Проектирование и расчет асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Проектирование электрических машин - это расчёт размеров отдельных её частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также её отдельных деталей и сборочных единиц, оценка технико-экономических показателей спроектированной машины, включая показатели надёжности. В настоящее время проектирование производится с обязательным использованием компьютера для расчётного исследования и оптимального проектирования.

Электротехнической промышленностью выпускается много разных видов электрических машин. Одной из них является - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.

Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 0,06 до 400 кВт напряжение до 1000 В - наиболее широко применяемые электрические машины. В народнохозяйственном парке электродвигателей они составляют по количеству 90%, по мощности - примерно 55%. Они используются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъёмных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т. д.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой в России электроэнергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и других, а затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5% затрат на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание серий высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народнохозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатация и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материальных и трудовых ресурсов нашей страны.

Первая единая серия асинхронных двигателей - серия А мощностью от 0,6 до 100 кВт - была разработана в 1946 - 1949 гг.

За первой серией последовало дальнейшее увеличение мощностей, массогабаритных и энергетических показателей асинхронных двигателей, за счёт применения прогрессивных электротехнических материалов, ЭВМ. Разработкой новых серий, увеличением характеристик асинхронных двигателей занимались и страны СЭВ, в результате была создана серия асинхронных двигателей общепромышленного назначения. В СССР эта серия получила название серии 4А.

В серии 4А за счёт применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на две - трети ступени по сравнению с мощностью двигателей серии 2А, что дает большую экономию дефицитных материалов. Существенно улучшились виброшумовые характеристики. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизованы показатели надежности. Особое внимание при проектировании уделялось экономичности двигателей.

Двигатели серии 4А спроектированы оптимально для нужд народного хозяйства. Критерием оптимизации была принята суммарная стоимость двигателя в производстве и эксплуатации, которая должна быть минимальной. В производственные затраты включалась стоимость материалов, трудозатраты, амортизация оборудования, капиталовложения, затраты на проектирование и освоение.

Серия имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода. Благодаря высокому уровню унификации и стандартизации деталей и сборочных единиц это не создаёт существенных затруднений в производстве.

Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода - на прессах - автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум - нагнетательных установках. Испытания узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.

Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.

По своим энергетическим, пусковым, механическим, виброшумовым, эксплуатационным характеристикам серия 4А удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к асинхронным двигателям отечественными стандартами, документами МЭК и соответствует современному уровню электромашиностроения.

Табл. 1. Исходные данные для проектирования

Наименование заданных параметров и их условное обозначение	Параметры
Номинальный режим работы	Продолжительный(S1)
Исполнение ротора	Короткозамкнутый
Номинальная отдаваемая мощность Р2, кВт	15
Количество фаз статора m	3
Способ соединения фаз статора	Д/Y
Частота сети f, Гц	50
Номинальное линейное напряжение U, В	220/380
Синхронная частота вращения n1, об/мин	1500
Степень защиты от внешних воздействий	IP44
Способ охлаждения	IС0141
Исполнение по способу монтажа	IM2001
Климатические условия и категории размещения	У3
Форма выступающего конца вала	Цилиндрическая
Способ соединения с приводным механизмом	Упругая муфта

1.Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материалы

1.1 Главные размеры

Проектирование асинхронных двигателей начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра Dн1 и длины сердечника статора l1. От главных размеров зависят габариты, масса и другие технико-экономические показатели машины.

Определим количество пар полюсов:

Высоту оси вращения выбираем из табл. 9.1[1] учитывая номинальную отдаваемую мощность Р2 (кВт), синхронную частоту вращения n1 (об/мин) и по защите IP44.

h=160 мм

Выбираем наружный диаметр сердечника из табл. 9.2 [1]:

Dн1=285 мм

Определяем расчётную внутреннюю мощность:

кВт

где kH - коэффициент нагрузки, которую выбираем из графика kH = f(P2) из рис. 9.2 [1]

kH = 0.975

з/ = 0.885 - КПД и cosц/= 0.88 определяем по рис. 9.3[1]

Табл. 2

Высота вращения h (мм)	Форма паза	Тип обмотки
h =160	Трапецеидальные полузакрытые	Однослойная всыпная концентрическая

Определим длину сердечника статора:

где, - обмоточный коэффициент; D1- внутренний диаметр сердечника, находимый по табл. 9.3[1] и в данном случае равный:

При выполнении электродвигателей с изоляцией классов нагревостойкости В и Н значение линейного нагрузочного статора A/1=300 принятое по рис. 9.4 [1] с учётом k1 должно быть умножено на поправочный коэффициент k3 = 0.86.

B/1 - максимальное значение магнитной индукции в воздушном зазоре, который определяется по рис. 9.4[1]

мм

Конструктивная длина сердечника l1 при отсутствии в сердечнике радиальных вентиляционных каналов равна расчетной длине l/1 округляем до ближайшего целого числа.

(не превышает)

l1 = 140 мм

1.2 Сердечник статора

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0.5 мм, имеющих изоляционное покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Примем холоднокатаную изотропную электротехническую сталь марки 2013. Для этой стали используем изолирование листов оксидированием, при котором коэффициент заполнения стали kc=0.97

Определим количество пазов сердечника статора:

где, q1=3 принимаем из табл. 9.8 [1].

1.3 Сердечник ротора

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0.5 мм. Марка стали и изоляционное покрытия также же, как и в статоре.

В короткозамкнутом роторе применяем полузакрытые пазы. Для уменьшения влияния моментов высших гармоник на пусковые и виброакустические характеристики машин роторы двигателей с высотами оси вращения h=160 мм имеют скос пазов bck1 на одно зубцовое деление статора, при этом .

Зная высоту оси вращения h=160мм и число полюсов 2p=4 определим воздушный зазор между статором и ротором по табл. 9.9 [1]:

д=0.5мм

Определим наружный диаметр сердечника ротора:

мм

Определим внутренний диаметр листов ротора:

мм

Длину сердечника ротора принимаем равной длине сердечника статора:

l1 = l2 = 140 мм

Количество пазов для двигателей с короткозамкнутым ротором выбираем в зависимости от и наличии скоса пазов в роторе по табл. 9.11[1]:

z2 = 34

2. Обмотка статора

2.1 Параметры, общие для любой обмотки

Для двигателя принимаем однослойную концентрическую всыпную обмотку из провода ПЭТВ-155 (класс нагревостойкости В), укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы.

Определим коэффициент распределения:

где,

Определим диаметральный шаг по пазам:

Определим коэффициент укорочения:

Обмоточный коэффициент:

Определим предварительное значение магнитного провода:

Вб

Определим предварительное количество витков в обмотке фазы:

Определим предварительное количество эффективных проводников в пазу:

Уточняем предварительно количество витков в обмотке фазы:

Уточняем значение магнитного потока:

Вб

Уточненное значение индуктивности в воздушном зазоре:

Тл

Предварительное значение номинального фазного тока:

А

Уточненная линейная нагрузка статора:

А/см

Полученное значение не должно отличаться от предварительного более чем на 10%.

В данном случае - 3.95%. По табл. 9.13-14 [1] и Тл.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру:

мм

2.2.Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Полузакрытые пазы статора имеют трапецеидальную форму, при этом размеры и выбираем такими, чтобы стенки зубцов были параллельными. Недостатком полузакрытых трапецеидальных пазов заключается в том, что в них укладывают всыпную обмотку из кругового провода (рис.1).



Рис. 1

Припуски на сборку сердечников статора и ротора электродвигателей с h=160 мм по ширине и высоте составляют bc=hc=0.2 мм

Определим ширину зубца:

мм

Определим высоту спинки статора:

мм

Определим высоту паза:

мм

Определим большую ширину паза:

мм

Определим меньшую ширину паза:

мм

где, мм - высота шлица

мм

Проверка правильности определения b1 и b2 исходя из требования b31=const:

Площадь поперечного сечения паза в штампе:

мм2

Площадь поперечного сечения паза в свету:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции:

мм2

где среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции bи1 = 0.4

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушки на пазу, на две паза и под клином:

мм2

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой:

мм2

Для обмотки статора применяем провода марки ПЭТВ (класса нагревостойкости В).

Диаметр провода выбираем таким, чтобы коэффициент заполнения паза (при ручной укладке) и (при машинной на статорообразных станках).

Приняв значение kn = 0.7, определим :

мм2

где, с-количество элементарных проводов в одном эффективном;- диаметр элементарного изолированного провода.

Диаметр элементарного изолированного провода:

мм

По приложению 1 [1] находим ближайший стандартизованный диаметр , соответствующий ему диаметр неизолированного провода

d=1.5 мм

и площадь поперечного сечения

мм2

Уточним коэффициент заполнения паза:

и ширину шлица:

мм

Так как bш1> b//ш1, то за ширину шлица принимаем bш1 = 3.79 мм

Плотность тока в обмотке статора:

А/мм2

А/см•мм2

- по рис. 9.8 [1] - для класса нагревостойкости F

Для получения класса нагревостойкости В умножаем на коэффициент 0.75.

А/см•мм2

Определим среднее зубцовое деление статора:

мм

Средняя ширина катушки обмотки статора:

мм

Средняя длина одной лобовой части катушки:

мм

Средняя длина витка обмотки:

мм

Длина вылета любой части обмотки при h=160:

мм

3. Обмотка короткозамкнутого ротора

Пазы ротора имеют обычно овальную форму, причем принимают такими, чтобы стенки зубцов были параллельными на протяжении расстояния h1 (рис. 2).

В двигателях с h = 160 мм пазы обычно выполняют полузакрытыми.

Рис. 2

Высота паза из рис. 9.12[1] hn2 = 28мм

Расчетная высота спинки ротора:

мм

Магнитная индукция в спинке ротора:

Тл

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора:

мм

Выбираем магнитную индукцию в зубцах ротора и табл. 9.18[1]:

(Тл)

Ширина зубца:

мм

Меньший радиус паза:

мм

Большой радиус паза:

мм

где,

Расстояние между центрами радиусов:

мм

Проверка правильности определения и исходя из условия



Площадь поперечного сечения стержня равна площади поперечного сечения паза в штампе:

мм2

3.1 Короткозамыкающее кольцо обмотки ротора

Рис. 3

Для литой клетки (рис. 3):

Поперечное сечение кольца:

мм2

Высота кольца:

мм2

Длина кольца:

мм

Средний диаметр кольца:

мм

Вылет любой части обмотки:

мм

где, мм- длина любой части стержня;

- коэффициент учитывающий изгиб стержня.

4. Расчет магнитной цепи

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

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

При отсутствии радиальных каналов (на статоре или на роторе) принимаем .

Общий коэффициент воздушного зазора:

МДС для воздушного зазора:

А

4.1 МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора

При В31 < 1.8 Тл (В31 =1.75) напряжённость магнитного поля определяется из приложений 8-10 [1] Н31 = 13.3 А/см. Средняя длина пути магнитного потока:

мм

МДС для зубцов:

А

4.2 МДС для зубцов при овальных и закрытых пазах ротора

При В32 < 1.8 Тл (В31 =1.7) напряжённость магнитного поля определяется из приложений 8-10 [1]: Н32 = 11.5 А/см. Средняя длина пути магнитного потока:

мм

МДС для зубцов:

А

4.3 МДС для спинки статора

Определим напряженность магнитного поля из приложения 11[1]:

А/см

Средняя длина пути магнитного потока:

мм

МДС для спинки статора:

А

4.4 МДС для спинки ротора

Напряженность магнитного поля для 2р=4 из приложения 5[1]:

А/см

Средняя длина пути магнитного потока:

мм

МДС для спинки ротора:

А

4.5 Параметры магнитной цепи

Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс:

А

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток:

А

В относительных единицах:

ЭДС холостого хода:

В

Главное индуктивное сопротивление:

Ом

В относительных единицах:

5. Активное и индуктивное сопротивления обмоток

Приведены формулы для определения активных и индуктивных сопротивлений обмоток при температуре и без учета влияния вытеснения тока в обмотке короткозамкнутого ротора и насыщение путей потоков рассеяния статора и ротора.

5.1 Сопротивление обмотки статора

Активное сопротивления обмотки фазы при :

Ом

где, См/мкм- удельная электрическая проводимость.

В относительных единицах:

Проверка правильности определения :

Коэффициент учитывающий ускорение шага:

Зная форму паза статора (полузакрытая) и высоту h=160 мм мы определим , и из табл. 9.21[1].



Коэффициент проводимости рассеяния для трапецеидального полузакрытого паза:

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

q1 = 3, из таблицы 9.23 [1] определяем, что kд1 = 0.0141. Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:

где, из табл. 9-22[1].

Полосовое деление:

мм

Коэффициент проводимости рассеяния лобовой части обмотки:



Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора:

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора:

Ом

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора в относительных единицах:

Проверка правильности определения:

5.2 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с полузакрытыми пазами

Активное сопротивление стержня клетки при :

Ом

где, - удельная электрическая проводимость алюминия при

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня:

Сопротивление короткозамкнутых колец, приведенное к току стержня при :

Ом

Центральный угол скоса пазов:

рад

Определим коэффициент скоса пазов ротора из рис. 9.16[1]:

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора:

Активное сопротивление обмотки ротора при , приведенное к обмотке статора:

(Ом)

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

Ток стержня ротора для рабочего режима:

А

Коэффициент проводимости рассеяния для овального полузакрытого паза ротора:

Количество пазов ротора и полюс и фазу:

Коэффициент диффузионного рассеяния ротора определим из рис. 9-17 [1]:

Коэффициент проводимости диффузионного рассеяния:

Коэффициент проводимости рассеяния короткозамкнутых колец литой клетки:

Относительный скос пазов ротора в долях зубцового деления ротора:

Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов:

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

Ом

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

Ом

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное в обмотки статора в относительных единицах:

Проверка правильности определения :

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

Для расчета различных режимов работы асинхронных двигателей удобнее пользоваться схемой замещения двигателя с вынесенным на зажимы намагничивающим контуром. Активное сопротивление статора и ротора должны быть умножены на коэффициент , то есть приведены к расчетной рабочей температуре, соответствующей классу нагревостойкости примененных изоляционных материалов и обмоточных проводов.

Коэффициент рассеяния статора:



Коэффициент сопротивления статора:

где

Преобразование сопротивления обмоток:

Повторного перерасчета не требуется так как

Если отличается от более чем на 3%, то проверяют расчет магнитной цепи. Проверим:

В данном случае превышает только на 0.4%.

6. Режим холостого хода и номинальный

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:

А

, значит, в данном случае примем

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении:

Вт

Расчетная масса стали зубцов при трапецеидальных пазах:

кг

Магнитные потери в зубцах статора:

Вт

где

Тл

Масса стали спинки статора:

кг

Магнитные потери по спинке статора:

Вт

Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающего добавочное потери в стали:

Механические потери при степени защиты IP44, способе охлаждения IС0141:

Вт

где, при

Активная составляющая тока холостого хода:

А

Ток холостого хода:

А

Коэффициент мощности при холостом ходу:



Расчет параметров номинального режима работы приводят в такой последовательности:

Активное сопротивление короткого сопротивления:

Ом

Индуктивное сопротивление короткого замыкания:

Ом

Полное сопротивление короткого замыкания:

Ом

Добавочные потери при номинальной нагрузке:

Вт

Механическая мощность двигателя:

Вт

Эквивалентное сопротивление схемы замещения:



Полное сопротивление схемы замещения:

Ом

Проверка правильности расчетов Rн и zн:

Скольжение в относительных единицах:

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:

А

Ток ротора:

А

Ток статора:

Активная составляющая:

А

Реактивная составляющая:

А

Фазный ток:

А

Коэффициент мощности:

Линейная нагрузка статора:

А/см

Линейная нагрузка ротора:

А/см

для короткозамкнутого ротора

Ток в стержне короткозамкнутого ротора:

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора:

А/мм2

Ток в короткозамыкающем кольце:

А

Электрические потери в обмотке статора и ротора:

Вт

Вт

Суммарные потери в электродвигателе:

Вт

Подводимая мощность:

Вт

Коэффициент полезного действия:

Подводимая мощность:

(Вт)

Мощность Р2 должна соответствовать заданной:

Вт

7. Расчёт рабочих характеристик

Рассчитаем и построим круговую диаграмму. Диаметр рабочего круга принимаем в пределах:

.

Масштаб тока :

.

Принимаем

Уточняем диаметр рабочего круга:

.

Определим масштаб мощности:

.

Пусть - начало координат. Отрезок по оси абсцисс (в масштабе тока) численно равен :

.

Отрезок по оси ординат (в масштабе тока) численно равен :

.

Строим вектор О1О, который является суммой векторов О1О2 и О1О3 (рис. 4).

Из точки O проводим прямую, параллельную оси абсцисс. На ней откладываем отрезок OB=100 мм. Через точку B к оси абсцисс проводим перпендикуляр и на нем откладываем отрезки:

На прямой ОС откладываем отрезок OD=DA=285 мм. На отрезке OD строим окружность круговой диаграммы. Через точки О и Е проводим прямую. Точку пересечения ее с окружностью обозначаем G - эта точка соответствует:

.

Прямая OG - это линия электромагнитных моментов или мощностей.

Через точки О и F также проводим прямую до пересечения с окружностью в точке K, которая соответствует:

.

Прямая OK является линией механических мощностей .

Для определения cos ц из точки О1 строим дугу окружности радиусом 100 мм от оси абсциссы до оси ординаты.

Для определения номинальной мощности по круговой диаграмме следует сначала определить точку А, расстояние от которой до линии механических мощностей AA1OD равно (в масштабе мощностей cP):

.

Для определения коэффициента мощности продлеваем вектор тока статора до пересечения со вспомогательной окружностью в точке L; из точки L проводим линию, параллельную оси абсцисс до пересечения оси ординат в точке N, т.е.:

Для определения отрезка, соответствующего максимальному моменту (без учета явлений насыщения путей потоков рассеяния и без учета явления вытеснения тока), необходимо из центра круговой диаграммы (отрезка OD) провести линию, перпендикулярную линии моментов OG до пересечения с окружностью в точке М.

Из этой точки опустить перпендикуляр на линию диаметров до пересечения с линией моментов в точке M1. Величина отрезка в масштабе мощности определяет величину максимального момента:

Ток статора определяется длиной отрезка O1A в масштабе тока:

.

Ток ротора определяется на круговой диаграмме отрезком OA в масштабе тока:

Подводимая мощность P1 равна длине перпендикуляра AT в масштабе мощности:

.

Электрические потери в обмотках статора и ротора по полученным характеристикам круговой диаграммы:

.

Суммарные потери в электродвигателе:

Коэффициент полезного действия:

.

Скольжение:

.

Аналогично по круговой диаграмме можно рассчитать рабочие характеристики для других значений мощностей (0,25P2, 0,5P2, 0,75P2, 1,25P2), вначале определив на круговой диаграмме точки A, соответствующие этим значениям. В связи с известной долей приближения (~1 мм) полученные по диаграммам результаты не совсем точны. Поэтому далее проведем аналитические расчеты.

Аналитический расчёт 0,25P2 0,5 P2 0,75 P2 1,25 P2 аналогичен расчёт 1 P2

Табл. 2. Результат расчёта рабочих характеристик

	0,25P2	0,5P2	0,75P2	P2	1,25P2
P2, кВт	3.75	7.5	11.25	15	18.75
Pд, Вт	21.186	42.37	63.56	84.75	105.93
P'2, Вт	3920	7691	11460	15300	19000
Rн, Ом	35.93	17.73	11.44	8.21	6.13
Zн, Ом	36.5	18.3	12.04	8.85	6.89
s	0.005	0.01	0.016	0.022	0.028
I''2, A	6.03	12.03	18.23	28.87	31.93
Ia1, A	6.662	12.47	18.45	24.7	31.21
Iр1, A	10.95	11.54	12.71	14.55	17.21
I1, A	12.81	16.99	22.42	28.66	35.64
cos ц	0.52	0.73	0.824	0.85	0.88
Pм1, Вт	157.64	277.03	482.4	817.55	1219
Pм2, Вт	19.72	78.52	181.41	335.85	553.43
PУ, Вт	1431	1511	1635	1800	2049
P1, Вт	5181	9011	12880	16810	20800
?, %	72.38	83.23	87.31	89.23	90

Рис. 4. Рабочие характеристики

8. Максимальный момент

Переменная часть коэффициента статора при трапецеидальном полузакрытом пазе:

Составляющая коэффициент проводимости рассеяния статора, зависящая от насыщения:

Переменная часть коэффициента роторапри овальном полузакрытом пазе:

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора, зависящая от насыщения:

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя:

Зависящая от насыщения:

Ом

Не зависящая от насыщения:

Ом

Ток ротора, соответствующий максимальному моменту, при любой форме пазов статора, при открытых или полузакрытых пазах ротора:

Полное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте:

Ом

при бесконечно большом скольжении

Ом

Эквивалентное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте:

Ом

Кратность максимального момента:



Скольжение при максимальном момент в относительных единицах:

9. Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

Высота стержня при полузакрытых пазах:

мм

Степень вытеснения тока в стержнях клетки ротора характеризуется приведенной высотой стержня:

коэффициент- по рис. 9-23[1].

Расчетная глубина проникновения тока в стержнях:

мм

Ширина стержня на расчетный глубине проникновения тока:

мм

Площадь поперечного сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока:

мм2

Коэффициент вытеснения тока:



Активное сопротивление стержня клетки при для пускового режима:

Ом

Активное сопротивление обмотки ротора при приведенное в обмотке статора (для пускового режима):

Ом

коэффициент определим из рис. 9-23[1]

Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора (при пуске) для овального полузакрытого паза:

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора при пуске:

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее и не зависящее от насыщения:

Ом

Ом

Активное сопротивление к.з. при пуске:

Ом

Ток ротора при пуске для двигателей с открытыми и полузакрытыми пазами кз ротора и с лобовой формой пазов статора:

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

Ом

Индуктивное составляющее схемы замещения при пуске:

Ом

Активное и реактивное составляющие тока статора при пуске:



Фазный ток статора при пуске:

А

Кратность начального пускового тока:

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

Ом

Кратность начального пускового момента:

10. Тепловой и вентиляционный расчет

Потери в обмотке статора при максимальной температуре:

Вт

В соответствии с классом нагревостойкости изоляции mT = 1.4

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора:

мм2

Условный периметр поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза:

мм

Условная поверхность охлаждения: пазов

мм2

лобовых частей обмотки

мм2

мм мм

примем мм

двигателей с охлаждающим ребром на станине

 мм2

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

Вт/мм2

Тоже, от потерь в активной части, отнесенных к поверхности охлаждения пазов:

Тоже от потерь в любых частях обмоток, отнесенных к поверхности охлаждения любых частей обмотки:

Окружная скорость ротора:

м/с

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

С

по рис. 9-24 [1] б1 определяем равным 15•10-5.

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 круговых проводов:

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

Потери двигателя со степенью защиты IP44 , предаваемые воздуху внутри двигателя:

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха найдём, выбрав предварительно бВ = 2.8 по рис. 9-25 [1]:

С

Среднее превышение температуры обмотки над температурой нагруженного воздуха

Диаметр корпуса:

мм

Коэффициент учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины в зависимости от его диаметра и частоты вращения:

Необходимый расход воздуха у машин со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141:

При соблюдении рекомендаций могут быть обеспечены расход м3/с и напор (Па) воздуха соответственно

11. Масса двигателя и динамический момент инерции ротора

Масса изолированных проводов обмотки статора при круговом поперечном сечении:

кг

Масса алюминия короткозамкнутого ротора с литой или сварной клеткой:

где

мм

мм

мм

следовательно

Масса стали сердечников статора и ротора:

кг

Масса изоляции статора при трапецеидальных полузакрытых пазах:

кг

Масса конструкционных материалов двигателя со степенью защиты IP44:

кг

Масса двигателя с короткозамкнутым двигателем:

кг

Динамический момент инерции кз ротора:

12. Механический расчёт вала

трапецеидальный статор сечение

12.1 Расчет вала на жесткость

Рис. 5. Эскиз вала к механическому расчету

Номинальный момент вращения двигателя М2:

Нм

мм; мм; мм; мм; d1 = 38 мм; d2 = 40 мм; d3 = 66 мм; b1 = 10 мм; t = 5 мм; m = 38.5 кг; a=b=177 мм; c=54 мм; x=y=14 мм; r=95 мм; l= 354 мм.

Рис. 6. Эскиз выступающего конца цилиндрического вала

Муфта упругая МУВП 1-70 D=250 мм L=288 мм B=2-8 B1=70 мм l1=58 мм (рис. 7).



Рис. 7

Сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника асинхронного двигателя G/2:

Н

Экваториальный момент инерции вала

мм4

Прогиб вала посередине сердечника под воздействием силы тяжести fT:

Поперечная сила, вызываемая передачей через упругую муфту и приложенная к выступающему концу вала Fn:

Н

Прогиб вала посередине сердечника от поперечной силы передач fn, мм:

Начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора или якоря e0 =0.1 так как =0.5 мм:

мм

Сила одностороннего магнитного притяжения Т0:

Н

Дополнительный прогиб от силы Т0:

мм

Установившийся прогиб вала fM:

мм

Результирующий прогиб вала f:

мм

Проверка

Определение критической частоты вращения:

Сила тяжести соединительного устройства Fc:

Н

m=38.5 по приложению 38[1]:

Прогиб (мм) от силы тяжести упругой полумуфты fc:

мм.

Первая критическая частота вращения nкр:

100%-4000•100%/23580=83%

Превышение на 83%

12.2 Расчет вала на прочность

к = 2 -- принимаемый коэффициент перегрузки

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

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

Момент кручения Мк,

Нм

Момент сопротивления при изгибе щ

мм3

При совместном действии изгиба и кручения приведенное напряжение, Па:

=

Предел текучести качественной стали на растяжение , Па:

для стали марки ст45 =350·106Па

13. Расчет подшипников

Расчет подшипников качения

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

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А:

Н

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник B:

Динамическая приведенная нагрузка для шарикоподшипника однорядного радиального:

H

Динамическая приведенная нагрузка для роликоподшипника однорядного радиального:

H

Необходимая динамическая грузоподъемность шарикоподшипника:

Н

Необходимая динамическая грузоподъемность роликоподшипника:

Н

Подшипник со стороны А: шариковый радиальный однорядный (ГОСТ 8338-75), лёгкая серия, 208, параметры подшипника: d=40 мм D=80 мм В=18 мм r=2 мм С=25100 C0=17800

Подшипник со стороны B: роликовый с короткими цилиндрическими роликами (ГОСТ 8328-75), лёгкая узкая серия, 2208, параметры подшипника: d=40 мм D=80 мм В=18 мм r=2 мм С=33000.

Заключение

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

Литература

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

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

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

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

Размещено на Allbest.ru