Вступ

1 Технічні умови

3.2 Розрахунок максимального обертального моменту

3.3 Розрахунок початкових пускових струму і обертального моменту

3.4 Побудова механічних характеристик двигуна

7 Механічний розрахунок

Висновки

Список джерел інформації

ВСТУП

1.11.6 Двигуни допускають роботу в режимах, відмінних від обговорених у п. 1.3.1 за умови, що перевищення температури обмотки статора, заміряне методом опору за ГОСТ 11828 не перевищує допустимої величини.

2 ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ РОЗРАХУНОК

2.1 Визначення головних розмірів двигуна

2.1.1 Головними розмірами асинхронного двигуна є зовнішній діаметр статора dse, і довжина осердя статора ls. Ці розміри жорстко пов'язані з висотою осі обертання вала h.

Висота осі обертання h, пов'язана з номінальною потужністю РN і синхронною частотою обертання ns двигуна. Її попереднє значення вибирається по 1, мм.

2.1.2. Зовнішній діаметр статора dse, визначається згідно [1] з урахуванням обраної величини h, dse=131 мм.

2.1.3 Попереднє значення внутрішнього діаметра статора визначається за співвідношенням

де _ коефіцієнт, значення якого вибирається по [2], = 0,64.

Підставляємо отримане значення у (2.1) мм.

2.1.4 Знаходження довжини осердя статора починаємо з розрахунку його попереднього значення

де - розрахункова потужність, яка визначається по формулі (2.3);

Аs - лінійне навантаження, визначається по [2], А/см;

В - магнітна індукція в повітряному проміжку, визначається по [2], Тл;

KWs - обмотувальний коефіцієнт, який для одношарових обмоток статора приймається рівним 0,95.

Розрахункова потужність

де KЕ - коефіцієнт відношення ЕРС в фазі обмотки статора до номінальної фазної напруги, визначається по [2], KЕ = 0,96;

- номінальний ККД, визначається по [2], = 0,70;

- коефіцієнт потужності, визначається по [2], .

Підставляємо отримані значення у (2.3)

кВ·А,

а потім у (2.2)

мм.

В результаті розрахунку попереднє значення округляємо до цілого числа з точністю до 1 мм при < 100 мм і з точністю до 5 мм при >100 мм.

Тобто, остаточне значення мм.

Оцінка правильності вибору головних розмірів здійснюється за величиною , при правильному виборі головних розмірів л ? 1,4.

За результатами проведеного розрахунку =93/83,84=1,1 як бачимо умова виконується.

2.2 Проектування статора

Для осердя статора і ротора приймаємо сталь марки 2013. Ізолювання листів сталі проводиться шляхом оксидування: у цьому разі коефіцієнт заповнення осердя сталлю КFe = 0,97.

2.2.1 Кількість пазів статора

де 2р - кількість полюсів, 2р = 4;

ms - кількість фаз статора, ms = 3;

qs ? кількість пазів статора на полюс і фазу, вибирається по [2], qs=3.

Підставляємо отримані значення у (2.4)

.

Рисунок 2.1 - Схема одношарової концентричної обмотки статора

2.2.2 Приймаємо трифазну, одношарову концентричну обмотку (рис.2.1)

Середній крок обмотки по пазах

= 9.

Тоді коефіцієнт скорочення обмотки і обмотувальний коефіцієнт

визначається тільки коефіцієнтом розподілу обмотки Кds

= 0,96.

2.2.3 Кількість витків у фазі обмотки статора

Спочатку визначається попередня кількість витків

,

де UsN - номінальна фазна напруга, UsN = 220 В;

- попереднє значення магнітного потоку

= 0,00324 Вб.

Підставляємо отримані значення у (2.5)

.

Для уточнення кількості витків необхідно визначити кількість ефективних провідників в пазу

,

де аs ? кількість паралельних віток обмотки статора, приймаємо аs = 1.

Підставляємо отримане значення у (2.6)

.

Приймаємо:

1) кількість ефективних провідників в пазу zQs = 51;

2) кількість витків у фазі обмотки статора Ns = 306;

3) магнітний потік Ф = 0,00324 Вб;

4) магнітна індукція у повітряному проміжку

= 0,829 Тл.

Для оцінки правильності визначення кількості витків уточнюється лінійне навантаження

,

де ? номінальний фазний струм обмотки статора, який знаходиться як

= 3,07 А.

Підставляємо отримане значення у (2.7) А/см.

Рисунок 2.2 ? Зубцево-пазова структура осердя статора

2.2.4 Розміри трапецеїдальних пазів статора (рис.2.2)

Зубцевий крок статора на розточці його осердя

мм.

Висота паза статора

,

де ? висота спинки статора, яку знаходимо як

мм.

Підставляємо отримане значення у (2.8)

мм.

Ширина зубця статора bts по всій висоті його основної частини приймається однаковою (рис.2.1)

,

де ? середнє значення магнітної індукції в зубцях статора, яке вибираємо по [2], Bts = 1,85 Тл .

Підставляємо отримане значення у (2.9)

мм.

Висота шліца hs1 приймається рівною 0,5 мм.

Ширина шліца =мм.

Тоді стають визначеними для паза його менша ширина bs2

мм

і більша ширина bs3

мм.

2.2.5 Діаметр елементарного ізольованого проводу

Для обмоток статора застосовуємо провід ПЭТ-155 (клас нагрівостійко-

сті F ).

При механізації обмотувальних робіт застосовують провід з механічно міцнішою ізоляцією марки ПЭТМ-155.

Попередній діаметр елементарного ізольованого проводу

,

де ? коефіцієнт заповнення паза, який приймаємо по [2],;

Nc ? кількість елементарних провідників в одному ефективному, Nc = 1.

? площа поперечного перерізу паза, зайнята обмоткою, визначається за формулою

,

де ? площа поперечного перерізу паза напросвіт

мм2;

? площа поперечного перерізу прокладок на дні паза і під клином

мм2;

? площа поперечного перерізу корпусної ізоляції

Sis fr = bis fr (2 hs+bs2+bs3),

де bis fr ? товщина односторонньої корпусної ізоляції, приймаємо по [1],

bis fr = 0,2 мм.

Підставляємо отримане значення у (2.12)

Sis fr = 0,2 (2 12,62 + 4,16 + 6,14) = 7,109 мм2.

Підставляємо отримані значення у (2.11)

мм2,

а потім у (2.10)

мм.

При розрахунку враховані припуски на складання осердя статора, які дорівнюють 0,1 мм.

Найближчий стандартизований діаметр проводу = 0,78 мм.

Відповідний йому діаметр неізольованого проводу = 0,72 мм.

Площа поперечного перерізу = 0,407 мм2.

Оскільки попереднє і остаточне значення не співпадають, тоді уточнюємо коефіцієнт заповнення паза і ширину шліца

мм.

Після порівняння уточненого і заздалегідь прийнятого значень bs1 остаточно приймається більше з них, тобто мм.

Визначається густина струму в провіднику обмотки статора

А/мм2,

і проводиться оцінка правильності вибору за добутком лінійного навантаження Аs на цю густину струму , а саме, за

= 213,6•7,548 = 1614,24 А2/(см·мм2).

Допустиме значення А2/(см·мм2).

2.2.6 Розміри елементів обмотки статора:

1) середній зубцевий (або пазовий) крок статора

мм;

2) середня ширина котушки обмотки статора

мм;

3) середня довжина однієї лобової частини котушки

мм;

4) середня довжина витка обмотки

мм;

5) довжина вильоту лобової частини обмотки

мм.

2.3 Проектування ротора

2.3.1 Повітряний проміжок між осердям статора і осердям ротора = 0,25 мм.

2.3.2 Зовнішній діаметр ротора мм.

2.3.3 Довжина пакету осердя ротора мм.

2.3.4 Кількість пазів короткозамкненого ротора Qr=28.

2.3.5 Форма паза ротора ? напівзакритий паз трапецеїдальної овальної

форми. Висоту паза приймаємо hr=13,6 мм (рис. 2.3).

2.3.6 Внутрішній діаметр осердя ротора мм.

2.3.7 Рекомендована розрахункова висота спинки ротора

мм, але у підсумку треба узгодити значення і , зважаючи на співвідшення

мм.

2.3.8 Магнітна індукція в спинці ротора

Тл.

2.3.9 Зубцевий крок ротора

мм.

2.3.10 Магнітна індукція в зубцях ротора Btr = 1,73 Тл.

Рисунок 2.3 - Зубцево-пазова структура короткозамкненого ротора

2.3.11 Ширина зубця ротора

мм.

2.3.12 Розміри напівзакритого паза ротора (рис. 2.3):

1) висота і ширина шліца hr1 = 0,5 мм, br1 =1,25 мм;

2) більший і менший радіуси

мм;

мм;

3) відстань між центрами дуг радіусів rr1 і rr2

мм;

4) площа поперечного перерізу паза (і одночасно стрижня )

=

= 0,5•3,14•(2,12+1 2)+(2,1+1)•10= 39,5 мм2.

Радіуси rr1 і rr2 визначені, виходячи з умови, що btr = const. Перевірку правильності їх визначення здійснюють за допомогою виразу

.

2.3.13 Розміри короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки (рис.2.4):

1) поперечний переріз кільця

мм;

2) висота кільця мм;

3) довжина кільця

мм;

4) середній діаметр кільця мм.

Рисунок 2.4 - Переріз короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки

2.4 Перевірний розрахунок

2.4.1 Розрахунок магнітного кола

2.4.1.1 Коефіцієнт повітряного проміжку

,

де і - коефіцієнти, які враховують зубчастість статора і ротора:

Підставляємо отримані значення у (2.13)

2.4.1.2 МРС повітряного проміжку

А.

2.4.1.3 Напруженість магнітного поля в зубцях статора Hts =18А/см.

2.4.1.4 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці статора

мм.

2.4.1.5 Магнітна напруга зубців статора

А.

2.4.1.6 Напруженість магнітного поля в спинці статора Нуs = 9,4 А/см.

2.4.1.7 Середня довжина шляху магнітного потоку в спинці статора

мм.

2.4.1.8 Магнітна напруга спинки статора

А.

2.4.1.9 Напруженість магнітного поля в зубцях ротора = 11,5 А/см.

2.4.1.10 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці ротора (рис.2.3)

мм.

2.4.1.11 Магнітна напруга зубців ротора

А.

2.4.1.12 Напруженість магнітного поля в спинці ротора Нyr = 2,7 А/см.

2.4.1.13 Середня довжина шляху магнітного потоку в спинці ротора(рис.2.3)

мм.

2.4.1.14 Магнітна напруга спинки ротора

А.

2.4.1.15 МРС обмотки статора на один полюс

А.

2.4.1.16 Коефіцієнт насичення магнітного кола

.

2.4.1.17 Складова намагнічувального струму статора

А,

у відносних одиницях .

2.4.1.18 Головний індуктивний опір

,

де В.

Підставляємо отримане значення у (2.14)

Ом,

у відносних одиницях

.

2.4.2 Визначення активних і індуктивних опорів обмоток двигуна

2.4.2.1 Питомі опори при базовій температурі a=20С приймаються такі:

1) для міді Ом·мкм;

2) для алюмінію Ом·мкм.

2.4.2.2 Активний опір фазної обмотки статора при 20С

Ом.

2.4.2.3 Активний опір обмотки статора, приведений до робочої температури

Ом.

2.4.2.4 Активний опір обмотки ротора:

1) активний опір стрижня клітки ротора

Ом;

2) коефіцієнт зведення струму короткозамикального кільця до струму

стрижня ротора

3) опір короткозамкнених кілець, зведений до струму стрижня,

Ом;

4) центральний кут скосу пазів

,

де - відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого кроку статора

,

а ширина дуги скосу в асинхронних двигунах з короткозамкненим ротором при береться рівною одному зубцевому кроку статора мм, підставляємо отримані значення у (2.15)

рад;

5) коефіцієнт скосу пазів ротора Кsq = 0,99;

6) коефіцієнт зведення опору обмотки ротора до обмотки статора

7) зведений активний опір обмотки ротора при 20С

Ом;

8) зведений активний опір обмотки ротора при робочій температурі

Ом.

2.4.2.5 Індуктивний опір фази обмотки статора:

1) коефіцієнт провідності пазового розсіяння (рис. 2.5)

,

скористаємося орієнтовними значеннями: мм, мм,

у підсумку мм,

підставляємо отримані значення у (2.16)

2) коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

де ? коефіцієнт диференціального розсіяння статора, рівний відношенню сумарної ЕРС від вищих гармонік магнітного поля статора до ЕРС від першої гармоніки, вибирається по [2],= 0,0141;

? коефіцієнт, що враховує демпфувальну реакцію струмів, наведених в короткозамкненій обмотці ротора вищими гармоніками поля статора, = 0,93;

- коефіцієнт, що враховує вплив відкриття пазів статора

підставляємо отримані значення у (2.17)

3) коефіцієнт провідності розсіяння лобових частин обмотки статора

,

де - полюсний крок двигуна по розточці статора, знаходиться як

мм;

? скорочення кроку обмотки статора, при одношаровій обмотці з діаметральним кроком, Q =1;

підставляємо отримані значення у (2.18)

4) сумарний коефіцієнт провідності розсіяння обмотки статора

5) індуктивний опір розсіяння фази обмотки статора

Ом.

Рисунок 2.5 ? Розміри паза статора до розрахунку пазового розсіяння

2.4.2.6 Індуктивний опір обмотки ротора:

1) коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

де - коефіцієнт диференціального розсіяння ротора, визначається

по [2],= 0,02;

підставляємо отримане значення у (2.19)

2) коефіцієнт провідності пазового розсіяння для овального напівзакритого паза (рис. 2.3)

3) кількість пазів ротора на полюс і фазу статора

4) коефіцієнт провідності розсіяння короткозамикальних кілець

5) коефіцієнт провідності розсіяння скосу пазів

,

де - відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого кроку ротора

підставляємо отримане значення у (2.20)

6) сумарний коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора

7) індуктивний опір обмотки ротора

Ом;

8) зведений індуктивний опір обмотки ротора

Ом.

У правильно спроектованій машині зазвичай співвідношення знаходиться у межах від 0,7 до 1,0.

- умова виконується.

2.4.2.7 Опори обмоток перетвореної Г- подібної схеми заміщення з винесеним намагнічувальним контуром (рис.2.6):

1) коефіцієнт розсіяння статора

2) коефіцієнт опору статора

3) перетворені опори обмоток

Ом; Ом;

Ом;

Ом.

Рисунок 2.6 - Схема заміщення зведеного асинхронного двигуна

2.4.3 Режим неробочого ходу

2.4.3.1 Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні

А.

2.4.3.2 Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні

Вт.

2.4.3.3 Магнітні втрати в окремих елементах осердя статора:

1) для сталі марки 2013 питомі магнітні втрати Вт/кг, емпіричний показник ступеню , а поправочний коефіцієнт, який враховує збільшення магнітних втрат через різні технологічні пошкодження листів осердя в процесі його виготовлення, для машин змінного струму приймається

2) розрахункова маса сталі зубців статора

кг;

3) розрахункова маса сталі спинки статора

кг;

4) магнітні втрати в зубцях статора при fs = 50 Гц і вказаних значеннях

і для сталі марки 2013

Вт;

5) магнітні втрати в спинці статора при fs=50 Гц і вказаних значеннях

і для сталі марки 2013

Вт;

2.4.3.4 Сумарні магнітні втрати в осерді статора з урахуванням додаткових

втрат

Вт.

2.4.3.5 Механічні втрати при ступені захисту IP44 і способі охолоджен-

ня IC0141

,

де Кmec = 1при .

Підставляємо отримане значення у (2.21)

Вт.

2.4.3.6 Активна складова струму неробочого ходу

А.

2.4.3.7 Струм неробочого ходу

А.

2.4.3.8 Коефіцієнт потужності при неробочому ході

2.4.4 Параметри і характеристики номінального режиму роботи

2.4.4.1 Активний опір короткого замикання

Ом.

2.4.4.2 Індуктивний опір короткого замикання

Ом.

2.4.4.3 Повний опір короткого замикання

Ом.

2.4.4.4 Додаткові втрати в номінальному режимі

Вт.

2.4.4.5 Механічна потужність двигуна

Вт.

2.4.4.6 Повний опір схеми заміщення

,

де опір схеми заміщення (рис.2.6), який імітує навантаження двигуна, знаходиться як

Ом.

Підставляємо отримане значення у (2.22)

Ом.

2.4.4.7 Ковзання у номінальному режимі

.

2.4.4.8 Номінальна частота обертання

об/хв.

2.4.4.9 Активна складова струму статора при синхронному обертанні

А.

2.4.4.10 Зведений струм ротора

А.

2.4.4.11 Активна складова струму статора

А.

2.4.4.12 Реактивна складова струму статора

А.

2.4.4.13 Фазний струм статора

А.

2.4.4.14 Коефіцієнт потужності

2.4.4.15 Лінійне навантаження статора

А/см.

2.4.4.16 Густина струму в обмотці статора

А/мм2.

2.4.4.17 Лінійне навантаження ротора

де КWr - обмотковий коефіцієнт короткозамкненого ротора, визначається

по [1], КWr =1 .

Підставляємо отримане значення у (2.23)

А/см.

2.4.4.18 Струм в стрижні ротора

А.

2.4.4.19 Густина струму в стрижні ротора

А/мм2.

2.4.4.20 Струм в короткозамикальному кільці

А.

2.4.4.21 Електричні втрати в обмотці статора

Вт.

2.4.4.22 Електричні втрати в обмотці ротора

Вт.

2.4.4.23 Сумарні втрати потужності в двигуні

Вт.

2.4.4.24 Потужність (електрична), що підводиться до двигуна

Вт.

2.4.4.25 Коефіцієнт корисної дії

.

2.4.4.26 Уточнене значення номінальної корисної потужності двигуна

Вт.

2.4.5 Маса двигуна і динамічний момент інерції ротора

2.4.5.1 Маса ізольованого мідного проводу обмотки статора

кг.

2.4.5.2 Маса алюмінію короткозамкненого ротора

,

де - товщина лопатки

мм;

- довжина лопатки

мм;

- висота лопатки

мм;

nbl - кількість лопаток, .

Підставляємо отримані значення у (2.24)

кг.

2.4.5.3 Маса сталі осердь статора і ротора

кг.

2.4.5.4 Маса ізоляції статора

де - середня ширина паза статора

мм.

Підставляємо отримане значення у (2.25)

кг.

2.4.5.5 Маса конструкційних матеріалів двигуна (ступінь захисту IP44,

h 200 мм, корпус і щити з алюмінієвого сплаву, ротор короткозамкнений)

кг.

2.4.5.6 Маса двигуна

кг.

3 Розрахунок характеристик

3.1 Розрахунок робочих характеристик

Результати основних етапів розрахунку механічних характеристик викладені в табл. 3.1. За цими результатами в загальній координатній системі побудувано залежності Is(Р), (Р), cos(Р), (Р), s(Р).

Таблиця 3.1 - Розрахункові дані для побудови робочих характеристик двигуна

Рисунок 3.1? Робочі характеристики асинхронного двигуна

3.2 Розрахунок максимального обертального моменту

Для розрахунку максимального моменту використовується Г-подібна схема заміщення асинхронного двигуна (рис.2.6).

3.2.1 Змінна частина коефіцієнта провідності пазового розсіяння статора

,

де ? коефіцієнт, що враховує укорочення кроку обмотки статора, вибирається по [1],=1.

Підставляємо отримане значення у (3.1)

3.2.2 Складова коефіцієнта провідності розсіяння обмотки статора, залежна від насичення,

3.2.3 Змінна частина коефіцієнта пазового розсіяння обмотки ротора у ви-падку напівзакритого паза овальної форми (рис.2.3)

.

3.2.4 Складова коефіцієнта провідності розсіяння обмотки ротора, залежна від насичення,

.

3.2.5 Індуктивний опір розсіяння двигуна, залежний від насичення,

Ом.

3.2.6 Індуктивний опір розсіяння двигуна, незалежний від насичення,

Ом.

3.2.7 Струм ротора при максимальному моменті

.

3.2.8 Повний опір схеми заміщення при максимальному моменті

Ом.

3.2.9 Повний опір схеми заміщення при нескінченно великому ковзанні

Ом.

3.2.10 Еквівалентний опір схеми заміщення при максимальному моменті

Ом.

3.2.11 Кратність максимального моменту

,

де - номінальний обертальний момент двигуна, знаходиться як

H•м.

Підставляємо отримане значення у (3.2)

3.2.12 Максимальний момент Н·м.

3.2.13 Критичне ковзання при максимальному моменті

.

3.3 Розрахунок початкових пускових струму і обертального моменту

3.3.1 Активні і індуктивні опори двигуна в режимі пуску

3.3.1.1 Висота стрижня клітки ротора мм.

3.3.1.2 Зведена висота стрижня ротора для литої алюмінієвої клітки

.

3.3.1.3 Розрахункова глибина проникнення струму в стрижні

,

де kRa ? коефіцієнт активного опору, визначається по [2], kRa = 0,05.

Підставляємо отримане значення у (3.3)

мм.

3.3.1.4 Ширина стрижня на розрахунковій глибині проникнення струму

мм.

3.3.1.5 Площа поперечного перерізу стрижня при розрахунковій глибині проникнення

38,66 мм2.

3.3.1.6 Коефіцієнт витіснення струму

.

3.3.1.7 Активний опір стрижня при 20С для пускового режиму

Ом.

3.3.1.8 Активний опір обмотки ротора при 20С, зведений до обмотки статора, для пускового режиму

Ом.

3.3.1.9 Коефіцієнт провідності розсіяння паза ротора при пуску для овального напівзакритого паза (рис.2.3)

де ? коефіцієнт індуктивного опору, визначається по [2], kLr = 0,95.

Підставляємо отримане значення у (3.4)

.

3.3.1.10 Коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора при пуску

.

3.3.1.11 Індуктивний опір розсіяння двигуна при пуску, залежний і не залежний від насичення

Ом;

Ом.

3.3.1.12 Активний опір двигуна при пуску

Ом.

3.3.2 Початкові пускові струм і момент двигуна

3.3.2.1 Струм ротора при пуску

3.3.2.2 Повний опір схеми заміщення при пуску

Ом.

3.3.2.3 Індуктивний опір схеми заміщення при пуску

Ом.

3.3.2.4 Активна складова струму статора при пуску

А.

3.3.2.5 Реактивна складова струму статора при пуску

А.

3.3.2.6 Фазний струм статора при пуску

А.

3.3.2.7 Кратність початкового пускового струму

.

3.3.2.8 Активний опір ротора при пуску, зведений до статора, при розрахунковій робочій температурі

Ом.

3.3.2.9 Кратність початкового пускового обертального моменту

3.3.2.10 Початковий пусковий момент

Н•м.

3.4 Побудова механічних характеристик двигуна

3.4.1 На рис.3.2 і рис.3.3 побудовано механічні характеристики трифазного асинхронного двигуна.

Таблиця 3.2 - Розрахункові дані для робочої ділянки механічних характеристик асинхронного двигуна

Рисунок 3.2 - Механічна характеристика (внутрішня) трифазного асинхроного двигуна

Рисунок 3.3 - Механічна характеристика трифазного асинхронного двигуна

4 Тепловий розрахунок

Електричні втрати в обмотці статора

Вт.

Площа умовної внутрішньої поверхні охолоджування активної частини статора

мм2.

Умовний периметр поперечного перерізу трапецеїдального напівзакритого паза

мм.

Площа умовної поверхні охолоджування пазів

мм2.

Площа умовної поверхні охолоджування лобових частин обмотки

мм2.

Площа умовної поверхні охолоджування двигуна з охолоджуючими ребрами на станині

,

де h ? висота ребра, яку приймаємо h = 16 мм;

n ? кількість ребер, приймаємо n = 7.

Підставляємо отримані значення у (4.1)

мм2.

Питомий тепловий потік від електричних втрат в активній частині об-мотки і від магнітних втрат в осерді статора, віднесених до внутрішньої поверхні охолоджування активної частини статора

,

де ? коефіцієнт, як частка втрат потужності в активній частині, яка передається повітрю всередині двигунів із ступенем захисту IP44, визначаєтьсяпо [2], = 0,21.

Підставляємо отримане значення у (4.2)

Вт/мм2.

Питомий тепловий потік від втрат в активній частині обмотки, віднесених до поверхні охолоджування пазів

Вт/мм2.

Питомий тепловий потік від втрат в лобових частинах обмотки, віднесених до поверхні охолоджування лобових частин обмотки

Вт/мм2.

Окружна швидкість ротора

м/с.

Перевищення температури внутрішньої поверхні активної частини статора над температурою повітря усередині машини

,

де - коефіцієнт тепловіддачі поверхні статора, визначається по [2],

= 8,93•10-5 Вт/(мм2град).

Підставляємо отримане значення у (4.3)

С.

Перевищення температури в ізоляції паза і котушок з круглого дроту

,

де ? еквівалентний коефіцієнт теплопровідності внутрішньої ізоляції котушки, визначається по [2], = 109•10-5 Вт/(ммград);

- еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ізоляції в пазу, що враховує повітряні прошарки, визначається по [2], Вт/(ммград).

Підставляємо отримані значення у (4.4)

С.

Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин обмотки над температурою повітря усередині машини

С.

Перевищення температури в ізоляції лобових частин котушки з круглих провідників

,

де ? однобічна товщина ізоляції котушок в лобових частинах обмотки, 0,25 мм.

Підставляємо отримане значення у (4.5)

С.

Середнє перевищення температури обмотки над температурою повітря всередині двигуна

С.

Втрати потужності в двигуні, що передаються повітрю всередині двигуна,

,

де ? електричні втрати в обмотці ротора при максимально допустимій температурі, які знаходиться як

Вт.

Підставляємо отримане значення у (4.6)

Вт.

Середнє перевищення температури повітря усередині двигуна над температурою зовнішнього повітря

,

де ? коефіцієнт підігріву повітря, = 1,910-5 Вт/(мм2град).

Підставляємо отримане значення у (4.7)

С.

Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою зовнішнього повітря

С.

Середня температура обмотки статора

,

де - прийнята температура охолоджуючого середовища,.

Підставляємо отримане значення у (4.8)

С.

5 Вентиляційний розрахунок

Середній діаметр зовнішньої поверхні охолодження корпусу (на рівні половини висоти ребер)

,

де мінімально допустима відстань від нижньої частини корпусу машини до опорної площини, визначається по [2], = 4,68 мм.

Підставляємо отримане значення у (5.1)

мм.

Зовнішній діаметр вентилятора

мм;

ширина (довжина) лопатки

мм;

кількість лопаток

Коефіцієнт, що враховує зміну тепловіддачі за довжиною корпусу ма-шини залежно від його діаметра і частоти обертання

Необхідна витрата повітря

,

де са - питома теплоємність повітря, са=1100 Дж/(См3).

Підставляємо отримане значення у (5.2)

м3/с.

Витрата повітря (об'ємна швидкість потоку повітря), яка може бути забезпечена зовнішнім вентилятором

м3/с.

Необхідно, щоб задовольнялася нерівність

0,0416 > 0,017 - умова виконується.

Натиск повітря, що розвивається зовнішнім вентилятором

Па.

6 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

Асинхронний двигун складається з двох основних частин: нерухомої части-ни - статора і обертової частини - короткозамкненого ротора, які розділені повітряним проміжком.

Статор складається із осердя (у пази якого укладена обмотка) і корпуса. Вид асинхронного двигуна у розрізі показаний на рисунку 6.1

1 -корпус, 2 - статор, 3 - обмотка, 4 - ротор

Рисунок 6.1 - Двигун у розрізі

Для зменшення втрат на вихрові струми і гістерезис (перемагнічування) осердя статора і ротора шихтується (набирається) з окремо відштампованих листів електротехнічної сталі марки 2013 за ГОСТ 2142.0. Пакети листів пре-сують, а потім скріплюють скобами.

Пази осердя статора ізолюються, і в них укладається трифазна одношарова концентрична обмотка статора з круглого мідного ізольованого провідника, класу нагрівостійкості F за ГОСТ 8865.

Станина відливається з алюмінієвого сплаву марки А2 за ГОСТ 2685 разом з охолоджуючими ребрами, коробкою виводів і лапами, що служать для кріплення асинхронного двигуна до фундаменту.

Обмотане осердя статора запресовується в попередньо нагріту станину.

Ротор складається з вала, на який напресовано шихтоване осердя ротора. В пази осердя залита алюмінієва короткозамкнена обмотка.

Вал ротора виготовляється з круглої пруткової вуглецевої сталі марки 45 за ГОСТ 1050.

Осердя ротора виконується зі скосом пазів, в які заливається коротко-замкнена обмотка у виді стрижнів разом з короткозамкненим кільцем і лопатками з алюмінію марки А5 за ГОСТ 11069.

Попередньо нагріту бочку ротора напресовують на вал. Потім на вал ротора напресовують шарикопідшипники радіальні однорядні за ГОСТ 8338.

Ротор вставляється до розточки статора і закріплюється з двох сторін підшипниковими щитами, які прикручуються болтами до станини. Підшипникові щити відливаються з алюмінієвого сплаву А2.

На неробочий кінець валу кріпиться вентилятор, відлитий із алюмінію, і закривається кожухом вентилятора, який у свою чергу, прикручується гвинтами до станини.

На корпусі є заземлювальні болти, а також табличка з паспортними даними двигуна.

Коробка виводів із клемником герметично закривається кришкою. У цій коробці виводів встановлені штуцери, що служать для безпечної експлуатації асинхронного двигуна.

7 МЕХАНІЧНИИЙ РОЗРАХУНОК

7.1 Вихідні дані щодо розрахунку вала

Вихідними даними для розрахунку вала є розміри ротора, отриманіпри електромагнітному розрахунку і конструктивній проробці двигуна. В практиці проектування розміри виступаючого кінця вала двигунів загального призначення вибираються за ГОСТ 18709 і ГОСТ 20839. У свою чергу, залежно від діаметра , вибирають розміри шпонки і , а також висоту паза для неї. Розміри шпонок, а відповідно і пазів для них, які встановлені ГОСТ 8788.

Рисунок 7.1 - Кінець вала

При номінальному моменті MN = 7,25 Н•м, приймаються такі попередні розміри валу (показані на рис.7.1 і рис.7.2):

lо = 40 мм; hnbk =3,5 мм; x1 = y1 = 7 мм;

d = 19 мм; bbk =6 мм; x2 = y2 = 90 мм;

dc = 26 мм; hbk = 6 мм; c = 27 мм;

db = 20 мм; lbear = 208,8 мм; z1= 20мм;

7.2 Розрахунок вала на жорсткість

Розрахунок на жорсткість виконується за схемою вала, яка подана на рис. 7.2.

Рисунок 7.2 - Розрахункова схема вала асинхронного двигуна

Сила тяжіння осердя ротора з обмоткою і ділянкою вала на довжині осердя

Н.

Прогин вала під дією сили на ділянці, відповідній середині пакету осердя,

,

де ? модуль пружності сталі, = Па;

? відстань проміж умовними центрами підшипників, lbear = 208,8 мм;

а, b - частки від середини пакета осердя ротора, a = b=104,4 мм.

Sa і Sb - величини, які визначаються підсумовуванням значень останнього стовпчика таблиці 7.1, тобто

мм-1.

Підставляємо отримані значення у (7.1)

мм.

Таблиця 7.1 - Розрахункові дані для визначення величини і

Радіальне зусилля передачі на виступаючий кінець вала двигуна

,

де ? коефіцієнт, залежний від способу сполучення двигуна з приводним механізмом, визначається по [2], = 0,3;

- радіус обводу на якому розташовані елементи, що передають зусилля, визначається по [2], = 42 мм;

Підставляємо отримані значення у (7.2)

Н.

Прогин вала під дією сили посередині осердя

,

де - відстань за рис.7.2, яка відраховується від кінця полумуфти,

= 46,9 мм;

- величина, яка визначається підсумовуванням значень останнього стовпчика таблиці 7.3

мм-2.

Підставляємо отримані значення у (7.3)

мм.

Таблиця 7.3 - Розрахункові дані для визначення величини

Початковий розрахунковий ексцентриситет осердя ротора , що виникає через нерівномірність повітряного проміжку і прогин вала під дією сил і

,

де = 0,15 при < 0,5 мм.

Підставляємо отримане значення у (7.4)

мм.

При зсуві осердя на величину виникає початкова сила однобічного магнітного тяжіння

Н.

Додатковий прогин вала від дії сили

мм.

Сталий прогин вала під дією сил магнітного тяжіння

,

де

Підставляємо отримане значення у (7.5)

мм.

Сумарний прогин вала посередині ротора у найгіршому разі

мм.

Для забезпечення нормальної роботи асинхронного двигуна необхідно, щоб

- умова виконується.

Сила тяжіння сполучного пристрою

,

де - маса сполучного пристрою, визначається по [2], = 2,14 кг.

Підставляємо отримане значення у (7.6)

Н.

7.2.12 Прогин від сили тяжіння пружної муфти

мм.

7.2.13 Перша критична частота обертання двигуна з достатнім

ступенем точності може бути знайдена за формулою

об/хв.

Другим критерієм жорсткості вала є забезпечення умови ,

- умова виконується.

7.3 Розрахунок вала на згин

Розрахунок ведемо, виходячи з теорії найбільшої дотичної механічної напруги. Розрахунок вала проводимо на ділянці с в найбільш навантаженому перерізі Г-Г (рис.7.2) виступаючого кінця вала, зменшеному на висоту канавки шпонки (рис.7.1).

У даному перерізі вала згинальний момент на ділянці c

,

де - коефіцієнт допустимого перенавантаження двигуна, визначається по [2], = 2;

z1 - відстань (рис.7.2), яку відраховують від кінця полумуфти, z1 = 20 мм.

Підставляємо отримані значення у (7.7)

Нм.

Момент крутний

Нм.

Момент опору при згинанні

мм3.

При сумісній дії згину і кручення зведена механічна напруга

Па.

7.4 Вихідні зауваження щодо вибору підшипників

У відносно малих машинах з h ? 160 - 200 мм обидва підшипники кулькові

радіальні однорядні з захисними шайбами за ГОСТ 7242 (рис.7.3). Радіальні підшипники можуть сприймати як радіальне, так і осьове (аксіальне) навантаження, яке не перевищує 70 % невикористаного радіального навантаження. При дотриманні цієї умови машини з шарикопідшипниками можуть працювати як з горизонтальним, так і вертикальним розташуванням вала.

7.5 Розрахунок підшипників кочення

Обираємо підшипник 180205 за ГОСТ 7242 (рис.7.3):

= 20 мм; = 9800 H;

= 47 мм; = 6200H;

= 14 мм; = 12500об/хв.;

= 1,3 мм;

Рисунок 7.3 ? Підшипник кочення

Найбільше радіальне навантаження на підшипники А і В

;

Н.

Для асинхронного двигуна з горизонтальним розташуванням вала у багатьох випадках можна не враховувати аксіальне навантаження. Але в даному проекті, приймемо, що аксіальне навантаження викликане осьовим магнітним тяжінням осердь ротора і статора, яке виникає через їхній взаємний зсув, і складає,

Н.

7.5.3 Динамічне зведене навантаження для шарикопідшипника однорядного радіального

,

- коефіцієнт урахування характеру навантаження двигуна, який визначається по [2], = 3.

Підставляємо отримане значення у (7.8)

Н.

7.5.4 Необхідна динамічна вантажопідйомність шарикопідшипника

,

де - розрахунковий термін служби (довговічність) підшипника, який приймаємо = 20000 годин;

- найбільша робоча частота обертання машини, яка для асинхронного двигуна може бути прийнята рівною і не повинна перевищувати граничного значення , nmax = 1500 об/хв.

Підставляємо отримані значення у (7.9)

Н.

Знайдене розрахункове значення не повинне перевищувати значення підшипника. Отже, відповідно 6809,2 H < 10800 Н - умова виконується.

Висновки

Відповідно до технічного завдання було спроектовано асинхронний двигун з такими вихідними даними:

1) номінальна потужність 1,1 кВт;

2) номінальна лінійна напруга 220 В;

3) частота обертання 1500 об/хв;

4) коефіцієнт потужності 0,793;

5) коефіцієнт корисної дії 0,793.

В процесі виконання завдання розроблені технічні умови на двигун, що проектується. Вибрані головні розміри двигуна. Спроектовано статор двигуна. Для осердя статора використовується електротехнічна сталь марки 2013 і провідник для обмотки статора марки ПЭТ-155. Таким чином стало можливим покращити заповнення паза і зменшити втрати в сталі осердя статора. Запропоновані трапецеїдальна форма паза статора і овальна форма паза ротора, що дозволило покращити пускові характеристики двигуна і коефіцієнт заповнення паза статора.

Отримані високі значення коефіцієнта корисної дії і коефіцієнта потужності cos ц. Робочі характеристики відповідають умовам технічного завдання.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1. Перелік джерел, на які надані посилання у тексті

2. 1 Гольдберг О.Д., Гурин Я.С. «Проектирование электрических машин» - М. Высшая школа, 2001.

3. 2 Мілих В.І. Проектування трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненою обмоткою ротора: навч. посібник [для студ. електротехн. спеціальностей] / Мілих В.І. - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - 96 с.

4. 3 Юхимчук В. Д. «Технология производства электрических машин»: Уч. пос./ в 2-х кн. Кн.1. - Х.: - Тимченко, 2006. - 560с.: ил., табл.. Кн.2.: - Х.: .: - Тимченко, 2006. - 560с.: ил., табл.

5. 4 Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред. В.І.Мілих.- К.: «Каравела», 2007.- 688 с.

ДОДАТОК А

Результати розрахунку асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором на ЕОМ

Исходные данные для проектирования

Номинальный режим работы S1

Номинальная полезная мощность,кВт PN= 1.1

Количество фаз статора Ms= 3

Способ соединения фаз статора З/Т

Частота сети,Гц fs= 50

Номинальное линейное напряжение,В Un= 220

Синхронная частота вращения,об/мин ns= 1500

Количество пар полюсов p= 2

Степень защиты IP44

Исполнение по способу монтажа IM1001

Способ охлаждения IC0141

Климатические условия УЗ

ЧАСТЬ 1

Выбор главных размеров

Главные размеры

Высота оси вращения,мм h= 80

Наружный диаметр сердечника статора,мм Dse= 131

Внутренний диаметр сердечника статора,мм Ds= 84

Предварительное значение COS(fi) cos(fi)= .775

Предварительное значение КПД CP= .7

Коэффициент ЭДС КE= .97

Расчетная мощность,кВт Pcalc= 1946.54

Предварительная линейная нагрузка,А/см As= 214

Предварительная индукция в воздушном зазоре,Тл BD= .83

Обмоточный коэф-т KWs= .959795

Расчетная длина машины,мм Ls= 93

Отношение длины к диаметру L= 1.10714

Сердечник статора

Марка стали 2013

Толщина стали,мм 0.5

Коэф-т заполнения стали 0.97

Число пазов на полюс и фазу qs= 3

Число пазов статора Qs= 36

Сердечник ротора

Марка стали 2013

Толщина стали,мм 0.5

Коэф-т заполнения стали 0.97

Воздушный зазор,мм D= .25

Наружный диаметр ротора,мм Dr= 83.5

Внутренний диаметр ротора,мм Dri= 30

Расчетная длинна ротора,мм Lr= 93

Число пазов ротора Qr= 28

Часть 2

Проектирование статора

Выбираем однослойную концентрическую всыпную

обмотку статора с диаметральным шагом

Паз статора-трапецеидальный,полузакрытый

Общие параметры обмотки статора

Обмоточный коэф-т KWs= .9602769

Шаг обмотки по пазам yQs= 9

Магнитный поток,Вб FD= 3.24198E-03

Число проводников в пазу Ns= 306

Число параллельных ветвей as= 1

Число витков фазы Zqs= 51

Индукция в воздушном зазоре,Тл BD= .829117

Предварительное значение тока фазы статора,А IsN= 3.0721966

Линейная нагрузка,А/см As= 213.85

Индукция в зубце статора,Тл Bfs= 1.85

Индукция в спинке статора,Тл Bys= 1.65

Обмотка и паз статора

Зубцовое деление статора,мм Ts= 7.326667

Ширина зубца статора,мм Bts= 3.3852

Высота паза статора,мм Hs= 12.621233

Большая ширина паза статора,мм b3= 6.1432

Меньшая ширина паза статора,мм b2= 4.1473

Ширина шлица паза статора,мм bs1= 2.683282

Диаметр изолированного провода,мм dscis= .78

Диаметр неизолированного провода,мм dsc= .72

Поперечное сечение провода,мм^2 Ssc= .407

Количество элементарных проводников Nc= 1

Коэф-т заполнения паза KQs= .71019

Высота спинки статора,мм Hys= 10.878766

Плотность тока обмотки статора,А/мм^2 Jsc= 7.548395

Тепловой фактор,А^2/см*мм^2 AsJsc= 1614.2371

Средняя длина лобовой части обмотки,мм lfh= 124.22

Средняя длина витка обмотки,мм lwav= 434.44

Длина витка лобовой части обмотки,мм lfs= 39.58059

Часть 3

Паз ротора овальный полузакрытый,клетка литая

Размеры паза ротора

Высота паза,мм Hr= 13.6

Меньший радиус паза ротора,мм rr2= 1

Больший радиус паза ротора,мм rr1= 2.1

Расстояние между центрами радиусов,мм Hr2= 10

Площадь сечения стержня,мм^2 Srn= 39.49

Высота спинки ротора,мм hyn= 18.13

Зубцовое деление ротора,мм tr= 9.363929

Ширина зубца,мм btr= 4.6265

Индукция в спинке ротора,Тл Byr= 1.37

Инукция в зубце ротора,Тл Btr= 1.73

Размеры короткозамыкающего кольца

Сечение КЗ кольца,мм^2 Sfhr= 110.58236

Высота КЗ кольца,мм Hfhr= 15.64

Длинна КЗ кольца,мм Lfhr= 7.0705

Средний диаметр КЗ кольца,мм dfhavr= 67.86

Поверочный расчет двигателя

ЧАСТЬ 4

Расчет магнитной цепи

Коэф-т воздушного зазора KD= 1.460687

Коэф-т насыщения магнитной цепи Mmu= 1.367415

Намагничивающий ток,А Imu= 1.63179

Намагничивающий ток,о.е I`mu= .53115

ЭДС холостого хода,В Es0= 211.2

Главное индуктивное сопротивление,Ом Xmu= 129.4283

Главное индуктивное сопротивление,о.е. X`mu= 1.807405

Индукция в воздушном зазоре,Тл BD= .8291174

Индукция в зубце статора,Тл Bfs= 1.85

Индукция в спинке статора,Тл Bys= 1.65

Индукция в зубце ротора,Тл Bfr= 1.5

Индукция в спинке ротора,Тл Byr= 1.37

ЧАСТЬ 5

Параметры обмоток двигателя

Параметры обмотки статора

Активное сопротивление фазы,Ом Rsa= 5.7303

Активное сопротивление фазы,о.е. R`sa= 7.90792E-02

Коэф-т пазовой проводимости Kns= 0.87028

Коэф-т лобовой проводимости Lsfh= .7268571

Полный коэф-т проводимости обмотки ls= 1.10714

Индуктивное сопротивление фазы,Ом Xs= 4.2627

Индуктивное сопротивление фазы,о.е. X`s= 4.4031

Параметры обмотки ротора

Активное сопротивление клетки стержня,Ом Ra1= 0.87215E-04

Сопротивление КЗ колец,Ом Rra2= 0.257374E-05

Коэф-т приведения сопротивлений Ksr= 29349.02479

Активное сопротивление обмотки,Ом Rr= 3.31504

Активное сопротивление обмотки,о.е. R`r= 4.11065E-02

Коэф-т пазовой проводимости lrn= 1.57837

Коэф-т дифференциальной проводимости lrd= 2.512968

Коэф-т проводимости КЗ кольца lrfh= .2583719

Коэф-т проводимости скоса пазов lrsq= 1.214586

Полная проводимость обмотки lsr= 5.564296

Индуктивное сопротивление обмотки,Ом Xsr= 0.000207

Индуктивное сопротивление обмотки,о.е. X`sr= 6.062013

Ток ротора,А Ir= 93

Параметры преобразованной схемы замещения

Коэф-т рассеяния статора Kss= 3.2935E-02

Коэф-т сопротивления статора Cs= 5.91507E-02

Преобраз-е активное сопротивление статора,Ом Rs= 7.90792

Преобраз-е активное сопротивление ротора,Ом Rr= 4.3859

Преобраз-е индуктивное сопротивление ротора,Ом Xsr= 6.46789

ЧАСТЬ 6

Режим холостого хода

Масса стали зубцов статора,кг MFets= 1.082262

Масса спинки статора,кг MFeys= 2.887210

Потери в стали зубцов статора,Вт PMagts= 16.297790

Потери в спинке статора,Вт PMagys= 34.585888

Суммарные потери в сердечнике статора,

включающие добавочные потери в стали,Вт PMags= 62.83617

Механические потери,Вт Pmec= 6.626248

Ток холостого хода,А Iso= 1.65227

Коэф-т мощности при Х.Х. C0= .122403

Номинальный режим

Добавочные потери при ном. нагрузке,Вт Pad= 7.85714

Механическая мощность двигателя,Вт Pm= 1114.4833

Приведенный ток ротора,А Isas= 0.192204

Скольжение,о.е. SN= 4.081E-02

Фазный ток статора,А Ismu= 1.59387

Плотность тока в обмотке статора,А/мм^2 Js= 6.4580

Линейная нагрузка ротора,А/см As= 182.9087

Ток в стержне ротора,А Ir1= 124.8998

Ток в КЗ кольце,А Ir2= 280.64732

Коэф-т мощности cos(fi)= .79516

Электрические потери в обмотке статора,Вт Pels= 162.214

Электрические потери в обмотке ротора,Вт Oelr= 46.614