Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра "Электротехника"

Курсовая работа

по предмету "Электрические машины"

Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Проверил доцент

Черномашенцев В.Г.

Выполнил

студент группы МТ- 31

Александронец А.П.

Гомель 2012



Оглавление

• Введение
• 1. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал
• 1.1 Главные размеры
• 1.2 Сердечник статора
• 1.3 Сердечник ротора
• 2. Обмотка статора
• 2.1 Параметры общие для любой обмотки
• 2.2 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами
• 3. Обмотка короткозамкнутого ротора
• 3.1 Размеры короткозамыкающего кольца
• 4. Расчёт магнитной цепи
• 4.1 МДС для воздушного зазора
• 4.2 МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора
• 4.3 МДС для зубцов при овальных полузакрытых пазах ротора
• 4.4 МДС для спинки статора
• 4.5 МДС для спинки ротора
• 4.6 Параметры магнитной цепи
• 5. Активные и индуктивные сопротивления обмоток
• 5.1 Сопротивление обмотки статора
• 5.2 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора
• 5.3 Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя (с вынесенным на зажимы намагничивающим контуром)
• 6. Режимы холостого хода и номинальный
• 7. Результаты расчёта рабочих характеристик двигателя
• Литература

Введение

Развитие электрических машин прошло огромный путь развития, от простейших моделей, которые были созданы полторы сотни лет тому назад на основе открытий М. Фарадея (1821 - 1831), до современных электродвигателей. Хотя на протяжении нескольких последних десятилетий принципы устройства электрических машин остались в основном теми же, однако коренным образом изменились их конструктивное оформление, рабочие характеристики и технико-экономические показатели.

Более 90% всех электрических машин, создаваемых в настоящее время, составляют асинхронные двигатели, конструкция которых относительно простая, а трудоёмкость малая.

В настоящее время электропромышленностью изготавливаются асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 400 кВт единой серии 4А и мощностью свыше 400 до 1000 кВт - серии А 4. Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов.

Широкое применение асинхронных двигателей связано с простотой их конструкции, ее технологичностью и минимальными затратами в эксплуатации, по сравнению с другими видами электрических машин, таких как двигатели постоянного тока, синхронными двигателями и т.д.

Трехфазный асинхронный электродвигатель, традиционного исполнения, выполняющего вращательное движение (конструкция такого двигателя впервые была предложена М.О. Доливо-Добровольским в 1889 году) состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Перспективой является так называемая блочная конструкция асинхронных электродвигателей, при которой блоки механической и электрической частей изготавливаются независимо, на отдельных технологических потоках, и объединяются только при окончательной сборке машины. Блочная конструкция предоставляет широкие возможности для унификации деталей и сборочных единиц асинхронных двигателей различных исполнении по степени защиты и способам охлаждения.

В практике последних лет применяется блочная конструкция асинхронных двигателей с прямоугольной формой внешних очертаний и с коробчатой станиной, охватывающей сердечник статора не по всей его окружности, а только в нижней части. При блочной конструкции обмотка сердечника статора и процесс пропитки могут производиться вне станины.

Целью курсовой работы является проектирование асинхронного двигателя. По средствам данного проектирования мы изучаем свойства и характеристики данного двигателя, также изучаем особенности данных двигателей. Данная работа является неотъемлемой частью курса изучения электромашин.



1. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал

1.1 Главные размеры

Высоту оси вращения асинхронного двигателя определяем по таблице 9 - 1 на основании n1 и Рн.

Для Рн 2 =11 кВт,

n1=1000 об/мин,

h=160 мм, 2р=6.

Наружный диаметр сердечника DН 1 при стандартной высоте оси вращения h=160 мм выбираем из таблицы 9-2. При данных условиях DН 1=285мм.

Для определения внутреннего диаметра сердечника статора D1 воспользуемся зависимостью D1=f(DН 1) приведённой в таблице 9 - 3. Для DН 1=285мм

D1=0,72 DН 1 - 3,

D1=0,72 285 - 3 =202,2 мм.

Из рисунка 9 - 1 найдём среднее значение кН=f(P2) асинхронных двигателей

Для РН 2=11 кВт,

kН=0,96.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 предварительные значения , могут быть приняты на уровне средних энергетических показателей по рисунку 9-2

Для РН 2=11 кВт,

=0,87 о.е.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 принимаем значение cos по рисунку 9 - 3,а при 2р =6, РН 2=11 кВт

cos =0,86 о.е.

Расчётную мощность для двигателя переменного тока находим по формуле

,

где РН - номинальная мощность на валу;

- КПД;

cos - коэффициент мощности при номинальной нагрузке.

Вт.

Для нахождения линейной нагрузки обмотки статора А 1 воспользуемся рисунком 9 - 4 (а) и таблицей 9 - 5

При данных условиях: DН 1=285 мм и 2р=6,умножаем на поправочный коэффициенты k1 =0,93 и k3 =0,86

А 1 =310 0,93 0,86 =247,94 А/см.

При нахождении максимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре будем использовать рисунок 9 - 4 (б) и таблицу 9 - 5

При данных условиях: DН 1=285 мм и 2р=6,умножаем на поправочный коэффициенты k2 =1,04

В=0,89 ·1,04=0,9256 Тл.

Для определения длины сердечника статора зададимся предварительным значением обмоточного коэффициента, при 2р=6

kОБ 1=0,93.

Найдём расчётную длину сердечника



,

мм.

Конструктивная длина сердечника статора l1 округляется до ближайшего кратного 5

l1 = 140 мм.

Коэффициент найдём по формуле

= l1 / D1,

=140 / 202 = 0,69.

Из таблиц 9 - 6 и 9 - 7 max

max = (1,46 - 0,00071 DН 1),

max = (1,46 - 0.00071 ·160) · 1,05 = 1,41372.

1.2 Сердечник статора

Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2013.

Сердечник собираем из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

Коэффициент заполнения стали принимаем равным

kС = 0,97.

Количество пазов на полюс и фазу выбираем из таблицы 9 - 8.

При 2р = 6,

h = 160 мм,

q1 = 3.

По выбранному значению q1 определяем количество пазов сердечника статора

z1 = 2 р m1 q1,

где

-

количество пар полюсов,

m1 - количество фаз.

z1 = 2 3 3 3 = 54.

1.3 Сердечник ротора

Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2013.

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

Для сердечника принимаем то же изолирование листов, что и для статора - оксидированием.

Коэффициент заполнения стали принимаем равным

kС = 0,97.

Размер воздушного зазора между статором и ротором принимаем из таблицы 9 - 9

При h = 160 мм и 2р =6, = 0,5 мм.

Так как h ? 160,то оси вращения выполняют без скоса пазов, ck=1.

Наружный диаметр сердечника ротора

DН 2 = D1 - 2 ,

DН 2 = 202,2 - 2 0,5 = 201,2мм.

Для высоты вращения h ?71 мм внутренний диаметр листов ротора

D2 0,23 DН 1,

D2 0,23 285 = 65,55 мм.

Длина сердечника ротора l2 принимаем при h =160мм

l2 = l1 = 140 мм.

30. Количество пазов в сердечнике для двигателя с короткозамкнутым ротором находим по таблице 9-12. При 2р= 6; h= 160; q1 = 3

z2 = 51.



2. Обмотка статора

2.1 Параметры общие для любой обмотки

электродвигатель асинхронный ротор статор

Для нашего двигателя принимаем однослойную всыпную обмотку из провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), укладываемую в трапециадальные полузакрытые пазы.

Обычно обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 электрических градуса. При шестизонной обмотке коэффициент распределения

kР 1 = 0,5/(q1sin(б /2)),

где

б =60/ q1 =60/3=20.

kР 1 = 0,5/(3 sin(10)) = 0,96.

Укорочение шага принимаем равным при 2р=6.

1 ? 1 о.е.

Однослойную обмотку выполняем с диаметральным шагом по пазам

УП 1 = z1 / 2p,

УП 1 =54 / 6 = 9 р. паз

Коэффициент укорочения определяется

ky1=sin(1•90)=1.



При однослойной обмотке с диаметральным шагом 1 = 1

Обмоточный коэффициент

kОБ 1 = kР 1 · ky1,

kОБ 1 = 0,96 · 1 = 0,96.

Предварительное значение магнитного потока

Ф = В D1l1 10-6/p,

Ф = 0,9256 202,2 14010-6/3 = 0,0087 Вб.

Предварительное количество витков в обмотке фазы

w1 = kнU1/(222 kоб 1(f1/50) Ф),

w1 = 0,96 220/(222 0,96 0,0087) =113,9.

w1 =114.

Количество параллельных ветвей обмотки статора а 1 выбираем как один из делителей числа полюсов

а 1 =1.

Предварительное количество эффективных проводников в пазу

Nп 1 = w1а 1(рq1),

Nп 1 = 114 1/(3 3) = 12,67.

Значение Nп 1 принимаем, округляя Nп 1 до ближайшего целого значения Nп 1 = 13.

Выбрав целое число, уточняем значение

w1 = Nп 1рq1а 1,

w1 = 13 3 3/1 = 117

Уточняем значение магнитного потока

Ф = Ф w1/ w1,

Ф = 0,0087 114/117 = 0,0085 Вб.

Уточняем значение индукции в воздушном зазоре

В = В w1/ w1,

В = 0,9256 114/117 = 0,9 Тл.

Предварительное значение номинального фазного тока

I1 = Рн 103/(3U1cos),

I1 = 11 103/(3 220 0,87 0,86) = 22,27 А.

Уточняем линейную нагрузку статора

А 1 = 10N1z1I1(D1a1),

А 1 = 10 13 54 22,27/(р 202 1) =246,48 А/см.

Среднее значение магнитной индукции в спинке статора ВС 1 найдём из таблицы 9 - 13

При h = 160мм, 2р = 6, ВС 1 = 1,6 Тл.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора найдём



t1 = D1z1,

t1 = р 202/54 = 11,75 мм.

2.2 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Принимаем предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора по таблице 9 - 14. В 31 = 1.8 Тл.

Ширина зубца статора определяем

b31 = t1• В ?(kc В 31),

b31=11,75•0,9? (0,97•1,8)=6 мм.

Высота спинки статора

hc1=Ф•106?(2•kc• l1•Вc1),

h c1=0,0085•106 ? (2•0,97•140•1,6)=19,56 мм.

Высота паза статора

h п 1= [ (D H1- D1)? 2]- h c1,

h п 1=[(285-202)/2] - 19,56=21,94 мм.

Большая ширина паза

b1=[ р•(D1 + 2• h п 1)/z1]- b31,

b1=[ р•(202+2•21,94)/54]-6=8,3 мм.

Предварительное значение ширины шлица



b'ш 1 ?0,3vh,

b'ш 1 ?0,3v160=3,79 мм.

Меньшая ширина паза

b2=[ р(D1 + 2hш 1? b'ш 1)? z1 · bз 1]/(z1? р),

b2=[ р(202+2•0,5?3,79)?54•6]/(54?3,14)=5,93 мм.

Проверка правильности определения b1,b2 исходя из требования b31=const

z1 ·(b1? b2)+ р•(b2? b'ш 1)?2р•(h п 1? h ш 1)?0,

где h ш 1 =0,5 мм -высота шлица.

54•(8,3?5,93)+3,14•(5,93?3,79)?2•3,14(21,94?0,5) ? 0.

Площадь поперечного сечения паза в штампе

S п 1=[(b1+ b2)/2]•(h п 1? h ш 1?(b2? b'ш 1)/2),

Sп 1=[(8,3+5,93)/2]•(21,94?0,5?((5,93?3,79)/2)=144,9 ммІ.

Площадь поперечного сечения паза в свету

S'п 1=[(b1+ b2)/2? bc]• (h п 1? h ш 1?(b2? b'ш 1)/2? h c),

где bc=0,1мм,hc=0,1мм -припуски на обработку сердечников статора и ротора электродвигателей с h=160 мм.

S'п 1=[(8,3+5,93)/2?0,1] •(21,94?0,5?(5,93?3,79)/2?0,1)=143,6 ммІ

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции



Sи= b и 1•(2• h п 1+ b1+ b2),

где bи 1=0,4 мм- ширина шлица.

Sи=0,4•(2• 21,94+8,3+5,93)=23,24 ммІ.

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, дне паза и под клином

Sпр=0,5• b1+0,75• b2,

Sпр=0,5 •8,3+0,75• 5,93=8,6 ммІ.

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой

S''п 1= S'п 1? Sи? Sпр,

S''п 1=143,6?23,24?8,6=111,76 ммІ.

Задавшись k п определяем

c(d')2= k п• S''п 1/Nп 1,

c(d')2=0,75•111,76/13=6,45 ммІ.

Количество элементарных проводов с принимаем с=3.

Диаметр элементарного изолированного провода

d'=v k п• S''п 1/ (Nп 1• с),

d'=v0,75•111,76/13•1=1,46 мм.

Из приложения 1 принимаем d/ d'=1,36/1,46 мм,

Площадь поперечного сечения S неизолированного провода найдём из приложения 1

S=1,452 ммІ.

Коэффициент заполнения паза

k п= Nп 1• c(d')2/S''п 1,

k п=12,67•6,45/111,76=0,73.

Уточняем коэффициент заполнения паза

bш 1''= d'+2bи+0,4,

bш 1''=1,46+2• 0,4+0,4=2,66 мм.

Так как bш 1'' < bш 1',то принимаем bш 1=bш 1'=3,79 мм.

Плотность тока в обмотке статора

J1 = I1(cS · a1),

J1 = 22,27/(31,452· 1) = 5,11 А/ммІ.

Найдём идеальную тепловую нагрузку от потерь в обмотке

А 1J1 = 246,48 · 5,11 = 1259,5 АІ/(см ммІ).

По рисунку 9 - 8 для DН 1 = 285 мм получаем допустимую тепловую нагрузку

А 1J1 = 2150 АІ/(см ммІ).

Умножаем на коэффициент 0,75 и 1;

А 1J1=2150 · 0,75 · 1 =1612,5 АІ/(см ммІ).

Среднее зубцовое деление статора

tСР 1 = (D1 + hП 1)/z1,

tСР 1 = р(202 + 21,94)/54 = 13,02 мм.

Средняя ширина катушки обмотки статора



bСР 1 = tСР 1· уП 1,

bСР 1 = 13,02 9 = 117,18 мм.

Средняя длина лобовой части обмотки

lл 1 = (1,16+0,14p)bср 1 + 15,

lл 1 = (1,16+0,143) 117,18+ 15= 200,14 мм.

Средняя длина витка обмотки

lcp1 = 2 · (l1 + lл 1),

lcp1= 2 · (140 + 200,14) = 680,28 мм.

Длина вылета лобовой части обмотки

lв 1 = (0,12+0,15p) bср 1+10;

lв 1 (0,12+0,153) 117,18+10=76,79 мм.



3. Обмотка короткозамкнутого ротора

Применим обмотку ротора с бутылочными закрытыми пазами, т.к. h = 160 мм.

Высота паза из рис. 9-12 [1] равна hп 2 = 45 мм.

Расчетная высота спинки ротора hc2 :

hc2 = 0.38 · Dн 2- hп 2-2/3

hc2 = 0.38· 201,2 - 45-2/3 = 30,79 мм.

Магнитная индукция в спинке ротора

Вс 2 = Ф · 106 / (2 · kc · l2 · hc2),

Вс 2 = 0.0085 · 106 / (2 · 0.97 · 140 · 30,79) =1,016 Тл.

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора

t2 = рDн 2/z2,

t2 = р · 201,2/51 = 12,39 мм.

Магнитная индукция в зубцах ротора по таблице 9-18 [1]:

Вз 2 = 1.8 Тл.

Ширина зубца

bз 2 = t2 · Bд / (Bз 2 · kc),

bз 2 = 12,39 · 0.9 / 1.8 · 0.97 = 6,39 мм.

Меньший радиус паза



,

мм.

Больший радиус паза

,

мм.

Расстояние между центрами радиусов

h1 = hп 2 - h2ш - h2 - r1 - r2,

h1 =45 - 0,7 - 0,3 - 2,77 - 0,243 =40,99 мм.

Проверка правильности определения и исходя из условия

,

р·40,99 - 51(2,77-0,243)? 0.

Площадь поперечного сечения стержня, равная площади поперечного сечения в штампе

,



ммІ.

3.1 Размеры короткозамыкающего кольца

Поперечное сечение кольца литой клетки

Sкл = (0.35 ч 0.45) · z2 · Sст/2p,

Sкл = 0.4 · 51 · 135,6/6= 461,04 ммІ.

Высота кольца литой клетки

hкл = 1,2 · hп 2,

hкл = 1.2 · 45 = 54 мм.

Длина кольца

lкл = Sкл/hкл,

lкл = 461,04/54 = 8,54 мм.

Средний диаметр кольца литой клетки

Dкл.ср. = Dн 2 - hкл,

Dкл.ср. = 201,2 - 54 = 147,2 мм.



4. Расчёт магнитной цепи

4.1 МДС для воздушного зазора

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора k1

k1 = 1 + bш 1/(t1 - bш 1 + 5t1 bш 1),

k1 = 1 + 3,79/(11,75 - 3,79 + 5 0,5 11,75/3,79) = 1,24.

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора

k2 k2 = 1 + bш 2/(t2 - bш 2 + 5t2 bш 2),

k2 = 1 +1,5/(12,39 - 1,5 + 5 0,5 12,39/1,5) = 1,09.

Коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора:

kk = 1.

Общий коэффициент воздушного зазора k

k = k1 k2 kк,

k = 1,24 1,09 1 = 1,35.

МДС для воздушного зазора F

F = 0,8 k В 103,

F = 0,8 0,5 1,35 0,9 103 = 486 А.

4.2 МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора

Зубцовое деление на 1/3 высоты зубца

t1(1/3) = р(D1 + (2/3)hп 1)/z1,

t1(1/3) = р(202,2 + (2/3)21,94)/54 = 12,6 мм.

Коэффициент зубцов

kз(1/3) = t1(1/3)/(bз 1kc)-1,

kз(1/3) = (12,6/(60,97))-1=1,16 мм.

По приложению(14-16) находим среднее значение напряженности магнитного поля в зубцах при Вз=1,8,

Hз 1=15,2 A/cм.

Средняя длинна пути магнитного потока

LЗ 1=hП 1,

LЗ 1 = 21,94 мм.

МДС для зубцов

FЗ 1=0,1HЗ 1LЗ 1,

FЗ 1 = 0,1 15,2 21,94 = 33,3 А.



4.3 МДС для зубцов при овальных полузакрытых пазах ротора

По приложению 8 находим среднее значение напряженности магнитного поля в зубцах при Вз 2=1,6

Hз 2= 8,5 A/cм.

Средняя длина пути магнитного потока

L З 2= h п 2-0.2 ,

L З 2=45-0,2 0,243=44,95 мм.

МДС для зубцов

FЗ 2=0,1HЗ 2LЗ 2,

FЗ 2 = 0,1 8,5 44,95 = 38,2 А.

4.4 МДС для спинки статора

Напряжённость магнитного поля НС 1 находим по приложению 5:

Так как ВС 1 = 1.6>1,4, то уменьшаем ВС 1 на 0,4 Тл:

НС 1 = 2,95 А/см.

Среднюю длину пути магнитного потока

LС 1 = (DН 1 - hC1)/4р,

LС 1 =3,14 (285- 19,56)/12 = 69,45 мм.

МДС для спинки статора



FC1 = 0,1 НС 1 LС 1,

FC1 = 0,1 2,95 69,45 =20,49 А.

4.5 МДС для спинки ротора

Напряжённость магнитного поля НС 2 при 2р =6 найдем из приложения (11-13)

Для стали 2013 при ВС 2 = 1,016, 2р=6

НС 2 = 2,06 А/см.

Среднюю длину пути магнитного потока LC2 при 2р = 6

LC2 = 3,14(65,55 +30,79)/12 = 25,2 мм.

МДС для спинки ротора

FC2 = 0,1 НС 2 LC2,

FC2 = 0,1 2,06 25,2 =5,19 А.

4.6 Параметры магнитной цепи

Суммарную МДС магнитной цепи на один из полюсов

F = F + F31 + F32 + FC1 + FC2,

F = 486 + 33,3+ 38,2 + 20,49 + 5,19 = 583,18 А.

Коэффициент насыщения магнитной цепи

kНАС = F/ F,



kНАС = 583,18 /486 = 1,19.

Намагничивающий ток

IM = 2,22 F р/(m1w1kОБ 1),

IM = 2,22 583,18 3/(3 117 0,96) = 11,5 А.

Намагничивающий ток в относительных единицах

IM = IM/I1,

IM = 11,5/22,27 = 0,52 о.е.

ЭДС холостого хода

Е = kНU1,

Е = 0,96 220 = 211,2 В.

Главное индуктивное сопротивление

xM = Е/IM,

xM = 211,2/11,5 = 18,37 Ом.

Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах

xM = xMI1 U1,

xM = 18,37 22,27/220 = 1,86 о.е.



5. Активные и индуктивные сопротивления обмоток

5.1 Сопротивление обмотки статора

Активное сопротивление обмотки фазы r1 при 20С

r1 = w1lСР 1/(М 20 а 1сS103),

r1 = 368 426,18/(57 1 10,1134 103) = 24,26 Ом.

Активное сопротивление обмотки фазы r1 при 20С в относительных единицах

r1 = r1I1 U1,

r1 = 0,1134 0,57/220 = 0,063 о.е.

Проверка правильности определения

,

о.е.

Размеры паза статора выбираем из рис. 9-9, таблицы 9-21:

b2=4,67 hш 1=0,5 h2=0,6 hп 1=8,2

bш 1=2,2 hк 1=0,7 h3=0

h1=8,2-0,5-0,7-0,6-0=6,4 мм.

Коэффициенты, учитывающие укорочение k1 и k1 при 1 = 1

k1 = 0,4 + 0,61,

k1 = 0,4 + 0,6 1 = 1,000.

k1 = 0,2+0,81,

k1 =0,2+0,8·1=1,000.

Коэффициент проводимости рассеяния для трапецеидального полузакрытого паза

,

.

Коэффициент дифференциального рассеяния статора kд 1 берем из таблицы (9 - 23): при q1 = 4

kд 1 = 0,0089.

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния

.

Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведённых в обмотке КЗР высшими гармониками поля статора kр 1 берем из таблицы (9 - 22): при q1 = 4, z2 = 19 и р =1

kр 1 = 0,840

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния

Д 1 = 0,9(t1MINkОБ 1)2kР 1kШ 1kД 1/(k),

Д 1 = 0,9(7,14 0,96)2 0,840 0,922 0,0089/(0,3 1,29) =0,750.

Полюсное деление

1 = D1 2р,

1 = р 55/2 = 86 мм.

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки,

Л 1 = 0,34(q1 l1)(lЛ 1 - 0,641);

Л 1 = 0,34 (4/70)(143,09 - 0,64 · 1· 86) = 1,71.

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора

1 = П 1 + Д 1 + Л 1,

1 = 1,036 + 0,750 + 1,71 = 3,501.

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора

x1 = 1,58f1l1w211 (pq1 108),

x1 = 1,58 50 70 3682 3,501/(1 4 108) = 6,556 Ом.

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора x1 в относительных единицах

x1 = x1I1 U1,

x1 = 6,556 0,57 / 220 = 0,017 о.е.

Проверку правильности определения x1 в относительных единицах



x1 = 0,39(D1A1)2l11 10-7(m1U1I1z1),

x1 = 0,39(55 73,08)2 70 3,501 10-7/(3 220 0,57 24) = 0,017 о.е.

5.2 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора

Активное сопротивление верхней части стержня при 20?С

Где а 20 = 27

rст. = l2/(а 20Sст.в. 103),

rст. = 70/(2722,86103)=11,3410-5.

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня

kПР 2 =2 sin(рp/z2)

kПР 2 =2sin(1801 /38)= 0,329.

Сопротивление короткозамыкающих колец, приведенные к току стержня при 20?С (Ом)

rкл =2рDкл.ср/а 20z2Sклk2пр 2103,

rкл = 23,1443,76/271986,870,3292103=5,69610-5Ом..

Центральный угол скоса пазов

Ьск=2pt1вck1/D1,

Ьск=217,141/55=0,262 рад.

Коэффициент скоса пазов ротора находим по рисунку (9-16):

kск = 0,4 + 0,62; (5.19)

kск =0,998.

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотки статора

kпр 1 = ,

kпр 1=.

Активное сопротивление обмотки ротора при 20?С, приведенное к обмотке статора(Ом)

r'2=кпр 1(rст. + rкл),

r'2=78836 (11,3410-5+5,69610-5)=13.431 Ом.

Активное сопротивление обмотки ротора при 20?С, приведенное к обмотке статора(о.е.)

r'2* = r'2 I1 / U1

r'2* = 13,431 0,57/220=0,035 о.е.

Ток стержня ротора для рабочего режима

,



I2=A.

Коэффициент проводимости рассеяния паза

п 2 = ;

п 2 = =1,620.

Количество пазов ротора на полюс и фазу

q2 =z2/(2pm),

q2 =19/(231)=3,167.

Коэффициент дифференциального рассеяния ротора найдем по рисунку (9-17):

Так как q2 =3,167,то kд 2=0,012.

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния

лд 2=0,9t2(z2/6p)2k д 2/(дkд),

лд 2=0,98,92(19/61)20,0012/(0,31,29)=2,495.

Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих колец литой клетки

лкл=,



лкл=.

Относительный скос пазов ротора, в долях зубцового деления ротора

вck2 = вck1 t1/ t2

вck2 =17,14/8,92=0,8

Коэффициент проводимости рассеяния пазов

лcк=t2в2ск 2/(9,5дkдkнас);

лcк=8,92 0,82/(9,50,31,291,1488) = 1,353

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора 2

2=п 2+д 2+кл+ск,

2=1,620+2,495+0,652+1,353=6,120

Индуктивное сопротивление обмотки ротора

x2 = 7,9f1l22 10-9;

x2 = 7,9 50 70 6,120 10-9 = 2·10-3 Ом.

Индуктивное приведённое сопротивление обмотки ротора

x2 = kпр 1 x2;

x2 = 78836 2 10-3 = 13,341 Ом.

Индуктивное приведённое сопротивление обмотки ротора x2 в относительных единицах x2 = x2I1 U1;

x2 = 13,341 0,57/220 = 0,034 о.е.

Проверка правильности определения

x1/ x2 0,7 1,0;

6,556/13,341 = 0,491 о.е.

5.3 Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя (с вынесенным на зажимы намагничивающим контуром)

Коэффициент рассеяния статора 1

1 = x1 xM,

1 = 6,556/13,341= 0,016.

Коэффициент сопротивления статора 1

1 = r1mТ/(x1 + xM),

1 = 24,26 1,22/(6,556 + 400) = 0,073.

Так как 1 = 0.073 воспользуемся упрощёнными формулами (9 - 247):

r1 = mTr1,

r1 = 1,22 24,26 = 29,602 Ом.

x1 = x1(1 + 1),



x1 = 24,26(1 + 0,016) = 6,663 Ом.

r2 = mTr2(1 + 1)2,

r2 = 1,22 13,431(1 + 0,016)2 = 16,927 Ом.

x2 = x2(1 + 1)2,

x2 = 13,341 (1 + 0,016)2 = 13,782 Ом.



6. Режимы холостого хода и номинальный

Реактивную составляющую тока статора при синхронном вращении IСР

IСР = U1 (xM(1 + 1)(1 + 21)),

IСР = 220/(400(1 + 0,016)(1+0,0732)) = 0,541 А.

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении,

РСМ 1 = m1I2СРr1(1 + 21);

РСМ 1 = 3 0,541 2 29,602 (1+0,0732) = 25,9 Вт.

Расчётную массу стали зубцов статора, при трапецеидальных пазах, m31

m31 = 7,8z1 b31 hП 1 l1 kС 10-6,

m31 = 7,8 24 2,9 8,2 70 0.97 10-6 = 0,304 кг.

Магнитные потери в зубцах статора Р 31

Р 31 = 4.4В 231m31,

Р 31 = 4.4 1,82 0,304 = 4,3 Вт.

Массу стали спинки статора mC1

mC1 = 7,8(DН 1 - hC1) hC1l1kС 10-6,



mC1 = 7,8 р(96 - 12,5) · 12,5 70 0.97 10-6 = 1,738 кг.

Магнитные потери в спинке статора РС 1

РС 1 = 3В 2С 1mС 1,

РС 1 = 3 1,62 1,738 = 19,6 Вт.

Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали РС

,

Вт.

Механические потери при степени защиты IP44, способе охлаждения ICO141 РМХ

РМХ = kМХ(n1 1000)2(Dн 1/100)4,

Где при 2р = 2,

kМХ =1,3(1- Dн 1/1000),

kМХ =1,3(1-96/1000)=1,23.

РМХ =1,23·(3000/1000)2· (96/100)4= 9,4 Вт.

Активная составляющая тока холостого хода IОА

IОА = (РСМ 1 + РС + РМХ)/(m1U1),



IОА = (25,9 + 33,62 + 9,4)/3 220 = 0,10 А.

Ток холостого хода IО

A.

Коэффициент мощности на холостом ходу cos0

cos0 = IОА/IО,

cos0 = 0,10/0,6 = 0,19.

Активное сопротивление короткого замыкания rК

rК = r1 + r2 = 29,602 + 16,927 = 46,53 Ом.

Индуктивное сопротивление короткого замыкания xК

xК = x1 + x2 = 6,663 + 13,782 = 20,44 Ом.

Полное сопротивление короткого замыкания zК

Ом.

Добавочные потери при номинальной нагрузке РД

РД = 0.005 Р 2 103/ = 0.005· 0,18·103/0.65 = 1,385 Вт.

Механическая мощность двигателя Р2

Р2 = Р 2 103 + РМХ + РД = 0,18 103 + 9,4 + 1,385 = 190,780 Вт.

Эквивалентное сопротивление схемы замещения RН

,

Ом.

Полное сопротивление схемы замещения zH

Ом.

Проверка правильности расчётов RH и zH:

RH z2H = Р2/m1U21,

664,14/710,962 = 190,780/(3 · 2202),

0,0013 = 0,0013.

Скольжение SН

SН = 1/(1 + RH r2),

SН = 1/(1 + 664,14/16,927) = 0,025 о.е.

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении ICA

ICA = (РСМ 1 + РС)/m1U1,



ICA = (25,9+ 33,62)/(3 220) = 0,090 А.

Ток ротора I2

I2 = U1 zH = 220 / 710,96 = 0,309 А.

Ток статора, активная составляющая IA1

,

А.

Ток статора, реактивная составляющая IP1

,

А.

Фазный ток статора I1

A.

Коэффициент мощности cos

.

Линейную нагрузку статора А 1

А 1 = 10I1NП 1 / (а 1t1) = 10 · 0,644 · 92 / (1 · 7,14) = 83 А/см.

Плотность тока в обмотке статора J1

J1 = I1 (cSa1) = 0,644 / 1 · 0,1134 ·1 = 5,682 А/ммІ.

Линейную нагрузку ротора А 2

,

А/см.

Ток в стержне короткозамкнутого ротора Iст

,

А.

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора Jст

Jст = Iст Sпр 2 = 35,086 / 22,86 = 1,535 А / ммІ.

Ток в короткозамыкающем кольце

Iкл= Iст/kпр 2,

Iкл=1,535/0,329=106,646 А.

Электрические потери в обмотке статора и ротора соответственно

РМ 1 = m1I21r1 = 3 · 0,644 2 · 29,602 = 36,869 Вт.

PM2 = m1I2''2r''2 = 3 · 0,3092 · 16,927 = 4,86 Вт.

Суммарные потери в электродвигателе Р

Р = РМ 1 + РМ 2 + РС + РМХ + РД,

Р = 36,869 + 4,86 + 33,62+ 9,4+ 1,385 = 81,271 Вт.

Подводимую мощность Р 1

Р 1 = Р 2 103 + Р = 0,18 · 103 + 81,271= 261,271 Вт.

Коэффициент полезного действия

= (1 - Р / Р 1) 100 = (1 - 81,271/ 264,5703) · 100 =68,894 %.

Проверим Р 1

Р 1 = m1IA1U1 = 3 · 0,4 · 220=264,5704 Вт.

Мощность Р 2 по (9 - 300) должна соответствовать полученной по заданию:

Р 2 = m1I1U1cos 100 = 3 · 0,644 · 220 · 0,622 · 68,894/ 100 = 182,27 Вт.

7. Результаты расчёта рабочих характеристик двигателя.

Таблица 1 - Рабочие характеристики

Условное обозначение
, кВт	45	90	135	180	225
,Вт	0,346	0,692	1,038	1,385	1,731
,Вт	55	100	145	191	236
,Ом	2558,409	1355,769	902,475	664,142	516,873
,Ом	2605,018	1402,447	949,224	710,964	563,772
,о.е.	0,007	0,012	0,018	0,025	0,032
,А	0,084	0,157	0,232	0,309	0,390
,А	0,174	0,246	,0320	0,401	0,478
,А	0,529	0,522	0,515	0,504	0,507
,А	0,557	0,577	0,607	0,644	0,697
	0,312	0,426	0,528	0,622	0,686
,Вт	27,578	29,529	32,685	36,870	43,174
,Вт	0,362	1,250	2,728	4,876	7,733
,Вт	71,303	74,487	79,468	81,271	95,653
,Вт	116,303	164,487	214,468	261,271	320,653
,%	38,692	54,715	62,947	68,894	70,169
, об/мин	2980,282	2963,007	2944,769	2925,441	2904,871
, к	0,14	0,29	0,44	0,59	0,74

Литература

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 431 с.

Размещено на Allbest.ru