Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрические машины

Курсовой проект

«Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»

Техническое задание

Спроектировать асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором:

Р = 15 кВт, U = 220/380 В, 2р = 2;

n = 3000 об/мин, = 90%, cos = 0,89, S_НОМ = 3%;

h=160 М _п/ М _н =1,8, М _max/ М _н =2,7, I_п/ I_н = 7;

конструктивное исполнение IM1001;

исполнение по способу защиты IP44;

способ охлаждения IC0141;

климатическое исполнение и категория размещения У3;

класс нагревостойкости изоляции F.

режим работы S1

Определение основных геометрических размеров

1. Предварительно выбираем высоту оси вращения по рис. 8.17, а (здесь и далее все формулы, таблицы и рисунки из [ ]) h = 150 мм.

Из табл. 8.6 принимаем ближайшее меньшее значение h = 132 мм и _а = 0,225 м (D_а - наружный диаметр статора).

2. Определяем внутренний диаметр статора:

D=K_DD_а=0,560,225=0,126 (м)

K_D- коэффициент пропорциональности, определяемый по табл. 8.7.

3. Полюсное деление

м

где 2p - число пар полюсов.

4. Определяем расчетную мощность:

P = (P₂k_Е)/(cos )

k_Е - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определяем по рис. 8.20, k_Е = 0,983

- КПД асинхронного двигателя, по рис. 8.21,a , = 0,89 , cos = 0,91

P₂ - мощность на валу двигателя, Вт

P = (1510³0,983) / (0,890,91) = 18206 (Вт)

5. Определяем электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 8.22, б:

Линейная нагрузка (отношение тока всех витков обмотки к длине окружности) А = 25,310³ (А/м)

Индукция в воздушном зазоре B= 0,73 (Тл)

6. Предварительный обмоточный коэффициент выбираем в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток k_О1 = 0,95 0,96.

Примем k_О1 = 0,96.

7. Расчетная длина воздушного зазора определяется по формуле:

= P / ( k_ВD²k_О1AB)

k _В - коэффициент формы поля, предварительно принимают равным

k_В = / () = 1,11

- синхронная угловая скорость вала двигателя, рад/с, расчитывается по формуле

рад/с

где₁ - частота питания, Гц

= 18206 / (1,110,126²3140,9625,310³0,73) = 0,19 (м)

8. Проверяем отношение = / . Оно должно находиться в пределах 0,19 0,87, определяемых по рис. 8.25:

= 0,19 / 0,198 = 0,96

Полученное значение выше рекомендуемых пределов, поэтому принимаем следующую большую из стандартного ряда (табл. 8.6) высоту оси вращения h = 160 мм. Повторяем расчеты по пп. 1-8:

D_а = 0,272 (м) P = (1510³0,984) / (0,910,89) = 18224 (Вт)

D = 0,560,272 = 0,152 (м) A = 3410³ (A/м)

= (3,140,152) / 2 = 0,239 (м) B = 0,738 (Тл)

= 18224 / (1,110,152²3140,963610³0,738) = 0,091 (м)

= 0,091 / 0,239 = 0,38

Значение = 0,38 находится в рекомендуемых пределах.

Расчет обмотки, пазов и ярма статора

Определение Z1, 1 и сечения провода обмотки статора

1. Определяем предельные значения зубцового деления ₁ по рис. 6-15:

_1max = 18 (мм) _1min = 13 (мм)

2. Предельные значения числа пазов статора определяем по следующим формулам

Принимаем ₁ = 36, тогда q = Z₁ / (2pm), где m - число фаз

q = 36 / (23) = 6

Обмотка однослойная.

3. Окончательно определяем зубцовое деление статора:

м = 1410^-3 м

4. Находим число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а=1)):

u =

I_1H - номинальный ток обмотки статора, A, и определяется по формуле:

I_1H = P₂ / (mU_1Hcos) = 1510³/ (32200,890,91) = 28,06(A)

u= = 16

5. Принимаем а=2, тогда

u= аu = 216 = 32

6. Получаем окончательные значения:

число витков в фазе обмотки

линейная нагрузка

А/м

поток

Ф = (₁)^-1

k_О1 - окончательное значение обмоточного коэффициента, определяем по формуле:

k_О1 = k_Уk_Р

k_У - коэффициент укорочения, для однослойной обмотки k_У = 1

k_Р - коэффициент распределения, определяется из табл. 3.16 для первой гармоники

k_Р = 0,957

Ф = = 0,01 (Вб)

индукция в воздушном зазоре

Тл

Значения А и В находятся в допустимых пределах (рис. 8.22,б)

7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

J₁ = (AJ₁)/ A= (18110⁹)/ (33,810³)= 5,3610⁶ (А/м²)

произведение линейной нагрузки на плотность тока определяется по рис. 8.27, б.

Сечение эффективного проводника (предварительно):

q_ЭФ = I_1H / (aJ₁) = 28,06 / (25,1310⁶) = 2,7310^-6 (м²) = 2,73(мм²)

Принимаем n_ЭЛ = 2, тогда

q_ЭЛ = q_ЭФ / 2 = 2,73 / 2 = 1,365 (мм²)

n_ЭЛ - число элементарных проводников

q_ЭЛ - сечение элементарного проводника

Выбираем обмоточный провод ПЭТВ (по табл. П3.1) со следующими данными:

номинальный диаметр неизолированного провода d_ЭЛ = 1,32 мм

среднее значение диаметра изолированного провода d_ИЗ = 1,384 мм

площадь поперечного сечения неизолированного провода q_ЭЛ = 1,118 мм²

площадь поперечного сечения эффективного проводника q_ЭФ = 1,1182 = 2,236 (мм²)

9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора - по рис. 1, a с соотношением размеров, обеспечивающим параллельность боковых граней зубцов.

1. Принимаем предварительно по табл. 8.10:

значение индукции в зубцах статора B_Z1 = 1,9 (Тл) значение индукции в ярме статора B_a = 1,6 (Тл), тогда ширина зубца

b_Z1=

k_C - коэффициент заполнения сердечника сталью, по табл. 8.11 для оксидированных листов стали марки 2013 k_С = 0,97

_СТ1 - длина стали сердечников статора , для машин с 1,5 мм

_СТ1 = 0,091 (м)

b_Z1 = = 6,410^-3 (м) = 6,4 (мм)

высота ярма статора

2. Размеры паза в штампе принимаем:

ширина шлица паза b_Ш= 4,0 (мм)

высота шлица паза h_Ш = 1,0 (мм) , = 45

высота паза

h_П= h_a = =23,8 (мм) (25)

ширина нижней части паза

b₂ = = = 14,5 (мм) (26)

ширина верхней части паза

b₁ = = = 10,4 (мм) (27)

h₁ = h_П- + = = 19,6 (мм) (28)

3. Размеры паза в свету с учётом припусков на сборку:

для h = 160 250 (мм) b_П= 0,2 (мм); h_П= 0,2 (мм)

b₂ = b₂ - b_П= 14,5 - 0,2 = 14,3 (мм) (29)

b₁ = b₁ - b_П= 10,4 - 0,2 = 10,2 (мм) (30)

h₁ = h₁ - h_П= 19,6 - 0,2 = 19,4 (мм) (31)

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

S_П = S_ИЗS_ПР

площадь поперечного сечения прокладок S_ПР = 0

площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

S_ИЗ = b_ИЗ(2h_П+b₁ +b₂)

b_ИЗ - односторонняя толщина изоляции в пазу, по табл. 3.1 b_ИЗ = 0,4 (мм)

S_ИЗ = 0,4(223,8+14,5+10,4) = 29 (мм²)

S_П = 0,5(14,3+10,2)19,4 29 = 208,65 (мм²)

4. Коэффициент заполнения паза:

k_З = [(d_ИЗ)²u_nn_ЭЛ] / S_П = (1,405²402)/ 208,65 = 0,757 (34)

Полученное значение k_З для механизированной укладки обмотки чрезмерно велико. Коэффициент заполнения должен находиться в пределах 0,70 0,72 (из табл. 3-12 [ ]). Уменьшим значение коэффициента заполнения увеличив площадь поперечного сечения паза.

Примем B_Z1 = 1,94 (Тл) и B_a = 1,64 (Тл), что допустимо, так как эти значения превышают рекомендуемые только на 2,5 - 3 %.

5. Повторяем расчет по пп. 1-4.

b_Z1 = = 0,0063(м)= 6,3(мм) b₂ = = 11,55 (мм)

h_a = = 0,0353(м) = 35,3(мм) b₁ = = 8,46 (мм)

h_П = = 24,7 (мм) h₁ = = 20,25 (мм)

b₂ = = 11,75 (мм)

b₁ = = 8,66 (мм)

h₁ = = 20,45 (мм)

S_ИЗ = = 29,9 (мм²)

S_П = = 172,7 (мм²)

k_З = = 0,7088 0,71

Размеры паза в штампе показаны на рис. 1 , a .

Расчет обмотки, пазов и ярма ротора

1. Определяем воздушный зазор (по рис. 8.31): = 0,8 (мм)

2. Число пазов ротора (по табл. 8.16): Z₂ = 28

3. Внешний диаметр:

D₂ = D2 = 0,15220,810^-3 = 0,150 (м) (35)

4. Длина магнитопровода ротора ₂ = ₁ = 0,091 (м)

5. Зубцовое деление:

t₂ = ( D₂)/ Z₂ = (3,140,150)/ 28 = 0,0168 (м) = 16,8 (мм) (36)

6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал:

D_J = D_В = k_ВD_а = 0,230,272 = 0,0626 (м) 60 (мм) (37)

Значение коэффициента k_В взято из табл. 8.17 : k_В = 0,23

7. Предварительное значение тока в стержне ротора:

I₂ = k_i I_{1 i}

k_i - коэффициент , учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I₁ / I₂. k_i = 0,2+0,8cos = 0,93

_i - коэффициент приведения токов :

_i = (2m₁₁k_O1 ) / Z₂ = (23960,957) / 28 = 19,7

I₂ = 0,9328,0619,7 = 514,1 (А)

8. Площадь поперечного сечения стержня:

q_С = I₂ / J₂

J₂ - плотность тока в стержнях ротора, при заливке пазов алюминием выбирается в пределах

J₂ = (2,53,5)10⁶ (А/м²)

q_C = 514,1 / (3,510⁶) = 146,910^-6 (м²) = 146,9 (мм²)

9. Паз ротора - по рис. 1. б. Проектируем грушевидные закрытые пазы с размерами шлица b_Ш = 1,5 мм и h_Ш = 0,7 мм. Высоту перемычки над пазом выбираем равной h_Ш = 1 мм.

Допустимая ширина зубца

b_Z2 = = = 7,010^-3 (м) = 7,0 (мм) (41)

B_Z2 - индукция в зубцах ротора, по табл. 8.10 B_Z2 = 1,8 (Тл)

Размеры паза

b₁===10,5 (мм)

b₂ = = = 5,54 (мм) (43)

h₁ = (b₁ - b₂)(Z₂ / (2)) = (10,5 - 5,54)(28/6,28) = 22,11 (мм) (44)

Принимаем b₁ = 10,5 мм , b₂ = 5,5 мм, h₁ = 22,11 мм.

10. Уточняем ширину зубцов ротора

b_Z2 = = 9,1 (мм)

b_Z2 = = 3,14 9,1 (мм)

b_Z2 = b_Z2 9,1 (мм)

Полная высота паза:

h_П2 = h_Ш + h_Ш +0,5b₁ +h₁ +0,5b₂ = 1+0,7+0,510,5+22,11+0,55,5 = 31,81 (мм)

Сечение стержня:

q_C = (/8)(b₁b₁+b₂b₂)+0,5(b₁+b₂)h₁ =

(3,14/8)(10,5²+5,5²)+0,5(10,5+5,5)22,11 = 195,2 (мм²)

11. Плотность тока в стержне:

J₂ = I₂ / q_C = 514,1 / 195,210^-6 = 3,4910⁶ (А/м²)

12. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

qКЛ = IКЛ / JКЛ

JКЛ - плотность тока в замыкающих кольцах:

JКЛ = 0,85J2 = 0,853,49106 = 2,97106 (А/м2) (51)

IКЛ - ток в кольцах:

IКЛ = I2 /

= 2sin = 2sin = 0,224 (53)

IКЛ = 514,1 / 0,224 = 2295,1 (A)

qКЛ = 2295 / 2,97106 = 772,710-6 (м2) = 772,7 (мм2)

13. Размеры замыкающих колец:

hКЛ = 1,25hП2 = 1,2531,8 = 38,2 (мм) (54)

bКЛ = qКЛ / hКЛ = 772,7 / 38,2 = 20,2 (мм) (55)

qКЛ = bКЛhКЛ = 38,2 20,2 = 771,6 (мм2) (56)

DК. СР = D2 - hКЛ = 150 - 38,2 = 111,8 (мм) (57)

Расчет магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

1. Магнитное напряжение воздушного зазора:

F= 1,5910⁶Bk, где (58)

k- коэффициент воздушного зазора:

k= t₁/(t₁- )

= = = 2,5

k= = 1,17

F= 1,5910⁶0,7231,170,810^-3 = 893,25 (A)

2. Магнитное напряжение зубцовых зон:

статора

F_Z1 = 2h_Z1H_Z1

h_Z1 - расчетная высота зубца статора , h_Z1 = h_П1 = 24,7 (мм)

H_Z1 - значение напряженности поля в зубцах статора , по таблице П1.7 при B_Z1 = 1,94 (Тл) для стали 2013 H_Z1 = 2430 (А/м)

F_Z1 = 224,710^-32430 = 120 (A)

расчетная индукция в зубцах:

B_Z1 = = = 1,934 (Тл)

так как B_Z1 1,8 (Тл), необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце B_Z1.

Коэффициент k_ПХ по высоте h_ZX = 0,5h_Z :

k_ПХ =

b_ПХ = 0,5(b₁+b₂)= 0,5(8,66+11,75) = 12,6

k_ПХ = = 2,06

B_Z1= B_Z1 - ₀H_Z1 k_ПХ

Принимаем B_Z1 = 1,94 (Тл), проверяем соотношение B_Z1 и B_Z1:

1,94 = 1,934 - 1,25610^-624302,06 = 1,93

ротора

F_Z2 = 2h_Z2H_Z2

h_Z2 - расчетная высота зубца ротора :

h_Z2 = h_П2 - 0,1b₂ = 31,8- 0,15,5 = 31,25 (мм)

H_Z2 - значение напряженности поля в зубцах ротора, по таблице П1.7 при B_Z2 = 1,8 (Тл) для стали 2013 H_Z2 = 1520 (А/м)

F_Z2 = 231,25 10^-31520 = 81,02 (A)

индукция в зубце

B_Z2 = = = 1,799 (Тл) 1,8 (Тл)

3. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

k_Z = 1+= 1+= 1,23

4. Магнитное напряжение ярма:

статора

F_a = L_a H_a

L_a - длина средней магнитной линии ярма статора , м :

L_a = = = 0,376 (м)

H_a - напряженность поля, по таблице П1.6 при B_a = 1,64 (Тл) H_a = 902 (А/м)

F_a = 0,376902 = 339,2 (A)

B_a =

h_a - расчетная высота ярма статора, м:

h_a = 0,5(D_a - D) - h_П1 = 0,5(272 - 152) - 24,7 = 35,3 (мм)

B_a = = 1,6407 (Тл) 1,64 (Тл)

ротора

F_j = L_j H_j

L_j - длина средней магнитной линии потока в ярме ротора:

L_j = 2h_j

h_j - высота спинки ротора:

h_j = - h_П2 = - 31,8 = 13,7 (мм)

L_j = 213,7 10^-3 = 0,027 (м)

B_j =

h_j - расчетная высота ярма ротора, м:

h_j = = = 40,5 (мм)

B_j = = 1,28 (Тл)

H_j - напряженность поля , по таблице П1.6 при B_j = 1,28 (Тл) H_j = 307 (А/м)

F_j = 0,027307 = 8,29 (А)

5. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи на пару полюсов:

F_Ц = F+F_Z1+F_Z2+F_a+F_j = 893,25+120+81,02+339,2+8,29= 1441,83 (A)

6. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

k = F_Ц / F= 1441,83/893,25 = 1,6

7. Намагничивающий ток:

I = = = 7,3 (A)

относительное значение

I = I / I_1H = 7,3 / 28,06 = 0,26

Расчет параметров асинхронной машины для номинального режима

1. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

r₁ = ₁₁₅

₁₁₅ - удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре, Омм. Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура равна 115 градусам. Для меди ₁₁₅ = 10^-6/41 Омм.

L₁ - общая длина эффективных проводников фазы обмотки статора, м:

L₁ = _СР11

_СР1 - средняя длина витка обмотки статора, м:

_СР1 = 2(_П1 +_Л1)

_П1 - длина пазовой части, _П1 = ₁= 0,091 (м)

_Л1 - лобовая часть катушки

_Л1 = K_Лb_КТ +2В

K_Л - коэффициент, значение которого берётся из таблицы 8.21: K_Л = 1,2

В - длина вылета прямолинейной части катушки из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м. Принимаем В = 0,01.

b_КТ - средняя ширина катушки, м:

b_КТ = ₁

₁ - относительное укорочение шага обмотки статора , ₁ = 1

b_КТ = = 0,277 (м)

_Л1 = 1,20,277+20,01 = 0,352 (м)

_СР1 = 2(0,091+0,352) = 0,882 (м)

L₁ = 0,88296 = 84,67 (м)

r₁ = = 0,308 (Ом)

Длина вылета лобовой части катушки

_ВЫЛ = K_ВЫЛ b_КТ +В = 0,260,277+0,01= 0,08202 (м)= 82,02 (мм) (90)

По таблице 8.21 K_ВЫЛ = 0,26

Относительное значение

r₁ = r₁= 0,308= 0,05

2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

r₂ = r_C +

r_C - сопротивление стержня:

r_C = ₁₁₅

для литой алюминиевой обмотки ротора ₁₁₅ = 10^-6 / 20,5 (Омм).

r_C = = 22,210^-6 (Ом)

r_КЛ - сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями

r_КЛ = ₁₁₅= = 1,0110^-6 (Ом) (94)

r₂ = 22,210^-6+ = 47,110^-6 (Ом)

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора:

r₂ = r₂ = 47,110^-6 = 0,170 (Ом) (95)

Относительное значение:

r₂ = r₂ = 0,170= 0,02168 0,022

3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

х₁ = 15,8(_П1 +_Л1 +_Д1 ) , где (96)

_П1 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

_П1 =

h₂ = h₁ - 2b_ИЗ = 20,45 - 20,4 = 19,65 (мм)

b₁ = 8,66 (мм)

h_K = 0,5(b₁ - b ) = 0,5(8,66 - 4) = 2,33 (мм)

h₁ = 0 (проводники закреплены пазовой крышкой)

k = 1 ; k = 1 ; = = 0,091 (м)

_П1= = 1,4

_Л1 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

_Л1 = 0,34(_Л1 - 0,64) = 0,34(0,352 - 0,640,239)= 3,8

_Д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

_Д1 =

= 2k_СКk - k_O1² (1+_СК²)

k = 1

_СК = 0 , так как отсутствует скос пазов

k_СК определяем по кривым рис. 8.51 ,д в зависимости от t₂/t₁ и _СК

= = 1,34 ; _СК= 0 ; k_СК= 1,4

= 21,41 - 0,957²1,34² = 1,15

_Д1= 1,15 = 1,43

х₁ = 15,8(1,4+3,8+1,43) = 0,731 (Ом)

Относительное значение

х₁= х₁= 0,731= 0,093

4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

х₂ = 7,9₁ (_П2 +_Л2 +_Д2+ _СК)10^-6 (102)

_П2 = k_Д +

h₀ = h₁ +0,4b₂ = 17,5+0,45,5 = 19,7 (мм)

k_Д = 1

_П2 = = 3,08

_Л2 = = = 1,4

_Д2 =

= = = 1,004

так как при закрытых пазах _Z 0

_Д2 = = 1,5

х₂ = 7,9500,091(3,08+1,4+1,5)10^-6 = 21510^-6 (Ом)

Приводим х₂ к числу витков статора:

х₂ = х₂ = = 0,778 (Ом)

Относительное значение

х₂ = х₂ = 0,778= 0,099 (108)

Расчёт потерь мощности

1. Потери в стали основные:

P_{СТ. ОСН.} = P_1,0/50 (k_ДаB_a²m_a+k_ДZB_Z1²+m_Z1)

P_1,0/50 - удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц. По табл. 8.26 для стали 2013 P_1,0/50 = 2,5 (Вт/кг)

m_a - масса стали ярма статора, кг:

m_a = (D_a - h_a )h_ak_C1C =

= 3,14(0,272 - 0,0353)0,03530,0910,977,810³ = 17,67 (кг)

_С - удельная масса стали; в расчётах принимают _С = 7,810³ (кг/м³)

m_Z1 - масса стали зубцов статора, кг:

m_Z1 = h_Z1b_{Z1 СР.}Z_1CT1k_C1C =

= 24,710^-36,310^-3360,0910,977,810³ = 3,14 (кг) (111)

k_Да и k_ДZ - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов. Приближенно можно принять k_Да = 1,6 и k_ДZ = 1,8.

PСТ. ОСН. = 2,51(1,61,64217,67+1,81,93423,14) = 242,9 (Вт)

2. Поверхностные потери в роторе :

PПОВ2 = pПОВ2(t2 - bШ2)Z2СТ2

pПОВ2 - удельные поверхностные потери :

pПОВ2 = 0,5k02(B02t1103)2

B02 - амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора:

B02 = 02

02 зависит от соотношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору . 02 (при bШ1/ = 4/0,5 = 8 по рис. 8.53,б) = 0,375

k02 - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери. Примем k02 =1,5

B02 = 0,3571,180,739 = 0,331 (Тл)

pПОВ2 = 0,51,5(0,33114)2 = 568 (16,8 - 1,5)24 0,091 = 22,2 (Вт)

3. Пульсационные потери в зубцах ротора:

PПУЛ2 = 0,11mZ2

BПУЛ2 - амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов:

BПУЛ2 = BZ2

mZ2 - масса стали зубцов ротора , кг :

mZ2 = Z2hZ2bZ2СТ2kC2C =

= 2826,6510-39,110-30,0910,977,8103 = 3,59 (кг) (117)

BПУЛ2 = = 0,103 (Тл)

PПУЛ2 = 0,11= 33,9 (Вт)

4. Сумма добавочных потерь в стали:

PСТ. ДОБ. = PПОВ1+PПУЛ1+PПОВ2+PПУЛ2 = 22,2 + 33,9 = 56,1 (Вт

5. Полные потери в стали:

PСТ. = PСТ. ОСН. + PСТ. ДОБ. = 242,9 + 56,1 = 299 (Вт

6. Механические потери:

PМЕХ = KTDa4 = 0,2724 = 492,6 (Вт) (120)

Для двигателей с 2р=2 KT =1.

7. Холостой ход двигателя:

IХ. Х.

IХ.Х.а. =

PЭ1 Х.Х. = mI2r1 = 37,320,308 = 27,4 (Вт)

IХ.Х.а. = = 1,24 (А)

IХ.Х.Р. I = 7,3 (A)

IХ.Х. = = 7,405 (А)

cos хх = IX.X.a / IX.X. = 1,24/4,98 = 0,25

асинхронный трёхфазный двигатель короткозамкнутый ротор

Расчёт рабочих характеристик

1. Параметры:

r₁₂ = P_{СТ. ОСН.} /(mI²) = 242,9/(37,3²) = 3,48 (Ом)

x₁₂ = U_1H/I - x₁ = 220/7,3 - 1,09 = 44,55 (Ом)

c₁ = 1+x₁ /x₁₂ = 1+0,731/44,55 = 1,024 (Ом)

= = =

= arctg 0,0067 = 0,38 (23 ) 1^o

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

I_0a = (P_{СТ. ОСН.} +3I²r₁) / (3U_1H) = = 0,41 (A)

a = c₁² = 1,024² = 1,048

b = 0

a = c₁r₁ = 1,0240,308 = 0,402 (Ом)

b = c₁(x₁+c₁x₂) = 1,024(0.731+1,0241,12) = 2,51 (Ом)

Потери , не изменяющиеся при изменении скольжения :

P_СТ. +P_МЕХ. = 299+492,6 = 791,6 (Вт)

№	Расчётные формулы	Размерность	Скольжение S
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	SНОМ0,034
1	ar2/s	Ом	49,26	24,63	16,42	12,31	9,85	8,21	7,04	7,24
2	R = a+ar2/s	Ом	49,66	25,03	16,82	12,71	10,25	8,61	7,44	7,65
3	X = b+br2/s	Ом	2,51	2,51	2,51	2,51	2,51	2,51	2,51	2,51
4	Z = (R2+X2)0,5	Ом	49,72	25,15	17,01	12,95	10,55	8,97	7,85	8,05
5	I2 = U1/Z	А	4,42	8,75	12,93	16,99	20,85	24,53	28,02	27,3
6	cos 2 = R/Z		0,999	0,995	0,989	0,981	0,971	0,96	0,948	0,95
7	sin 2 = X/Z		0,05	0,1	0,147	0,194	0,238	0,28	0,32	0,31
8	I1a = I0a+I2cos 2	А	4,82	9,12	13,2	17,08	20,65	23,96	26,97	26,3
9	I1p = I0p+I2 sin 2	А	5,04	5,69	6,72	8,12	9,78	11,69	13,79	13,3
10	I1 = (I1a2+I1p2)0,5	А	5,97	9,75	13,81	17,91	21,85	25,66	29,29	28,5
11	I2 = c1I2	А	4,53	8,96	13,24	17,4	21,35	25,12	28,69	27,9
12	P1 = 3U1I1a10-3	кВт	3,18	6,02	8,71	11,27	13,63	15,81	17,8	17,36
13	PЭ1 = 3I12r110-3	кВт	0,057	0,136	0,258	0,421	0,615	0,838	1,08	1,026
14	PЭ2 = 3I22r210-3	кВт	0,014	0,056	0,123	0,213	0,321	0,445	0,58	0,55
15	PДОБ = 0,005P1	кВт	0,016	0,03	0,04	0,056	0,068	0,079	0,089	0,087
16	P=PСТ+РМЕХ+PЭ1+РЭ2+РДОБ	кВт	0,879	1,014	1,213	1,482	1,796	2,154	2,541	2,455
17	Р2 = Р1 - P	кВт	2,301	5,006	7,497	9,788	11,83	13,66	15,26	14,9
18	= 1 - P/P1		0,743	0,851	0,871	0,889	0,888	0,884	0,877	0,878
19	cos = I1a/I1		0,691	0,848	0,891	0,903	0,904	0,899	0,89	0,891

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Р2НОМ = 15 кВт ; I0p = I = 7,3 A ; PСТ. +PМЕХ. = 791,6 Вт

U1НОМ = 220/380 В ; r1 =0,308 Ом ; r2 = 0,170 Ом

2р=2 ; I0a = 0,41 A ; c1 = 1,024 ; a = 1,048 ; b = 0 ;

a = 0,402 (Ом) ; b = 2,51 (Ом)

2. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений

S = 0,005;0,01;0,015

0,02;0,025;0,03;0,035 , принимая предварительно , что SНОМ r2 = 0,03

Результаты расчёта сведены в табл. 1 . После построения рабочих характеристик (рис. 2 ) уточняем значение номинального скольжения : SН = 0,034.

Номинальные данные спроектированного двигателя :

Р2НОМ = 15 кВт cos НОМ = 0,891

U1НОМ = 220/380 В НОМ = 0,858

I1НОМ =28,5 А

Расчёт пусковых характеристик

Расчет токов с учётом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учёта влияния насы щения от полей рассеяния)

Подробный расчёт приведён для S = 1. Данные расчёта остальных точек сведены в табл. 2.

1. Активное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

= 2h_C= 63,61h_C= 63,610,0255= 1,62 (130)

_расч = 115^оС ; ₁₁₅ = 10^-6/20,5 (Омм) ; b_C/b_П =1 ; ₁= 50 Гц

h_C = h_П - (h_Ш +h_Ш) = 27,2 - (0,7+1) = 25,5 (мм)

- ”приведённая высота” стержня

по рис. 8.57 для = 1,62 находим = 0,43

h_r = = = 0,0178 (м)= 17,8 (мм)

так как (0,510,5) 17,8 (17,5+0,510,5):

q_r =

h_r - глубина проникновения тока в стержень

q_r - площадь сечения , ограниченного высотой h_r

b_r = = 6,91 (мм)

q_r = = 152,5 (мм²)

k_r = q_C/q_r = 195,2 / 152,5 = 1,28 (135)

K_R = = 1,13

r_С = r_C = 22,210^-6 (Ом)

r₂ = 47,110^-6 (Ом)

Приведённое сопротивление ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

r₂ = K_Rr₂ = 1,130,235 = 0,265 (Ом)

2. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

для = 1,62 = kД = 0,86

KX = (П2 +Л2 +Д2)/( П2 +Л2 +Д2)

П2 = П2 - П2

П2 = П2(1- kД) = =

= = 0,13

П2 = 3,08 - 0,13 = 2,95

KX = = 0,98

x2 = KXx2 = 0,980,778 = 0,762 (Ом)

3. Пусковые параметры:

Индуктивное сопротивление взаимной индукции

х_12П = k x₁₂ = 1,644,55 = 80,19 (Ом) (142)

с_1П = 1+х₁ /х_12П = 1+1,1/80,19 = 1,013 (143)

4. Расчёт токов с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

R_П = r₁ +c_1П r₂ /s = 0,308+1,0130,265 = 0,661 (Ом)

№	Расчётные формулы	Размерность	Скольжение S
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	SКР 0,12
1	= 63,61hCS0,5		1,62	1,45	1,15	0,72	0,51	0,55
2	( )		0,43	0,3	0,13	0,024	0,006	0,01
3	hr = hC/(1+)		17,8	19,6	22,6	24,9	25,3	25,2
4	kr = qC/qr		1,28	1,19	1,07	1,004	1	1,001
5	KR =1+(rC/r2)(kr - 1)		1,13	1,09	1,03	1	1	1
6	r2 =KRr2		0,265	0,256	0,242	0,235	0,235	0,235
7	kД = ()		0,86	0,9	0,94	0,98	0,99	0,988
8	П2 = П2 - П2		2,95	2,98	3,02	3,06	3,07	3,068
9	KX = 2 / 2		0,98	0,99	0,99	1	1	1
10	x2 = KXx2		0,762	0,77	0,77	0,778	0,778	0,778
11	RП = r1 +c1Пr2/s		0,661	0,717	0,883	1,583	2,173	2,055
12	XП = x1 +c1Пx2		1,5	1,51	1,51	1,52	1,52	1,519
13	I2 = U1 / (RП2+XП2)0,5		137,9	134,8	129,8	108,2	78,62	86,25
14	I1 = I2 (RП2+ +(XП+x12П)2)0,5/(c1Пx12П)		140,8	137,7	132,6	110,7	80,6	88,4

Таблица 2 . Расчёт токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом влияния эффекта вытеснения тока

Р2НОМ = 15 кВт ; U1 = 220/380 B ; 2р=2 ; I1НОМ = 28,5 А ;

I2НОМ = 27,9 А ; х1 = 0,731 Ом ; х2 = 0,778 Ом ; r1 = 0,308 Ом ;

r2 = 0,170 Ом ; х12П = 80,19 Ом ; с1П = 1,013 ; SНОМ = 0,034

XП = х1 + с1Пх2 = 0,731+1,0130,762 = 1,5 (Ом)

I2 = U1 / (RП2+ХП2)0,5= 220/(0,6612+1,52)0,5= 137,9 (A)

I1 = I2 (RП2+(ХП+х12П)2)0,5/ (c1Пх12П)=

=137,9(0,6612+(1,5+80,19)2)0,5/(1,01380,19)= 140,8 (A)

Расчет пусковых характеристик с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

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 тока.

Данные расчёта сведены в табл. 3. Подробный расчёт приведён для S=1.

1. Индуктивные сопротивления обмоток . Принимаем k_НАС =1,35 :

Средняя МДС обмотки , отнесённая к одному пазу обмотки статора:

F_{П. СР.} = = = 3916,4 (А)

C_N = = 1,043

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре :

B_Ф =(F_{П. СР.} /(1,6С_N ))10^-6 =(3916,410^-6)/(1,60,810^-31,043)=5,27(Тл)

для B_Ф = 5,27 (Тл) находим к = 0,47

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

сЭ1 = (t1 - bШ1)(1 - к ) = (14 - 4)(1 - 0,47) = 6,36

П1 НАС. =((hШ1 +0,58hK)/bШ1)(сЭ1/(сЭ1+1,5bШ1))

hK = (b1 - bШ1)/2 = (10,5 - 4)/2 = 3,25 (153)

П1 НАС. =

П1 НАС. = П1 - П1 НАС. = 1,4 - 0,37 = 1,03

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

Д1 НАС. = Д1к = 1,430,47 = 0,672

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения:

х1 НАС. = (х11 НАС. )/ 1 = = 0,607 (Ом)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения и вытеснения тока:

П2. НАС. = (hШ2/bШ2)/(cЭ2/(сЭ2+bШ2))

сЭ2 = (t2 - bШ2)(1 - к ) = (16,8 - 1,5)(1 - 0,47) =10,6

hШ2 = hШ +hШ = 1+0,7 = 1,7 (мм)

П2. НАС. =

П2. НАС. = П2 - П2. НАС. = 2,95 - 0,99 = 1,96

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения:

Д2. НАС. = Д2к = 1,50,47 = 0,705

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

х2 НАС = (х22 НАС. )/ 2 = = 0,529 (Ом)

с1П. НАС. = 1+ (х1 НАС. /х12 П) = 1+(0,85/80,19) = 1,011

№	Расчётные формулы	Размерность	Скольжение S
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	SКР 0,12
1	kНАС		1,35	1,3	1,2	1,1	1,05	1,06
2	FП. СР.	A	3916	3721	3361	2689	1992	2131
3	BФ =(FП.СР.10-6) / (1,6CN)	Тл	5,27	5,01	4,52	3,67	2,78	2,96
4	к = ( BФ)		0,47	0,48	0,52	0,76	0,88	0,86
5	сЭ1 = (t1 - bШ1)(1 - к )	мм	6,36	6,24	5,76	4,48	3,24	3,49
6	П1 НАС. = П1 - П1 НАС.		1,03	1,032	1,05	1,35	1,37	1,366
7	Д1 НАС. = к Д1		0,67	0,69	0,74	1,09	1,26	1,23
8	х1 НАС. = х11 НАС. / 1	Ом	0,85	0,86	0,87	1,08	1,09	1,088
9	c1П. НАС. = 1+х1 НАС. / х12П		1,011	1,011	1,011	1,013	1,014	1,014
10	сЭ2 = (t2 - bШ2)(1 - к )	мм	10,6	10,4	9,6	8,8	7,4	7,68
11	П2 НАС. = П2 - П2 НАС.		1,96	1,96	1,97	2,56	2,71	2,68
12	Д2 НАС. = к Д2		0,71	0,72	0,78	1,14	1,32	1,29
13	х2 НАС. = х22 НАС. /2	Ом	0,53	0,53	0,54	0,664	0,706	0,699
14	RП. НАС. = r1+c1П. НАС. r2/s	Ом	0,661	0,728	0,929	1,735	2,88	2,65
15	XП.НАС=х1НАС.+с1П.НАС.х2НАС	Ом	1,385	1,397	1,416	1,752	1,806	1,796
16	I2НАС=U1/(RП.НАС2+ХП.НАС2)0,5	A	187,6	177,5	155,3	122,1	86,3	95,6
17	I1 НАС=I2 НАС (RП.НАС2+(ХП. НАС+ х12П) 2) 0,5/( c1П. НАСх12П)	A	190,8	180,4	157,8	124,0	87,8	97,2
18	kНАС. = I1 НАС. /I1		1,355	1,31	1,19	1,12	1,09	1,1
19	I1 = I1 НАС. /I1 НОМ		6.8	6,71	6,43	5,07	4,29	4,45
20	М = (I2НАС/I2НОМ)2КR(sHОМ/s)		1,75	2,03	2,24	2,75	2,72	2,79

Таблица 3 . Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Р2НОМ = 15 кВт ; U1 = 220/380 B ; 2р=2 ; I1НОМ = 28,06 А ;

I2НОМ = 27,9 А ; х1 = 0,731 Ом ; х2 = 0,778 Ом ; r1 = 0,308 Ом ;

r2 = 0,170 Ом ; х12П = 80,19 Ом ; СN = 1,043 ; SНОМ = 0,034

2. Расчёт токов и моментов

RП. НАС. = r1+c1П. НАС. r2/s = 0,393+1,0110,265 = 0,661 (Ом) (165)

XП.НАС.=х1НАС.+с1П.НАС.х2НАС. = 1,385 (Ом) (166)

I2НАС.=U1/(RП.НАС2+ХП.НАС2)0,5= 220/(0,6612+1,3852)0,5= 187,6 (A)

I1 НАС. = I2НАС.= = 190,8 (A) (168)

IП = = 6,8

M = = = 1,75

kНАС. = I1 НАС. /I1 = 190,8/140,8 = 1,355

kНАС. отличается от принятого kНАС. = 1,35 менее чем на 3%.

Для расчёта других точек характеристики задаёмся kНАС. , уменьшенным в зависимости от тока I1 . Принимаем 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 .

3. Критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений х1 НАС. и х2 НАС. , соответствующим скольжениям s = 0,2 0,1:

sКР = r2 / (x1 НАС. /c1П НАС. +x2 НАС) = 0,265/(1,085/1,0135+1,225)=0,12

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям ( и cos ) , так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчёт

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

пов1 =

PЭ. П1 - электрические потери в пазовой части обмотки статора

PЭ. П1= kPЭ1= = 221,5 (Вт)

PЭ1 = 1026 Вт (из табл.1 при s = sНОМ)

k = 1,07 (для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F)

K = 0,22 (по табл. 8.33)

₁ - коэффициент теплоотдачи с поверхности ; ₁ = 152 (Вт/м²С)

_пов1 =

2. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора :

_{из. п1}=

П_П1 = 2h_ПК+b₁+b₂ = 220,45+8,66+11,75 = 66,2 (мм) = 0,0662 (м)

_ЭКВ - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, для класса нагревостойкости F _ЭКВ = 0,16 Вт/(мС)

_ЭКВ - среднее значение коэффициента теплопроводности , по рис. 8.72 при

d/d_ИЗ = 1,32/1,405 = 0,94 _ЭКВ = 1,3 Вт/(м²С)

_{из. п1}= = 3,87 (С)

3. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей :

из. л1=

PЭ. Л1 - эл. потери в лобовой части обмотки статора

PЭ. Л1 = kPЭ1= = 876 (Вт)

ПЛ1 = ПП1 = 0,0662 (м)

bИЗ. Л1 МАХ =0,05

из. л1= = 1,02 (С)

4. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя:

_{пов. л1}= = 16,19 (С)

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

₁= =

= = 24,7 (С)

6. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

_В =

P_В - сумма потерь , отводимых в воздух внутри двигателя :

P_В = P - (1 - K)(P_{Э. П1}+P_{СТ. ОСН.} ) - 0,9P_МЕХ

P - сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме :

P = P +(k - 1)(PЭ1+PЭ2) = 2255+(1,07 - 1)(1026+550) = 2365 (Вт)

PВ = 2365 - (1 - 0,22)(221,5+242,9) - 0,9492,6 = 1559 (Вт)

SКОР - эквивалентная поверхность охлаждения корпуса:

SКОР = (Da+8ПР)(+2ВЫЛ1)

ПР - условный периметр поперечного сечения рёбер корпуса двигателя , для h = 160 мм ПР = 0,32 .

В - среднее значение коэффициента подогрева воздуха , по рис. 8.70,б

В = 20 Вт/м2С .

SКОР = (3,140,272+80,32)(0,091+282,0210-3) = 0,96 (м2)

В = 1559/(0,9620) = 73,6 (C)

7. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

1 = 1 +В = 24,7+73,6 = 98,3 (С)

8. Проверка условий охлаждения двигателя :

Требуемый для охлаждения расход воздуха

В =

km = = 9,43

Для двигателей с 2р=2 m= 3,3

В = = 0,27 (м3/с)

Расход воздуха ,обеспечиваемый наружным вентилятором

В = = 0,36 (м3/c)

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод

Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Список использованной литературы

1. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин” М.: «Энергоатомиздат» , 1993г. ч.1,2.

2. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин” М. : “Энергия” , 1980г.

3. А.И. Вольдек “Электрические машины” Л.: “Энергия” , 1978г.

Размещено на Allbest.ru