Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4а

"Асинхронный двигатель 4А200L4У3 с короткозамкнутым ротором"

Выдержка из работы

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат

Условные обозначения

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Расчёт обмоток статора

3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4. Расчёт ротора

5. Расчёт намагничивающего тока

6. Параметры рабочего режима

7. Расчёт потерь

8. Расчёт рабочих характеристик

9. Расчёт пусковых характеристик

10. Тепловой расчёт

11. Вентиляционный расчёт

12. Масса активных материалов и показатели их использования

Выводы

Список использованных источников

РЕФЕРАТ

Объектом расчёта и конструирования является асинхронный двигатель 4А200L4У3 с короткозамкнутым ротором. Исходными данными к расчёту являются: номинальная мощность Рн=55 кВт, номинальное напряжение Uн=220/380 В, cosн=0. 9, синхронная частота вращения n1=1500 об/мин, частота напряжения сети f=50 Гц, н=0. 92.

Цель работы: сконструировать и рассчитать асинхронный двигатель 4А200L4У3 с короткозамкнутым ротором по заданным исходным характеристикам, установленным в соответствии с требованиями государственных и отраслевых стандартов.

В качестве базовой модели принимается асинхронный двигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором. Конструктивное исполнение по способу монтажа IM1001. Исполнение по степени защиты — IP44, категория климатического исполнения — У3, изоляция класса нагревостойкости F, режим работы — продолжительный.

Для данного двигателя применяется сталь марки 2013 в соответствии с ГОСТ 21 427. 3−83. Сердечники статора и ротора собраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0.5 мм. Обмотка короткозамкнутого ротора и закорачивающие кольца выполняются алюминиевыми, обмотка статора — медной.

При проектировании были выбраны главные размеры (высота оси вращения h=200 мм, наружный диаметр статора Dа=0. 349 м, внутренний диаметр статора D=0. 237 м, расчётная длина воздушного зазора L=0. 213 м), электромагнитные нагрузки (А=37*103 А/м, В=0. 747 Тл),

Ключевые слова: СТАТОР, РОТОР, ОБМОТКА, ПАЗ, СТЕРЖЕНЬ, КОЛЬЦО, ВИТОК, ЗУБЕЦ, ВОЗДУШНЫЙ ЗАЗОР, НАМАГНИЧИВАЮЩИЙ ТОК, ИНДУКЦИЯ, ПОТЕРИ.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

р — число пар полюсов;

D — внутренний диаметр статора;

Da — наружный диаметр статора;

Р' - расчётная мощность;

m — число фаз;

n1 — синхронная частота вращения;

f — частота питания;

Z1,2 — число пазов статора, ротора;

щ — синхронная угловая скорость;

д — воздушный зазор;

— полюсное деление;

lд — расчётная длина воздушного зазора;

t1,2 — значение зубцового деления;

I1н — ток статора при номинальной нагрузке;

А1 — значение линейной нагрузки;

Вд — индукция в воздушном зазоре;

j1 — плотность тока в обмотке статора;

qэф — сечение эффективного проводника;

hа — высота ярма статора;

Kз — коэффициент заполнения;

D2 — внешний диаметр ротора;

qc — площадь поперечного сечения стержня;

j2 — плотность тока в стержнях ротора;

qкл — площадь поперечного сечения замыкающих колец;

Fz1,2 — магнитные напряжения зубцовых зон статора, ротора;

Kz — коэффициент насыщения зубцовых зон;

Lа — длина средней магнитной линии статора;

K — коэффициент насыщения магнитной цепи;

R1 — активное сопротивление фазы обмотки статора;

Кr — коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки статора от действия эффекта вытеснения тока;

а — число параллельных ветвей обмотки;

lср — средняя длина витка обмотки;

Rкл — сопротивление короткозамыкающего кольца;

Х1 — индуктивное сопротивление обмотки статора;

Х2 — индуктивное сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора;

Рэ1,2 — электрические потери в обмотке статора, ротора;

Рст — общие потери в стали статора;

з — коэффициент полезного действия;

Iо — ток холостого хода двигателя;

Qв — требуемый для охлаждения расход воздуха;

Дх1 — среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды.

ВВЕДЕНИЕ

Асинхронные двигатели получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических двигателей переменного тока. Объясняется это простотой конструкции, надежностью в работе и удовлетворительными рабочими характеристиками. Области применения асинхронных двигателей, составляющих основу современного электропривода, весьма широкие — от привода устройства автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования. В соответствии с этим мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысячи киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 киловольт. Наибольшее применение имеют трёхфазные асинхронные двигатели серии 4А, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты.

Серия 4А была спроектирована в 1969 — 1971 гг. и через несколько лет была внедрена в производство. В основу построения серии положены высоты оси вращения ротора (для машин с горизонтальной осью вращения) до установочной поверхности.

Серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0. 06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения, причем шкала мощностей содержит 33 ступени. Основными исполнениями являются закрытое обдуваемое (4А) и защищённое (4АН). Применение изоляции класса нагревостойкости F и новых сортов электротехнической стали дало возможность повысить электромагнитные нагрузки. Это позволило увеличить мощность двигателей при тех же высотах оси вращения, что и в прежних сериях, улучшить их технико-экономические показатели.

Двигатели выполняются на следующие номинальные напряжения: 220/380 В — при мощностях от 0. 06 до 0. 37 кВт, 220/380 и 380/660 В — при мощностях от 0. 55 до 110 кВт, 380/660 В — при мощностях более 132 кВт.

Спроектированный двигатель может быть применён для привода механизмов с неизменной частотой вращения: привода вентиляторов, насосов, транспортеров и обрабатывающих станков или других устройств, не требующих регулирования частоты вращения приводного двигателя.

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

Число пар полюсов:

Высота оси вращения:

Тогда принимаем наружный диаметр статора:

/1, стр. 164, табл. 6,6/

Внутренний диаметр статора:

где Кd=0. 68 /1, стр. 165, табл. 6. 1/

Полюсное деление:

Расчётная мощность:

где Ке — отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, Ке=0. 98

/1, стр. 169, табл. 6. 8/

cos, — по /1, стр. 169, рис 6. 9/

Электромагнитная нагрузка по /1, стр. 166, рис 6. 1/ принимаем:

линейную нагрузку: А=36*103 А/м

индукция в воздушном зазоре: В=0. 77 Тл

Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно):

Коб1=0. 92

Расчётная длина воздушного зазора:

где — коэффициент формы кривой поля,

— угловая скорость вала,

Отношение

Сравнив полученное значение с рекомендуемым /1, стр. 168, рис 6. 14/ видим, что находится в рекомендуемых пределах.

2. РАСЧЁТ ОБМОТОК СТАТОРА

Предельное значение t1 — зубцовое деление /1, стр. 175, рис. 6−15/:

t1max=15,2 мм

t1min=13.1 мм

Число пазов статора:

так как число пазов q — целое число то принимаем: Z1=48.

где m — число паз статорной обмотки. Обмотка двухслойная.

Зубцовое деление статора (окончательное):

Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют, то есть а=1):

где I1н — ток в обмотке статора:

Принимаем а=2, тогда число эффективных проводников в пазу:

Тогда окончательное значение:

число витков в фазе обмотки:

значение линейной нагрузки:

магнитный поток:

где

/ 1, стр. 69 рис. 3. 11 /

/ 1. стр. 71, табл. 3. 13 /

Значение, А и В находится в допустимых пределах / 1. Стр. 166, рис. 6−11 /

Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

где / 1. стр. 173, рис. 6−16 /

Сечение эффективного проводника (предварительно):

Принимаем число элементарных проводников n=5, тогда сечение:

Тогда обмоточный провод / 1. стр. 470, П-28 / принимаем ПЭТМ:

Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

3. РАСЧЁТ РАЗМЕРОВЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА

Предварительно принимаем Вz=1. 9Тл и Ва=1,6Тл /1. cтр. 164. табл. 6−10/.

Ширина зубца:

где Кс — коэффициент / 1. стр. 176, табл. 6−11 /.

Высота ярма статора:

Размеры паза в штампе принимаем по / 1. стр. 176 /:

bш=3,7 мм

hш=1мм

Глубина паза:

Ширина зубца:

Размеры паза в свету с учётом припусков на сборку:

где припуски по ширине паза bP и по высоте hP принимаем 0,2 мм / 1. стр. 177/.

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

где Sпр — площадь поперечного сечения прокладок

Sиз — площадь поперечного сечения корпусной изоляции

где bиз — односторонняя толщина изоляции, bиз=0,4 /1, стр. 61, табл. 3. 8/

Коэффициент заполнения паза:

Кз находится в допустимых пределах по /1, стр. 66, табл. 3−12/

4. РАСЧЁТ РОТОРА

Воздушный зазор:

=0,7 мм /1, стр. 181, рис. 6−11/

Число пазов ротора:

Z2=38

Внешний диаметр:

Длина L2=L1=0. 213 мм

Зубцовое деление:

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

Ток в стержне ротора:

где КI — коэффициент, учитывающий влияния тока намагничивания и сопротивления обмоток, КI=0,93 /1, стр. 183, рис. 6. 22/

I — коэффициент приведения токов:

Площадь поперечного сечения стержня:

где J2 — плотность тока, J2=2. 5*106А/м2 /1, стр. 186/

Паз ротора. Для закрытого грушевидного паза короткозамкнутого ротора /1, стр. 188, рис. 6. 27(б)/:

bШ=1. 5 мм

hШ=0. 7 мм

Допустимая ширина зубца:

где ВZ2 — индукция в зубцах, ВZ2=1. 7Тл /1, стр. 174, табл. 6−10/

Размер паза:

где hP2 — полная высота паза, hР2=42мм /2, рис. 11/

Примем /1, стр. 243, рис 6. 63(б)/:

Окончательное значение сечения стержня:

Плотность тока в стержне:

Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

где IКЛ — ток в кольце

JКЛ — плотность тока в замыкающих кольцах

Определяем размеры замыкающих колец:

Окончательно принимаем расчётное сечение замыкающих колец литой обмотки, не учитывая утолщения в местах примыкания вентиляционных лопаток /1, стр. 187/:

5. РАСЧЁТ НАМАГНИЧИВАЮЧЕГО ТОКА

Значение индукции:

— в зубцах статора:

— в ярме статора:

— в ярме ротора:

где — расчётная высота ярма ротора,

где dкл и mкл — диаметр и число рядов аксиальных вентиляционных каналов в роторе — в данном случае они равны нулю, так как каналы отсутствуют при h=225мм.

Магнитное напряжение воздушного зазора:

где К — коэффициент воздушного зазора:

Магнитное напряжение зубцовых зон:

статора:

где HZ1=2070A/м при ВZ1=1. 9Тл для стали 2013 по основной кривой намагничивания /1, стр. 460, П-15/

hZ1=hP=27. 49 мм.

ротора:

где HZ2=6600A/м при ВZ2=1. 7Тл /1, стр. 460, П-15/

Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

Коэффициент насыщения лежит в допустимых пределах /1, стр. 194/.

Магнитные напряжения:

ярма статора:

где Ha=750A/м /1, стр. 460, П-16/

La — длина средней магнитной линии ярма статора:

ярма ротора:

где HJ=308A/м /1, стр. 460, табл. П-16/

Высота стенки ротора:

Суммарное магнитное напряжение на

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток:

относительное значение:

6. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

асинхронный двигатель ротор ток

Активное сопротивление фазы обмотки статора:

где Кr — коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока, Кr=1

SV — удельное сопротивление материала обмотки при расчётной температуре, Vрасч. =1150С, для меди S115=10-6/41 Oм*м

L1 — длина проводника фазы обмотки:

где Lср1 — средняя длина витка обмотки:

Lп1 — длина стержня ротора, Lп1=0,213 м

Lл1 — длина лобовой части секции

где b — длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, принимаем b=0,01 м

bкт — средняя ширина катушки, определяется по дуге окружности проходящей по серединам высоты пазов:

где — относительное укорочение шага, 1=0,86−0,97 /1,стр. 197/

Длина вылета лобовой части катушки:

где Квыл=0,4 /1, стр. 197, табл. 6−19/

Относительное значение:

Активное сопротивление фазы ротора обмотки ротора:

где сопротивление стержня:

где с — удельное сопротивление материала стержня и алюминиевых короткозамыкающих колец при t0=1150С, 115=10-6/20,5 Ом*м

Сопротивление короткозамыкающих колец:

Приводим r2 к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для обмоток статора по /1, стр. 200, табл. 6. 22 /:

К — по /1, стр. 200, табл. 6. 22/:

коэффициент магнитной проводимости пазового лобового рассеяния:

коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания:

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

Приведём 2 к числу витков статора:

Относительное значение:

7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

Электрические потери в обмотках статора:

Электрические потери в обмотках ротора:

Основные потери в стали:

где Р1,0/5,0 — удельные потери в стали, Р1,0/5,0=2,5 Вт/кг /1, стр. 206, табл. 6−24/ mА — масса стали ярма:

высота ярма статора:

с — удельная масса стали, с=7,8*103 кг/м3 /1, стр. 266/ масса зубцов статора:

Поверхностные потери в роторе и статоре:

где рПОВ2 и рПОВ1— потери приходящиеся на 1 м2 поверхности головок зубцов ротора и статора:

где КО2 — коэффициент для необработанных поверхностей головок зубцов, КО2=1,4

Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над кромками зубцов ротора и статора:

где О2=0,125 /1, стр. 207, рис. 6−41/

О1=0,3 /1, стр. 207, рис. 6−41/

Пульсационные потери в зубцах ротора и статора:

где Впул2 — амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов ротора

Впул1 — амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов статора:

mZ2 — масса стали зубцов ротора:

Сумма добавочных потерь в стали:

Полные потери в стали:

Механические потери:

Добавочные потери при номинальном режиме:

Холостой ход двигателя:

где Iхх, а — активная составляющая тока

где РЭ1хх — электрические потери в статоре при хх:

8. РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Для расчета рабочих характеристик воспользуемся Г — образной схемой замещения.

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

/так как < 1/

Потери не меняющиеся при изменении скольжения:

Приведём расчёт для S=Sн.

Примем:

тогда:

Активная составляющая тока:

Реактивная составляющая тока:

Приведённый ток ротора:

Электрические потери в статоре:

Электрические потери в роторе:

Добавочные потери:

Суммарные потери:

Номинальная мощность:

Коэффициент полезного действия:

После построения рабочих характеристик уточняем значение номинального скольжения:

SН=1,4%

9. РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Расчёт характеристик приведён в табл.2 Подробный расчёт приведён для скольжения S=1. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 9.2.

Параметры с учётом вытеснения тока (расч=1150С):

где hc — высота стержня в пазу:

=1,55 /1, стр. 216, рис. 6−46/

Кg='=0. 56 /1, стр. 217, рис. 6−47/

Тогда коэффициенты учитывающие влияние эффекта вытеснения тока на сопротивления стержней:

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока:

Приведённое активное сопротивление ротора с учётом действия эффекта вытеснения тока:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока:

Ток ротора приближенно без учёта влияния насыщения, принимая с1п=1:

Учёт влияния насыщения на параметры.

Принимаем для S=1 коэффициенты насыщения Кныс=1,35 /1, стр. 219/, принимаем

Средняя МДС обмотки, отнесённая к одному пазу обмотки статора:

Реактивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:

Коэффициент характеризующий отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины:

/1, стр. 219, рис. 6−50/

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

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

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения:

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

Проводимость пазового рассеяния ротора:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения:

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

Сопротивление взаимной индукции обмотки в пусковом режиме:

Расчёт токов и моментов:

Рассчитанной точке соответствует:

Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.

10. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

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

Где К — коэффициент учитывающий передачу части энергии непосредственно в окружающую среду, К=0,2 /1, стр. 237, табл. 6−30/

— электрические потери в обмотках статора в пазовой части:

— коэффициент увеличения потерь для обмоток с классом нагревостойкости F,

— коэффициент теплоотдачи с поверхности,

10.2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмоток статора:

гдеПп1 — расчётный периметр поперечного сечения паза статора

— коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников, /1, стр. 237, рис. 6−62/

— средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции,

Перепад температуры по толщине изоляции лобовой части:

где — электрические потери в обмотках статора в лобовой части катушек:

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:

где — сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя

Sкор — эквивалентная поверхность охлаждения корпуса:

— условный периметр поперечного сечения рёбер станины, Пр=0,36 м2 /1, стр. 239, рис. 6−63/

— коэффициент подогрева воздуха,

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

Таким образом, допускаемое превышение температуры соответствует принятому классу нагревостойкости F.

11. ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЁТ

Требуемый для охлаждения расход воздуха:

Где Км — коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, отдаваемого наружным вентилятором

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Что обеспечивает нормальную работу машины.

12. МАССА АКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКАЗАТЕЛИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Рассчитаем предварительные значения массы, необходимые для оценки экономической эффективности спроектированного варианта двигателя.

Масса изолированных проводов обмотки статора круглого поперечного сечения:

Масса алюминиевого короткозамкнутого ротора с литой клеткой:

Где Nл — число лопаток вентилятора, Nл=19

— размеры лопаток

Масса стали сердечников статора и ротора:

Масса изоляции статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами:

Для предварительной оценки массы конструкционных материалов используем с достаточным приближением следующие зависимости.

Двигатель со степенью защиты IP44 для h=200мм с чугунной станиной и щитке:

Масса двигателя:

Удельная материалоёмкость машины:

ВЫВОД

В процессе выполнения данного курсового проекта был рассчитан и сконструирован асинхронный двигатель 4А200S4У3 с короткозамкнутым ротором.

Были получены следующие параметры: номинальная мощность Рн = 45 кВт, номинальное напряжение Uн = 220 В, cosцн = 0,93, синхронная частота вращения n1 = 1500 об/мин, частота напряжения сети f = 50 Гц, зн = 88,2%.

В качестве базовой модели принимается асинхронный двигатель серии 4А с короткозамкнутым ротором. Конструктивное исполнение по способу монтажа IM1001. Исполнение по степени защиты — IP23, категория климатического исполнения — У3, изоляция класса нагревостойкости F, режим работы — продолжительный.

Данная работа была выполнена в офисном приложении «Ms Office — 97» (русская версия). Который позволил быстро выполнять нужные расчёты, и выбрать более удачный вариант задаваемых данных для получения оптимальных параметров. «Ms Office — 97» позволил быстро и чётко построить графики пусковых и рабочих характеристик.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

И.П Копылов Проектирование электрических машин. — М. :Энергия, 1980. -496с.

Электротехнический справочник. Под ред. П. Г. Грудинского, Г. Н Петрова и др. Изд. 5-е. Т. 1 — М. :Энергия, 1974. — 775с.

А.И Вольдек Электрические машины. — Л.: Энергия, 1978. — 832с.

Показать Свернуть

referat.bookap.info

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А 80В2У3

Курсовой проект - Физика

Другие курсовые по предмету Физика

Введение

Данный курсовой проект содержит проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.

В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Базовой моделью для проектирования является двигатель серии 4А. В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на две-три ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дало большую экономию дефицитных материалов.

Существенно улучшились виброшумовые характеристики. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности. Особое внимание при проектировании уделялось экономичности двигателей.

Двигатели серии 4А спроектированы оптимальными для нужд народного хозяйства. Критерием оптимизации была принята суммарная стоимость двигателя в производстве и эксплуатации, которая должна быть минимальной.

Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм. Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модификаций и специализированное исполнение.

Двигатели основного исполнения предназначены для нормальных условий работы и являются двигателями общего назначения. Это трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение степени защиты IP44 во всем диапазоне высот оси вращения и IP23 в диапазоне высот осей вращения 160 - 355 мм.

К электрическим модификациям двигателей серии 4А относятся двигатели с повышенным номинальным скольжением, с повышенным пусковым моментом, многоскоростные, с частотой питания 60 Гц и т.п., к конструктивным модификациям - двигатели с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, со встроенной температурной защитой и т.п.

Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода - на прессах-автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум-нагнетательных установках. Испытание узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.

Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.

По своим энергетическим, пусковым, механическим, виброшумовым, эксплуатационным характеристикам серия 4А удовлетворяет всем требованиям.

1. Выбор главных размеров двигателя

Исходя из требования листа технического задания выбираем двигатель серии 4А80В2У3, исполнение по степени защиты IP44, способ охлаждения ICАO141. Мощность двигателя 2.2 кВт, 2р = 2, f = 50 Гц., U1н = 220/380 В., n = 3000 об/мин.

Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18 /1/, а

Принимаем ближайшее стандартное значение (см. рис. 9.19 /1/).

Исходя из высоты оси вращения выбираем по табл. 9.8 /1/ внешний диаметр сердечника статора .

Значение диаметра внутренней поверхности статора определяют по внешнему диаметру сердечника статора, и коэффициенту kd, равному отношению внутреннего диаметра к внешнему. Значение коэффициента kd в зависимости от числа полюсов выбираем из таблицы 9.9./1/ Предварительно kd = 0.56.

Внутренний диаметр сердечника статора, м:

Определяем полюсное деление, м:

двигатель магнитный пусковой статор

где - внутренний диаметр сердечника статора, м;

- число пар полюсов.

Расчетная мощность машины, Вт:

где - коэффициент, равный отношению ЭДС к номинальному напряжению;

- КПД машины (предварительно), о.е.;

- коэффициент мощности машины, о.е;

- мощность машины, Вт.

, по рис. 9.20 /1/

=0.87,

=0.83,

Выбираем предварительно электромагнитную нагрузку машины по рис. 9.22/ 1/: ;

Расчетная длинна магнитопровода машины, м:

где = 0.64 - расчетный коэффициент полюсного перекрытия;

= 1.11 - коэффициент формы поля;

= 0.9 - обмоточный коэффициент;

- номинальная частота вращения, об/мин;

D - диаметр внутренней поверхности статора, м;

- расчетная мощность машины, Вт

Критерием правильного выбора главных размеров машины является отношение , которое в зависимости от исполнения машины, должно находиться в пределах, показанных на рис.9.25а /1/

Полная конструктивная длина и длина стали сердечника статора определим с учетом наличия радиальных вентиляционных каналов.

Но так как мм, то радиальных каналов не устраивают, т.е.

geum.ru

"Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А 80В2У3"

Выдержка из работы

Введение

К электрическим модификациям двигателей серии 4А относятся двигатели с повышенным номинальным скольжением, с повышенным пусковым моментом, многоскоростные, с частотой питания 60 Гц и т. п., к конструктивным модификациям — двигатели с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, со встроенной температурной защитой и т. п.

Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода — на прессах-автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум-нагнетательных установках. Испытание узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.

Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.

1. Выбор главных размеров двигателя

Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9. 18 /1/, а

Принимаем ближайшее стандартное значение (см. рис. 9. 19 /1/).

Исходя из высоты оси вращения выбираем по табл. 9.8 /1/ внешний диаметр сердечника статора.

Внутренний диаметр сердечника статора, м:

Определяем полюсное деление, м:

двигатель магнитный пусковой статор

где — внутренний диаметр сердечника статора, м;

— число пар полюсов.

Расчетная мощность машины, Вт:

где — коэффициент, равный отношению ЭДС к номинальному напряжению;

— КПД машины (предварительно), о.е. ;

— коэффициент мощности машины, о. е;

— мощность машины, Вт.

, по рис. 9. 20 /1/

=0. 87,

=0. 83,

Выбираем предварительно электромагнитную нагрузку машины по рис. 9. 22/ 1/:;

Расчетная длинна магнитопровода машины, м:

где = 0. 64 — расчетный коэффициент полюсного перекрытия;

= 1. 11 — коэффициент формы поля;

= 0.9 — обмоточный коэффициент;

— номинальная частота вращения, об/мин;

D — диаметр внутренней поверхности статора, м;

— расчетная мощность машины, Вт

Критерием правильного выбора главных размеров машины является отношение, которое в зависимости от исполнения машины, должно находиться в пределах, показанных на рис. 9. 25а /1/

Но так как мм, то радиальных каналов не устраивают, т. е.

мм.

Длина сердечника ротора при этом принимается

мм.

Длина стали сердечника ротора

мм.

2. Расчет обмоток статора и ротора

Определение размеров зубцовой зоны статора начинают с выбора числа пазов Z1. Число пазов статора неоднозначно влияет на технико — экономические показатели машины. Если увеличивать число пазов статора, то улучшается форма кривой ЭДС и распределение магнитного поля в воздушном зазоре. В тоже время уменьшается ширина паза и зубца, что приводит к снижению коэффициента заполнения паза медью, а в машинах небольшой мощности может привести к недопустимому снижению механической прочности зубцов. Увеличение числа пазов статора увеличивает трудоемкость выполнения обмоточных работ, увеличивая сложность штампов, а их стойкость снижается.

Выбирая число пазов статора по рис. 9. 26/1/ определяем граничные значения зубцового деления t z1max = 0. 0118 и t z1min = 0. 01.

Диапазон возможных значений чисел пазов статора:

Из данного диапазона значений Z1 выбираем такое, при котором число пазов на полюс и фазу q1 будет целым числом:

где m — число фаз.

Таким образом принимаем z1 = 24 паза.

Зубцовое деление статора, м:

Номинальный ток обмотки статора, А:

Число эффективных проводников в пазу статора Uп (предварительно):

Число параллельных ветвей обмотки а1 при целом q1 должно удовлетворять условию целое число. Число эффективных проводников в пазу максимально приближалось к любому целому числу. Принимаем а1 = 1.

Число витков в фазе:

Уточненное значение линейной токовой нагрузки:

Коэффициент распределения:

Kp =0. 958 по таблице 3,16 /1/

Расчетный шаг обмотки:

т.к. обмотка однослойная

Коэффициент укорочения шага обмотки статора:

Ky =1 т. к обмотка со сплошной фазной зоной.

Обмоточный коэффициент:

Магнитный поток в воздушном зазоре машины, Вб:

Уточнённое значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Тл:

Плотность тока в обмотке статора,:

где — тепловой фактор, определяется по рис. 9. 27а/1/

Предварительное значение сечения эффективного проводника обмотки статора, мІ:

Сечение эффективного проводника окончательно, ммІ:

Выбираем провод с классом нагревостойкости изоляции F марки ПЭТ. Из приложения 3 таблица П3.1 /1/ выбираем стандартное сечение 0. 709 ммІ и диаметр провода: dэл = 0. 95 мм; dиз = 1,015 мм. В качестве пазовой изоляции используется пленкостеклопласт марки «Имидофлекс» класса нагревостойкости F (ТИ 155).

Магнитопровод статора и ротора выполняют шихтованным из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Сталь марки 2013.

Уточняем плотность тока в обмотке статора:

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Размеры пазов статора должны быть такими, чтобы обеспечивалось оптимальное размещение проводников обмотки, а магнитная индукция в зубцах и в ярме статора не выходила за рекомендуемые пределы, рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 — К определению размеров зубцовой зоны статора

Определение размеров зубцовой зоны статора начинают с выбора магнитной индукции в зубцах и в ярме статора (таблица 9. 12/ 1/): Вz1 = 1. 18 Тл, Ва = 1. 02 Тл.

Предварительное значение ширины зубца статора, м:

где — предварительное значение магнитной индукции в зубцах статора, Тл;

= 0,97 — коэффициент заполнения сердечника сталью (табл.3. 13/1/)

мм,

Предварительное значение высоты ярма статора, м:

Предварительное значение высоты паза статора, м:

мм.

Размеры паза статора, м:

где = 0.5 мм — высота шлица;

= 3.0 мм — ширина шлица. Выбирается по (таблице 9. 16/1/)

Высота клиновидной части паза:

Уточненное значение высоты паза статора, м:

Полученные размеры определяют размеры паза в штампе. Для дальнейших расчетов необходимо получить размеры паза после шихтовки сердечника, т. е., размеры паза в свету. Из — за смещения листов статора при шихтовке эти размеры будут меньше размеров паза в штампе на величину припуска на шихтовку Дb и Дh.

= 0.1 мм — припуск на шихтовку по высоте паза.

= 0.1 мм — припуск на шихтовку по ширине паза (табл.9. 14 /1/)

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

Площадь поперечного сечения пазовой изоляции, мІ:

где = 0. 2мм — толщина пазовой изоляции. Выбирается по таблице 3. 1/1/

Площадь поперечного сечения изоляции между слоями:

Свободная площадь паза, мІ:

Критерием оценки результатов выбора размеров паза является значение коэффициента заполнения свободной площади паза обмоточным проводом:

Рисунок 3.2 — Трапецеидальный паз статора

Расчет ротора

Выбор воздушного зазора:

Для двигателей мощностью менее 20 кВт:

Округлим значения до 0,05 мм

д=0,35 мм.

Также воздушный зазор можно выбрать по рисунку 3. 3

Рисунок 3.3 Выбор воздушного зазора

Расчет ротора

Наружный диаметр ротора, м:

Зубцовое деление ротора, м:

где = 20 пазов — число пазов на роторе машины. Выбирается по рекомендациям, приведенным в таблице 9. 18 /1/. Т.к. у нас мм, то нужно выполнить скос пазов.

Т.к. у нас мм, то сердечник ротора непосредственно садим на вал без промежуточной втулки. Применим горячую посадку сердечника на гладкий вал без шпонки.

При таком исполнении ротора внутренний диаметр магнитопровода равен диаметру вала, м:

где Кв = 0,23 — коэффициент, который выбирается из таблицы 9,19/1/.

мм.

Предварительное значение тока в стержне обмотки ротора:

где = 0. 90 — коэффициент, зависящий от cosцн. Его значение определяется по рисунку 6,22/2/;

— коэффициент приведения токов для двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора. Определяется по формуле:

где kск = 1 — коэффициент скоса пазов

Сечение стержня, мІ:

где J2 — плотность тока в стержнях обмотки ротора. В асинхронных двигателях закрытого исполнения (IP44) плотность тока выбирается в пределах J2 = 2,5 ч 3,5

Т.к. мм, значит применим трапецеидальные пазы и литую обмотку ротора с размерами шлица:

Рисунок 3.4 Трапецеидальный паз ротора

Размеры трапецеидального паза (рис 3. 4а) рассчитываем, исходя из сечения стержня и постоянства ширины зубцов ротора. Ширина зубца

мм,

(таблица 9. 12/1/)

Определяем размеры паза:

мм,

мм.

Проверим при мм мм. Верно.

Рассчитанные размеры паза и округлим до десятых долей миллиметра и уточним площадь

Полная высота паза:

Сечение стержня:

Определим ширину зубца в двух сечениях

мм,

мм.

Расчетная высота зубца:

мм.

Рисунок 3.5 Трапецеидальный паз проектируемого ротора

Коротко-замыкающие кольца.

Ток кольца короткозамкнутого ротора, А:

где

Площадь поперечного сечения кольца (предварительно), мІ:

Плотность тока в кольце выбираем на 15 — 20% меньше, чем в стержне т. е. Jкл = 2. 4.

Средняя высота кольца принимается больше высоты паза ротора на 20 — 25%:

Ширина кольца, мм:

Средний диаметр кольца, м:

Рисунок 3.6 Замыкающее кольцо с литой обмоткой

3. Расчет магнитной цепи, потерь и КПД

Расчет магнитной цепи асинхронного двигателя производят для номинального режима работы с целью определения суммарной намагничивающей силы, необходимой для создания рабочего магнитного потока в воздушном зазоре.

Магнитную цепь машины разбивают на пять характерных участков: воздушный зазор, зубцы статора и ротора, ярмо статора и ротора. Считают, что в пределах каждого из участков магнитная индукция имеет одно наиболее характерное направление. Для каждого участка магнитной цепи определяют магнитную индукцию, по значению которой определяют напряженность магнитного поля. По значению напряженности магнитного поля на участках магнитной цепи и соответствующей участку длине силовой линии поля, определяют намагничивающую силу. Необходимую намагничивающую силу определяют как сумму намагничивающих сил всех участков магнитной цепи. Магнитная цепь машины считается симметричной, поэтому расчет намагничивающей силы выполняют на одну пару полюсов.

Магнитное напряжение воздушного зазора, А:

где — коэффициент воздушного зазора. Учитывает возрастание магнитного сопротивления воздушного зазора, вызванное зубчатым строением поверхностей ротора и статора

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитное сопротивление воздушного зазора вследствие зубчатого строения поверхности статора:

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

А,

где м.

Расчет индукции в зубцах

Тл.

по таблице П 1. 7/1/ А/м

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

А,

мм

Индукция в зубце:

Тл;

по таблице П 1. 7/1/ для Тл находим А/м.

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитное напряжение ярма статора

А,

м,

м;

Тл;

для Тл по таблице П 1. 6/1/ А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора:

А.

Для 2р=2

расчетная высота ярма ротора: при 2р=2; стр. 194/2/

где

Тл,

по таблице П 1.6 /1/ для Тл находим А/м.

Магнитное напряжение на пару полюсов

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток

А.

или в относительных единицах:

4. Расчет и построение круговой диаграммы

Сопротивления короткого замыкания:

Масштаб тока:

Масштаб мощности:

мм

Масштаб моментов:

5. Расчет параметров двигателя и построение рабочих и пусковых характеристик.

Параметры рабочего режима

Активное сопротивление обмотки статора

Ом,

Для класса нагревостойкости изоляции расчетная

Для меди

Длина проводников фазы обмотки:

Длина вылета лобовой части катушки:

табл 9,23/1/

Относительное значение:

Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

Приводим r2к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для обмотки статора

где при полузакрытых пазах статора с учетом скоса пазов равен

для и по рисунку 9. 51 /1/, д.

Относительное значение

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

мм, мм, мм, мм, ммІ

Для расчета коэффициента магнитной проводимости лобового рассеяния используем формулу:

;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для обмотки ротора:

где

При большом числе пазов ротора, приходящихся на пару полюсов: Z2 /p ?10,без заметной погрешности можно принять

Приведенное к числу витков первичной обмотки индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора

Ом.

Относительное значение

Потери в двигателе

Основные потери в стали

где

удельные потери для стали 2013 по таблице 9. 28/1/

кг;

где удельная масса стали,

Поверхностные потери

Вт;

Вт/ мІ,

где.

для по рис. 9. 53/1/.

Пульсационные потери в зубцах ротора

Вт;

Тл;

где Тл из расчета; из расчета;

кг;

мм из расчета; мм из расчета.

Сумма добавочных потерь в стали

Вт;

(и)

Полные потери в стали

Вт.

Механические потери

Вт,

[для двигателей с коэффициент Для двигателей с Da?0. 25 м стр. 416 /1/]

Холостой ход двигателя

А,

А.

Вт;

Расчет рабочих характеристик

Параметры

Ом;

Ом

Используем приближенную формулу, так как:

Угол меньше 1 поэтому применяем упрощенные формулы:

А;

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

Вт

Рассмотрим рабочие характеристики для скольжений S = 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025 0,03 0. 035; принимая предварительно, что. Результаты расчетов представлены в таблице 1.

На рисунке 6.1 представлены рабочие характеристики, по которым найдено Sном=0,035, соответствующее Р2н.

P2H = 2,2кВт; U1H = 220/380 B; 2p = 2; I1H = 4. 56 A; РСТ+РМЕХ = 0.2 кВт;

Рдоб =13. 25 Вт; I0a = 0. 098 A; I0р I = 1. 28 A; r1 = 3. 13 Ом; r2 = 1.7 Ом;

с1 = 1,012; а = 1,024 Ом; а = 3. 16 Ом; b=0; b = 8.1.

Таблица 1. Рабочие характеристики АД с короткозамкнутым ротором.


№ п/п	Расчетная формула	Единица	Скольжение
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035
1		Ом	358. 8	179. 4	119. 6	89. 7	71. 7	59. 8	51. 3
2		Ом	0	0	0	0	0	0	0
3		Ом	362	182. 6	122. 8	92. 9	74. 9	63	54. 4
4		Ом	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1
5		Ом	362. 1	182. 7	123. 1	93. 2	75. 1	63. 5	55
6		А	0. 608	1. 204	1. 79	2. 36	2. 92	3. 47	3. 99
7		-	1	0. 999	0. 998	0. 996	0. 994	0. 992	0. 989
8		-	0. 023	0. 045	0. 066	0. 087	0. 108	0. 128	0. 148
9		A	0. 705	1. 301	1. 882	2. 449	3	3. 534	4. 052
10		А	1. 294	1. 334	1. 398	1. 486	1. 596	1. 725	1. 872
11		А	1. 473	1. 863	2. 345	2. 864	3. 398	3. 933	4. 463
12		А	0. 624	1. 237	1. 837	2. 424	2. 999	3. 56	4. 107
13		кВт	0. 466	0. 858	1. 242	1. 616	1. 98	2. 333	2. 674
14		кВт	0. 02	0. 033	0. 052	0. 077	0. 108	0. 145	0. 187
15		кВт	1. 98	7. 79	0. 017	0. 03	0. 046	0. 065	0. 086
16		кВт	2. 32	4. 29	6. 21	8. 08	9. 89	0. 012	0. 013
17		кВт	0. 231	0. 251	0. 282	0. 322	0. 371	0. 428	0. 493
18		кВт	0. 234	0. 607	0. 96	1. 29	1. 6	1. 9	2. 18
19		-	0. 503	0. 707	0. 773	0. 801	0. 813	0. 816	0. 816
20		-	0. 479	0. 698	0. 803	0. 855	0. 883	0. 899	0. 908

Расчет пусковых характеристик

Рассчитываем характеристики для пускового момента (s=1) в качестве примера расчета.

Расчет влияния вытеснения тока

Приведенная высота стержня ротора:

мм

Т.к о? 1то эффект вытеснения тока практически не влияет на сопротивления стержней

Глубина проникновения тока в стержень:

Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:

Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения:

Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s=1 kНАС = 1,35 по рекомендациям /1/

Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу статора по (9−263/1/):

По полученному значению Вф определяется по рис. 9−61 /1/ коэффициент k = 0,53, характеризующий отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины.

Дополнительное раскрытие пазов статора по (9−266 /1/):

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

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

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

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока насыщения:

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

Расчет токов и моментов:

=0,3

Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока представлены в таблице 2

Таблица 2. Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока

Р2ном = 2.2 кВт; U1ном = 220/380 В; 2р = 2; I1ном = 4. 56 А;

I'2ном = 4.1 A; x1 = 4.6 Ом; x'2 = 3. 21 Ом; х12п = 194 Ом;

с1п = 1. 02; r1 = 3. 13 Ом; r'2 = 1.7 Ом; sном = 0,035

Таблица 3. Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния


№ п/п	Расчетная формула	Размерность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	Sкр = =0,3
1	о = 6361 hc	-	0. 71	0. 64	0. 5	0. 32	0. 22	0. 39
2		-	0	0	0	0	0	0
3		м	0. 011	0. 011	0. 011	0. 011	0. 011	0. 011
4		-	0. 98	0. 96	0. 91	0. 85	0. 83	0. 87
5		-	0. 98	0. 97	0. 95	0. 9	0. 87	0. 92
6		Ом	1. 67	1. 64	1. 61	1. 53	1. 47	1. 56
7		-	0. 98	0. 985	0. 989	0. 998	0. 998	0. 998
8		-	1. 37	1. 379	1. 383	1. 387	1. 387	1. 387
9		-	0. 998	0. 999	0. 999	1	1	1
10		Ом	3. 19	3. 196	3. 198	3. 21	3. 21	3. 21
11		Ом	3. 16	3. 95	6. 75	12. 15	21. 15	9. 15
12		Ом	8. 1	8. 15	8. 25	8. 29	8. 34	8. 34
13		А	28. 30	27. 13	23. 14	17. 16	10. 73	19. 17
14		А	29. 4	26. 35	23. 05	17. 44	10. 95	19. 49

Р2ном = 2,2 кВт; U1 = 220/380 В; 2р = 2; I1ном = 4,56 A; I'2ном = 4,1 А;

х1 = 4.6 Ом; х'2 = 3. 21 Ом; х12п = 194 Ом; r1 = 3,13 Ом;

r'2 =1,7 Ом; sном = 0,035; СN = 0,91


№ п/п	Расчетная формула	Размер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	sкр= = 0,3
1	kнас	--	1,35	1,3	1,2	1,1	1,05	1,2
2	Fп. ср = 0,7	А	2144	2001	1701	1120	688	1463
3	ВФд = Fп. ср 10-6 / (1,6 д CN)	Тл	4. 2	3. 92	3. 33	2. 19	1. 35	2. 87
4	kд = f (ВФд)	--	0. 53	0. 58	0. 67	0. 79	0. 86	0. 73
5	c1 = (tz1 — bш)(1 — kд)	мм
6	лп1нас = лп1 — Д лп1нас	--	2. 50	2. 53	2. 56	2. 59	2. 61	2. 65
7	лД1нас = kд лД1	--	1,71	1,85	2,14	2,35	2,68	2,23
8	х1нас = х1? л1нас /? л1	Ом	3. 9	3. 99	4,05	4. 19	4. 34	4. 11
9	с1п = 1 + х1нас / х12п	--	1. 019	1. 019	1. 02	1. 021	1. 022	1. 021
10	с2 =(tz2 — bш2)(1 — kд)	м
11	лп2онас = лп2о — Длп2нас	--	0,19	0,25	0,41	0,85	1,35	0,53
12	лД2 = kд лД2	--	1,86	2,03	2,35	2,77	3,01	2,56
13	х'2онас = х'2? л2онас /? л2	Ом	1,7	2,02	2,7	3,6	4,5	3,01
14	Rп. нас = r1 + c1п. нас r'2о / s	Ом	4. 8	5. 59	6. 74	12. 13	21. 12	9. 13
15	Хп. нас = х1нас + с1п. нас х'2онас	Ом	5,6	6,05	6,6	7,05	7. 7	8. 02
16	I'2нас = U1 /	А	29,5	28,3	24. 9	16. 1	9. 92	20. 1
17	I1нас = I'2нас	А	29,8	28. 5	25. 1	16. 3	10. 1	20. 3
18	k'нас = I1нас / I1п	--	1. 28	1. 25	1. 16	1. 05	1. 01	1. 09
19	I1* = I1нас / I1ном	--	6. 6	6. 35	5. 62	3. 65	2. 26	4. 55
20	М* =	--	1,79	1,99	2. 57	2. 79	2. 12	2. 91

6. Тепловой расчет

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

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:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

Расчет вентиляции

Расчет вентиляции требуемый для охлаждения расход воздуха:

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

7. Определение расходов активных материалов и показателей их использования

Определим массу меди:

кг,

где кг/мі, м.

Расход меди на мощность двигателя:

кг/кВт.

Определим массу стали:

где кг/мі.

Расход стали на мощность двигателя:

кг/кВт.

Вывод: спроектированный двигатель марки 4А80В2У3 отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Список литературы

1. Проектирование электрических машин. И. П. Копылов. Москва. Высшая школа, 2005 г.

2. Проектирование электрических машин. под. ред. Копылов И. П., Москва, Энергия, 1980 г.

Показать Свернуть

r.bookap.info

Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

АрхеологияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБотаникаБухгалтерский учётВойное делоГенетикаГеографияГеологияДизайнИскусствоИсторияКиноКулинарияКультураЛитератураМатематикаМедицинаМеталлургияМифологияМузыкаПсихологияРелигияСпортСтроительствоТехникаТранспортТуризмУсадьбаФизикаФотографияХимияЭкологияЭлектричествоЭлектроникаЭнергетика

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ.Произвести расчет электрических и механических параметров и показателей двигателя с короткозамкнутым ротором во время работы.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет номинальные данные, указанные в таблицах 4.1 и 4.2.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

Вращающееся магнитное поле, создаваемое протекающими по обмотке статора токами, пересекает обмотку ротора и наводит в ней электродвижущую силу (Э.Д.С.). Поскольку цепь ротора замкнута, то по ней проходит ток, взаимодействие которого с полем статора приводит к возникновению вращающего электромагнитного момента. Если этот момент больше момента сопротивления исполнительного механизма, то ротор двигателя приходит во вращение. Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения поля, т.к. при равенстве скоростей Э.Д.С. в роторе не наводится, а, следовательно, ток и электромагнитный момент равны нулю.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя зависит от нагрузки на валу, поэтому Э.Д.С. и индуктивное сопротивление ротора — переменные величины. Это оказывает влияние на характер изменения всех характеристик двигателя, главными из которых являются зависимости Мэм = f(s), I1= f(s), cosj = f(s) др.

В данном практическом занятии должны быть рассчитаны такие параметры рассматриваемого двигателя:

- номинальная частота вращения ротора n2н, об/мин;

- число пар полюсов p, шт.;

- номинальный ток (линейный) I1н, А;

- приведенный ток цепи ротора I´2н, А;

- электромагнитная мощность Рэм, Вт;

- электромагнитный момент Мэм., Н·м;

- номинальный момент на валу М2н, Н·м;

- критическое скольжение sкр, о.е.;

- максимальную электромагнитную мощность , Вт;

- максимальный момент , Н·м;

- потери в стали Рст, Вт;

- потери в меди ротора Рм2, Вт;

- потери в меди статора Рм1, Вт;

- потери механические Рмх, Вт;

- потери добавочные Pд, Вт;

- перегрузочную способность электродвигателя К, о.е.

Кроме того, требуется:

1. Представить схему включения двигателя в сеть с возможностью переключения обмоток статора со “звезды” на “треугольник”;

2. Начертить энергетическую диаграмму асинхронного двигателя;

З. Рассчитать и построить зависимости Мэм = f(s), I1= f(s), cosj = f(s).

ПРИМЕЧАНИЕ - Соединение фаз обмоток статора - "треугольник" - "звезда";

параметры схемы замещения в таблице 4.1 даны в относительных единицах.

Таблица 4.1 - Данные к расчету асинхронного двигателя с к.з. ротором, степень защиты IP44 U1= 220/380 В

Тип электродвигателя	Р2н,	Электромагнитные нагрузки	Энергетические показатели	Параметры схемы замещения, о.е.
кВт	Вd, Тл	А, А/м *102	J,А/м2, *10-6	КПД, % при Р2/Р2ном, %	Соs j при Р2/Р2ном, %	Хm	В номинальном режиме	При коротком замыкании
										R¢1	X¢1	R¢2	X¢2	R¢2п	rкп	xкп
Синхронная частота вращения 1500 об/мин
АА50А4У3	0,06	0,64		4,5	25,0	40,0	50,0	50,0	49,5	0,31	0,41	0,51	0,6	0,68	1,2	0,16	0,17	0,22	0,17	0,22	0,38	0,34
4АА50В4У3	0,09	0,68		4,9	31,0	46,0	55,0	55,0	54,5	0,31	0,4	0,51	0,6	0,68	1,2	0,13	0,16	0,21	0,17	0,21	0,35	0,33
АА56А4У3	0,12	0,71		6,2	40,0	55,0	63,0	63,0	61,5	0,3	0,43	0,56	0,66	0,7	1,2	0,18	0,087	0,15	0,15	0,15	0,32	0,23
4АА56В4У3	0,18	0,75		6,9	43,5	58,0	64,0	64,0	61,5	0,26	0,4	0,53	0,64	0,71	1,3	0,18	0,09	0,16	0,17	0,16	0,33	0,24
Синхронная частота вращения 1000 об/мин
4АА63А6У3	0,18	0,74		7,6	34,5	49,5	56,0	56,0	52,0	0,25	0,38	0,51	0,62	0,71	1,3	0,24	0,15	0,22	0,18	0,22	0,46	0,30
4АА63В6У3	0,25	0,71		6,4	39,5	54,0	59,0	59,0	55,0	0,24	0,38	0,51	0,62	0,7	1,4	0,18	0,13	0,21	0,19	0,21	0,40	0,28
4АА71А6У3	0,37	0,82		6,9	45,5	59,5	64,5	64,5	61,0	0,30	0,45	0,58	0,69	0,76	1,3	0,17	0,12	0,15	0,16	0,15	0,32	0,24
4АА71В6У3	0,55	0,80		7,5	52,5	65,5	68,5	67,5	62,5	0,30	0,47	0,60	0,71	0,77	1,4	0,16	0,11	0,15	0,17	0,15	0,31	0,24
Синхронная частота вращения 750 об/мин
4А71В8У3	0,25	0,69		7,2	36,5	51,5	56,5	56,0	45,0	0,29	0,42	0,55	0,65	0,75	1,2	0,22	0,18	0,23	0,28	0,23	0,45	0,43
4А80А8У3	0,37	0,71		6,8	42,5	57,0	61,5	61,5	56,5	0,28	0,42	0,55	0,65	0,72	1,3	0,19	0,16	0,16	0,29	0,16	0,35	0,40
4А80В8У3	0,55	0,75		7,3	46,0	60,0	64,5	64,0	59,0	0,28	0,42	0,55	0,65	0,71	1,3	0,17	0,16	0,15	0,29	0,16	0,33	0,38
4А90LA8У3	0.75	0.81		7.0	49.0	63.0	68.0	68.0	65.5	0.26	0.40	0.52	0.62	0.68	1.3	0.14	0.15	0.11	0.29	0.12	0.26	0.35
Синхронная частота вращения 600 об/мин
А250S10У3	30,0	0,82		6,7	84,5	88,5	88,0	88,0	86,0	0,43	0,66	0,76	0,81	0,82	2,3	0,056	0,11	0,023	0,17	0,053	0,11	0,22
А280S10У3	37,0	0,78		3,8	86,5	90,5	91,0	91,0	89,5	0,44	0,65	0,73	0,78	0,77	2,0	0,031	0,11	0,027	0,15	0,051	0,082	0,20
А280М10У3	45,0	0,78		4,6	84,0	92,0	92,0	91,5	89,5	0,47	0,68	0,74	0,78	0,77	2,2	0,037	0,12	0,031	0,16	0,057	0,093	0,22
А315S10У3	55,0	0,77		3,8	88,5	92,0	92,0	92,0	91,0	0,49	0,69	0,76	0,79	0,79	2,0	0,028	0,10	0,026	0,14	0,048	0,076	0,19

Число полюсов указано типе двигателя после вторых букв, например, 4А80В8У3, р=8.

r1(20) – активное сопротивление обмотки фазы статора при 20˚С

Таблица 4.2 – Дополнительные данные к расчету асинхронного двигателя

с короткозамкнутым ротором

Тип электродвигателя	Статор r1(20), Ом	Скольжение sн, %
Синхронная частота вращения 1500 об/мин
4АА50А4У3	91,1	8,1
4АА50В4У3	59,1	8,6
4АА56А4У3	70,6	8,0
4АА56В4У3	46,6	8,7
Синхронная частота вращения 1000 об/мин
4АА63А6У3	52,0	11,5
4АА63В6У3	30,0	10,8
4АА71А6У3	21,1	8,0
4АА71В6У3	14,4	8,0
Синхронная частота вращения 750 об/мин
4А71В8У3	35,6	9,3
4А80А8У3	21,3	10,0
4А80В8У3	13,4	10,0
4А90LA8У3	8,32	6,0
Синхронная частота вращения 600 об/мин
4А250S10У3	0,319	1,9
4А280S10У3	0,066	2,0
4А280М10У3	0,0634	2,0
4А315S10У3	0,0383	2,0

studopedya.ru

"Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А 80В2У3"

Выдержка из работы

Введение

К электрическим модификациям двигателей серии 4А относятся двигатели с повышенным номинальным скольжением, с повышенным пусковым моментом, многоскоростные, с частотой питания 60 Гц и т. п., к конструктивным модификациям — двигатели с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, со встроенной температурной защитой и т. п.

Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода — на прессах-автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум-нагнетательных установках. Испытание узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.

Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.

1. Выбор главных размеров двигателя

Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9. 18 /1/, а

Принимаем ближайшее стандартное значение (см. рис. 9. 19 /1/).

Исходя из высоты оси вращения выбираем по табл. 9.8 /1/ внешний диаметр сердечника статора.

Внутренний диаметр сердечника статора, м:

Определяем полюсное деление, м:

двигатель магнитный пусковой статор

где — внутренний диаметр сердечника статора, м;

— число пар полюсов.

Расчетная мощность машины, Вт:

где — коэффициент, равный отношению ЭДС к номинальному напряжению;

— КПД машины (предварительно), о.е. ;

— коэффициент мощности машины, о. е;

— мощность машины, Вт.

, по рис. 9. 20 /1/

=0. 87,

=0. 83,

Выбираем предварительно электромагнитную нагрузку машины по рис. 9. 22/ 1/:;

Расчетная длинна магнитопровода машины, м:

где = 0. 64 — расчетный коэффициент полюсного перекрытия;

= 1. 11 — коэффициент формы поля;

= 0.9 — обмоточный коэффициент;

— номинальная частота вращения, об/мин;

D — диаметр внутренней поверхности статора, м;

— расчетная мощность машины, Вт

Критерием правильного выбора главных размеров машины является отношение, которое в зависимости от исполнения машины, должно находиться в пределах, показанных на рис. 9. 25а /1/

Но так как мм, то радиальных каналов не устраивают, т. е.

мм.

Длина сердечника ротора при этом принимается

мм.

Длина стали сердечника ротора

мм.

2. Расчет обмоток статора и ротора

Диапазон возможных значений чисел пазов статора:

Из данного диапазона значений Z1 выбираем такое, при котором число пазов на полюс и фазу q1 будет целым числом:

где m — число фаз.

Таким образом принимаем z1 = 24 паза.

Зубцовое деление статора, м:

Номинальный ток обмотки статора, А:

Число эффективных проводников в пазу статора Uп (предварительно):

Число витков в фазе:

Уточненное значение линейной токовой нагрузки:

Коэффициент распределения:

Kp =0. 958 по таблице 3,16 /1/

Расчетный шаг обмотки:

т.к. обмотка однослойная

Коэффициент укорочения шага обмотки статора:

Ky =1 т. к обмотка со сплошной фазной зоной.

Обмоточный коэффициент:

Магнитный поток в воздушном зазоре машины, Вб:

Уточнённое значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Тл:

Плотность тока в обмотке статора,:

где — тепловой фактор, определяется по рис. 9. 27а/1/

Предварительное значение сечения эффективного проводника обмотки статора, мІ:

Сечение эффективного проводника окончательно, ммІ:

Уточняем плотность тока в обмотке статора:

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Рисунок 3.1 — К определению размеров зубцовой зоны статора

Предварительное значение ширины зубца статора, м:

где — предварительное значение магнитной индукции в зубцах статора, Тл;

= 0,97 — коэффициент заполнения сердечника сталью (табл.3. 13/1/)

мм,

Предварительное значение высоты ярма статора, м:

Предварительное значение высоты паза статора, м:

мм.

Размеры паза статора, м:

где = 0.5 мм — высота шлица;

= 3.0 мм — ширина шлица. Выбирается по (таблице 9. 16/1/)

Высота клиновидной части паза:

Уточненное значение высоты паза статора, м:

= 0.1 мм — припуск на шихтовку по высоте паза.

= 0.1 мм — припуск на шихтовку по ширине паза (табл.9. 14 /1/)

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

Площадь поперечного сечения пазовой изоляции, мІ:

где = 0. 2мм — толщина пазовой изоляции. Выбирается по таблице 3. 1/1/

Площадь поперечного сечения изоляции между слоями:

Свободная площадь паза, мІ:

Рисунок 3.2 — Трапецеидальный паз статора

Расчет ротора

Выбор воздушного зазора:

Для двигателей мощностью менее 20 кВт:

Округлим значения до 0,05 мм

д=0,35 мм.

Также воздушный зазор можно выбрать по рисунку 3. 3

Рисунок 3.3 Выбор воздушного зазора

Расчет ротора

Наружный диаметр ротора, м:

Зубцовое деление ротора, м:

При таком исполнении ротора внутренний диаметр магнитопровода равен диаметру вала, м:

где Кв = 0,23 — коэффициент, который выбирается из таблицы 9,19/1/.

мм.

Предварительное значение тока в стержне обмотки ротора:

где = 0. 90 — коэффициент, зависящий от cosцн. Его значение определяется по рисунку 6,22/2/;

— коэффициент приведения токов для двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора. Определяется по формуле:

где kск = 1 — коэффициент скоса пазов

Сечение стержня, мІ:

Т.к. мм, значит применим трапецеидальные пазы и литую обмотку ротора с размерами шлица:

Рисунок 3.4 Трапецеидальный паз ротора

мм,

(таблица 9. 12/1/)

Определяем размеры паза:

мм,

мм.

Проверим при мм мм. Верно.

Рассчитанные размеры паза и округлим до десятых долей миллиметра и уточним площадь

Полная высота паза:

Сечение стержня:

Определим ширину зубца в двух сечениях

мм,

мм.

Расчетная высота зубца:

мм.

Рисунок 3.5 Трапецеидальный паз проектируемого ротора

Коротко-замыкающие кольца.

Ток кольца короткозамкнутого ротора, А:

где

Площадь поперечного сечения кольца (предварительно), мІ:

Плотность тока в кольце выбираем на 15 — 20% меньше, чем в стержне т. е. Jкл = 2. 4.

Средняя высота кольца принимается больше высоты паза ротора на 20 — 25%:

Ширина кольца, мм:

Средний диаметр кольца, м:

Рисунок 3.6 Замыкающее кольцо с литой обмоткой

3. Расчет магнитной цепи, потерь и КПД

Магнитное напряжение воздушного зазора, А:

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

А,

где м.

Расчет индукции в зубцах

Тл.

по таблице П 1. 7/1/ А/м

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

А,

мм

Индукция в зубце:

Тл;

по таблице П 1. 7/1/ для Тл находим А/м.

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитное напряжение ярма статора

А,

м,

м;

Тл;

для Тл по таблице П 1. 6/1/ А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора:

А.

Для 2р=2

расчетная высота ярма ротора: при 2р=2; стр. 194/2/

где

Тл,

по таблице П 1.6 /1/ для Тл находим А/м.

Магнитное напряжение на пару полюсов

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток

А.

или в относительных единицах:

4. Расчет и построение круговой диаграммы

Сопротивления короткого замыкания:

Масштаб тока:

Масштаб мощности:

мм

Масштаб моментов:

5. Расчет параметров двигателя и построение рабочих и пусковых характеристик.

Параметры рабочего режима

Активное сопротивление обмотки статора

Ом,

Для класса нагревостойкости изоляции расчетная

Для меди

Длина проводников фазы обмотки:

Длина вылета лобовой части катушки:

табл 9,23/1/

Относительное значение:

Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

Приводим r2к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для обмотки статора

где при полузакрытых пазах статора с учетом скоса пазов равен

для и по рисунку 9. 51 /1/, д.

Относительное значение

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

мм, мм, мм, мм, ммІ

Для расчета коэффициента магнитной проводимости лобового рассеяния используем формулу:

;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для обмотки ротора:

где

При большом числе пазов ротора, приходящихся на пару полюсов: Z2 /p ?10,без заметной погрешности можно принять

Приведенное к числу витков первичной обмотки индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора

Ом.

Относительное значение

Потери в двигателе

Основные потери в стали

где

удельные потери для стали 2013 по таблице 9. 28/1/

кг;

где удельная масса стали,

Поверхностные потери

Вт;

Вт/ мІ,

где.

для по рис. 9. 53/1/.

Пульсационные потери в зубцах ротора

Вт;

Тл;

где Тл из расчета; из расчета;

кг;

мм из расчета; мм из расчета.

Сумма добавочных потерь в стали

Вт;

(и)

Полные потери в стали

Вт.

Механические потери

Вт,

[для двигателей с коэффициент Для двигателей с Da?0. 25 м стр. 416 /1/]

Холостой ход двигателя

А,

А.

Вт;

Расчет рабочих характеристик

Параметры

Ом;

Ом

Используем приближенную формулу, так как:

Угол меньше 1 поэтому применяем упрощенные формулы:

А;

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

Вт

На рисунке 6.1 представлены рабочие характеристики, по которым найдено Sном=0,035, соответствующее Р2н.

P2H = 2,2кВт; U1H = 220/380 B; 2p = 2; I1H = 4. 56 A; РСТ+РМЕХ = 0.2 кВт;

Рдоб =13. 25 Вт; I0a = 0. 098 A; I0р I = 1. 28 A; r1 = 3. 13 Ом; r2 = 1.7 Ом;

с1 = 1,012; а = 1,024 Ом; а = 3. 16 Ом; b=0; b = 8.1.

Таблица 1. Рабочие характеристики АД с короткозамкнутым ротором.


№ п/п	Расчетная формула	Единица	Скольжение
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035
1		Ом	358. 8	179. 4	119. 6	89. 7	71. 7	59. 8	51. 3
2		Ом	0	0	0	0	0	0	0
3		Ом	362	182. 6	122. 8	92. 9	74. 9	63	54. 4
4		Ом	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1	8. 1
5		Ом	362. 1	182. 7	123. 1	93. 2	75. 1	63. 5	55
6		А	0. 608	1. 204	1. 79	2. 36	2. 92	3. 47	3. 99
7		-	1	0. 999	0. 998	0. 996	0. 994	0. 992	0. 989
8		-	0. 023	0. 045	0. 066	0. 087	0. 108	0. 128	0. 148
9		A	0. 705	1. 301	1. 882	2. 449	3	3. 534	4. 052
10		А	1. 294	1. 334	1. 398	1. 486	1. 596	1. 725	1. 872
11		А	1. 473	1. 863	2. 345	2. 864	3. 398	3. 933	4. 463
12		А	0. 624	1. 237	1. 837	2. 424	2. 999	3. 56	4. 107
13		кВт	0. 466	0. 858	1. 242	1. 616	1. 98	2. 333	2. 674
14		кВт	0. 02	0. 033	0. 052	0. 077	0. 108	0. 145	0. 187
15		кВт	1. 98	7. 79	0. 017	0. 03	0. 046	0. 065	0. 086
16		кВт	2. 32	4. 29	6. 21	8. 08	9. 89	0. 012	0. 013
17		кВт	0. 231	0. 251	0. 282	0. 322	0. 371	0. 428	0. 493
18		кВт	0. 234	0. 607	0. 96	1. 29	1. 6	1. 9	2. 18
19		-	0. 503	0. 707	0. 773	0. 801	0. 813	0. 816	0. 816
20		-	0. 479	0. 698	0. 803	0. 855	0. 883	0. 899	0. 908

Расчет пусковых характеристик

Рассчитываем характеристики для пускового момента (s=1) в качестве примера расчета.

Расчет влияния вытеснения тока

Приведенная высота стержня ротора:

мм

Т.к о? 1то эффект вытеснения тока практически не влияет на сопротивления стержней

Глубина проникновения тока в стержень:

Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:

Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения:

Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s=1 kНАС = 1,35 по рекомендациям /1/

Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу статора по (9−263/1/):

Дополнительное раскрытие пазов статора по (9−266 /1/):

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

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

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока насыщения:

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

Расчет токов и моментов:

=0,3

Р2ном = 2.2 кВт; U1ном = 220/380 В; 2р = 2; I1ном = 4. 56 А;

I'2ном = 4.1 A; x1 = 4.6 Ом; x'2 = 3. 21 Ом; х12п = 194 Ом;

с1п = 1. 02; r1 = 3. 13 Ом; r'2 = 1.7 Ом; sном = 0,035


№ п/п	Расчетная формула	Размерность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	Sкр = =0,3
1	о = 6361 hc	-	0. 71	0. 64	0. 5	0. 32	0. 22	0. 39
2		-	0	0	0	0	0	0
3		м	0. 011	0. 011	0. 011	0. 011	0. 011	0. 011
4		-	0. 98	0. 96	0. 91	0. 85	0. 83	0. 87
5		-	0. 98	0. 97	0. 95	0. 9	0. 87	0. 92
6		Ом	1. 67	1. 64	1. 61	1. 53	1. 47	1. 56
7		-	0. 98	0. 985	0. 989	0. 998	0. 998	0. 998
8		-	1. 37	1. 379	1. 383	1. 387	1. 387	1. 387
9		-	0. 998	0. 999	0. 999	1	1	1
10		Ом	3. 19	3. 196	3. 198	3. 21	3. 21	3. 21
11		Ом	3. 16	3. 95	6. 75	12. 15	21. 15	9. 15
12		Ом	8. 1	8. 15	8. 25	8. 29	8. 34	8. 34
13		А	28. 30	27. 13	23. 14	17. 16	10. 73	19. 17
14		А	29. 4	26. 35	23. 05	17. 44	10. 95	19. 49

Р2ном = 2,2 кВт; U1 = 220/380 В; 2р = 2; I1ном = 4,56 A; I'2ном = 4,1 А;

х1 = 4.6 Ом; х'2 = 3. 21 Ом; х12п = 194 Ом; r1 = 3,13 Ом;

r'2 =1,7 Ом; sном = 0,035; СN = 0,91


№ п/п	Расчетная формула	Размер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	sкр= = 0,3
1	kнас	--	1,35	1,3	1,2	1,1	1,05	1,2
2	Fп. ср = 0,7	А	2144	2001	1701	1120	688	1463
3	ВФд = Fп. ср 10-6 / (1,6 д CN)	Тл	4. 2	3. 92	3. 33	2. 19	1. 35	2. 87
4	kд = f (ВФд)	--	0. 53	0. 58	0. 67	0. 79	0. 86	0. 73
5	c1 = (tz1 — bш)(1 — kд)	мм
6	лп1нас = лп1 — Д лп1нас	--	2. 50	2. 53	2. 56	2. 59	2. 61	2. 65
7	лД1нас = kд лД1	--	1,71	1,85	2,14	2,35	2,68	2,23
8	х1нас = х1? л1нас /? л1	Ом	3. 9	3. 99	4,05	4. 19	4. 34	4. 11
9	с1п = 1 + х1нас / х12п	--	1. 019	1. 019	1. 02	1. 021	1. 022	1. 021
10	с2 =(tz2 — bш2)(1 — kд)	м
11	лп2онас = лп2о — Длп2нас	--	0,19	0,25	0,41	0,85	1,35	0,53
12	лД2 = kд лД2	--	1,86	2,03	2,35	2,77	3,01	2,56
13	х'2онас = х'2? л2онас /? л2	Ом	1,7	2,02	2,7	3,6	4,5	3,01
14	Rп. нас = r1 + c1п. нас r'2о / s	Ом	4. 8	5. 59	6. 74	12. 13	21. 12	9. 13
15	Хп. нас = х1нас + с1п. нас х'2онас	Ом	5,6	6,05	6,6	7,05	7. 7	8. 02
16	I'2нас = U1 /	А	29,5	28,3	24. 9	16. 1	9. 92	20. 1
17	I1нас = I'2нас	А	29,8	28. 5	25. 1	16. 3	10. 1	20. 3
18	k'нас = I1нас / I1п	--	1. 28	1. 25	1. 16	1. 05	1. 01	1. 09
19	I1* = I1нас / I1ном	--	6. 6	6. 35	5. 62	3. 65	2. 26	4. 55
20	М* =	--	1,79	1,99	2. 57	2. 79	2. 12	2. 91

6. Тепловой расчет

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

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:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

Расчет вентиляции

Расчет вентиляции требуемый для охлаждения расход воздуха:

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

7. Определение расходов активных материалов и показателей их использования

Определим массу меди:

кг,

где кг/мі, м.

Расход меди на мощность двигателя:

кг/кВт.

Определим массу стали:

где кг/мі.

Расход стали на мощность двигателя:

кг/кВт.

Вывод: спроектированный двигатель марки 4А80В2У3 отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Список литературы

1. Проектирование электрических машин. И. П. Копылов. Москва. Высшая школа, 2005 г.

2. Проектирование электрических машин. под. ред. Копылов И. П., Москва, Энергия, 1980 г.

Показать Свернуть

sinp.com.ua

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А250S2У3

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А250S2У3Доступные файлы (1):

n1.docx

1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

За базовую модель выбираем асинхронный двигатель серии 4А250S2У3 со следующими техническими данными: Рн = 75 кВт; ? = 0,91; cos? = 0,89; h = 250 мм.По высоте оси вращения определяем внешний диаметр сердечника статора Da. Принимаем Da = 0,437 м.Диаметр внутренней поверхности статора: (1.1)где kd – коэффициент, табличное значение которого равно kd = 0,52.Определяем полюсное деление:

Расчетная мощность машины:где - коэффициент, равный отношению ЭДС к номинальному напряжению. Выбираем по рисунку в зависимости от числа полюсов 2p и внешнего диаметра магнитопровода статора. Принимаем = 0,988.Расчетная длина машины:

где kв – коэффициент формы поля. Предварительно принимаем равным kв ? 1,11;

?? – расчетный коэффициент полюсного перекрытия. Предварительно принимаем равным ?? ? 0,64;

kоб – обмоточный коэффициент. В двухполюсных асинхронных двигателях с двухслойной обмоткой статора при высоте оси вращения h>160 мм kоб? 0,7 – 0,8. Принимаем kоб = 0,7;

А – линейная токовая нагрузка, А/м. Значение выбираем в пределах рекомендуемой области на рисунке. Принимаем А = 42∙103;

В? – магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл. Значение выбираем в пределах рекомендуемой области на рисунке. Принимаем В? = 0,75;

D – диаметр внутренней поверхности статора, м;

n – частота вращения ротора, об/мин.Коэффициент длины:Для машин общего назначения ? должно быть ближе к верхнему пределу.

В асинхронных двигателях, расчетная длина которых не превышает 250 мм, магнитопровод статора выполняется без радиальных каналов. В таких машинах: (1.6)

2 Выбор числа пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеров зубцовой зоны статора

Выбирая число пазов статора, по рисунку определяем граничные значения зубцового деления tz:Диапазон возможных значений чисел пазов статора:Принимаем z1 = 42, тогда число пазов на полюс и фазу:Зубцовое деление статора:Номинальный ток обмотки статора:

Число эффективных проводников в пазу статора (предварительно) при отсутствии параллельных ветвей обмотки статора (a1 = 1) определяем по формуле:Принимаем a1 = 2 число эффективных проводников в пазу статора:Округляем Un = 10.

Число витков в фазе:Уточняем значение линейной токовой нагрузки:Коэффициент распределения:Двухслойные обмотки статора выполняют с укороченным шагом. Шаг обмотки по пазам (целое число):где ? – относительный шаг обмотки. В двухполюсных машинах относительный шаг обмотки статора ? = 0,58 – 0,63. Предварительно принимаем ? = 0,6.Принимаем y1 = 13.

Уточняем относительный шаг обмотки по формуле:Коэффициент укорочения шага обмотки статора:Обмоточный коэффициент:Магнитный поток в воздушном зазоре машины:Уточненное значение магнитной индукции в воздушном зазоре:Плотность тока в обмотке статора:где AJ – тепловой фактор. Значение теплового фактора определяем по рисунку и принимаем равным AJ = 190∙109 А2/м3.Предварительное значение сечения эффективного проводника обмотки статора:В машинах серии 4А с высотой вращения h>160 мм применялся медный обмоточный провод марки ПЭТ класса нагревостойкости F. При ручной укладке диаметр обмоточного провода не должен превышать 1,8 мм. Если требуемое сечение эффективного проводника больше, чем у обмоточного провода предельного допустимого диаметра, то эффективный проводник подразделяют на элементарные. При ручной укладке обмотки в двухполюсных машинах число элементарных проводников не должно превышать 8.Площадь поперечного сечения элементарного проводника:где nэл – число элементарных проводников в одном эффективном. Принимаем nэл = 6.Выбираем стандартный провод марки ПЭТ, сечение которого наиболее близко к расчетному сечению элементарного проводника:dэл = 1,7 мм, dиз = 1,785 мм, qэл = 2,27 мм2.Пазовая изоляция всыпных обмоток из круглого провода показана на рисунке 2.1. Спецификация пазовой изоляции класса нагревостойкости F представлена в таблице 2.1.Рисунок 2.1 – Спецификация паза статора (с высотой оси вращения

до 250 мм).Таблица 2.1

Позиция	Наименование	Материал	Толщина, мм	Число слоев	Односторонняя толщина, мм
1	Изоляция корпусная	Имидофлекс	0,4	1	0,4
2	Прокладка междуслойная	Имидофлекс	0,4	1	0,4
3	Крышка пазовая	Имидофлекс	0,5	1	0,5
4	Провод марки ПЭТ	Медь

Магнитопровод статора и ротора выполняют шихтованным из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Рекомендации к выбору марки электротехнической стали представлены в таблице 2.2.

Определение размеров зубцовой зоны статора начинают с выбора магнитной индукции в зубцах и в ярме статора, которые приведены в таблице 2.3.Таблица 2.2

h, мм	Марка стали	Статор		Короткозамкнутый ротор
h, мм	Марка стали	Способ изолировки листов	kc	Способ изолировки листов	kc
180 – 250	2212	Оксидирование	0,97	Оксидирование	0,97

Таблица 2.3

h, мм	2p	Для двигателей со степенью защиты IP44
		Bz1, Тл	Ba1, Тл
160 – 250	2	1,75 – 1,95	1,35 – 1,50

Предварительное значение ширины зубца статора:где kc – коэффициент заполнения пакета сталью. Выбирается по рекомендациям, представленным в таблице 2.2.Предварительное значение высоты ярма статора:Предварительное значение высоты паза статора:Ширина шлица паза статора bш1 должна быть достаточной для укладки обмотки без повреждений. Размеры шлицевой части паза статора нормализованы. Ширину шлица bш1 и высоту шлица hш1 можно выбрать по рекомендациям, представленным в таблице 2.4.

Угол наклона грани клиновой части паза у двигателей с высотой оси вращения h ? 250 мм составляет ? = 45˚.Таблица 2.4

h, мм	bш1, мм при 2p	hш1, мм
h, мм	2	hш1, мм
160 – 250	4,0	1,0

Размеры паза статора:Уточненное значение высоты паза статора:Для дальнейших расчетов необходимо знать размеры паза после шихтовки сердечника. Из-за смещения листов статора при шихтовке эти размеры будут меньше размеров паза в штампе на величину припуска на шихтовку ?b и ?h. Для машин с высотой оси вращения 250 мм :?b = 0,2 мм; ?h = 0,2 мм.

Размеры паза в свету:Площадь поперечного сечения пазовой изоляции:где bиз – толщина изоляции. Выбираем из таблицы 2.1.Площадь поперечного сечения изоляции между слоями для двухслойных обмоток:где bпр – толщина изоляции между слоями обмотки. Выбираем по таблице 2.1.Свободная площадь паза:Коэффициент заполнения свободной площади паза обмоточным проводом:Уточняем соответствующие значения ширины зубца:Среднее значение ширины зубца статора:Расчетное значение ширины зубца статора:где bz1max и bz1min – максимальное и минимальное значение ширины зубца, определенные по формулам (2.31), (2.32).Расчетная высота зубца статора:Уточненное значение высоты ярма статора:

3 Выбор воздушного зазора

Для двигателей средней и большой мощности воздушный зазор определяют по формуле:

4 Расчет короткозамкнутого ротора

Наружный диаметр ротора:Зубцовое деление ротора:где z2 – число пазов ротора. По разработанным рекомендациям к выбору числа пазов ротора принимаем z2 = 32.В двигателях мощностью до 100 кВт сердечник ротора непосредственно насаживают на вал. При таком исполнении ротора внутренний диаметр магнитопровода равен диаметру вала:где Kв – коэффициент, значение которого принимаем Кв = 0,23.В машинах с высотой оси вращения h ? 250 мм длину магнитопровода ротора принимают равной длине сердечника статора (l2 = l1):Предварительное значение тока в стержне обмотки ротора:где ki – коэффициент скоса. При отсутствии скоса пазов ki = 1.

vi – коэффициент приведения токов для двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора, который определяется по формуле:Сечение стержня:где J2 – плотность тока в стержнях обмотки ротора. Для асинхронного двигателя закрытого исполнения (IP44) плотность тока принимаем J2 = 3 А/мм2.В асинхронных двигателях мощностью до 100 кВт (h ? 250 мм) на роторе выполняют овальные пазы. Пазы на роторе выполняются закрытыми. При таком исполнении пазов размеры шлицевой части имеют следующие значения: в двухполюсных машинах:При овальных пазах ротора ширина зубцов ротора по высоте паза должна оставаться постоянной:где Bz2 – допустимое значение магнитной индукции в зубцах ротора. Для двухполюсных двигателей со степенью защиты IP44 и высотой оси вращения 250 мм принимаем Bz2 = 1,8 Тл.Размеры паза ротора:Определяем размер паза:Уточняем сечение стержня:Определяем высоту паза:В связи с округлением размеров паза b21 , b22 и h32 необходимо уточнить ширину зубца ротора в двух сечениях:

Расчетная ширина зубца:Среднее значение ширины зубца:Ток кольца короткозамкнутого ротора равен:где ? – коэффициент приведения, который определяется по формуле:

Площадь поперечного сечения кольца:где Jкл – плотность тока в кольце, А/м2, выбирается на 15 – 20% меньше, чем в стержне. Принимаем Jкл = 0,85 ∙ 3 = 2,55 А/мм2.Средняя высота кольца принимается больше высоты паза ротора на 20 – 25%:Ширина кольца:Средний диаметр кольца:При выбранных размерах зубцовой зоны ротора магнитная индукция в ярме ротора не должна превышать допустимых значений, таблица 4.1. магнитная индукция в ярме ротора определяется в ходе расчетов магнитной цепи.Таблица 4.1