Здравствуйте коллеги. Сегодня я в очередной раз предоставляю расчет по проектированию асинхронного двигателя.  Скачивайте. ..  

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу электропривода большинства механизмов, использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важной народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, и их эксплуатация и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2-3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности.

Серия имеет широкий ряд модификаций специализированных исполнений для максимальных удовлетворительных нужд электропривода.

 

 

1. Выбор главных размеров

 

1. Синхронная скорость вращения поля:

 

 

2. Высота оси вращения h=100 мм (двигатель 4А100L6 У3)

3. Внутренний диаметр статора

 

 

 

4. Полюсное деление

 

 

5. Расчетная мощность

 

 

 

[ и  - исходные данные]

6. Электромагнитные нагрузки  [стр.166,1]

7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем:

[стр.166,1]

8. Расчетная длина воздушного зазора:

 

 

 

При

 

;

 

- коэффициент формы поля

9. Отношение: [значение l находится в рекомендуемых пределах]

 

2. Определение Z₁, w₁ и сечения провода обмотки статора

 

10. Предельные значения t₁ [стр.170,1] t_min=8 мм, t₁=10 мм

11. Число пазов статора:

 

 

 

 

Принимаем Z₁=36, тогда

 

 

 

12. Зубцовое деление статора

 

 

 

13. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии  ]

асинхронный двигатель статор ротор

14. Принимаем, тогда

15. Окончательные значения:

 

 

 

 

Значения А и В_б находятся в допустимых приделах.

16. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

 

 

 

 

17. Сечение эффективного проводника (предварительно):

 

 

 

принимаем , тогда

 

 

обмоточный провод ПЭТМ (стр.470,1),

 

 

 

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

 

 

 

3. Расчет размеров зубцов зоны статора и воздушного зазора

 

Рис.1

 

19. Принимаем предварительно [стр.174,1]

 

;, тогда

 

 

[по табл. 6-11,1 для оксидированных листов стали ]

 

 

 

20. Размеры паза в штампе принимаем по [стр.179,1]

 

 

 

 

21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборке:

 

 

 

 

 

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

 

 

 

Площадь поперечного сечения прокладок в пазу:

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

 

 

22. Коэффициент заполнения паза:

 

 

 

4. Расчет ротора

 

23. Воздушный зазор:

24. Число пазов ротора [стр.185,1 при 2 и ]

25. Внешний диаметр:

26. Длина:

27. Зубцовое деление:

 

 

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал:

 

 

 

[ при  и  по табл. 6-16,1]

 

29. Ток в стержне ротора:

 

[ при  по стр.183,1;]

 

30. Площадь поперечного сечения стержня:

 

 

[плотность тока в стержне литой клетки принимаем J₂=3,13×10⁶ A/м²]

31. Паз ротора

Принимаем

Допустимая ширина зубца:

 

 

Размеры паза:

 

Полная высота паза:

 

 

Сечение стержня:

 

 

32. Плотность тока в стержне:

 

 

33. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

 

 

Размеры замыкающих колец:

 

 

Рис.2.

 

Рис.3 Пазы статора и ротора

 

 

Таблица 1

№ п/п	Материал	Толщина, мм	Число слоев	Односторонняя толщина, мм
	Наименование, марка
1	Имидрофлекс	0,3	1	0,3
2	Имидофлекс	0,25	1	0,25
3	Провод ПЭТВ ТУ 16 50 5370 – 78	-	-	-

 

5. Расчет намагничивающего тока

 

34. Значение индукции В_j

 

 

[расчетная высота ярма ротора: при 2р=6; стр. 194,1

 

]

 

35. Магнитное напряжение воздушного зазора:

 

 

36. Магнитные напряжения зубцовых зон:

статора

ротора

[по таблице П-17, для стали 2013 Н_z1=2340 A/м при В_z1=1,93 Тл;

 

 

]

 

37. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

 

 

38. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

 

 

[по таблице П-16  при   при  ]

 

 

 

39. Магнитное напряжение на пару полюсов:

 

 

40. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

 

 

 

41. Намагничивающий ток:

 

 

относительное значение:

 

 

6. Параметры рабочего режима

 

42. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

 

 

Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная

Для меди

 

 

Длина проводников фазы обмотки:

 

 

Длина вылета лобовой части катушки:

 

 

Относительное значение:

 

 

где

 

 

 

Относительное значение:

 

 

 

Рис. 4

 

45. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

 

 

 

где по табл.6-23,1 h₁=19,2+0,4×1,5=19,8 мм

 

]

 

Приводим  к числу витков статора:

 

 

Относительное значение:

 

 

 

7. Расчет потерь

 

46. Основные потери в стали:

 

[];

 

 

47. Поверхностные потери в роторе:

 

 

48. Пульсационные потери в зубцах ротора:

 

 

49. Сумма добавочных потерь стали:

 

 

50. Полные потери в стали:

 

 

51. Механические потери:

 

 

для двигателей 2p=4 коэф.

 

 ]

 

52. Добавочные потери при номинальном режиме:

 

 

Холостой ход двигателя:

 

, P_xx=191,6

 

8. Расчет рабочих характеристик

 

 

 

 

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

 

 

Принимаем  и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь скольжением

Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис.6.

 

Таблица 1

№ п/п	Расчетная формула	Единица изм.	Скольжение
			0,01	0,02	0,04	0,058
1		Ом	252	126	63	43,45
2		Ом	0	0	0	0
3		Ом	256	130	67	47,45
4		Ом	13	13	13	13
5		Ом	256,33	130,65	68,25	49,2
6		А	0,86	1,68	3,22	4,47
7		-	0,999	0,995	0,981	0,96
8		-	0,051	0,1	0,19	0,264
9		А	0,859	1,67	3,16	4,29
10		А	3,04	3,17	3,61	4,18
11		А	3,16	3,58	4,8	6
12		А	0,91	1,78	3,41	4,73
13		Вт	566,94	1102,2	2085,6	2831,4
14		Вт	112,64	144,57	259,9	406,08
15		Вт	5,59	21,39	78,49	151,02
16		Вт	4,27	5,48	9,85	15,39
17		Вт	213,1	262,04	438,84	663,09
18		Вт	353,84	840,16	1646,76	2168,3
19		-	0,624	0,762	0,79	0,766
20		-	0,272	0,466	0,658	0,715

 

Расчет и построение круговой диаграммы:

 

 

Масштаб тока:

 

 

Масштаб мощности:

 

 

 

9. Расчет пусковых характеристик

 

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

Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 8.

Параметры с учетом вытеснения тока ():

 

для

 

Активное сопротивление обмотки ротора:

 

 

 

Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:

 

 

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

 

 

Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения:

 

 

56. Учет влияния на параметры. Принимаем для s=1 коэффициент

 

[по рис. 6-50, стр. 219, 1 для B_фδ = 4 Тл, х_δ = 0,58]

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения:

 

с₁ = (t₁ – b_ш1) · (1 - х_δ) = (10,3 - 3) · (1- 0,58) = 3,07 мм

λ_п1нас = λ_п1 – Δλ_п1нас = 1,214 – 0,18=1,034

 

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

 

λ_д1нас = λ_д1 · х_δ = 2,17 · 0,58 = 1,259

 

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения:

 

х_1нас = х₁ ·  2,88 Ом, где

Σλ_1нас = λ_п1нас + λ_д1нас + λ_л1 = 1,034+1,259 +0,516=2,809

 

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

 

Δλ_п2нас = 0,367

с₂ = (t₂ – b_ш2) · (1 - х_δ) = (13,2 - 1,5) · (1-0,58) = 5,54 мм

λ_п2ξнас = λ_п2ξ - Δλ_п2нас = 2 - 0,367=1,633

 

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения:

 

λ_д2нас = λ_д2 · х_δ = 2,957 · 0,58=1,715

 

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

 

х^׳_2ξнас = х₂ ·  4,3 Ом, где

Σλ_2ξнас = λ_п2ξнас + λ_д2нас + λ_л2 = 1,633 +1,715+0,163=3,511

 

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

 

х_12п = х₁₂ ·  97,9 Ом

с_1пнас = 1 +  1,03

 

Расчёт токов и моментов:

 

 

α_п = r₁ + c_1пнас ·  6,32

b_п = х_1нас + с_1нас · х^׳_2ξнас = 2,88+1,03 · 4,3 = 7,31

I^׳_2ξнас =  22,8 А

I_1ξнас = I^׳_2ξнас · c_1пнас = 22,8 · 1,03 = 23,44 А

I_α• = 3,9

М_п• =  1,5

 

Расчет только для S=1, так как при Р<11 кВт h_r ≈ h_c и практически нет эффекта "вытеснения тока". Построение пусковых характеристик производится по круговой диаграмме.

 

10. Тепловой расчёт

 

57. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

 

Δυ_пов = К ·  17 ºС

 

по табл. 6-30, К = 0,19; по рис. 6-59, α₁ = 82 Вт/(м² · ºС);

 

Р^׳_э.п1 = k_р · Р_э1 ·  202,4 Вт]

 

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

 

 

где

 

[П_п1=2·h_п+b₁+b₂=2·14,2+8,1+5,9=42,4 мм =0,042 м;

 

для изоляции класса нагревности В λ_экв=0,16 Вт/(м ·ºС), по стр. 237, 1

для d/d_из = 1,0 /1,08 = 0,93; λ^׳_экв = 1,2 Вт/(м ·ºС)]

 

[Р^׳_эл1=k_р·Р_э1·1,07·406,08·232,1 Вт; П_л1=П_п1=0,042; b_из.л1=0]

 

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

 

 

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

 

 

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:

 

[ΣР^׳_в=ΣР^׳–(1-К)·(Р^׳_эп1+Р_ст.осн)–0,9·Р_мех=702,1–(1–0,19)·(202,4+76)– –0,9 · 8,6=468,9 Вт, где

ΣР^׳=ΣР+(k_р-1)·(Р_э1+Р_э2)=663,09 +(1,07-1)·(406,08 +151,02)=702,1 Вт;

S_кор=(π·D_α+8·П_р)·(l₁+2·l_выл1)==(3,14·0,168+8·0,16)·(0,102+2·0,029)=0,286

 

П_р=0,16 м² для h=100 мм по рис. 6-63, 1, α_в=19 Вт/(м² ·ºС), D_α=0,168 по рис. 6-59, 1]. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

 

Δυ₁ = Δυ^׳₁ + Δυ_в = 24+86,3=110,3 ºС

 

11. Расчёт вентиляции

 

58. Расчёт вентиляции. Требуемый для охлаждения расход воздуха:

 

Q_в =  0,012 м³/с

 [стр.240, 1]

 

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

 

Q^׳_в = 0,6 · D_α³ ·  0,6 · (0,168)³ · 0,0427 м³/с

Q^׳_в > Q_в .

 

Приложение

 

Литература

 

1.                 Копылов И.П. "Проектирование электрических машин". М.: "Энергия", 1980г.

2.                 Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам. № 11, 1990г.

 

 

 

 

 

 

43. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

 

[

 

где для алюминиевой обмотки ротора ]

Приводим  к числу витков обмотки статора:

 

 

Относительное значение:

 

 

44. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора: