Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Размещено на http://www.allbest.ru

АННОТАЦИЯ

Двигатель асинхронный трехфазный, мощность 45 кВт, 4 полюсов.

Представлены результаты расчета трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на мощность 45 киловатт, число полюсов равно 4, линейное напряжение сети: при соединении в треугольник - 220В, при соединении в звезду - 380 В, частота питающей сети 50 Гц.

Спроектирован асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. Высота оси вращения - 250мм, магнитопроводы статора и ротора выполнены из стальной ленты, марка стали - 2411, обмоточный провод ПЭТ-155, обмотка ротора из алюминия марки АКМ12-4, станина литая из чугуна, класс нагревостойкости изоляции F.

Расчеты выполнены с учетом рекомендаций, изложенных в учебных пособиях Гольдберга О.Д. «Проектирование электрических машин»[1] и Гурина Я.С. «Проектирования серий электрических машин» [2].

электрический машина асинхронный двигатель ротор



ВВЕДЕНИЕ

Эта разновидность электродвигателя допускает плавную регулировку скорости в широких пределах. Фазный ротор имеет трёхфазную (в общем случае -- многофазную) обмотку, обычно соединённую по схеме «звезда» и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью графитовых или металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора подключают внешнюю электрическую цепь, которая позволяет регулировать скорость ротора:

· включают пускорегулирующий реостат, выполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы. Снижая пусковой ток, добиваются увеличения пускового момента до максимального значения (в первый момент времени). Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке или требующих плавного регулирования скорости. Такое регулирование скорости по характеристикам аналогично реостатному регулированию скорости в ДПТ изменением сопротивления в цепи якоря.

· включают индуктивности (дроссели) в каждую фазу ротора. Сопротивление дросселей пропорционально частоте протекающего тока, а, как известно, в роторе в первый момент пуска частота токов скольжения наибольшая. По мере раскрутки ротора частота индуцированных токов снижается, и вместе с нею снижается сопротивление дросселя. Индуктивное сопротивление в цепи фазного ротора позволяет автоматизировать процедуру запуска двигателя, а при необходимости -- «подхватить» двигатель, у которого упали обороты из-за перегрузки. Индуктивность держит токи ротора на постоянном уровне.

· включают источник постоянного тока, получая таким образом синхронную машину.

· включают питание от инвертора, что позволяет управлять скоростью и электромагнитным моментами двигателя. Это особый режим работы (машина двойного питания). Возможно включение напряжения сети без инвертора, с фазировкой, противоположной той, которой запитан статор.

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.

Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора - магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника - создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной (в крупных машинах - анизотропной) стали, толщиной (в зависимости от размеров и необходимых параметров машины) от 0,28 до 1мм.

Сердечник ротора двигателя, аналогично сердечнику статора, набирается из листов электротехнической стали. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца, закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат.

В данном курсовом проекте речь пойдет о трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором.



1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Современные серии электрических машин

В 70-е годы была разработана и внедрена серия электродвигателей 4А, основным критерием при проектировании которой был принят минимум суммарной стоимости двигателя в производстве и эксплуатации. Переход на новую привязку мощностей и установочных размеров электродвигателей позволил получить большую экономию дефицитных материалов. Впоследствии серия была модернизирована, вследствие чего несколько улучшены виброакустические и некоторые энергетические показатели электрических двигателей. Серия получила название 4АМ.

В связи со все возраставшими требованиями мирового электромашиностроения к асинхронным двигателям на замену двум предыдущим сериям 4А и 4АМ в 80-х годах бывшей организацией социалистических стран ИНТЕРЭЛЕКТРО была разработана унифицированная серия асинхронных электродвигателей АИ. Двигатели серии АИ отличаются повышенными надежностью и перегрузочной способностью - расширенным диапазоном регулирования, улучшенными энергетическими и виброакустическими характеристиками.

Распад Советского Союза на суверенные государства привел к тому, что многие заводы электротехнической промышленности, монопольно выпускавшие отдельные габариты единой серии АИ, оказались за рубежом. Поэтому в НИПТИЭМ разработана новая серия асинхронных электродвигателей 5А (взаимозаменяемых с электродвигателями АИР, 4А) на замену тем габаритам, производство которых осталось за границей России.

При разработке серии 5А учтены изменившиеся требования к асинхронным электродвигателям для повышения конкурентоспособности их на мировом рынке. На многих типоразмерах двигателей улучшены энергетические, виброакустические показатели, а так же моментные характеристики.

Общая характеристика двигателей серии АИ и5А

Привязка мощностей и установочных размеров электрических двигателей серии АИ аналогична привязке серий 4А, 4AМ и охватывает диапазон 0,06…400 кВт (при частоте вращения 1500 оборотов в минуту). Серия состоит из 17 габаритов, характеризуемых значениями оси вращения от 50 до 355 мм. Двигатели выпускается на частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 оборотов в минуту.

Структура серии предусматривает следующие группы исполнений:

1. основное

2. модификации по характеристикам с повышенным пусковым моментом, электрические двигатели с повышенным скольжением, многоскоростные двигатели, электрические двигатели с фазным ротором, однофазные, малошумные

3. модификации по условиям окружающей среды (для холодного, для тропического климата, электродвигатели для сельского хозяйства, для работы в пыльных помещениях, для работы в химически активных средах)

4. модификации электродвигателей по точности установочных размеров (с повышенной точностью, с высокой точностью установочных размеров)

5. модификации асинхронных двигателей с дополнительными устройствами (со встроенной температурной защитой, со встроенным электромагнитным тормозом)

6. узкоспециализированные модификации (текстильные, для моноблокнасосов, двигатели в рудничном нормальном исполнении)

В России двигатели серии 5АМ (модернизированные) производят на Владимирском Электромашиностроительном Заводе. В настоящее время завод выпускает и двигатели серии 6А. Ведутся разработки серии 7А.

Параллельно в 1992 году на Ярославском Электромашиностроительном Заводе шло создание новой серии электрических машин РА. В двигателях используются съемные лапы, позволяющие потребителю выбирать наиболее удобное для него расположение машины. Кроме того, в двигателях используется горизонтально-вертикальное оребрение станин, позволяющее сэкономить до 15% материала станины, улучшая при этом теплоотдачу. Освоение серии РА позволило сократить зависимость России от импорта и развить экспорт асинхронных двигателей.

1.2 Основные тенденции в развитии электромашиностроения

К основным тенденциям можно отнести:

1. Применение утоньшенной корпусной изоляции и обмоточных проводов с малой толщиной изоляции. При этом повышается коэффициент заполнения обмоточного пространства медью и соответственно использование объема машины

2. Использование более нагревостойкой изоляции. В настоящее время наибольшее распространение находит изоляция класса F. В машинах, работающий в более тяжелых условиях, распространена изоляция класса Н

3. Применение улучшенных марок электротехнической стали. Сейчас часто используют холоднокатаную электротехническую сталь, обладающую большей магнитной проницаемостью и меньшими удельными потерями в сравнении с горячекатаной

4. Усовершенствование охлаждения машин, путем повышения производительности вентиляторов, уменьшения аэродинамического сопротивления воздухопровода, увеличения поверхности охлаждения, усиления теплопередачи путем лучшего заполнения воздушных прослоек в обмотках пропитывающими лаками и компаундами

5. Усовершенствование методов расчета машин

6. Улучшение конструкции машин, придание рациональной формы, при обеспечении снижения массы и повышения прочности

Также сюда можно отнести стремление уменьшить динамический момент инерции, увеличение отношения длины сердечника ротора к его диаметру, повышение надежности.



2. Расчеты и основные результаты работы

2.1 Техническое задание

Запроектировать трехфазный асинхронный электродвигатель в соответствии со следующими данными:

номинальная мощность P₂=45 кВт

номинальное линейное напряжение, Д/Y: 220/380 В

число пар полюсов р=2

степень защиты: IP44

исполнение по способу монтажа: IM1001

исполнение по способу охлаждения: IC141

2.2 Выбор аналога двигателя

По вышеуказанным данным выбираем из каталога Владимирского Электромашиностроительного Завода двигатель: АИР200L4.

Технические характеристики двигателя:

номинальная мощность: P₂=45 кВт

номинальное линейное напряжение: 220/380В (Д/Y)

номинальная частота вращения: n_ном=1470 об/мин

коэффициент полезного действия: з=92,5%

коэффициент мощности: cosц=0.85

номинальный фазный ток: I_1ном= 87.0А

номинальный момент: М_ном=292 Н·м

кратность пускового момента к номинальному: М_п/М_ном=2,8

кратность максимально момента к номинальному: М_m/М_ном=2,8

динамический момент инерции ротора: J=0,32 Н·м²

масса двигателя: 270 кг



2.3 Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи двигателя

По таблице 9-2 [1] по заданной высоте оси вращения определяем максимально допустимый наружный диаметр сердечника статора:

D_H1max=298 мм, припуск на штамповку - Д_шт = 8мм; ширина резаной ленты стали марки 2411 равна 460мм.

Выбираем наружный диаметр сердечника статора: D_H1=296мм.

Внутренний диаметр сердечника статора находим по формуле, приведенной в таблице 9-3 [1]:

Расчетную мощность Р¹ по коэффициенту k_H=0.97 находим по формуле 1.11[1], cosц принимаем 0.85:

Для изготовления магнитопроводов статора и ротора выбираем резаную ленту стали 2411, толщиной 0.5 мм.

По графикам на рисунке 9-4 [1] определим электромагнитные нагрузки:

А₁=358 А/см - линейная нагрузка статора;

В_д'=0.81 Тл - индукция в зазоре.

Частота вращения ротора при идеальном холостом ходе n=1500 об/мин.

Предварительный коэффициент обмотки статора: k_об1=0.93.

Определим приблизительную длину сердечника статора:

Принимаем длину сердечника равной 265 мм. Найдем отношение длины к диаметру сердечника и сравним с максимально допустимым:

Полученное отношение меньше предельного, с учетом достаточно большого числа полюсов - длина сердечника достаточна.

Сердечник статора из стали 2411 с термостойким изоляционным покрытием. Коэффициент заполнения сталью: k_c=0.93.

Число пазов на полюс и фазу q₁выбираем равным 4.

Количество пазов, таким образом: z₁=4·3•4=48, пазы трапецеидальные полузакрытые, обмотка всыпная из круглого провода.

Сердечник ротора из стали 2411 с термостойким изоляционным покрытием. Коэффициент заполнения также 0.93.

Наружный диаметр ротора определяем по формуле, с учетом, что зазор в машине принимаем равным 0.7мм:

Внутренний диаметр листов ротора:

Для улучшения охлаждения машины и уменьшения динамического момента инерции делаем n_k= 10 аксиальных каналов в сердечнике ротора, диаметром d_k=30мм.

Длина сердечника ротора равна l, длине сердечника статора.

Число зубцов ротора, в соответствии с предложенным рядом, выбираем равным z₂=28.

Обмотка статора

Обмотка всыпная из круглого провода марки ПЭТ-155, класса F, двухслойная, с укороченным шагом, петлевая. Коэффициент распределения обмотки:

где б=60^°/q₁=15°.

Шаг обмотки (коэффициент укорочения) в принимаем равным 0.833:

Коэффициент укорочения:

Обмоточный коэффициент (скоса пазов нет, коэффициент скоса равен единице):

Предварительное значение магнитного потока:

Предварительное число витков в обмотке фазы:

Число эффективных проводников в пазу (число параллельных ветвей в обмотке а=1):

Принимаем N_п=12, тогда число витков в фазе щ=120.

Уточним значения магнитного потока и индукции в воздушном зазоре:

Предварительное значение номинального фазного тока:

Уточненная линейная нагрузка статора:

Разница с ранее принятым .

Расчет трапецеидального полузакрытого паза:



Рисунок 1 - Трапецеидальный полузакрытый паз статора

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора:

Из рекомендуемых значений индукции в зубце статора (таблица 9-14 [1]) принимаем индукцию в зубце: B_з1=1.7 Тл.

Определим ширину зубца:

Индукцию в спинке статора определяем по таблице 9-13 [1]: В_с1=1.45 Тл.

Высота спинки статора:

Высота паза:



Большая ширина паза:

Высота шлица: h_ш1=0.5 мм; ширина шлица b_ш1=0.3h^1/2=4.5мм.

Меньшая ширина паза:

Высота паза занимаемая обмоткой:

Размеры h_k, h₂, h₄определяем в соответствии с таблицей 9-21[1].

Выполним проверку правильности определения большей и меньшей ширины паза:

Следует, что расчет геометрии произведен верно.

Припуск на сборку: b_c=0.2 и h_c=0.2мм.

Площадь поперечного сечения паза в штампе:



Площадь поперечного сечения паза в свете:

Толщина корпусной изоляции: b_и1=0.4 мм.

Определим площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

мм²

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

Площадь поперечного сечения, занимаемая обмоткой:

Число элементарных проводников в эффективном с = 6.

Тогда диаметр элементарного изолированного провода, при предположении, что коэффициент заполнения паза k_n=0.72:



По приложению 1[1] находим ближайший стандартный провод марки ПЭТ-155:

d₁=3 мм; сечение провода (неизолир.) S=1.767мм².

Предварительное значение плотности тока в обмотке:

Коэффициент заполнения паза:

Определим размеры элементов обмотки:

Среднее зубцовое деление статора:

Средняя ширина катушки обмотки:

Средняя длина одной лобовой части катушки:



Средняя длина витка обмотки:

Длина вылета лобовой части:

2.4 Обмотка короткозамкнутого ротора

Рисунок 2 - Закрытый грушевидный паз

Выбираем по таблице 9-18 индукцию в зубце ротора:

B₃₂=1.8 Тл.

Выбираем глубину паза по рисунку 9-12 [1]:

h_n2=56мм.

Высота спинки ротора:

Индукция в спинке ротора:



Зубцовое деление по наружному диаметру ротора:

Ширина зубца ротора:

Меньший радиус паза:

Высота шлица: h_ш2=0.7 мм; высота мостика h₂=0.3 мм; ширина мостика b_ш2=1.5мм.

Больший радиус паза:

Проверка правильности определения r₁и r₂:



Сечение стержня:

Обмотка ротора из алюминия марки АКМ12-4. Вместе с обмоткой отливаем короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки.

Рисунок 3 - Короткозамыкающее кольцо и вентиляционная лопатка ротора

Поперечное сечение кольца:

Высота кольца:

Длина кольца:

Средний диаметр кольца:

Рисунок 4 - Вентиляционные лопатки ротора

Вылет лобовой части обмотки ротора по рисунку 9-21 [2]:

l_л= 70мм. На роторе 14 лопаток, толщиной 4мм.

2.5 Расчет магнитной цепи

МДС для воздушного зазора.

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

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



Коэффициент воздушного зазора:

МДС воздушного зазора:

МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора:

B₃₁=1.7 Тл

Н₃₁=16.3 А/см (для стали 2411)

L₃₁=h_п1=32.7мм - средняя длина пути магнитного потока

МДС для зубцов при грушевидных закрытых пазах ротора:

B₃₂=1.8Тл

Н₃₂=31.9 А/см

L₃₂=h_п2-0.2r₂=56-0.2=55.8мм

МДС для спинки статора:

B_с1=1.45Тл

Н_с1=5.7 А/см



МДС для спинки статора:

B_с2=0.65Тл

Н_с2=2.77 А/см

Параметры магнитной цепи:

Суммарная МДС на один полюс:

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток:

Намагничивающий ток в относительных единицах:

ЭДС холостого хода:



Главное индуктивное сопротивление:

Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах:

2.6 Активные и индуктивные сопротивления обмоток

Активное сопротивление обмотки фазы при 20°С:

В относительных единицах:

Проверка правильности определения:

Коэффициенты, учитывающие укорочение шага обмотки (по рисунку 14-18[2]):

k_в1=0.7

k'_в1=0.77

Коэффициент проводимости для пазового рассеяния:

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния:

Коэффициент , учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора, по таблице 9-22 [1]:

k'_p1=0.74

Коэффициент дифференциального рассеяния статора:

k_д1=0.0062

Коэффициент проводимости для дифференциального рассеяния:

Полюсное деление:

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей:

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора:

То же в относительных единицах:

Проверка правильности определения:

Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами:

Активное сопротивление стержня клетки при 20°С:



Где 15 См/мкм - удельная проводимость алюминия АКМ12-4.

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня:

Активное сопротивление короткозамыкающего кольца:

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора:

Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора в относительных единицах:

Ток стержня ротора для рабочего режима:



Коэффициент проводимости рассеяния:

Количество пазов ротора на полюс и фазу:

Из рисунка 9-17 [1]:

Коэффициент дифференциального рассеяния: k_д2=0.0045

Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих колец:

Коэффициент проводимости рассеяния:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

Приведенное:

В относительных единицах:

Проверка правильности определения:

x₁/x'₂=0.7 (находится в рекомендуемых пределах 0.7-1.0).

Сопротивления обмоток преобразованной схемы замещения двигателя (с вынесенным на зажимы намагничивающим контуром):

Коэффициент рассеяния статора:

Коэффициент сопротивления статора:

Параметры схемы замещения:

ЭДС холостого хода:

Разница с ранее рассчитанным:

2.7 Режим холостого хода и номинальный

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении:

Расчетная масса стали зубцов статора при трапецеидальных пазах:

Магнитные потери в зубцах статора:

Масса стали спинки статора:

Магнитные потери в спинке статора:

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

Механические потери:

Активная составляющая тока холостого хода:

Ток холостого хода:

Коэффициент мощности при холостом ходе:

Расчет номинального режима производим в соответствии со схемой замещения, представленной на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема замещения асинхронного двигателя.

Расчет параметров схемы замещения.

Активное сопротивление короткого замыкания:

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:



Полное сопротивление короткого замыкания:

Добавочные потери при номинальной нагрузке:

Вт

Механическая мощность двигателя:

Эквивалентное сопротивление схемы замещения:

Полное сопротивление схемы замещения:

Размещено на http://www.allbest.ru

Проверка правильности расчетов:



Номинальное скольжение:

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:

Ток ротора:

Активная составляющая тока статора:

Реактивная составляющая:

Фазный ток статора:

Коэффициент мощности:

Линейная нагрузка статора:

Плотность тока в обмотке статора:

Линейная нагрузка ротора:

Ток в стержне короткозамкнутого ротора:

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора:

Ток в короткозамыкающем кольце:

Электрические потери в обмотке статора:

Электрические потери в обмотке ротора:

Суммарные потери в электродвигателе (Вт):

Размещено на http://www.allbest.ru

Подводимая мощность:

Коэффициент полезного действия

Проверка.

Подводимая мощность:

Выходная мощность:

При повышении точности расчета (до 4-6 знаков после запятой) выходная мощность стремится к значению 45000Вт.

2.8 Рабочие характеристики

Расчет рабочих характеристик ведем аналитическим путем по формулам из предыдущего пункта, меняя мощность Р₂ в диапазоне от 0 до 58.8 кВт.



2.9 Максимальный момент

Переменная часть коэффициента статора при трапецеидальном полузакрытом пазе:

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния статора, зависящая от насыщения:

Переменная часть коэффициента ротора:

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора, зависящая от насыщения:

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения:



Независящее от насыщения (Ом):

Ток ротора, соответствующий максимальному моменту, при закрытых овальных пазах:

Полное сопротивление схемы замещения:

-

сопротивление при бесконечном скольжении.

Эквивалентное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте:



Кратность максимального момента:

Критическое скольжение:

2.10 Начальный пусковой момент и пусковые токи

Рассчитаем параметры схемы замещения двигателя при пуске, с учетом влияния вытеснения тока и насыщения магнитной цепи.

Высота стержня клетки ротора:

Приведенная высота стержня ротора:

По графику на рисунке 9-23 [1] определяем коэффициент .

Расчетная глубина проникновения тока в стержень:



Ширина стержня на расчетной глубине проникновения тока:

Площадь поперечного сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока:

Коэффициент вытеснения тока:

Активное сопротивление стержня клетки для пускового режима:

Активное сопротивление обмоткиротора приведенное к обмотке статора:



По графику на рисунке 9-23 [1] определяем коэффициент .

Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора при пуске:

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора при пуске:

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения:

Независящее:

Активное сопротивление короткого замыкания при пуске:



Рассчитаем пусковой ток и момент.

Ток ротора при пуске:

Полное сопротивление схемы замещения при пуске (с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения путей потоков рассеяния):

Индуктивное сопротивление схемы замещения при пуске:

Активная составляющая тока статора при пуске:



Реактивная составляющая тока статора при пуске:

Фазный ток статора при пуске:

Кратность начального пускового тока:

Активное сопротивление ротора при пуске, приведенное к статору, при расчетной рабочей температуре и Г-образной схеме замещения:

Кратность начального пускового момента:



2.11 Расчет механической характеристики двигателя и зависимости пускового тока от скольжения

Расчет механической характеристики в диапазоне скольжений от 0 до критического производим по формуле Клосса. Имея значения максимального и пускового моментов и значение момента при s=0.5, можно достаточно точно построить механическую характеристику в диапазоне скольжений от 0 до 1.

Для того, чтобы определить значение момента при s=0.5 построим круговую диаграмму двигателя для данного скольжения, учитывая соответствующее уменьшение индуктивных сопротивлений (в отличии от номинального режима) и увеличения сопротивления r₂₁₁. Построение диаграммы ведем по методу, изложенному в параграфе 14-12 [2].

Масштаб по току принимаем: С_Т=1.5 А/мм;

Тогда масштаб мощности:

Диаметр рабочего круга:

Расстояния GH, GF, GE соответственно:

200·с1=2.22мм

100r₁₁/x_k=23.5/1.46=16.1 мм

100r_кп/x_k= 0.58/1.46=39.7мм

Проводим через точкуО и Е, О и А линии механических мощностей и электромагнитных моментов, соответственно.

Отношение моментов будет равно отношению КК₁/LL₁.

Отношение токов: O₁K/O₁L.

Рисунок 6 - Круговая диаграмма двигателя при s=0.5

Таким образом, кратность моментов равна 1.6.

Кривую тока строим по 4 точкам:

s=0: I_xp/I₁=0.36;

s=0.023: I/I₁=1.0;

s=0.5: I/I₁=4.7 (покруговойдиаграмме);

s=1.0: I_xp/I₁=5.3;

2.12 Тепловой и вентиляционный расчеты

Проектируемый двигатель имеет изоляцию класса F. Тепловой расчет проводят для наиболее неблагоприятных условий работы - температуру обмоток принимаем 140 градусов. Соответственно коэффициент m_T=1.48.

Потери в обмотке статора при максимальной температуре:

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора:

Условный периметр поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза:

Условная поверхность охлаждения пазов:

Условная поверхность охлаждения лобовых частей:

Число ребер на станине 36, высота ребра 30мм.

Условная поверхность охлаждения двигателя:

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора:

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения пазов:

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения пазов:

Окружная скорость ротора:

Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины:

(по рисунку 9-24)

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов:

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

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов:

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

Потери в обмотке ротора, при максимальной допускаемой температуре:

Потери в двигателе со степенью защиты IP44, передаваемые воздуху внутри двигателя:

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха:

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха:

.

Вентиляционный расчет двигателя.

Наружный диаметр корпуса машины:

Коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса двигателя:

Необходимый расход воздуха:

Расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентилятором:

Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором:

2.13 Масса двигателя и динамический момент инерции ротора

Масса изолированных проводов обмотки статора:

Масса алюминия короткозамкнутого ротора с литой клеткой (число лопаток на роторе N=14, ширина лопатки средняя b_л=5мм, длина лопатки l_л=70мм, высота h_л=56мм):

Масса стали сердечников статора и ротора:

Масса изоляции статора:

Масса конструкционных материалов:



Масса двигателя:

Динамический момент инерции:

2.14 Расчет надежности обмотки статора

Пусть вероятность наличия хотя бы одного дефекта изоляции провода длиной 100мм после укладки: q₁=0.2, коэффициент характеризующий качество пропитки: k_пр=0.5, тогда дефектность витковой изоляции до начала эксплуатации электродвигателя:

Вероятность плотного касания соседних витков:

Количество проводников, находящихся в наружном слое секции:

во внутреннем слое:



Доля пар соседних элементарных витков, принадлежащих к одному эффективному:

Общая длина пар соседних витков в обмотке:

Количество последовательно соединенных секций в фазе:

Среднее значение фазных коммутационных перенапряжений:

Среднее квадратичное отклонение величины коммутационных фазных перенапряжений:



Номинальное фазное напряжение, приходящееся на секцию:

Вероятность отказа витковой изоляции при воздействии одного импульса перенапряжения и при условии, что на касающихся витках имеются совпадающие дефекты:

Скорость роста дефектности витковой изоляции для класса F:

Вероятность возникновения короткого замыкания витковой изоляции на длине касающихся витков в течение 20000 часов:



Вероятность отказа межвитковой изоляции в течение 20000 часов:

Вероятность безотказной работы межвитковой изоляции в течение 20000 часов:

Вероятность безотказной работы обмотки статора за 20000 часов:

ГОСТ 19523-74 устанавливает минимальную вероятность безотказной работы в течении 10000 часов 0.9. В нашем случае имеем 0.972 при времени работы 20000 часов.

2.15 Механический расчет вала и подбор подшипников качения

Рисунок 7 - Эскиз вала ротора

Таблица 1 - Участок вала b:

d, мм	J, мм4	у, мм	у3, мм3	y3i-y3i-1, мм3	y3i-y3i-1/ J, мм-1	У2, мм2	y2i-y2i-1, мм2	Y2i-y2i-1/ J, мм-2
1	2	3	4	5	6	7	8	9
80	2.01х106	13	2197	2197	0.0011	169	169	0.0001
90	3.22х106	81.1	533411	531214	0.1649	6577	6308	0.002
101.2	5.15х106	250.5	15718937	15182526	2.9494	62750	56173	0.0109

Из таблицы (суммы шестого и девятого столбцов):

S_b=3.1155

S₀=0.013

Таблица 2 - Участок вала a:

d, мм	J, мм4	х, мм	х3, мм3	х3i-х3i-1, мм3	х3i-х3i-1/ J, мм-1
1	2	3	4	5	6
80	2.01х106	13	2197	2197	0.0011
90	3.22х106	91.1	756058	753861	0.2341
101.2	5.15х106	260.5	17677595	16921537	3.2866

Сумма шестого столбца таблицы 2:

S_а=3.5218

Размеры участков:

Прогиб вала посередине сердечника под воздействием силы тяжести:

Прогиб:



Номинальный момент двигателя:

Поперечная сила передачи (муфта МУВП1-75):

Прогиб вала посередине сердечника от поперечной силы передачи:

Начальный расчетный эксцентриситет:

Сила одностороннего магнитного притяжения:

Дополнительный прогиб вала от силы магнитного притяжения:

Установившийся прогиб вала от силы магнитного притяжения:

Результирующий прогиб вала:

-

составляет менее 10% от зазора.

С учетом влияния силы тяжести соединительного устройства первая критическая частота вращения вала:

- масса муфты;

- сила тяжести муфты.

Значительно превышает максимальную рабочую частоту вращения.

Расчет вала на прочность.

При соединении муфтой расстояние от середины втулки муфты до первой ступени вала:

Момент кручения:

Изгибающий момент на выходной части вала:

Момент сопротивления при изгибе:

При совместном действии изгиба и кручения приведенное напряжение:

Полученное значение более чем на порядок отличается от критического (материал вала сталь 45, однако можно принять менее прочный материал, например сталь 30).

Подбор подшипников качения.

По рекомендациям данным в пособии «Проектирование серий электрических машин» Гурина Я.С., на выходном конце вала устанавливаем роликовый подшипник, на участке а - шариковый.

Наибольшая радиальная нагрузка на шариковый подшипник:



Динамическая приведенная нагрузка:

Необходимая динамическая грузоподъемность (принимаем расчетный срок службы подшипника 20000 часов):

По приложению 14[2], с учетом повышения надежности, выбираем подшипник №216 со значением С=56000Н.

Аналогично выбираем роликовый подшипник:

Наибольшая радиальная нагрузка на шариковый подшипник:

Динамическая приведенная нагрузка:

Необходимая динамическая грузоподъемность:

По приложению 14[2], с учетом повышения надежности, выбираем подшипник №2216 со значением С=78000Н.

В подшипниковых узлах делаем устройства для замены консистентной смазки.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Спроектированный двигатель отвечает современным требованиям к асинхронным трехфазным электродвигателям общепромышленного исполнения. Сравнивая энергетические параметры спроектированного двигателя с аналогом (5А250S6У3) можно отметить чуть более низкий КПД по сравнению с аналогом - 91.8% против 93%, но также следует отметить больший коэффициент мощности - 0.86 против 0.83, таким образом, главный энергетический показатель (произведение КПД на cosц) спроектированного двигателя 0.79 против 0.77 в аналоге.

К плюсам полученного двигателя можно отнести кратность пускового тока, равная 5.3, тогда как в аналоге 6.0, однако этот факт уравновешивается более низким пусковым моментом - 1.4 против 2.0. Перегрузочная способность двигателя достаточно высока - кратность максимального момента 2.4.

Согласно результатам теплового расчета, обмотка двигателя используется эффективно, превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды около 62°С, что полностью соответствует рекомендуемому превышению для изоляции класса F.

Двигатель приблизительно на 30 кг легче аналога, имеет меньшую длину. Динамический момент инерции ротора на 20% меньше чем в аналоге, что является существенным плюсом для двигателя. Более низкий момент инерции был получен путем применения аксиальных охлаждающий каналов в сердечнике ротора, в связи с чем улучшены и охлаждение двигателя.

Механический расчет вала двигателя показал, что прогиб вала под серединой сердечника очень мал (менее 2% от зазора).

Двигатель оснащен устройством для замены консистентной смазки подшипников, тем самым увеличивая его надежность. Расчет надежности обмотки статора показал, что двигатель полностью соответствует ГОСТу 19523-74 по вероятности безотказной работы. Конструкция двигателя была спроектирована в соответствии с рекомендациями Я.С. Гурина, изложенными в пособии «Проектирование серий электрических машин».



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин/О.Д. Гольдберг, Я.С. Гурин, И.С. Свириденко. - М.: Высшая школа, 2001. - 430с.

2. Гурин Я.С. Проектирование серий электрических машин. - М.: Энергия, 1998. - 480с.

3. Иванов-СмоленскийА.В. Электрические машины. Учебник для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2006. - 930с.

4. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 2002. - 757с.

Размещено на Allbest.ru