Расчет асинхронного двигателя

Расчет асинхронного двигателя

Содержание

Введение

.        Выбор основных размеров двигателя

.        Расчет обмоток статора и ротора

.1       Расчет обмотки статора

.2       Расчет размеров зубцовой зоны статора

.3       Расчет ротора

.        Расчет магнитной цепи, потерь, КПД

.1       Расчет магнитной цепи

.2       Расчет потерь

.        Расчет параметров двигателя и построение рабочих и пусковых характеристик

.1       Расчет параметров рабочего режима

.2       Расчет и построение рабочих характеристик и КПД

.3       Расчет и построение пусковых характеристик

.        Тепловой расчет

.        Определение расходов активных материалов и показателей их использования

Литература

Введение

В асинхронных машинах преобразование энергии происходит при несинхронном (асинхронном) вращении ротора и магнитного поля статора.

Машины переменного тока широко используются во всех отраслях народного хозяйства. В частности машины переменного тока применяют в электроприводах, требующих широкого, плавного и экономичного регулирования частоты вращения, высоких перегрузочных пусковых и тормозных моментов. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

В данном курсовом проекте рассчитывается асинхронный двигатель. Он является аналогом существующего двигателя АИР112М4. Данный двигатель имеет следующие параметры:

·   Номинальная мощность Р_Н=5,5 кВт.

·   Скольжение s=4,5.

·   Номинальный КПД η=87,5%.

·   Коэффициент мощности cosφ=0,88.

·   Кратность максимального момента М_max/M_ном=2,2.

·   Кратность пускового момента М_п/M_ном=2.

·   Кратность минимального момента М_min/M_ном=1,6.

·   Кратность пускового тока I_П/I_ном=7.

·   Номинальная частота n_н=3000 об/мин.

·   Число пар полюсов 2р=2.

1. Выбор основных размеров двигателя

Определяем предварительно высоту оси вращения по рис. из[1]: h=112мм.

Данное значение совпадает со стандартизированным из табл. [1].

Наружный диаметр статора берем из [1]: D_а=0,191 м.

Определяем внутренний диаметр статора:

,

где =0,68 берется из табл. 9.9 [1].

м.

Определяем полюсное деление:

Определяем расчетную мощность:

,

где Р₂-мощность на валу двигателя, Вт;

k_E-отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по [1].

k_E=0,968.

η-КПД.

Осуществляем предварительный выбор электромагнитных нагрузок по [1]:

А=26·10³ А/м.

В_δ=0,87 Тл.

Определяем расчетную длину воздушного зазора:

,(1.1)

где Ω-синхронная угловая скорость двигателя, рад/c

 рад/с.,

где  об/мин. - синхронная частота вращения.

k_B-коэффициент формы поля, ();

k_об1-обмоточный коэффициент, для однослойной обмотки k_об1=0,96.

Тогда по формуле 1.1:

Для проверки правильности расчета главных размеров определяем соотношение:

;

По [1] определяем, что для данного двигателя λ=0,5…1,2, что в нашем случае выполняется.

2. Расчет обмоток статора и ротора

.1 Расчет обмотки статора

Определяем предварительно зубцовое деление t₁ в зависимости от типа обмотки, номинального напряжения и полюсного деления машины. Диапазон возможных значений определяем по [1]:

t_1min=0,01 м, t_1max=0,0123 м.

Определяем диапазон возможных чисел пазов статора:

.

C учетом выбранных значений t:

;

.

Окончательно принимаем Z₁=36.

Определяем число пазов на полюс и фазу:

,

где m-число фаз (m=3).

;

Окончательно зубцовое деление статора t:

Это значение находится в заранее выбранных пределах.

Для дальнейших расчетов определим номинальный ток обмотки статора:

Определяем число эффективных проводников в пазу:

Определяем число витков в фазе обмотки:

,

где а=1 - число параллельных ветвей.

Окончательное значение линейной нагрузки:

 А/м.

Это значение допустимо по [1].

Уточняем значение потока:

,(2.1)

где f₁-частота сети (f₁=50 Гц);

k_E=0,968 (определено выше);

k_об1-обмоточный коэффициент:

 , (2.2)

где к_у-коэффициент укорочения

,

β=1 для однослойных обмоток со сплошной фазной зоной;  - номер гармоники ЭДС (для основной гармоники ), тогда:

;

к_р-коэффициент распределения:

Определяем обмоточный коэффициент по формуле (2.2):

Подставляем значения в формулу (2.1):

.

Определяем индукцию в воздушном зазоре:

 Тл.

Данное значение индукции не превышает допустимые и выбранные ранее пределы более, на 5%.

Определим предварительно плотность тока в обмотке статора:

,

где (А·J) принимаем по рис. 9.27 [1] (А·J=187·10⁹ А²/м³):

 А/м.

Определяем предварительное сечение эффективного проводника:

 м².

По таблице [1] находим значение площади поперечного сечения неизолированного провода: q=1,227 мм². Таким образом принимаем число элементарных проводников n_эл=1, тогда

 .

Для данного провода приведем следующие данные:

d_эл=1,25 мм (номинальный диаметр неизолированного провода);

d_из=1,33 мм (среднее значение диаметра изолированного провода);

q_эл=1,227 мм² (площадь поперечного сечения неизолированного провода) взято из табл. [1].

Уточняем плотность тока:

 А/м².

Данная плотность тока практически совпадает с ранее принятой.

.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора

По выбранным значениям индукции определяем высоту ярма статора:

,

В_а - индукция в ярме статора по табл. 9.12 [1]; принимаем В_а=1,6 Тл.

k_cт-коэффициент заполнения сердечника сталью, из [1] для оксидированных листов стали k_cт=0,97;

l_cт1= l_δ=0,1 м (для данной конструкции двигателя);

 м;

Определим минимальную ширину зубца:

,

где B_Z1max - индукция в зубцах статора по [1] B_Z1max=1,9 Тл;

 мм;

Определяем размеры паза в штампе:

Высота паза:

мм;

Ширина паза:

мм;

Принимаем размеры паза в штампе:

b_ш-средняя ширина шлица паза статора b_ш=3,5мм [1];

h_ш-высота шлица паза, h_ш=0,5мм.

при β=45º b₂ определяется по формуле:

 мм;

 мм.

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить площадь паза «в свету» и учесть площадь сечения паза, занимаемую корпусной изоляцией S_из и прокладками в пазу S_пр. Размеры паза «в свету» определяются с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников.

Итак, размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

 мм;

Δb_п-припуск по ширине паза, Δb_п=0,1 мм, по [1];

Δh_п-припуск по высоте паза, Δh_п=0,1 мм, по [1].

Определяем площадь поперечного сечения трапециидального паза, в котором размещается обмотка, корпусная изоляция и прокладки:

,

где ;

Высота клиновой части паза , т.е. мм при =45⁰;

 мм;

Определяем площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

S_из=b_из(2h_п+b₁+b₂),

где b_из-односторонняя толщина изоляции в пазу; (по [1]: b_из=0,25мм).

мм²;

Определяем площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

, (2.3)

где S_пр-площадь прокладок в пазу (для однослойной обмотки S_пр=0). Тогда по формуле (2.3):

 мм².

Для проверки правильности размещения обмотки в пазах рассчитаем коэффициент заполнения:

;

;

Данное значение коэффициента совпадает с указанным в [1] (для проводников прямоугольной формы), т.е. обмотка размещена в пазах правильно.

.3 Расчет ротора

Определяем воздушный зазор по [1]: δ=0,3мм.

Определяем число пазов ротора по [1]: Z₂=28.

Определяем внешний диаметр:

мм.

Длина l₂=l₁=0,1.

Определяем зубцовое деление ротора:

 мм.

Определяем внутренний диаметр ротора D_j (при непосредственной посадке на вал D_j равен диаметру вала D_в):

,

где k_B-определяется из табл. 9.19 [1]: k_B=0,23.

Определяем ток в стержне ротора:

,

где k_i-коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I₁ /I₂; принимаем k_i=0,91;

ν_i-коэффициент приведения токов, определенный по формуле:

Ток в стержне:

 А.

Определяем площадь поперечного сечения стержня:

,

где J₂-плотность тока в стержнях ротора при заливке пазов алюминием выбираем J₂=6,5·10⁶А/м². Тогда

 мм².

Определяем размеры паза ротора. В двигателях с h=112 мм выполняют грушевидные закрытые пазы с размерами шлица b_ш=1,5мм и h_ш=0,75мм. Высота перемычки над пазом в двухполюсных двигателях выполняется равной мм.

Определяем ширину зубцов ротора:

,

где В_z2-допустимая индукция в зубцах якоря; по [1] определяем В_z2=1,85 Тл.

 мм.

Определяем размеры паза:

Размер нижней части лопаточных стержней:

мм;

Диаметр закругления нижней части стержня:

мм;

Расстояние между центрами закруглений нижней части стержня:

 мм.

Определим полную высоту паза:

 мм.

Уточняем площадь сечения стержня:

 мм².

Определим плотность тока в стержне:

 А/м².

Произведем расчет короткозамкнутых колец.

Плотность тока в них примем на 15% меньшую, чем в стержнях:

J_кл=0,85J₂=0,85·6,4·10⁶=5,4·10⁶ А/м².

Ток в кольце:

,

.

Тогда ток в коротко замыкающем кольце:

 А.

Площадь поперечного сечения:

мм².

Окончательно определяем размеры замыкающих колец:

 мм;

 мм;

 мм²;

 мм.

3. Расчет магнитной цепи, потерь, КПД

3.1 Расчет магнитной цепи

Расчет магнитной цепи проводится для режима холостого хода двигателя, при котором для асинхронных машин характерно относительно сильное насыщение стали зубцов статора и ротора.

Определим индукцию в зубцах статора:

 Тл.

Определим индукцию в зубцах ротора:

 Тл,.

Определяем индукцию в ярме статора:

 Тл.

Для нахождения индукции в ярме ротора, необходимо знать расчетную высоту ярма ротора h_j, которая для двигателей с посадкой сердечника непосредственно на вал равна:

,(3.1)

где d_k, m_k2 -соответственно, диаметр и число аксиальных каналов (в нашем случае оба значения равны нулю). Тогда по (3.1):

 мм.

Определяем индукцию в ярме ротора:

Тл.

Определяем магнитное напряжение воздушного зазора:

, (3.2)

где k_δ-коэффициент воздушного зазора:

, (3.3)

где γ определяется:

;

теперь по (3.3) определим:

;

Тогда магнитное напряжение зазора (3.2):

А;

По таблице П 1.7 [1] для стали 2013 определим при B_z1=1,93 Тл H_z1=2340 А/м; при B_z2=1,92 Тл H_z2=2250 А/м.

Тогда магнитное напряжение зубцовых зон статора и ротора:

;

где h_Z1(2)-расчетная высота зубцов статора (ротора);

h_Z1=h_П1=11,5 мм;

h_Z2= h_П2 - 0,1b_2Н=11,13-0,1·5,6=10,57 мм;

Тогда:

 А;

 А.

Для проверки правильности расчета вычислим коэффициент насыщения зубцовой зоны:

Данное значение коэффициента считается приемлемым.

Определяем магнитные напряжения ярм статора и ротора. Для этого из табл. П 1.6 [1] при В_а=1,6 Тл H_а=750 А/м; при B_j=0,92 Тл H_j=158 А/м.

Предварительно определяем длины средних магнитных линий статора L_a и ротора L_j:

 м;

 м ;

где h_j-высота спинки ротора вычислена:

 мм.

Тогда манитные напряжения:

 А;

 А.

Определим магнитное напряжение на пару полюсов:

;

Все значения нам известны, тогда:

 А.

Определим коэффициент насыщения магнитной цепи:

;

Определим намагничивающий ток:

 А;

Относительное значение намагничивающего тока:

;

.3 Расчет потерь

В асинхронных машинах имеют место потери в стали, электрические потери, вентиляционные, механические и добавочные потери при нагрузке. Основные потери в стали в АД рассчитывают только в сердечнике статора, так как частота перемагничивания ротора в режимах близких к номинальному, очень мала и потери в стали ротора при больших индукциях незначительны. Определяем основные потери в стали:

;(3.4)

в данной формуле β, р_1,0/50-удельные потери, Вт/кг, берутся из [1]:

р_1,0/50=2,5 Вт/кг; β=1,5;

k_ДА, k_ДZ -коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов. Для машин мощностью меньше 250 кВт принимается: k_ДА=1,6; k_ДZ=1,8.

m_a, m_Z1-масса стали ярма и зубцов статора, кг:

; (3.5)

здесь h_a=0,5(D_a-D)-h_z1=0,5(0,191-0,13)-0,0115=0,019 м;

γ_с-удельная масса стали, в расчетах принимаем γ_с=7,8·10³ кг/м³.

Определяем массу по (3.5):

 кг.

кг.

Итак, основные потери в стали по (3.4):

Вт.

Определяем поверхностные потери в роторе:

;(3.6)

где p_пов2-удельные поверхностные потери, которые расчитываются:

;(3.7)

где k₀₂-коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери (k₀₂=1,5);

B₀₂-амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, Тл:

;(3.8)

для определения  вычисляем , по рис. 6-41 [1].

Тогда по (3.8)

.

Определим удельные поверхностные потери по (3.7):

Вт/м².

Определяем поверхностные потери в роторе по (3.6):

Вт.

Пульсационные потери в зубцах ротора:

;(3.9)

где B_пул2-амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов:

;

где γ=8,17 (вычислено ранее), тогда

;

m_Z2-масса зубцоа стали:

кг;

Пульсационные потери в зубцах ротора по (3.9):

 Вт;

Определяем сумму добавочных потерь:

 Вт;

Определяем полные потери в стали:

 Вт;

Определяем механические потери:

;

где К_т=1,3(1-Da)=1,0517 для машин с 2р=4;

 Вт.

Добавочные потери при номинальном режиме:

 Вт.

Холостой ход двигателя:

 (3.10)

где I_xx-активная составляющая тока холостого хода:

;(3.11)

где Р_э1хх-электрические потери в статоре при холостом ходе:

 Вт.

Тогда по (3.11), (3.10):

 А;

 А;

Определяем коэффициент мощности при холостом ходе:

;

4. Расчет параметров двигателя и построение рабочих и пусковых характеристик

.1 Расчет параметров рабочего режима

двигатель статор ротор цепь

Средняя ширина катушки b_кт обмотки статора:

;

Длина лобовой части l_л:

мм;

Вылет лобовых частей обмотки l_выл:

;

где К_выл=0,4 - коэффициент, значение которого выбирается из таблицы [1] при условии, что лобовые части не изолированы.

В=0,01 м - вылет прямолинейной части катушек из паза.

, где

Общая длина эффективных проводников фазы обмотки:

;

Активное сопротивление фазы обмотки статора r_1:

,

где  - общая длинна эффективных проводников фазы обмотки;

 - площадь поперечного сечения эффективного проводника;

 - число параллельных ветвей обмотки;

 - удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре; для медиОм·м;

 - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока. В проводниках обмотки статора асинхронных машин эффект вытеснения тока проявляется незначительно из-за малых размеров элементарных проводников. Поэтому в расчетах нормальных машин, как правило, принимают .

Значение сопротивления обмотки статора в относительных единицах

.

Сопротивление стержня:

,

где  - удельное сопротивление литой алюминиевой обмотки при расчетной температуре.

Активное сопротивление короткозамыкающих колец по формуле:

;

Активное сопротивление фазы обмотки ротора r₂ определяется для короткозамкнутых роторов по формуле:

;

Активное сопротивление фазы короткозамкнутой обмотки ротора, приведенное к обмотке статора по формуле:

;

Приведенное активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора в относительных единицах  по формуле

.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния l_П по формуле приведенной в таблице [1]:

,

где h₁ = 0,002м; h₃ = 0,0093м; b₁ = 0,0069м;

Т. к. проводники закрыты пазовой крышкой, то h₂ = 0; k'_b=1 - коэффициент укорочения.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния l_Л определяется по формуле:

,

где  - относительное укорочение шага обмотки:

;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния l_Д1 определяется по формуле:

,

где  ,

где ; ; ;

Определяем :

;

Тогда коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния: ;

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора x₁ определяется по формуле:

;

Значение индуктивного сопротивления обмотки статора в относительных единицах определяется по формуле

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния l_П2 определяется по формуле приведенной в таблице [1] для рисунка из [1], и

где h₁ = 4мм; b₁ = 6,5мм; q_c = 53мм²; b_ш = 1,5; h_ш = 0,75; k_Д = 1, получаем:

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния l_Л2:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния l_Д2 определяется по формуле:

,

где  , определяем из [1]: . Получаем:

;

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора х₂ вычисляется по формуле:

Приведенное к обмотке статора индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора определяется по формуле:

;

Приведенное индуктивное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора в относительных единицах вычисляется по формуле

;

.2 Расчет и построение рабочих характеристик и КПД

Расчет базируется на системе уравнений токов и напряжений асинхронного двигателя, которой соответствует Г-образная схема замещения.

Рисунок 4.1 - Г-образная схема замещения асинхронного двигателя.

Параметры:

 Ом;

 Ом;

Рассчитаем коэффициент γ:

°

Так как условие не выполняется, то необходим точный расчёт с выделением активной и реактивной составляющих:

,

,

.

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

 A;

;

;

Принимаем =  =0,044 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s=0,008, 017, 0,025; 0,034; 0,042; 0,05; 0,063.

Результаты расчета приведены в таблице ниже.

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

P_2Н = 5,5 кВт; U_1Н = 220/380 B; 2p=4; P_СТ + P_МЕХ =153,5 Вт; P_ДОБ,Н = 31,4 Вт;

I_0A = 0,27 A; I_0P » I_m = 3,59 A; r₁ = 1,76 Ом; r^’₂ = 0,89 Ом; с₁ = 1,03 Ом;

a’ = 1,06 Ом; a = 2 Ом; b’ =-0,057; b = 4,46 Ом.

Таблица 4.1 Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Рисунок 4.1 Зависимость ;

Рисунок 4.2 Зависимость ;

Рисунок 4.3 Зависимость ;

Рисунок 4.4 Зависимость ;

Рисунок 4.5 Зависимость ;

.3 Расчет и построение пусковых характеристик

Приведенная высота:

,

где мм - высота стержня в пазу.

Для по рисунку [1]  и .

Глубина проникновения тока:

.

Глубина проникновения тока в стержень рассчитаем по формуле:

Площадь сечения ограниченного высотой h_r по формуле:

;

.

Приведенное активное сопротивление с учетом эффекта вытеснения тока по формуле:

.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

с учетом вытеснения

Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора с учетом вытеснения по формуле:

K_X = (l_П2x +l_Л2 +l_Д2)/( l_П2 +l_Л2 +l_Д2)= =1,18.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения по формуле:

x^¢_2x = K_X×x^¢₂= Ом.

Ток в обмотке ротора без учета влияния насыщения по формуле:

Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s=1 . Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора:

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре по формуле:

,

где по ;

По рисунку [1] для находим .

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора с учетом влияния насыщения по формуле:

мм.

Изменение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого паза статора по формуле:

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния при насыщении по формуле:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения по формуле:

l_{Д1 нас.} = l_Д1× = 2,5×0,46 = 1,15

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения по формуле:

х_{1 нас.} = (х₁×ål_{1 нас.} )/ ål₁ =  =1,17 Ом

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения и вытеснения тока по формуле:

,

где с₂ = (t₂ - b_Ш2)(1 - _d ) =(14,5 - 1,5)(1 - 0,46 )=7,02 мм;

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока по формуле:

l_{П2x. нас.} = l_П2x - Dl_{п2. нас.} =2,2 - 0,41 = 1,79;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья обмотки ротора с учетом влияния насыщения по формуле:

;

Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения по формуле:

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме по формуле:

;

Расчет токов и моментов:

Ток в обмотке ротора по формуле:

;

Ток в обмотке статора по формуле:

;

Относительные параметры:

 А;

Нм;

В таблице приведены пусковые характеристики асинхронного двигателя.

Таблица 4.2 Пусковые характеристики асинхронного двигателя.

№

Парам.

1,000

0,900

0,800

0,700

0,641

0,600

0,500

0,400

0,300

0,20

0,10

1

43,56

41,13

38,44

35,45

33,53

32,12

28,37

24,13

19,31

13,8

7,41

2

2569,8

2426,3

2268

2091,8

1978,4

1894,9

1673,7

1423,7

1139,3

813

437

3

5,83

5,50

5,14

4,74

4,49

4,30

3,80

3,23

2,58

1,84

0,99

4

0,44

0,45

0,46

0,49

0,52

0,55

0,61

0,70

0,78

0,89

0,97

5

3,64

3,58

3,51

3,32

3,12

2,93

2,54

1,95

1,43

0,72

0,20

6

0,08

0,08

0,08

0,08

0,07

0,07

0,06

0,05

0,04

0,02

0,01

7

0,94

0,94

0,94

0,94

0,95

0,95

0,96

0,97

0,98

1,00

1,01

8

7,28

7,15

7,02

6,63

6,24

5,85

5,07

3,90

2,86

1,43

0,39

9

0,41

0,41

0,41

0,41

0,40

0,40

0,39

0,36

0,33

0,24

0,10

10

2,21

2,21

2,22

2,23

2,23

2,23

2,23

2,23

2,24

2,24

2,24

11

l_{П2x. нас.}

1,79

1,80

1,81

1,82

1,82

1,83

1,84

1,87

1,91

2,00

2,14

12

l_{Д1 нас.}

1,10

1,13

1,15

1,23

1,30

1,38

1,53

1,75

1,95

2,23

2,43

13

1,82

1,86

1,90

2,02

2,15

2,27

2,52

2,89

3,22

3,68

4,01

14

х_{1 нас.}

1,16

1,16

1,17

1,20

1,23

1,26

1,32

1,40

1,48

1,59

1,67

15

1,86

1,88

1,90

1,96

2,02

2,08

2,20

2,37

2,54

2,78

2,99

16

1,01

1,01

1,01

1,01

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

1,02

17

2,66

2,76

2,89

3,05

3,17

3,27

3,57

4,02

4,78

6,30

10,8

18

3,04

3,07

3,10

3,19

3,28

3,37

3,55

3,82

4,07

4,42

4,72

19

54,44

53,25

51,9

49,81

48,22

46,88

43,72

39,66

35,05

28,6

18,6

20

55,70

54,50

53,1

51,04

49,44

48,10

44,93

40,86

36,19

29,6

19,4

21

6,70

6,56

6,39

6,14

5,95

5,79

5,41

4,92

4,36

3,57

2,34

22

1,954

2

2,037

2,083

2,128

2,165

2,248

2,349

2,431

2,43

2,06

Рисунок 4.6 Зависимость ;

Рисунок 4.7 Зависимость ;

5. Тепловой расчет

Расчет нагрева производят, используя значения потерь, полученных для номинального режима.

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя , °С, по формуле (5-1)

 (5-1)

где К=0,2 - коэффициент учитывающий, что часть потерь в сердечникестатора и в пазовой части обмотки передаётся через станину непосредственно в окружающую среду, принимается по таблице [1].

a₁=90 - коэффициент теплоотдачи с поверхности по рисунку [1].

Р'_эп1 - электрические потери в обмотке статора в пазовой части при номинальном скольжении s_н=0,044 по формуле:

,

где к_r=1,15 - коэффициент увеличения потерь для обмоток с изоляцией B.

Электрические потери в лобковых частях катушек:

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора  определяется по формуле

,

где b_из1 - односторонняя толщина изоляции в пазу, b_из1 = 0,25.

l_экв =0,16 Вт·/(м·°С) - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции; для класса нагревостойкости B.

l`_экв = 1,25 Вт·/(м·°С) - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки, определяется по рисунку [1].

П_п1 - расчетный периметр поперечного сечения паза статора; для полузакрытых трапециидальных пазов по формуле:

.

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины  по формуле:

;

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

;

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

,

где ,

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины,  по формуле:

;

Сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре, определяемая по формуле

;

Сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре с учетом их увеличения по формуле:

;

Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя  по формуле:

;

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды  определяется по формуле:

,

где -коэффициент подогрева воздуха, учитывающий теплоотдающую способность поверхности корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины: для  по рис.[1];

S_кор- эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по формуле:

,

где - периметр поперечного сечения рёбер для  по рис. [1].

Среднее превышение температуры обмотки статора над окружающей средой по:

;

Расчет вентиляции. Требуемый для охлаждения расход воздуха Q_в определяется по формуле:

,

где k_m - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором, определяется по формуле

,

где  - коэффициент охлаждения.

Расход воздуха, который может быть получен при данных размерах двигателя, оценивается эмпирической формулой:

;

Расход воздуха обеспечиваемый конструкцией ротора Q'_в = 0,125 м ³/с больше требуемого для охлаждения расхода воздуха Q_в = 0,063 м ³/с.

Таким образом, двигатель не нуждается в дополнительной системе охлаждения.

6. Определение расходов активных материалов и показателей их использования

Масса использованной меди по формуле:

,

где .

Масса использованной стали по формуле:

;

Коэффициент использования стали по формуле:

;

Коэффициент использования меди по формуле:

;

Литература

1. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин.” М.: “Высшая школа” , 2002г. ч.1,2.

. А.И. Вольдек “Электрические машины” Л.: “Энергия” , 1978г.