Расчёт и конструирование асинхронных двигателей
Министерство
образования и науки Украины
Донецкий
национальный технический университет
Кафедра
«Электромеханики и теоретических основ электротехники»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Тема: «Расчёт и конструирование
асинхронных двигателей»
Пояснительная записка к курсовому
проекту по дисциплине
«Электрические машины»
Выполнил
студент гр. АУП 08а
Терентьев Д.
Ю.
Проверил Боев
А. Е.
Донецк -
2011г.
РЕФЕРАТ
Проектирование электрических машин - это искусство, в котором объединены
знание процессов электромагнитного преобразования энергии и опыт
конструирования.
В процессе проектирования двигателя рассчитывались, в соответствии с
заданной мощностью, размеры статора и ротора; выбрали тип обмотки (всыпная
двухслойная), обмоточные провода (ПЕТ - 155 диаметром 1,26 мм).
В качестве базовой модели приняли двигатель 4А160S6У3 с короткозамкнутым
ротором. Конструктивное исполнение по способу монтажа IM 1001. Способ
охлаждения IС 0041; категория климатического исполнения УЗ; изоляция класса
нагревостойкости F.
Сердечник статора выполняем из штампованных листов электротехнической
стали толщиной 0,5 мм марки 2013. Обмотки статора выполняем медной, обмотку
ротора и замыкающие кольца алюминиевыми.
Проектирование машины производим с помощью среды MathCAD, что значительно
упрощает проектирование машины и экономит время.
Введение
Асинхронные двигатели, благодаря своей простоте и высокой надёжности,
получили широкое распространение в разных отраслях промышленности. Современные
тенденции в проектировании и производстве асинхронных двигателей направлены на
уменьшение габаритных размеров, увеличении мощности и уменьшении потерь в
машинах. В настоящее время этим требованиям удовлетворяют асинхронные машины
серии 4А.
Резко возрастающая энерговооружённость промышленности требовала большее
число всевозможных модификаций двигателей, способных работать в различных
специфических условиях. Число модификаций в старых сериях было явно
недостаточным. Это привело к созданию единой для всей страны серии асинхронных
машин, объединённых общими конструктивными решениями, общей технологией, с
широкой унификацией различных узлов и деталей и основанной на единых шкалах
мощностей, габаритных, присоединительных и установочных размеров.
Серия 4А была спроектирована в 1969-1971 гг. и в настоящее время внедрена
в производство. В основу построения серии положены не габаритные диаметры
сердечников статора, как в прежних сериях, а высоты ос вращения h, т.е.
расстояния от оси вращения ротора до установочной поверхности.
Серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт и выполнена на
17 стандартных высотах оси вращения. На каждой из высот, кроме h=225 мм,
выпускаются двигатели двух разных длин, различные по мощности. С высотой оси
вращения h=225 выпускаются двигатели только одной длины.
1. Выбор основных размеров
По значению синхронной частоты вращения n1 определяем число пар полюсов:
Высота оси вращения выбирается по из табл. 6-6 [1, стр.164]:
Внутренний диаметр статора:
,
где: KD - коэффициент отношения внутреннего и наружного диаметров
статора:
.
Полюсное
деление [1, ф.6-3, стр.166]:
.
Расчётная мощность:
,
где:
- мощность на валу двигателя, Вт;
отношение
ЭДС обмотки статора к номинальной нагрузке, которое определяем по[1, табл.6-8,
стр.164]; приблизительные значения и берём из [1, табл.6-9, стр.165] и [1, табл.6-10,
стр.165].
Рисунок
1 - Главные размеры двигателя
Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 6-11а[1]):
Коэффициент
полюсного перекрытия: . Коэффициент формы поля: . Обмоточный коэффициент: .
Синхронная
угловая скорость вала двигателя [1, ф.6-5, стр.168]:
Расчетная
длина воздушного зазора [1, ф.6-6, стр.168]:
м.
Отношение
находится в требуемых пределах. То есть размеры и выбраны
правильно.
Так
как мм, то радиальные вентиляционные каналы не делаем и , .
2. Расчёт обмотки статора
Так как расчёт выполняется для большой мощности 11 кВт, тогда в статорную
обмотку выполняем двухслойной всыпной.
По
[1, табл.6-9, стр.170] определяем границы зубцового деления статора: м, м.
Тогда
возможное число пазов статора [1, ф.6-16, стр.170]:
, .
Принимаем
число пазов . Тогда число пазов, которые принадлежат к одной фазе
и расположенные под одним полюсом:
.
Окончательное
зубцовое деление статора:
м.
Рисунок 2 - Зубцовые деления статора.
Число эффективных проводников в пазу [1, ф.6-17, стр.171]:
В,
где
номинальный ток обмотки статора [1, ф.6-18, стр.171]:
А.
Принимаем:
, тогда. Окончательно число витков в фазе обмотки:
.
Окончательно
значение линейной нагрузки [1, ф.6-21, стр.171]:
А/м.
Обмоточный
коэффициент:
Вб.
Индукция
в воздушном зазоре [1, ф.6-23, стр.172]:
Тл.
Значение
А2/м3 выбираем по [1, рис.6-16, стр.173]. Плотность
тока [1, ф.6-25, стр.172]:
А/м2.
Сечение
эффективного проводника (предварительно) [1, ф.6-24, стр.172]:
м2
Обмотка
выполняется всыпной двухслойной, которую помещают в открытые прямоугольные
пазы, которые заполняют ручной укладкой. Принимаем провод ПЭТ - 155 диаметром
1,26 мм. Количество проводников:
Окончательно
эффективное сечение определяется:
Тогда
3. Расчёт
размеров зубцовой зоны статора
Предварительно
выбираем из [1, табл.6-10, стр.174-175]: Тл; Тл. Тогда высота ярма статора [1, ф.6-28, стр.175]:
м
Размер
паза в штампе, м:
Минимальная
ширина зубца [1, ф.6-29, стор.175]:
м.
Коэффициент
заполнения сердечника сталью берём из
[1, табл.6-11, стр.176]. Марка стали - 2312.
Высота
паза [1, ф.6-31, стр.176]:
м.
Ширина
паза:
где:bш=0,0037 hш=0,001 - размеры шлица паза, м.
Рисунок 3 - Паз всыпной обмотки сердечника статора.
Размеры паза в свету с учётом припусков на шихтовку и сборку сердечников,
м:
Площадь
изоляции паза:
Площадь
изоляционных прокладок:
Оставшаяся
для размещения проводников площадь поперечного сечения:
Для
контроля правильности размещения обмотки в пазах определяем коэффициент
заполнения паза:
где:
dиз - диаметр одного элементарного провода с изоляцией,
nэл - число элементарных проводов, составляющих один эффективный.
Коэффициент Кз находится в допустимых пределах.
4. Расчёт ротора
Число
фаз короткозамкнутой обмотки равно числу пазов . Число
пазов выбираем по [1, табл.6-15, стр.185].
Внешний
диаметр ротора: м.
Длина
ротора: м.
Зубцовое
деление ротора
м.
Внутренний
диаметр ротора, при непосредственной посадке на вал [1, ф.6-101, стр.191]:
м,
где
- определяем по [1, табл.6-16, стр.191].
Ток
в стержне ротора [1, ф.6-60, стр.183]:
А,
де
- определяем по [1, табл.6-22, стр.183];
-
коэффициент приведения токов, определяем по [1, ф.6-68, стр.185]:
.
Плотность
тока в стержне ротора: А/м2. Тогда сечение стержней [1, ф.6-69, стр.186]:
м2.
По
рекомендациям [1, стр. 20] принимаем следующие размеры паза:
мм
Рисунок
4 - Грушевидный паз короткозамкнутого ротора
Допустимая ширина зубца:
где:
индукция в зубцах ротора при постоянном сечении (для грушевидных пазов
принимается по [1,стр. 174 - 175, табл 6-10]).
Ширина
паза:
Высота
паза:
Уточняем
площадь сечения стержня:
Проверяем
ширину зубцов в сечениях:
Полная
высота паза, м:
Расчётная
высота зубца, м:
Окончательная
плотность тока в стержне:
Замыкающие
кольца обмотки приведены на рисунке 5.
Рисунок
5 - Размеры замыкающих колец короткозамкнутого ротора с литой обмоткой
Площадь
сечения замыкающих колец [1, ф.6-73, стр.186]:
м2.
где ток в кольце [1, ф.6-71, стр.186]
А,
Плотность
тока в кольцах: А/м2.
Сечение
замыкающих колец считают прямоугольным с размерами:
Тогда
окончательно:
Так
как двигатель имеет высоту вращения мм и то выполняем закрытые грушевидные пазы ротора.
5. Расчёт намагничивающего тока
Значение индукции в зубцах статора:
Индукция
в зубцах ротора:
Индукция
в ярме статора [1, ф.6-106, стр.193]:
Тл,
где
- расчётная высота ярма статора [1, ф.6-106,
стр.193]:
м.
Индукция
в ярме ротора [1, ф.6-107, стр.193]:
Тл,
где
- расчётная высота ярма ротора [1, ф.6-109, стр.194]:
м.
Магнитное
напряжение воздушного зазора [1, ф.6-110, стр.194]:
А,
где
- коэффициент воздушного зазора [1, ф.4-14, стр.106]:
значение
γ
определяется по формуле:
Магнитное
напряжение зубцовой зоны статора:
Магнитное
напряжение зубцовой зоны ротора:
где:
определяются
по кривым намагничивания электротехнической стали марки 2013 [1, стр.461 прил.
П-17].
Коэффициент
насыщения зубцовой зоны:
Коэффициент
KZ находится в рекомендуемых пределах:
Магнитное
напряжение ярма статора[1, ф.6-121, стор.195]:
А,
где
- длина средней магнитной линии ярма статора,
определяется по [1, ф.6-122, стр.195]:
м;
А/м -
определяем по [1, табл.П-15, стр.462].
Магнитное
напряжение ярма ротора [1, ф.6-123, стр.195]:
А,
где
- длина средней магнитной линии ярма статора,
определяется по [1, ф.6-124, стр.195]:
м;
А/м -
определяем по [1, табл.П-19, стр.462].
Суммарное
магнитное напряжение магнитной цепи машины [1, ф.6-127, стр.195]:
А.
Коэффициент
насыщения магнитной цепи [1, ф.6-128, стр.195]:
.
Намагничивающий
ток [1, ф.6-129, стр.195]:
А.
.
соответствует
допустимым [2, стр. 24]:
.2<<0.35
6. Параметры рабочего режима
Схема замещения асинхронного двигателя приведена на рис. 6.
Рисунок 6 - Схема замещения АД.
Активное сопротивление фазы обмотки статора [1, ф.6-131, стр.196]:
Ом,
где
- коэффициент увеличения активного сопротивления фазы
обмотки от действия эффекта вытеснения тока;
Ом*м -
удельное сопротивление материала обмотки при расчётной температуре;
- общая
длина проводника фазы обмотки [1, ф.6-133, стр.196]:
м,
где
- средняя длина витка [1, ф.6-134, стр.197]:
м;
Длина
пазовой части: м.
Длина
лобовой части витка [1, ф.6-138, стр.197]:
м.
Вылет
лобовой части обмотки [1, ф.6-139, стр.197]:
м
где
м - вылет прямолинейной части катушки в пазе
Рисунок
7 - Длина лобовой части секций при всыпной обмотке.
Средняя
ширина катушки статора [1, ф.6-140, стор.197]:
Коэффициент
и берём из
[1, табл. 6-19].
Активное
сопротивление фазы короткозамкнутого ротора:
где:
КЛ -
Сопротивление короткозамыкающего кольца:
где:
Dкл.ср. - средний диаметр замыкающих колец:
Приведенное
активное сопротивление обмотки ротора:
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора [1, ф.6-285, стр.226]:
Ом
где
- коэффициент магнитной проводимости пазового
рассеивания обмотки статора, определяем по [1, табл.6-22, стр.200]:
-
коэффициент магнитной проводимости лобового рассеивания, определяем по [1,
ф.6-154, стр.199]:
;
-
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания, определяем по
[1, ф.6-170, стр.202]:
Для полуоткрытых пазов без скоса [1, ф.6-172, стр.203]:
.
Индуктивный
ток фазы обмотки ротора [1, ф.6-285, стр.226]:
где
- коэффициент магнитной проводимости пазового
рассеивания обмотки ротора:
-
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания ротора,
определяем по [1, ф.6-174, стор.204]:
-
коэффициент магнитной проводимости участков замыкающего кольца, который
определяется по [1, ф.6-176, стр.204]:
Коэффициент приведения сопротивления [1, ф.6-168,стр.202]:
.
Тогда [1, ф.6-169, стр.202]:
.
Индуктивное
сопротивление взаимной индукции статора и ротора:
Активное сопротивление, позволяющее учесть потери в стали:
где: Рст.осн - Основные потери в стали, берётся из пункта 7.
Значения параметров в относительных единицах:
;
;
;
.
7. Потери и КПД
Электрические потери в обмотке статора:
Электрические потери в обмотке статора:
Основные потери в стали [1, ф.6-183, стр.206]:
где
Вт/кг и определяем
по [1, табл.6-24, стр.206];
- масса
стали ярма статора, определяем по [1, ф.6-184, стр.206]:
кг;
- масса
стали зубцов статора, определяем по [1, ф.6-185, стр.206]:
кг;
Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
статора и ротора [1, ф.6-186, стр.206]:
Тл;
Тл;
где
-
определяем по [1, рис. 6-41, стр.207].
Потери
на 1 м2 поверхности головки зубца статора [1, ф.6-188, стр.207]:
Потери
на 1 м2 поверхности головки зубца ротора [1, ф.6-188, стр.207]:
Полные поверхностные потери статора [1, ф.6-190, стр.207]:
Вт.
Полные поверхностные потери ротора [1, ф.6-190, стр.207]:
Вт.
Находим
для амплитуды пульсаций индукции в среднем сечении
зубцов ротора [1, ф.6-193, стр.207]:
Находим
для амплитуды пульсаций индукции в среднем сечении
зубцов статора [1, ф.6-193, стр.207]:
Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов статора [1,
ф.6-192, стр.207]:
Тл.
Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов ротора [1, ф.6-192,
стр.207]:
Тл.
Потери пульсаций в зубцах статора [1, ф.6-196, стр.207]:
Потери пульсаций в зубцах ротора [1, ф.6-196, стр.207]:
Вт,
где
- масса стали зубцов ротора
Таким
образом добавочные потери в стали [1, ф.6-198, стр.208]:
Общие потери в стали [1, ф.6-199, стр.208]:
Вт.
Механические потери [1, ф.6-208, стр.209]:
Вт,
где
определяем по [1, табл.6-25, стр.209].
Добавочные потери в номинальном режиме:
Вт.
Коэффициент
полезного действия двигателя:
где
Pi - Сумма всех потерь в двигателе:
Ток
холостого хода двигателя [1, ф.6-212, стр.209]:
А,
где
- определяем по [1, ф.6-213, стр.209]:
А;
-
электрические потери при х.х., определяем по [1, ф.6-214, стр.209]:
Вт;
-
определяем по: А.
Коэффициент мощности при х.х. [1, ф.6-215, стр.209]:
.
8. Расчёт рабочих характеристик
По [1, ф.6-219, 6-220, стр.210]:
;
Полное значение с1 определим по [1, ф. 6-221, стр.210]:
Определим по [1, ф.6-224, стр.211]:
;
;
;
.
Активная состовляющая холостого хода:
Примем:
и найдём величины для расчёта робочих характеристик
двигателя:
Определим
ток :
Определим
:
Определим
:
Определим активную составляющую тока статора:
Определим реактивную составляющую тока статора:
Определим ток ротора приведеного к обмотке статора:
Определим ток статора:
Определим полную мощность подводимую к двигателю:
Определим электрические потери в обмотках статора:
Определим электрические потери в обмотках ротора:
Определим добавочные потери
обмотка
статор намагничивающий ток
Сумарные потери
Полезная мощность двигателя:
Определим КПД двигателя:
Определим
двигателя:
Таблица 1 - Расчёт рабочих характеристик
s=
|
Единица
|
0,005
|
0,01
|
0,015
|
0,02
|
0,025
|
0,03
|
a' *r'2/s
|
Ом
|
188,144
|
94,072
|
62,71467
|
47,036
|
37,6288
|
31,35733
|
b' *r'2/s
|
Ом
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
R=a+a'*r'2/s
|
Ом
|
189,058
|
94,986
|
63,62867
|
47,95
|
38,5428
|
32,27133
|
X=b+b' *r'2/s
|
Ом
|
6,824
|
6,824
|
6,824
|
6,824
|
6,824
|
6,824
|
Z=(R2+X2)^0,5
|
Ом
|
189,1811
|
95,23081
|
63,99355
|
48,43314
|
39,14223
|
32,98493
|
I"2=U1H/Z
|
А
|
2,008657
|
3,990305
|
5,938099
|
7,845867
|
9,708184
|
11,52041
|
cosφ'2=R/Z
|
-
|
0,999349
|
0,997429
|
0,994298
|
0,990025
|
0,984686
|
0,978366
|
sinφ'2=X/Z
|
-
|
0,036071
|
0,071657
|
0,106636
|
0,140895
|
0,174339
|
0,206882
|
I1a=I0a+I"2*cos(φ)
|
А
|
2,15735
|
4,130047
|
6,05424
|
7,9176
|
9,709511
|
11,42118
|
I1P=I0P+I"2*sin(φ)
|
А
|
4,108455
|
4,321935
|
4,669214
|
5,141445
|
5,728511
|
6,419369
|
I1=(I1a2+I1p2)^0,5
|
А
|
4,090427
|
5,977994
|
7,645612
|
9,44049
|
11,27344
|
13,10159
|
I'2=c1*I"2
|
А
|
2,076951
|
4,125976
|
6,139994
|
8,112626
|
10,03826
|
11,9121
|
P1=3*U1H*I1H*103
|
кВт
|
2459,379
|
4708,254
|
6901,834
|
9026,064
|
11068,84
|
13020,14
|
PЭ1=3*I21*r1*10-3
|
кВт
|
44,37218
|
94,77297
|
155,0237
|
236,3538
|
337,0438
|
455,22
|
PЭ2=3*I22*r'2*10-3
|
кВт
|
10,58589
|
41,7761
|
92,51464
|
161,5093
|
247,2815
|
348,2183
|
PДОБ=РДОБ,Н*(I1/I1H)2
|
кВт
|
136,0638
|
103,8712
|
90,62481
|
85,56487
|
83,32084
|
82,32042
|
ΣР
|
кВт
|
439,0788
|
488,4772
|
586,2201
|
731,485
|
915,7032
|
1133,816
|
P2=P1-ΣР
|
кВт
|
2020,3
|
4219,777
|
6315,614
|
8294,58
|
10153,14
|
11886,33
|
КПД
|
-
|
0,721468
|
0,827251
|
0,847063
|
0,858959
|
0,867272
|
0,862918
|
cos(φ)=I1a/I1
|
-
|
0,527414
|
0,715875
|
0,791858
|
0,828685
|
0,846273
|
0,86174
|
Рис. 8 Рабочие характеристики: КПД, cos(ᵩ), Скольжение
Рис. 9 Рабочие характеристики: Полная мощность
Рис. 10 Рабочие характеристики: Ток
Номинальные данные спроектированного двигателя:н=11 кВт Uн=380 В
I1н=13,046 А cosφн=0,86 ηн=0,86
9. Расчёт пусковых характеристик
Пусковый свойства асинхронных двигателей характеризуются номинальным,
максимальным и пусковым моментами, а так же начальным пусковым током.
Определим параметры двигателя с учётом эффекта вытиснения тока при
условии S=1.
Определим приведенную высоту стержня в пазу:
,
где hc=0,029 м - висота стержня в пазу
Для
находим з [1,
рис. 6-47, стр.217]
Определяем
активное сопротивление обмотки ротора с учётом действия эфекта вытиснения тока
[1,ф. 6-249, стр. 218]:
Определяем глубину проникновения тока [1,ф. 6-236, стр. 216]:
Определяем площадь сечения стержня, ограниченного высотой hr:
где
Определяем
коэффициент kr как отношение площади сечения всего стержня к площади сечения
стержня ограниченного глубиной проникновения тока [1,ф. 6-237, стр. 216]:
Определим коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под.
воздействием эффекта вытиснения тока [1,ф. 6-247, стр. 217]:
Определим коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания с
учётом эффекта вытиснения тока:
Определим коэффициент Kx, который характерезует изменение індуктивного
сопротивления под. действием эффекта вытиснения тока [1,ф. 6-251, стр. 218]:
Определим приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с
учётом действия эффекта вытиснения тока [1,ф. 6-250, стр. 218]:
Расчёт влияния на параметры:
Примем
для S=1 коэффициент насыщения кнас=1.25 і .
Определим
седнюю МРС обмотки отнесённой к одному витку обмотки статора [1,ф. 6-252, стор.
219]:
Определим фиктивную индукцию потока рассеивания [1,ф. 6-253, стр. 219]:
где
Определи коэффициент, который характирезует отношение потока рассеивания
при насыщении к потоку ненасыщенной машины.
Для
[1,рис. 6-50, стр. 219]
Определим коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания обмотки
статора и ротора с учётом эффекта насыщения [1,ф. 6-258, стор. 220]:
где
Опеределим
коэффициен магнитной проводимости пазового рассеивания при насыщении для
статора и ротора [1, ф.6-261, стр.220]:
Определим коэффициент магнитной проводи мости диффиринциального
рассеивания при насыщении для статора и ротора [1, ф.6-263, стр.220]:
Определим индуктивное сопротивление обмотки статора з учётом влияния
насыщения от полей рассеивания по отношению сумм коэффициентов проводи мости
рассчитаных без учёта и с учётом насыщения от полей рассеивания [1, ф.6-264,
стр.220]:
Для ротора принимают отношение сумм проводимостей, рассчитаных с учётом
влияния насыщения и и действия эффекта вытиснения и без учёта этих факторов [1,
ф.6-265, стр.220]:
Определяем сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме [1,
ф.6-266, стр.222]:
Определяем коэффициент с1п [1, ф.6-267, стр.220]:
Определяем значение тока и момента:
Сопротивление правой части схемы замещения [1, ф.6-268, стр.222]:
где:
Определяем
ток в обмотках ротора [1, ф.6-269, стр.222]:
Определяем ток в обмотках статора [1, ф.6-270, стр.222]:
Относительное значение тока:
Относительное значение пускового момента:
Таблица 2 - Расчёт пусковых характеристик
Расчётная формула
|
Единица
|
s=
|
1
|
0,8
|
0,6
|
0,4
|
0,2
|
ξ
|
-
|
|
1,84469
|
1,649940895
|
1,42889073
|
1,166684395
|
0,825
|
ϕ
|
-
|
|
0,65
|
0,45
|
0,25
|
0,15
|
0,1
|
kr=q.c/q.r
|
-
|
|
2,294
|
1,886
|
1,503
|
1,321
|
1,23
|
KR=1+(kr-1)*Rc/R2
|
-
|
|
2,09343
|
1,74867
|
1,425035
|
1,271245
|
1,197
|
r'2ξ=KR*R'.2
|
Ом
|
|
1,71242574
|
1,43041206
|
1,16567863
|
1,03987841
|
0,979
|
kd
|
-
|
|
0,83
|
0,86
|
0,9
|
0,94
|
0,97
|
Kx
|
-
|
|
1,507
|
1,538
|
1,58
|
1,621
|
1,652
|
X'.2ξ=Kx*X'.2
|
Ом
|
|
5,155447
|
5,261498
|
5,40518
|
5,545441
|
5,651
|
X'.2ξнас
|
Ом
|
|
1,416
|
1,413
|
1,407
|
1,4
|
1,494
|
X.1нас
|
Ом
|
|
1,658
|
1,652
|
1,642
|
1,639
|
1,626
|
-
|
|
1,048783358
|
1,04860682
|
1,04831259
|
1,048224321
|
1,048
|
a.п
|
Ом
|
|
1,995963619
|
2,074924802
|
2,236659306
|
2,925064601
|
5,329
|
b.п
|
Ом
|
|
3,143077235
|
3,133681437
|
3,116975814
|
3,106514049
|
3,191
|
I'.2
|
А
|
|
102,0605807
|
101,1079215
|
99,05045987
|
89,05763737
|
61,17
|
I1
|
А
|
|
106,466225
|
105,4758466
|
103,3382129
|
93,01397401
|
64,51
|
I1*
|
-
|
|
3,132557301
|
3,103417383
|
3,040521755
|
2,736751523
|
1,898
|
M*
|
-
|
|
2,037231747
|
2,156741971
|
2,327599285
|
2,658492284
|
3,162
|
Рис. 11 Пусковые характеристики: Относительное значение тока и пускового
момента
10. Тепловой расчёт
Электрические потери в обмотке статора в пазовой части [1, ф.6-312,
стр.235]:
Вт,
где
- коэффициент увеличения потерь.
Электрические
потери в обмотке статора в лобовых частях катушек [1, ф.6-313, стр.235]:
Вт.
Превышение
температуры внутренней поверхности сердечника статора [1, ф.6-314, стр.237]:
,
где
- определяем по [1, рис.6-59,б, стр.235];
-
определяем по [1, табл.6-30, стр.237].
Перепад
температуры в изоляции пазовой части обмотки статора [1, ф.6-315, стр.237]:
0С,
где
- расчётный периметр поперечного сечения паза
статора, определяем по [1, ф.6-317, стр.237]:
м;
Перепад
температуры по толщине изоляции лобовых частей [1, ф.6-319, стр.237]:
0С.
где:
bизл1 - односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки [1,стр 61, табл.
3-8], bизл1=0.
Превышение
температуры внешней поверхности изоляционных лобовых частей обмотки над
температурою в середине [1, ф.6-320, стр.238]:
0С.
Среднее
превышение температуры обмотки статора над температурою воздуха в середине
машины [1, ф.6-321, стр.238]:
Превышение
температуры воздуха в середине машины над температурой окружающей среды [1,
ф.6-322, стр.238]:
,
где
- сумма потерь отводимых в воздух внутри машины,
определяем по [1, ф.6-324, стр.238]:
-
определяем по [1, ф.6-327, стор.238]:
м2.
- условный
периметр поперечного сечения рёбер станины, определяем по [1, рис.6-63,
стр.239].
Среднее
превышение температуры обмотки статора над температурой внешней среды [1,
ф.6-328, стр.238]:
0С.
Температура
обмоток статора не выходит за допустимые нормы для класса изоляции F.
11. Вентиляционный расчёт
Требуемый
для охлаждения расход воздуха [1, ф.6-340, стр.240]:
м3/с,
где
- определяем по [1, ф.6-341, стр.240]:
.
Расход
воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором [1, ф.6-342, стр.240]:
м3/с.
Условие
выполняется, то есть расчёт выполнен правильно.
12. Масса активных материалов и показатели их использования
Масса изолированных проводов обмотки статора:
где:
q`эл - сечение изолированного элементарного проводника.
Масса
алюминия к.з. ротора с литой клеткой:
Масса
стали сердечников статора и ротора:
Масса
изоляции статора:
где:
bи - односторонняя толщина изоляции, принимаем по [1, табл. 3-8, стр.61].
Масса
чугунных станины и щита:
кг
Масса
двигателя:
Удельная
материалоёмкость машины не должна превышать:K`G
По
рис.9. определяем K`G.`G=8,4
Удельная
материалоёмкость машины:
Условие
выполняется.
Рисунок
12 - Удельная материалоёмкость машин мощностью до 100 кВт.
Заключение
В данной работе был рассчитан асинхронный двигатель с к.з. ротором. Ввиду
того, что расчёты производились по упрощённым формулам расхождения параметров
двигателя с аналогичным серийным двигателем отличается не более чем на 10%.
Параметры спроектированного двигателя приведены в приложении 1. Параметры
серийного аналогичного двигателя:
Частота вращения: n=1000 об/мин. Длина сердечника статора: l=160м.
Диаметр статора:Da=272мм, диаметр ротора:D=197мм. Число пазов статора и
ротора: Z1=54, Z2=50. Индукция в воздушном зазоре: Bδ=0,75
Тл.
Спроектированный двигатель имеет довольно высокий КПД и cosφ,
ввиду простоты
конструкции может применятся в любых условиях.
Список используемой литературы
1. Проектирование
электрических машин: Учеб. Пособие для Вузов / И.П. Копылов, Ф.А. Гориянов,
Б.К. Клоков и др.; под ред. И.П. Копылова. - М. Энергия, 1980. - 496с.
. Методические
указания к курсовому проекту по электрическим машинам «Расчёт и конструирование
асинхронного двигателя» / М.З. Дудник, К.П. Донченко - Донецк: ДПИ, 1992. -
52с.
. Асинхронные
двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. -
М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.
Приложение 1
Сводные
данные расчёта асинхронного двигателя.
Номинальные данные: РН=11 кВт, n=1000 об/мин. /Δ UH=660/380 B IH=13,056A
Cosφ=0,86, ηH=0,86, h=160
мм, Da=0,272 м,
D=0,193м, l=0,148 м, δ=0,45 мм, Z1=54, Bδ=0,75
Тл, D2=0,197 м, l2=0,148
м, Z2=50, BZ1=1,7 Тл, BZ2=1.8 Тл, Ва=1,2 Тл, Вj=0,853 Тл, Iμ*=0,309
Таблица 2 - Параметры схемы замещения
Наименования
|
Ом
|
О.е.
|
X1
|
3,07
|
0,105
|
X`2
|
3,421
|
0,117
|
R1
|
0,884
|
0,03
|
R`2
|
0,818
|
0,028
|
X12
|
91,084
|
3,127
|
Таблица 3 - Потери в номинальном режиме