора по 6-196[1]



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

Полные потери в стали, Вт по 6-199[1]

Рассчитаем механические потери по 6-205 при с внешним обдувом

- для двигателей с 2р=6

Рассчитаем холостой ход двигателя по (6-212)

Электрические потери статора при холостом ходе, Вт по 6-214

Активная составляющая тока холостого хода по 6-213

Реактивная составляющая тока холостого хода



Ток холостого хода двигателя по 6-212

при холостом ходе по 6-215

7. Тепловой и вентиляционный расчеты.

Повышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

П_п1 --расчетный параметр поперечного сечения паза статора

-средняя эквивалентная теплопроводность изоляции для класса B

-среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу по рис. 8.72 [1]

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей

-электрические потери в лобовых частях катушек статора

-расчетный параметр поперечного сечения паза статора

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

-условный параметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя берем приближенно по кривой рис. 9.67 [1]

-эквивалентная поверхность охлаждения корпуса

коэффициент подогрева воздуха по рис. 8.70 [1]

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха

К_m - коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого вентилятором; где

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

>

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

Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям

Список литературы

1. «Проектирование электрических машин». И.П. Копылов, 1980 год.

2. «Электротехнический справочник» П.Г. Грудинский. Энергия, 1980 год

3. «Проектирование машин переменного тока» В.В. Домбровский. Энергия, 1994 год.

4. «Электрические машины» А.И. Вольдек. Энергия, 1978 год.

Размещено на Allbest.ru