Расчет электродвигателя серии 4А

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Задание

Рис. 1

2. Выбор главных размеров

Число пар полюсов

Высота оси вращения (предварительно) h = 71 мм, Da = 0,116 м.

Внутренний диаметр статора D = kd Da = 0,6*0,116 = 0,065 м. kd = 0,6

Полюсное деление

м.

Расчётная мощность

кВА

Электромагнитные нагрузки (предварительно) ,

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно) коб1 = 0,96

Расчётная длина воздушного зазора

м.

рад/с.

Отношение

находится в допустимых пределах.

определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора

Предельные значения t1: t1max = 10 мм; t1min = 8 мм.

Число пазов статора

принимаем Z1=24, q = Z1/2pm = 24/2*3 = 4 (обмотка однослойная)

Зубцовое деление статора (окончательно).

м

Число эффективных проводников в пазу (предварительно при а = 1 т.е нет параллельных ветвей)

А.

Окончательные значения

A и находятся в допустимых пределах [kоб1=kР=0,96; для Da=116 мм: kE=0,95].

Плотность тока в обмотке статора (предварительно)



А/мм2

Сечение эффективного проводника (предварительно)

Поперечное сечение элементарного проводника, м2:

Стандартный диаметр, м:

Сечение неизолир.провода, м2:

Поперечное сечение эффективного проводника, м2:

Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

А/мм2

расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

Предварительно индукция Bz1 (1,6...2) (2p=2-8), Тл:

Предварительно индукция Ba (1,1...1,65), Тл:

мм, кс = 0.97

(для оксидированных листов)

м.

Размеры паза в штампе принимаем bш = 3,5 мм; hш = 1 мм.

Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку

поперечного сечения паза для размещения проводников. мм2.

Площадь поперечного сечения прокладок и корпусной изоляции в пазу

Коэффициент заполнения медью (0,3-0,4):

Коэффициент заполнения паза (0,7-0,75):

- в допустимых пределах.

расчёт ротора.

Воздушный зазор м

Число пазов ротора Z2 = 20

Внешний диаметр



м

Зубцовое деление

м

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник насажен на вал.

Ток в стержне ротора

Площадь поперечного сечения стержня.

 (плотность тока в литой клетке принимаем J2 = 3,6·106 А/м2)

Паз ротора принимаем bш = 1 мм, hш = 0,5 мм, h1ш = 0 мм. Допустимая ширина зубца

м.

Размеры паза

так как > , то принимаем размеры паза ротора (меньший) примерно равным как у 4А71В2 <

Принимаем:

Сечение стержня



Плотность тока в стержне

А/мм2.

Площадь сечения короткозамыкающих колец, м2:

Их размеры:

Принимаем

Принимаем

Расчёт намагничивающего тока

Значения индукций: Тл;

Тл;

Тл;

Тл, [расчётная высота ярма ротора:

мм].

Магнитное напряжение воздушного зазора:

 А

где:

].

Принимаем Hz1 для ст.2013

Bz1=1,7-1,9, А/м: .

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора, А:

Принимаем Hz2 для ст.2013 Bz2=1,7-1,85, А/м:

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора, А:

Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

Принимаем для Тл Ha1, А/м:

Магнитное напряжение ярма статора, А:

Принимаем для Тл Hj2, А/м (209): . Магнитное напряжение ярма ротора.

А:

Магнитное напряжение на пару полюсов, А:

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток, А:

Относительное значение:

Параметры рабочего режима.

Из справочника - температура расчетная (провод ПЭТВ), °C (115):

Удельное сопротивление для нагретой меди, Ом·м (/41):

Коэффициент b1 (для диаметральных обмоток, равно 1):

Коэффициент KЛ (1,2...1,5, для 2р=2...8 при 2p=2 Кл=1,2 ):

Принимаем В (0,01; 0,015,), м (обычно 0,01 м):

Длина проводников фазы обмотки статора, м:

Активное сопротивление фазы обмотки, Ом:

Коэффициент Kвыл, 0,26...0,5 (для 2p=1...>8):

Длина вылета лобовой части катушки, м:

Относительное сопротивление фазы обмотки (о.е.):

Удельное сопротивление для алюминия, Ом·м ( /20,5):

Активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

Сопротивление, приведённое к числу витков обмотки статора, Ом:



Относительное значение:

Коэффициент k (при диам. и однослойн. обмотке =1):

Коэффициент k' (при диам. и однослойн. обмотке =1):

Коэффициент скоса:

Коэффициент (0,5...5, в зависимости от ):

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

Относительное значение:

Берем расчетное значение

а)

б)

в)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

Сопротивление, приведённое к числу витков статора:

Относительное значение:

Принимаем, кг/м3:

Удельные потери в стали (2,5-2,6; 1,75), Вт/кг:

Показатель степени для стали (1,3-1,5):

Коэффициент (1,6):

Коэффициент (1,8):

для

(0...0,43) (0,37):

1,4...1,8 (1,5):

Поверхностные потери в роторе, Вт:

Пульсационные потери в зубцах ротора, Вт:

Сумма добавочных потерь в стали, Вт:

Полные потери в стали, Вт:

Механические потери:

Добавочные потери при номинальном режиме, Вт:

3. Расчёт рабочих характеристик

Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь s = 0.0087; 0.025; 0.04; 0.055; 0.07 0.085; 0.078. Результаты расчёта сведены в таблицу №1.

Таблица 1

Расчетная формула	Скольжение
		0,025	0,04	0,055	0,07	0,085	0,078
	734.1	293.6	183.5	133.5	104.9	86.36	93.84
	0	0	0	0	0	0	0
	746.1	305.7	195.5	145.5	116.9	98.39	105.9
	17.68	17.68	17.68	17.68	17.69	17.70	17.71
	746.3	306.2	196.3	146.6	118.2	99.97	107.3
	0.294	0.718	01.дек	1.501	1.861	2.201	2,05
	0.99	0.99	0.9959	0.9927	0.98	0.98	0.9863
	0.023	0.0577	0.0900	0.120	0.1496	0.176	0.164
	0.382	0.8047	1.203	1.577	1.927	2.253	2.109
	0.769	0.8041	0.8636	0.9438	1.041	1.152	1,1
	0.859	1.138	1.481	1.838	2.19	2.531	2.379
	0.303	0.7405	1.155	1.547	1.918	2.268	2.112
	0.252	0.5311	0.7941	1.041	1.272	1.487	1392
	0.0258	0.0453	0.0768	0.1183	0.168	0.223	198.2
	0.0019	0.0113	0.02765	0.04962	0.07625	0.106	92.51
	0.0008	0.0014	0.0027	0.003893	0.005527	0.007	6.519
	86,92	116.5	165.3	230.1	308.1	396.6	355.5
	65.2	414.6	628.8	810.9	963.8	1091	1036
	0.655	0.7807	0.7919	0.7789	0.7578	0.733	0.7446
	0.44	0.7073	0.8124	0.8581	0.8798	0.890	0.8866

4. Расчёт пусковых характеристик

Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжению s=1.

Параметры с учетом вытеснения тока ():

Для каждого значения вводим (0,3...1)":



лп1нас = лп1 - Длп1нас

лд1нас = лд1 · хд

Ул1нас = лп1нас + лд1нас + лл1

лп2онас = лп2о - Длп2нас

лд2нас = лд2 · хд

Ул2онас = лп2онас + лд2нас + лл2

хЧ2онас = х2 ·

х12п = х12 ·

с1пнас = 1 +

бп = r1 + c1пнас ·

bп = х1нас + с1нас · хЧ2онас

IЧ2онас =

I1онас = IЧ2онас · c1пнас

Iб* = Мп* =

Критическое скольжение:

Таблица 2 - Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

№ п/п	Расчетная формула		Скольжение
			1	0,8	0,7	0,6	0,5	0,42
1		-	1,25	1,19	1,16	1,13	1,1	1,076
2		А	1202	1073	99	918	827	743
3		Тл	3,23	2,89	2,69	2,47	2,23	2
4		-	0,703	0,788	0,845	0,92	1,022	1,136
5		мм	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
6		-	0,418	0,336	0,268	0,158	-0,052	-0,446
7		-	1,864	2,089	2,242	2,44	2,709	3,013
8		Ом	6,024	6,41	6,687	7,073	7,676	8,552
9		-	1,012	1,013	1,014	1,014	1,016	1,017
10		мм	0,365	0,33	0,293	0,211	-0,123	2,57
11		-	1,139	1,221	1,289	1,399	1,609	2,003
12		-	1,559	1,651	1,693	1,779	2,117	-0,575
13		Ом	5,909	6,322	6,611	7,03	7,908	4,627
14		Ом	20,181	22,279	23,784	25,795	28,622	31,871
15		Ом	12,005	12,814	13,389	14,205	15,708	13,259
16		А	9,369	8,56	8,061	7,471	6,738	6,373
17		А	9,589	8,678	8,178	7,588	6,858	6,446
18		-
19		-	3,811	3,485	3,284	3,047	2,754	2,589
20		-	1,871	1,946	1,969	1,971	1,922	2,045

5. Тепловой расчёт

двигатель короткозамкнутый изоляция статор

Принимаем K, при 2р=2...12 К=0,22...0,16:

Принимаем kс, при изоляции F, 1,07...1,45:

РЧэ.п1 = kр · Рэ1 ·

РЧэ.п1 = 66,397

Принимаем , (при h, Da, 2р), 40...200:

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя, °C:

Дхпов = К ·

Дхпов = 17,956

См.рис. 6-17...6-19. Если 6-17 и 6-18,то - 1. Если 6-19 - то 2:

находим

Если тип паза - 2, введите для

 (0,3...1,5): '

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора, °C:

РЧэл1=kр·Рэ1·

РЧэл1=145,641

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины, °C:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, °C:

Принимаем (для h) Пр=0,04..0,6, м2:

Принимаем (Da,h,2p) 10...30, Вт/(м2·°C):

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды, °C:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, °C:

Дх1 = ДхЧ1 + Дхв

Дх1 =98,094

Принимаем по стр.240 (при данных D, h) коэффициент m=(1,8; 2,5; 3,3):



Требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с:

Расход, обеспечиваемый наружным вентилятором, м3/с:

>

Заключение

Мы рассчитали двигатель серии 4А с полезной мощностью на валу Р2ном=1,1 кВт, U1ном=220/380В и количеством пар полюсов равным 2p=2.

Рассчитанный двигатель имеет степень защиты IP44, удовлетворяет требованиям стандарта, а также имеет достаточную термическую устойчивость от внутреннего перегрева, для чего была выбрана изоляция класса F.

Был произведён расчёт основных размеров главных узлов двигателя, а также были установлены его габариты (исполнение двигателя IM 1001).

Произведённый расчёт основных размеров главных узлов двигателя и его магнитной цепи показал, что двигатель способен устойчиво работать.

Расчёт пусковых и рабочих характеристик при различных условиях работы показал, что двигатель удовлетворяет поставленным условиям.

Литература

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Горяинов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копыло-ва. М.: Энергия, 1980. 496 с.

2. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М.: Высш. шк., 2002. 757 с.

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

Приложение

Специальная часть.

Класс нагревостойкости изоляции.

Нагревостойкость -- одно из самых важных качеств электроизоляционных материалов, так как она определяет допустимую нагрузку электрических машин и аппаратов. При повышении температуры многие из этих материалов начинают обугливаться и становятся проводниками. Все материалы от длительного воздействия повышенных температур задолго до обугливания приобретают хрупкость, легко разрушаются и теряют свои изолирующие свойства. Этот процесс называется тепловым старением. Способность электроизоляционных материалов выдержать без вреда для них воздействие повышенной температуры, а также резкие смены температуры называется нагревостойкостью.

Нагревостойкость изоляции является основным требованием, определяющим надежность работы и срок службы электрической машины, который нормально составляет 15--20 лет. Электроизоляционные материалы по нагревостойкости делят на семь классов:

Ниже перечислены материалы, относящиеся к каждому из этих классов: класс Y -- текстильные и бумажные материалы, изготовленные из хлопка, натурального шелка, целлюлозы и полиамидов (ленты, бумага, картон, фибра), древесина и пластмассы с органическими наполнителями;

класс А -- материалы класса Y, пропитанные изоляционным составом или погруженные в жидкие диэлектрики (натуральные смолы, масляные, асфальтовые, эфирцеллюлозные лаки, трансформаторное масло, термопластичные компаунды); лакоткани, изоляционные ленты, лакобумаги, электрокартон, гетинакс, текстолит, пропитанное дерево, древесные слоистые пластики, некоторые синтетические пленки, изоляция проводов (ПБД, ПЭВЛО, ПЭЛШО и др.) из хлопчатобумажной ткани, шелка и лавсана, эмалевая изоляция проводов (ПЭЛ ПЭМ ПЭЛР и ПЭВД и др.);

класс Е -- синтетические пленки и волокна, некоторые лакоткани на основе синтетических лаков, термореактивные синтетические смолы и компаунды (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые, изоляция проводов типов ПЛД, ПЭПЛО из лавсана, эмалевая изоляция проводов типов ПЭВТЛ, ПЭТВ и др. на основе полиуретановых и полиамидных смол);

класс В -- материалы на основе слюды (миканиты, микаленты, слюдиниты, слю-допласты), стекловолокна (стеклоткани, стеклолакоткани), асбестовых волокон (пряжа, бумага, ткани) с бумажной, тканевой или органической подложкой; пленкостеклопласт «Изофлекс»; пластмассы с неорганическим наполнителем; слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов; термореактивные синтетические компаунды; эмалевая изоляция проводов типов ПЭТВ, ПЭТВП и др. на основе полиэфирных лаков и термопластических смол. Пропитывающими составами служат битумно-масляно-смоляные лаки на основе природных и синтетических смол;

класс F -- материалы, указанные в классе В, из слюды, стекловолокна, асбеста, но без подложки или с неорганической подложкой; пленкостеклопласт «Имидофлекс», стекловолокнистая и асбестовая изоляция проводов типов ПСД, ПСДТ, а также эмалевая изоляция проводов типов ПЭТ-155, ПЭТП-155 на основе капрона. Пропитывающими составами служат термостойкие синтетические лаки и смолы;

класс Н -- указанные в классе В материалы из слюды, стекловолокна и асбеста без подложки или с неорганической подложкой, кремнийорганические эластомеры, стекловолокнистая и асбестовая изоляция проводов типов ПСДК, ПСДКТ, эмалевая изоляция проводов типов ПЭТ-200, ПЭТП-200 и др. на основе кремнийорганических лаков; пропитывающими составами служат кремнийорганические лаки и смолы;

класс С -- слюда, стекло, стекловолокнистые материалы, электротехническая керамика, кварц, шифер, асбестоцемент, материалы из слюды без подложки или со стекловолокнистой подложкой, полиимидные и полифторэтиленовые пленки. Связующим составом служат кремнийорганические и элементоорганические лаки и смолы.

Электрические машины с изоляцией класса А практически не изготовляются, а класса Е -- находят ограниченное применение в машинах малой мощности. Применяют в основном изоляцию классов В и F, а в специальных машинах, работающих в тяжелых условиях (металлургия, горное оборудование, транспорт),-- класса Н. В результате использования более нагревостойких материалов, улучшения свойств электротехнических сталей и улучшения конструкций за последние 60--70 лет удалось уменьшить массу электрических машин в 2,5--3 раза.

Наибольшей нагревостойкостью обладают стекловолокнистые и слюдяные материалы, содержащие кремнийорганические связующие и пропитывающие составы, эмалевая изоляция проводов на основе кремнийорганических лаков и синтетические пленки «Изофлекс», «Имидофлекс» и др.

Приведенные предельные температуры нагрева для отдельных классов изоляции не могут быть полностью использованы в практике, так как в условиях эксплуатации электрических машин и аппаратов не представляется возможным установить точный контроль за температурой изоляции наиболее нагретых деталей. Поэтому существующие стандарты на электрические машины устанавливают более низкие пределы допускаемых температур отдельных деталей машин в зависимости от конструкции этих деталей и расположения их в машине. Нормируют не сами температуры, а максимально допустимые превышения температур ?max, так как от нагрузки машины зависит только превышение температуры.

Размещено на Allbest.ru