Расчет асинхронного двигателя

Прогиб вала посередине сердечника от поперечной силы передач f_n, мм = 102,32*2*((1,5*350*0,12-18,71)*151+151*18,71)*10⁶/(3*2,06*10¹¹*350²)=0,000019

Начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора или якоря e₀, мм

=0,1 так как =0,35 мм

=0,1*0,35+0,0019+0,000019=0,04

Сила одностороннего магнитного притяжения Т₀, Н

=0,15*152,3*115*0,04/0,35=277,3

Дополнительный прогиб от силы Т₀ f₀, мм

=0,0019*277,3/170,72=0,0031

Установившийся прогиб вала f_M, мм

=0,0031/(1-0,0031/0,04)=0,0034

Результирующий прогиб вала f, мм

=0,0019+0,000026+0,0034=0,0054

Проверка f*100%/д=0,0054*100%/0,35=1,53%<10%

Определение критической частоты вращения

Сила тяжести соединительного устройства F_c, H

=9,81*7,330 /2=35,95

Прогиб (мм) от силы тяжести упругой полумуфты f_c, мм

=0,000026*35,95/(2*102,32)=0,000003 мм

Первая критическая частота вращения n_кр, об/мин

=950*((1-0,0031/0,04)/(0,0019+0,000003))= 20706,24

n_ном=1500 об/мин

максимальная рабочая частота вращения =1500*1,3=1950 об/мин

20706,24>1950

Расчет вала на прочность

к = 2 -- принимаемый коэффициент перегрузки

На участке а напряжения будут ниже вследствие унификации диаметров вала под подшипниками. В рассматриваемом сечении вала на участие с изгибающий момент M_u(c), Нм

=2*(102,32+35,95)*98,5*10^-3=27,24

При соединении машины упругой муфтой отрезки z₁ и с отсчитывают от середины втулки муфты

=165/2+32/2=98,5мм

Момент кручения М_к, Нм

=2*47,75=95,5

Момент сопротивления при изгибе щ, мм³

=0,1*d₁³=0,1*32³=3276,8мм³

При совместном действии изгиба и кручения приведенное напряжение, Па

==(57,48²+95,5²*10⁹)/3276,8=30306702,42

Предел текучести качественной стали на растяжение , Па

для стали марки стали 45 =350·10⁶Па

0,7*=0,7*350*10⁶=245*10⁶ >30306702,42

Расчет подшипников

Расчет подшипников качения

Принимаем нагрузку с умеренными толчками (=1,5);подшипник со стороны А -- шариковый; со стороны В -- роликовый; аксиальная нагрузка отсутствует; расчетный срок службы подшипников 12000 ч; наибольшая частота вращения 1500 об/мин

L=12000

n=1500

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А, R_A, H

=(170,72+277,3)*151/350+102,32*2/350=193,87

Динамическая приведенная нагрузка для шарикоподшипника однорядного радиального Q, H

=1,5*193,87=290,81 H

Необходимая динамическая грузоподъемность шарикоподшипника C, H

=(290,81/25,6)*12000*1500=2977,07 <C₀(13600)

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник B, R_B, H

= (170,72+277,35)*151/350+102,32*(350+2)/350=296,19

Динамическая приведенная нагрузка для роликоподшипника однорядного радиального Q, H

=1,5*296,19=444,29

Необходимая динамическая грузоподъемность роликоподшипника C, H

=(675,86/18,5)*12000*1500=5486,18<C₀(17200)

Подшипник со стороны А: шариковый радиальный однорядный (ГОСТ 8338-75), лёгкая серия, 207, параметры подшипника: d=35 мм D=72 мм В=17 мм

r=2 мм С=19700 C₀=13600

Подшипник со стороны B: роликовый с короткими цилиндрическими роликами (ГОСТ 8328-75), лёгкая узкая серия, 2207, параметры подшипника: d=35 мм D=72 мм В=17 мм r=2 мм С=25000 C₀=17200

Тепловой и вентиляционный расчеты

Тепловой расчет

Обмотка статора

m_T=1,4 для класса нагревостойкости B

Потери в обмотке статора при максимально допускаемой температуре P'_м1, Вт

P'_м1=m₁(I₁'')²*m_T r₂''=3*29,7 ²*1,4*0,4758=1762,7

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора S_п1, мм²

S_п1=рD₁l₁=3,14*188,8*130=77068,16

Условный периметр поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза П₁,мм

П₁=2h_п1+b₁+b₂=2*24,9+11,8+7,9=69,5

Условная поверхность охлаждения пазов S_и.п1, мм²

S_и.п1=z₁П₁l₁=36*69,5*130=325260000

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки S_л1, мм²

S_л1=4рD₁l_в1=4*3,14*188,8*32,3=76593,9

Высота ребра h_р, мм

h_р=0,6*h^3/4=0.6*160^3/4=26,9

Число ребер n_р

n_р=6,4*=6,4*(160)^1/3=34,7

Условная поверхность охлаждения двигателей с ребрами на станине S_маш.р, мм²

S_маш.р=(рD_н1+8n_рh_р)(l₁+2l_в1)=(3,14*285+2*34,7*26,9)*(130+2*32,3)=537446,3

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали р_п1, Вт/мм² k=0,21

р_п1=k(P'_м12l₁/l_ср1+P_cУ)/S_п1=0,21*(1762,7*2*130/443+421,6)/77068,16=0,004

То же, от потерь в активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов р_и.п1, Вт/мм²

р_и.п1=(P'_м12l₁/l_ср1)/S_и.п1=(1762,7*2*130/443)/325260=0,0032

То же, от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки р_л1, Вт/мм²

р_л1=(P'_м12l_л1/l_ср1)/S_л1=(1762,7*2*91,5/443)/76593,9=0,0095

Окружная скорость ротора х₂, м/с

х₂=рD_н2n₁/60000=3,14*187,8*1500/60000=14,7

Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой внутри машины ?t_п1, °С

Коэффициент теплоотдачи поверхности статора б₁, Вт/(мм²*град) рис.9.24

б₁=11,5*10^-5

?t_п1=р_п1/б₁=0,004/(11,5*10^-5)=34,8

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов ?t_и.п1, °С

_экв = 16•10^-5 Вт / (мм•град) - эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу, включающий воздушные прослойки; '_экв - эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки, зависящий от отношения диаметров изолированного и неизолированного провода рис. 9-26 [2]

'_экв=112*10^-5 Вт / (мм•град)

?t_и.п1= р_и.п1[b_и1/л_экв+(b₁+b₂)/(16л'_экв)]=0,0032*(0,4/16*10^-5 +(11,8+7,9)/(16*112*10^-5))=11,5

коэффициент подогрева _в=2,4*10^-5

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя ?t_л1

?t_л1=р_л1/б₁=0,0095/11,5?10^-5=82,6

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов ?t_и.л1

b_ил1 - односторонняя толщина изоляции катушек в лобовой части b_ил1=0,25

?t_и.л1=р_л1[b_и.л1/л_экв+h_п1/(12л'_экв)]=0,0023*(0,25/16*10^-5+18,5/(12*130*10^-5))=6,33

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха в машине ?t'₁

?t'₁=(?t_п1+?t_и.п1)2l₁/l_ср1+(?t_л1+?t_и.л1)2l_л1/l_ср1=(12,11+6,33)*2*115/651,31+(20+6,33)*2*210,65/651,31=22,5

Потери в двигателе со степенью защиты IP54, передаваемые воздуху в двигателе P'_У

P'_У=k(P'_м1?2l₁/l_ср1+P_cУ)+P'_м1?2l_л1/l_ср1+P'_м2+0,1P_мхУ+P_д=0,21*(431,49*2*115/651,31+198,27)+431,49*2*210,65/651,31+313,43+0,1*66,31+43,1=715,91

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха ?t_в, °С

?t_в=P'_У/(S_маш.рб_в)= 715,91/(1644265,33*2,4*10^-5)=18,14

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха ?t₁, °С

?t₁=?t'₁+?t_в=22,5+18,14=40,64

Потери в обмотке ротора при максимальной допускаемой температуре P'_м2, Вт

P'_м2=m₁(I''₂)²m'_тr''₂=3*12,58 ²*1,4*0,47=313,43

Вентиляционный расчет

Максимально допустимый наружный диаметр корпуса D_корп, мм

D_корп=2(h-h₁)=2*(132-16,7)=230,6

Коэффициент k₂

k₂=2,22,2*⁴v(1500/1000)³*v(230,6/100)=4,53

Необходимый расход воздуха V_в, м³/с

с_В = 1100 -- теплоемкость воздуха, Дж/ (⁰С·м³)

V_в=k₂ P'_У /(с_вДt_в)= 4,53*731,11/(1100*18,14)=0,16

Расход воздуха V'_в, м³/с

V'_в=0,6(n₁/1000)(D_корп/100)³?10^-2=0,6*(1500/1000)*(230,6/100)³*0,01=0,11

Напор воздуха Н, Па

Н=12,3(n₁/1000)²(D_корп/100)²=12,3*(1500/1000)²*(230,6/100)²=147,17

Заключение

Двигатель спроектирован при помощи различных учебных пособий и справочников, полный перечень которых приведён в списке использованной литературы. Необходимо отметить, что параметры, указанные в ней несколько отличаются от результатов расчёта, но, в конечном счёте, все значения, полученные аналитическим путём, находятся в предельных условиях допустимости, указанных авторами литературы. Конструкция двигателя была выполнена на формате А1. Таблицы и рисунки использованные в пояснительной записке взяты из электронной версии учебников, указанных в списке использованной литературы.

Список использованной литературы

1. Гарифуллина А.Р. Электрические машины: Методические указания по дисциплине «Электрические машины» по выполнению курсовой работы для студентов очной формы обучения по выполнению курсового проекта для студентов очно-заочной формы обучения специальности 140604.65 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2009. 16 с.

2. Переходные процессы в электрических машинах и аппаратах и вопросы их проектирования: Учеб. пособие для вузов. Под ред. О.Д. Гольдберга. М.: Высш. шк., 2001.

3. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов. М.: Высшая школа, 1982. 430 с., ил.

4. Асинхронные двигатели серии 4A: Справочник/ А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.: ил.

5. Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин: Учебное пособие для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 1984. 360 с.: ил.

6. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Под общ. ред. И.П. Копылова и Б.К. Клокова. Т. 1. М.: Энергоатомиздат, 1988. 456 с.: ил.

7. ГОСТ 183 - 74 Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия.

8. ГОСТ 12139 - 84 Машины электрические вращающиеся. Ряды номиналь- ных мощностей, напряжений и частот.

9. ГОСТ 21128 - 83 Системы электроснабжения, сети, источники, преобразо- ватели и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В.

10. ГОСТ 10683 - 73 Машины электрические. Номинальные частоты вращения и допускаемые отклонения.

11. ГОСТ 20459 - 87 Машины электрические вращающиеся. Методы охлаждения. Обозначения.

12. ГОСТ 15150 - 69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

13. ГОСТ 15543 - 70 Изделия электротехнические. Исполнения для различных климатических районов. Общие технические требования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

Размещено на Allbest.ru