Расчет асинхронного двигателя

Расчет асинхронного двигателя

1.       Электромагнитный расчет

1.1    Выбор главных размеров

Число пар полюсов по (1)

 *)

где - частота напряжения сети;

n₁ - синхронная частота вращения, об/мин;

Высота оси вращения по рис. 3 и таблице П. 2.2, мм

h =160.

Наружный диаметр статора по таблице 3, м,

.

Внутренний диаметр статора по (2), м,

,

где-коэффициент, определяемый по таблице 4;

.

Полюсное деление по (3), м,

.

Расчетная мощность по (5), ВА,

где - номинальная мощность на валу двигателя, Вт;

 - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, по рис. 4.

- коэффициент полезного действия двигателя по рис. 5,

- коэффициент мощности по рис. 6,

Линейная нагрузка для двигателя со степенью защиты IP44 (предварительно) по рис. 8, А/м,

А=28000.

Индукция в воздушном зазоре двигателя со степенью защиты IP44 по рис. 8, Тл,

_.

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)

Синхронная угловая скорость двигателя, рад/с,

.

Коэффициент формы поля

.

Расчетная длина воздушного зазора по (5), м,

,

где  расчетный коэффициент полюсной дуги;

Так как мм, то радиальные вентиляционные каналы не выполняются и длина сердечника статора  равна расчетной длине воздушного зазора . Так как мм, то длина сердечника ротора равна величине .

Критерий правильности выбора главных размеров по (7)

Значение  находится в рекомендованных пределах.

1.2    Определение  и сечение провода обмотки статора

Число пазов статора (минимальное) по (8),

где - зубцовое деление статора АД со всыпной обмоткой (максимальное), по рис. 12, м,

.

Число пазов статора (максимальное) по (8)

где - зубцовое деление статора АД со всыпной обмоткой (минимальное), по рис. 12, м,

В соответствии с рекомендациями ПРИЛОЖЕНИЯ 1 принимается .

Число пазов на полюс и фазу по (9)

где m - число фаз;

Так как высота оси вращения не больше 160 мм, в двигателе может использоваться однослойная обмотка без укорочения шага (). Схема обмотки приводится на рисунке 1.1.

Зубцовое деление статора в соответствии с (8) и (9), м,

Число эффективных проводников в пазу для а=1 по (10)

где  - номинальный ток обмотки статора по (11), А,

Принимается а=1, тогда по (12)

Окончательное число витков в фазе обмотки по (13)

Окончательное значение линейной нагрузки по (14), А/м,

Значение обмоточного коэффициента по (П. 1.13), с учетом отсутствия скоса пазов ()

,

где - коэффициент распределения по (П. 1.15)

 - коэффициент укорочения по (П. 1.14)

,

где  - шаг укорочения для однослойной обмотки;

.

Магнитный поток по (15), Вб,

Индукция в воздушном зазоре окончательно по (16), Тл,

Сечение эффективных проводников по (17), м²,

где  - плотность тока в обмотке статора, по таблице 5, для изоляции класса нагревостойкости В принимается  А/мм².

Сечение эффективного проводника более 2,5 мм², поэтому эффективный проводник разбивается на элементарные количество элементарных проводников .

Сечение элементарного проводника по (18), м²,

где  - число элементарных проводников;

для обмотки статора выбирается обмоточный провод ПЭТВ, размеры голого и изолированного провода по таблице П. 3.1

; ;

;.

Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (17), А/м²,

Плотность тока в обмотке статора находится в рекомендуемых пределах.

1.3    Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора для проектируемого двигателя следует выбрать трапециидальной формы в соответствии с рис. 13, а.

Предварительное значение индукции в зубце по таблице 5, Тл,

.

Предварительное значение индукции в ярме статора по таблице 5, Тл,

.

Ширина зубца статора по (20), м,

где - коэффициент заполнения сталью магнитопровода,

Высота ярма статора по (19), м,

Высота шлица паза, мм,

.

Ширина шлица паза по таблице 6, мм,

.

Высота паза в штампе по (21), м,

Наибольшая ширина паза по (22), м,

Меньшая ширина паза по (23) с учетом того, что угол наклона клиновой части , см. рис. 13, м,

Высота клиновой части паза, по (25), м,

,

Размеры паза в «свету» с учетом припуска на сборку по (26, а, б, в), м,

,

Высота паза в «свету» без клиновой части по (27) с учетом (25), м,

Площадь корпусной изоляции по (29), м²,

где - односторонняя толщина изоляции по стенкам паза, см. таблицу 8, мм;

.

Так как обмотка однослойная, то площадь прокладок на дне паза и между слоями обмотки равна нулю .

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников по (31) с учетом (28), м²,

Коэффициент заполнения паза по (32),

Значение  находится в рекомендованных пределах (0,68…0,73).

Эскиз паза статора приводится на рисунке 1.2. Спецификация паза - в таблице 1.1.

1.4    Расчет ротора

Внешний диаметр ротора по (41), м,

где - воздушный зазор по (40, б), м,

,

,

величину  следует округлить до стандартного значения, с учетом допуска на люфт подшипников и технологических допусков,  мм,

Зубцовое деление по (47), м,

где  - число пазов ротора, по таблице 14 ,

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал по (68), м,

где - коэффициент для расчета диаметра вала по, таблице (15),

Ток в стержне ротора по (42), А,

Таблица 1.1 - Спецификация паза

где - коэффициент влияния тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение  по (43),

,

,

 - коэффициент привидения тока по (44),

Для короткозамкнутого ротора выбирается литая алюминиевая обмотка без скоса пазов, пазы ротора закрытые (см. рис. 16, б)

Площадь поперечного сечения стержня по (45), м²,

где - плотность тока в стержне ротора, А/м²;

Допустимая ширина зубца по (46), м,

где - допустимая индукция в зубцах ротора по таблице 5,

 Тл,

Высота шлица паза, мм,

.

Высота перемычки над пазом, мм,

Ширина шлица паза, мм,

.

Большая ширина паза по (48), м,

Меньшая ширина паза по (49), м,

Расстояние между осям закруглений по (50), м,

Полная высота паза ротора по (52), м,

Расчетная высота зубца ротора по (53), м,

,

.

Уточненное сечение стержня по (51) м²,

Плотность тока в стержне ротора, в соответствии с (45) А/м²,

Площадь поперечного сечения замыкающих колец короткозамкнутого ротора, по (48) м²,

где - ток в кольце по (62), А,

- плотность тока в замыкающих кольцах, А/м²,

Размеры короткозамыкающих колец, м, высота кольца по(65)

;

ширина кольца по (66)

Уточнённое сечение замыкающих колец короткозамкнутого ротора в соответствии с (66), м²,

Средний диаметр короткозамыкающего кольца по (67), м,

Количество вентиляционных лопаток принимается равным 17.

1.5    Расчет магнитной цепи и намагничивающего тока

Для магнитопровода статора и ротора выбирается электротехническая сталь 2013 ГОСТ 21427.2-83 толщиной листа 0,5 мм.

Индукция в зубцах статора, по (76), Тл,

Индукция в зубцах ротора, по (80), Тл,

Индукция в ярме статора, по (85), Тл,

где - расчетная высота ярма статора по (84), м,

 - длина стали сердечника статора, м;

Индукция в ярме ротора по (91), Тл,

где  - расчетная высота ярма ротора по (92), м,

,

 - длина стали сердечника ротора, м;

Магнитное напряжение воздушного зазора по (93), А,

- коэффициент воздушного зазора по (72, 73),

,

,

;

так как пазы ротора закрытые, то коэффициент воздушного зазора определяется только для статора;

Магнитное напряжение зубцовых зон статора по (75), А,

где - расчетная высота зубца статора, м,

,

- напряженность поля в зубцах по таблице П. 4.1, А/м,

.

Магнитное напряжение зубцовых зон ротора по (81), А,

- напряженность поля в зубцах по таблице П. 4.1, А/м,

Коэффициент насыщения зубцовой зоны по (94, б)

Значение  находится в рекомендуемых пределах (1,2…1,5).

Магнитное напряжение ярма статора по (83), А,

где - напряженность поля, по таблице П. 4.2 А/м,

- длина средней магнитной линии ярма статора по (84), м,

,

.

Магнитное напряжение ярма ротора по (88), А,

где - напряженность поля по таблице П. 4.2., А/м,

- длина средней магнитной линии ярма ротора по (89, а), м,

- высота ярма ротора по (90), м,

Магнитное напряжение на пару полюсов по (93), А,

Коэффициент насыщения магнитной цепи по (94, а)

Намагничивающий ток по (95), А,

Относительное значение намагничивающего тока по (96)

Значение  находится в рекомендуемых пределах.

2. Тепловой и вентиляционный расчеты

2.1 Тепловой расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя по (204), °С,

где - коэффициент, учитывающий теплопередачу от обмотки статора через станину в окружающую среду, определяется по таблице 24,

- электрические потери в пазовой части обмотки статора по (202), Вт,

 коэффициент увеличения потерь;

коэффициент теплоотдачи с поверхности по рис. 30;

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора по (205), °С,

где расчетный периметр поперечного сечения паза статора по (206), м,

,

- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, Вт/(м×°С);

- среднее значение теплопроводности внутренней изоляции катушки по рис. 32;

где - электрические потери в лобовой части обмотки статора по (203), Вт,

- периметр условной поверхности охлаждения лобовой части, м,

- толщина изоляции лобовых соединений, м,

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины по (210), °С,

статор двигатель асинхронный охлаждение

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой внутри машины по (211), °С,

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды по (212), °С,

где - сумма потерь, отводимых в воздух внутри машины по (213, б), Вт,

- сумма потерь в двигателе при номинальном режиме по (214), Вт,

,

эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по (215, б), м²,

 условный периметр поперечного сечения ребер станины по рис. 33,

 - коэффициент подогрева воздуха, по рис. 30;

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды по (216), °С,

Значение  находится в рекомендованных пределах.

2.2 Вентиляционный расчет

Требуемый расход воздуха для охлаждения по (219), м³/с,

где коэффициент, учитывающий изменения условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором по (220),

где  - коэффициент, учитывающий конструкцию машины;

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором по (221), м³/с,

Условие охлаждения машины выполняется.

Заключение

В значительной мере характеристики машины определяют электромагнитные нагрузки А (А/м) и В (Тл), по этому их предварительный выбор должен осуществляется особенно тщательно.

В спроектированном двигателе электромагнитные нагрузки соответствуют рекомендуемым значениям. Для обмотки статора была выбрана однослойная обмотка.

Плотность тока, коэффициент заполнения паза входят в рекомендуемые пределы. Значение намагничивающего тока показывает, что размеры машины близки к оптимальным.

В целом спроектированный двигатель и его характеристики соответствуют данному классу машин.

Библиографический список

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - в 2-х книгах:/Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф.; Под ред. Копылова И.П. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 2002.

2. Кравчик А.Э. и др. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1982.