Расчет и проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 7,5 кВт 3000 об/мин

Raschet ADKR 7 5 kVt.doc

Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором:
Конструктивное исполнение:
Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды:
Категория климатического исполнения: У3.
Разраб.Л.И.Бород 03.Асинхронный двигатель с
ин 05 короткозамкнутым ротором
Пров. Ю.Л.Махор 03.
Выбор главных размеров
Определение числа пазов статора и числа витков в фазе обмотки статора 8
Расчет зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Расчет намагничивающего тока
Расчет параметров рабочего режима
Расчет рабочих характеристик
Расчет пусковых характеристик
Библиографический список
В данном курсовом проекте осуществляется расчет асинхронного
двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет включает в себя все стадии
проектирования новой асинхронной машины: от выбора главных размеров и
соотношений до построения рабочих и пусковых характеристик.
Разрабатываемый асинхронный двигатель базируется на распространенной
серии двигателей 4А. Разработанная в 60-х–70-х годах на основе
рекомендаций МЭК и СЭВ серия 4А до сих пор является основной серией
выпускаемых асинхронных двигателей. Серия 4А включает в себя закрытое
обдуваемое и защищенное исполнение проектируемый двигатель по
техническим условиям должен соответствовать закрытому обдуваемому
исполнению. Обдув осуществляется вентилятором расположенным снаружи
корпуса двигателя а также лопатками отлитыми на торцах
короткозамкнутого ротора. Для улучшения охлаждения и оптимизации тепловых
режимов снаружи корпус имеет ребрение.
По техническим условиям машина должна иметь конструктивное исполнение
IM1001: IM100 – машина на лапах с подшипниковыми щитами; 1 – один
горизонтальный цилиндрический вал.
Климатическое исполнение У3 (по ГОСТ 15150 – 69): У – эксплуатация на
суше реках или озерах в макроклиматических районах с умеренным климатом;
– Для эксплуатации в закрытых помещениях (объемах) с естественной
вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий где
колебания температуры и влажности воздуха и воздействие песка и пыли
существенно меньше чем на открытом воздухе например в металлических с
теплоизоляцией каменных бетонных деревянных помещениях (отсутствие
воздействия атмосферных осадков прямого солнечного излучения;
существенное уменьшение ветра; существенное уменьшение или отсутствие
воздействия рассеянного солнечного излучения и конденсации влаги).
Степень защиты IP44 (по ГОСТ 14254 – 96): 4 – защита от проникновения
внешних твердых предметов диаметром (10мм; 4 – защита от вредного
воздействия в результате проникновения воды при сплошном обрызгивании.
Асинхронная машина состоит из 2 основных частей неподвижного статора
и вращающегося ротора. Статор состоит из корпуса сердечника или
магнитопровода и обмоток. Корпус выполняется литым из сплава алюминия или
чугуна. На корпусе расположены ребра предназначенные для поверхностного
охлаждения машины и придания ей жесткости; имеются приливы для
закрепления машины к фундаменту; клемная коробка.
Сердечник статора набирается из листов эл. тех. стали. На внутренней
поверхности сердечника имеются пазы в которые укладывается 3 фазная
распределенная обмотка со сдвигом фаз на 120 электрических градусов.
Ротор АМ может быть короткозамкнутым или фазным.
АМ с короткозамкнутым ротором состоит из сердечника (набираемого из
листов Эл. стали в пазы которого укладывается к.з. обмотка) –
закрепляемого на валу; вал с помощью подшипников крепится в подшипниковых
щитах. Щиты крепятся к корпусу статора. На валу так же имеется вентилятор
необходимый для охлаждения машины.
При эксплуатации электрических машин возникает необходимость
устанавливать их не только горизонтально но и вертикально. В зависимости
от способа крепления направления оси вала и конструкции подшипниковых
узлов конструктивные формы исполнения машины делят на 9 конструктивных
групп (на тягах; лапах; с фланцем на одном подш. щите; лапах с подш.
щитами и стояковыми подш.; лапах со стояковыми подш. без подш. щитов;
машины специального назначения.)
На обмотку статора подается U от 3ф. симметричного источника
переменного тока. Под действием этого U в цепи обмотки статора протекает
I который создает вращающееся магнитное поле переменное во времени и в
пространстве. Это поле пересекает проводники обмотки статора и ротора
поле наводит в обмотке статора ЭДС самоиндукции а в обмотке ротора ЭДС
взаимоиндукции. Под действием ЭДС взаимоиндукции в обмотке ротора
протекает ток который в свою очередь создает свое собственное магнитное
поле. Это поле вращается в туже сторону с той же угловой скоростью что и
поле созданное токами обмотки статора.
Т.О. в зазоре АМ Вращается результирующая МП обусловленная совместным
действием МДС обмоток статора и ротора.
При взаимодействии вращающегося магнитного поля и I в обмотке ротора.
Возникают электромагнитные силы и электромагнитный момент под действием
которого ротор начинает вращаться в сторону вращения МП.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Определяем число пар полюсов
2. Находим высоту оси вращения
По рис. 6-7а [1] определяем h=132мм.
Из табл. 6-6 [1] находим Da=0225м.
3. Определяем внутренний диаметр статора
где KD – коэффициент характеризующий отношение внутреннего и
внешнего диаметров сердечника статора асинхронного двигателя
серии 4А по табл. 6-7 [1] принимаем KD=055.
4. Вычисляем полюсное деление
5. Находим расчетную мощность двигателя
где kE – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению по
рис. 6-8 [1] находим kE=098
( – предварительное значение КПД по рис. 6-9 а [1] (=09;
cos( – предварительное значение по рис. 6-9 а [1] cos(=09.
6. Зададимся предварительными электромагнитными нагрузками
По рис 6-11 а [1] для Da=0225м и 2p=2:
Линейная нагрузка A=26(103 Ам
Магнитная индукция в воздушном зазоре B(=075Тл.
7. Определим расчетную длину воздушного зазора
где ( – синхронная угловая скорость вала двигателя
kB – коэффициент формы поля предварительно принимая что поле
синусоидально kB=111;
kоб1 – обмоточный коэффициент предварительно принимаем
Проверим полученное значение по отношению [pic] по рис. 6-14 а [1]
это отношение должно находиться в пределах 04 07: [pic] необходимое
условие выполняется следовательно главные размеры выбраны правильно.
Для расчета магнитной цепи помимо l( необходимо определить полную
конструктивную длину и длину стали сердечников статора (l1 и lст1) и
ротора (l2 и lст2). Поскольку длина сердечника не превышает 300 мм то
нет необходимости делать радиальные вентиляционные каналы. Сердечники
шихтуются в один пакет. Для такой конструкции l1= lст1= l( .
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ СТАТОРА И ЧИСЛА ВИТКОВ В ФАЗЕ ОБМОТКИ
1. Определяем число пазов статора
где t1 – зубцовое деление статора предварительные значения
определяются по рис. 6-15 [1] t1мин=00138м; t1макс=00160м.
Принимаем Z1=24 тогда число пазов на полюс и фазу:
2. Определяем окончательное зубцовое деление статора
3. Находим число эффективных проводников в пазу
где I1н – номинальный ток обмотки статора
Выбираем число параллельных проводников в пазу a=1.
4. Определяем окончательное число витков в фазе обмотки
5. Определяем окончательную линейную нагрузку
6. Определяем обмоточный коэффициент
Коэффициент распределения:
Коэффициент укорочения:
Для однослойной обмотки коэффициент укорочения равен 1
по 4-57 [2] для первых зубцовых гармоник: [pic]
Обмоточный коэффициент:
7. Определяем магнитный поток в воздушном зазоре
8. Находим магнитную индукцию в воздушном зазоре
Найденные линейная нагрузка и магнитная индукция находятся в
допустимых пределах.
9. Определяем плотность тока в обмотке статора
Поскольку нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения
линейной нагрузки на плотность тока (AJ). Поэтому выбор допустимой
плотности тока производим с учетом линейной нагрузки двигателя:
По рис 6-16 а [1] находим оптимальное значение произведения AJ:
10. Определяем предварительное сечение эффективного проводника
Выбираем диаметр элементарного проводника dэл=106мм тогда по таблице
П-28 [1] Sэл=0883мм2. Таким образом число элементарных проводников
nэл=3. При этом сечение эффективных проводников:
Для выбранного провода среднее значение диаметра изолированного
11. Находим окончательную плотность тока в обмотке статора
РАСЧЕТ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
Круглые обмоточные провода всыпной обмотки могут быть уложены в пазы
произвольной конфигурации поэтому размеры зубцовой зоны выберем таким
образом чтобы зубцы имели параллельные грани. Такие зубцы имеют
постоянное не изменяющееся с высотой зубца поперечное сечение индукция
в них также не меняется и магнитное напряжение зубцов с параллельными
гранями оказывается меньше чем магнитное напряжение трапецеидальных
зубцов при том же среднем значении индукции в них.
1. Определяем предварительную высоту ярма и ширину зубца статора
где kс – коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора по
табл. 6-11 [1] для асинхронных машин с высотой оси вращения
h=132мм и напряжении 660В способ изолировки листов –
оксидирование kс=097;
Bz1 – Магнитная индукция в зубце статора при постоянном сечении
по табл. 6-10 [1] для степени защиты IP44 и 2p=2 определяем
Bа – Магнитная индукция в ярме статора по табл. 6-10 [1] для
степени защиты IP44 и 2p=2 определяем Bа=16Тл.
2. Определяем размеры паза статора
Принимаем размеры шлица паза bш=30 мм hш=10мм.
Ширина паза в основании трапеции:
Ширина паза у клиновой части для ( =45(:
Высота клиновой части паза для ( =45(:
Высота трапеции паза:
3. Определяем размеры паза в свету с учетом припусков на сборку
Как правило для машин с высотой оси вращения h=132мм припуски как по
высоте так и по ширине паза составляют: (hп=(bп=01мм.
4. Определяем площадь поперечного сечения паза
Для высоты оси вращения h=132мм применяется однослойная обмотка.
Площадь корпусной изоляции:
где bиз – односторонняя толщина изоляции в пазу по табл. 3-8 [1]
для высоты оси вращения 132мм bиз =025мм.
Площадь прокладок в пазу:
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
5. Определяем коэффициент заполнения паза
Рекомендуемое значение для всыпной обмотки из круглого провода
Полученное значение вписывается в рекомендуемое значение.
Размеры паза статора
1. Определяем величину воздушного зазора
Правильный выбор воздушного зазора ( во многом определяет
энергетические показатели асинхронного двигателя. Чем меньше воздушный
зазор тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение
составляющее основную часть суммарной МДС магнитной цепи всей машины.
Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС
магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя благодаря чему
возрастает его cos( и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но
чрезмерное уменьшение ( приводит к возрастанию амплитуд пульсаций
индукции в воздушном зазоре и как следствие этого к увеличению
поверхностных и пульсационных потерь. Поэтому КПД двигателей с очень
малыми зазорами не улучшается а часто даже становится меньше.
По рис. 6-21 [1] для высоты оси вращения h=132мм: ( =05мм.
2. Определяем число пазов ротора
По табл. 6-15 [1] для числа пар полюсов 2p=2 и числа пазов статора
Z1=24 находим Z2=19.
3. Находим внешний диаметр ротора
4. Определяем длину ротора
Примем длину ротора равной длине статора:
5. Определяем зубцовое деление ротора
6. Определяем внутренний диаметр ротора
Сердечники роторов асинхронных двигателей при D2990мм выполняют с
непосредственной посадкой на вал без промежуточной втулки. В двигателях с
высотой оси вращения h2(250мм применяют горячую посадку сердечников на
гладкий вал без шпонки. Поэтому внутренний диаметр ротора равен диаметру
где kв – коэффициент для расчета диаметра вала по табл. 6-16 [1]
для высоты оси вращения h=132мм и числа пар полюсов 2p=2
7. Определяем ток в стержне ротора
где kг – коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и
сопротивления обмоток на отношение I1I2. По рис. 6-22 [1]
для cos(=09 находим kг=092;
(г – коэффициент приведения токов для двигателей с
короткозамкнутым ротором:
8. Определяем площадь поперечного сечения стержня
где J2 – плотность тока в литом стержне принимаем J2=25(106 Ам2.
9. Определяем размеры паза ротора
Выбираем грушевидный паз с прорезью и размерами шлица bш=15мм
hш=075мм высота перемычки над пазом h(ш=1мм.
Ширина зубцов ротора:
где Bz2 – Магнитная индукция в зубце статора при постоянном сечении
Ширина паза у поверхности:
Высота трапециидального участка паза:
Уточненное сечение паза:
10. Определяем плотность тока в стержне
11. Определим параметры короткозамыкающих колец
Площадь поперечного сечения кольца:
где Jкл – плотность тока в замыкающих кольцах выбирают в среднем на
—20% меньше чем в стержнях. Это объясняется двумя
причинами. Во-первых замыкающие кольца имея лучшие условия
охлаждения по сравнению со стержнями являются своего рода
радиаторами которые отводят тепло стержней усиливая их
охлаждение. Во-вторых в машинах в которых для улучшения
пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока
большое сопротивление замыкающих колец снижает кратность
увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске.
Jкл = 08 ( J2 = 08 ( 106 ( 106 = 0848(106 Ам2
Уточненная площадь поперечного сечения кольца:
Средний диаметр кольца:
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Определяем магнитную индукцию в зубцах статора и ротора
Индукция в ярме статора:
Индукция в ярме ротора:
где h(j – расчетная высота ярма ротора
2. Находим магнитное напряжение воздушного зазора
где k( – коэффициент воздушного зазора (коэффициент Картера):
где ( – коэффициент:
3. Определим магнитное напряжение зубцовых зон статора и ротора
где hz1 – расчетная высота зубца статора hz1= hп1=00201м;
Hz1 – напряженность магнитного поля по табл. П-17 [1] для
стали марки 2013 и магнитной индукции Bz1=179Тл:
где hz2 – расчетная высота зубца ротора
Hz2 – напряженность магнитного поля по табл. П-17 [1] для
стали марки 2013 и магнитной индукции Bz2=185Тл:
4. Найдем коэффициент насыщения зубцовой зоны
Коэффициент входит в рекомендуемый предел из этого можно
предварительно заключить что выбранные размерные соотношения и
обмоточные данные машины правильны.
5. Определяем магнитное напряжение ярм статора и ротора
где Lа – длина средней магнитной линии ярма статора:
Hа – напряженность поля в ярме статора по табл. П-16 [1] для
стали марки 2013 и магнитной индукции Bа=160Тл: Hа=750Ам.
где Hj – напряженность поля в ярме ротора по табл. П-16 [1] для
стали марки 2013 и магнитной индукции Bj=0834Тл: Hj=132Ам.
Lj – длина средней магнитной линии ярма ротора:
где hj – высота спинки ротора:
6. Определяем суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины
7. Определяем коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Определяем намагничивающий ток
Относительное значение:
Величина относительного тока входит в оптимальные пределы что
говорит о правильности выбора размеров машины.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Определяем активное сопротивление фазы обмотки статора
где ([pic] – удельное сопротивление материала обмотки при расчетной
температуре для класса нагревостойкости изоляции F расчетная
L1 – общая длина эффективных проводников фазы обмотки:
где lср – средняя длина витка обмотки
где lп1 – длина пазовой части обмотки [p
lл1 – длина лобовой части обмотки:
где B – длины вылета прямолинейной части катушек из паза от торца
сердечника до начала отгиба лобовой части для всыпной
обмотки укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в
корпус берут B=001м;
Kл – коэффициент по табл. 6-19 [1] для 2p=2 определяем
bкт – средняя ширина катушки:
2. Определяем активное сопротивление фазы обмотки ротора
где rс – сопротивления стержня ротора:
где (с – удельное сопротивление материала обмотки при расчетной
lс – полная длина стержня [p
kг – коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от
действия эффекта вытеснения тока; при расчете рабочих режимов
в пределах изменения скольжения от холостого хода до
номинального принимаем kг=l.
rкл – сопротивление короткозамыкающего кольца:
где (кл – удельное сопротивление материала обмотки при расчетной
Приведем r2 к числу витков обмотки статора:
3. Определяем индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где (п1 – коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
фазных обмоток по табл. 6-22 [1]
где h3 – высота участка паза занимаемого обмоткой h3= h1=00153м;
k’( – коэффициент зависящий от относительного укорочения:
h2 – высота участка паза свободного от обмотки h2=0;
h1 – высота клиновидной части паза h1= h1=00038м;
(л1 – коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
(д1 – Коэффициент магнитной проводимости дифференциального
где (ск – коэффициент скоса выраженный в долях зубцового деления
k’ск – коэффициент зависящий от относительного скоса пазов и
отношения t2t1 t2t1=0020300160=126 по рис. 6-39 д
где (ск – скос пазов в линейных размерах:
4. Определяем индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
где (п2 – коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
обмотки фазного ротора по табл. 6-23 и рис. 6-40 а [1]:
где kд – коэффициент для рабочего режима kд=1.
(л2 – коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
где ( – коэффициент приведения токов в кольце к току в стержне:
(д2 – Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
где (z – коэффициент по рис. 6-39 а [1] в зависимости от
отношений bшt=0001500203=007; bш(=0001500005=3: (z=01
Приведем x2 к числу витков обмотки статора:
1. Определим основные потери в стали
где p1050 – удельные потери по табл. 6-24 [1] для стали 2013
( – показатель степени по табл. 6-24 [1] для стали 2013 (=15;
kда и kдz – коэффициенты учитывающие влияние на потери в
стали неравномерности распределения потока по сечениям
участков магнитопровода и технологических факторов. Для
машины мощностью меньше 250 кВт принимаем kда=16 и kдz=18;
mа и mz1 – масса стали ярма и зубцов статора
где (с – удельная масса стали принимаем (с=78(103кгм3.
2. Определяем поверхностные потери в роторе
Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
где (02 – коэффициент зависящий от соотношения ширины шлицов пазов
статора к воздушному зазору bш1( = 000300005=6; по рис 6-41а) [1]
Удельные поверхностные потери:
где k02 – коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности
головок зубцов ротора на удельные потери принимаем k02=16;
Поверхностные потери в роторе:
3. Определяем пульсационные потери в зубцах ротора
Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов:
стали зубцов ротора:
Пульсационные потери в зубцах ротора:
4. Определяем сумму добавочных потерь в стали
5. Определяем полные потери в стали
6. Находим механические потери
где Kт – коэффициент для двигателей с 2p=2 и Kт=1
7. Определяем добавочные потери при номинальном режиме
8. Определяем ток холостого хода
где Iхх.а – активная составляющая тока холостого хода:
где Pэ1хх – электрические потери в статоре при холостом ходе:
Iхх.р – реактивная составляющая тока холостого хода принимается
9. Определяем коэффициент мощности при холостом ходе
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Определяем сопротивления для схемы замещения
Активное сопротивление:
Реактивное сопротивление:
Коэффициент с1 для машин мощностью более 2 - 3 кВт можно считать по
приближенной формуле:
2. Определяем активную составляющую тока синхронного холостого хода
3. Определяем дополнительные расчетные величины
4. Рассчитываем рабочие характеристики
Предварительно зададимся потерями не зависящими от скольжения:
Примем за номинальное скольжение: [pic].
Проведем расчет рабочих характеристик для скольжений: 0001; 0005;
1; 0015; 0018; 002; 0025; 003. Данные расчет занесем в таблицу 1.
Данные расчета рабочих характеристик двигателя
№ Расчетная формула ЕдиниСкольжение
80502008700251[pic]–1291160920580380212(–02018010080060033[pic]–1101091051031021004[pic]–1.0861071041.021.021005[pic]Ом0350.340.330330.330.326kд–0930950960980990997[pic]–070670670680680688[pic]Ом161551551561561569[pic]Ом17110110611412715210[pic]Ом14314715115816919011[pic]–10141015101510161017101912[pic]Ом1213155253465141113[pic]Ом2524925827429834514[pic]А7937818728958913982151515[pic]А89197898736859614038155216[pic]–57356452642628811117[pic]–076092123199205103
Критическое скольжение:
Данные расчета для других скольжений приведены в табл. 2. Пусковые характеристики изображены на рис. 4.
1. Определяем превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой внутри машины
где (1 – коэффициент теплоотдачи с поверхности по рис. 6-59 а [1] (1=180 Втм2((С;
K – коэффициент учитывающий что част потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передаются через станицу непосредственно в окружающую среду по табл. 6-30 [1] принимаем K=022;
P’э.п1 – потери в пазовой части обмотки:
где k( – коэффициент увеличения потерь для изоляции класса F k(=107.
2. Определяем перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
где ПП1 – расчетный периметр поперечного сечения паза статора:
(экв – средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции для класса нагревостойкости F (экв=016Вт(м((С);
(’экв – среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки по рис. 6-62 [1] при ddиз=093 (’экв=11;
3. Определяем перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей обмотки статора
где ПЛ1 – периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки принимаем: ПЛ1=ПП1=00652м;
bиз.л1 – односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки принимаем bиз.л1=035мм;
Pэ.л1 – потери в лобовой части обмотки
4. Определяем превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
где lвыл1 – вылет лобовых частей обмотки:
где Квыл – коэффициент по табл. 6-19 [1] для 2p=2 Квыл=044;
5. Определяем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
6. Определяем превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды
Сумма потерь отводимых в воздух внутри машины:
Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса:
где Пр – условный периметр поперечного сечения ребер станины по рис. 6-63 [1] для h=132мм Пр=026м;
где (в – коэффициент подогрева воздуха по рис. 6-59 а [1] для h=132мм и Dа=0225м (в=25Вт(м2((С);
7. Определяем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды
8. Определяем требуемый для охлаждения расход воздуха
где km – коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса обдуваемого наружным вентилятором:
где m – коэффициент для двигателей с 2p=2 и h=132мм m=26;
Подача воздуха обеспечиваемая наружным вентилятором:
Обеспечиваемый наружным вентилятором расход воздуха больше требуемого следовательно двигатель при работе будет охлаждаться и не перегреется.
В данном курсовом проекте представлены данные по расчету асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
В первом разделе осуществляется выбор главных размеров таких как высота оси диаметры статора его длина. Все вышеназванные параметры асинхронных машин имеют жесткую привязку к числу полюсов и мощности которая позволяет выпускать большое количество разнообразных типов двигателей для самых различных применений.
Во втором разделе определяется число пазов статора числа витков обмоток определяются обмоточные коэффициенты: распределения укорочения и скоса определяются магнитные параметры в воздушном зазоре. Коэффициент укорочения показывает насколько ЭДС катушки с укорочением меньше ЭДС катушки без укорочения коэффициент укорочения ( выбран таким при котором достигается значительное снижение гармоник 5 и 7 порядков при незначительном снижении ЭДС. Коэффициент распределения показывает насколько ЭДС распределенной обмотки меньше ЭДС концентрической обмотки распределенная обмотка позволяет значительно снижать гармонические высшего порядка. Коэффициент скоса показывает насколько ЭДС проводника со скосом меньше ЭДС проводника без скоса значение скоса выбрано таким чтобы ослабить первые зубцовые гармоники.
В третьем разделе рассчитывается зубцовая зона статора определяются размеры пазов и зубцов.
В четвертом разделе определяется воздушный зазор число пазов основные размеры ротора размеры зубцов и пазов. Стержни короткозамкнутой обмотки предусмотрено изготавливать литьем из алюминия что позволяет получить практически любую требуемую форму стержня а также выполнить на торцах ротора лопатки улучшающие охлаждение.
В пятом разделе производится магнитный расчет двигателя. Определяются магнитные напряжения всех участков магнитной цепи двигателя.
В шестом разделе осуществляется расчет параметров рабочего режима двигателя. Определяются активные и индуктивные сопротивления ротора и статора.
В седьмом разделе рассчитываются потери: потери в стали механические потери добавочные потери. Определяется ток холостого хода коэффициент мощности на холостом ходу.
В восьмом разделе рассчитываются рабочие характеристики машины s=f(P2) (=f(P2) cos(=f(P2) I1=f(P2) P1=f(P2).
В девятом разделе строятся пусковые характеристики I1*=f(s) M1*=f(s).
В десятом разделе осуществляется тепловой расчет двигателя.
В приложении приведены некоторые интересные вопросы по курсу электрических машин.
МДС катушки обмотки статора.
Каждая магнитная силовая линия дважды пронизывает воздушный зазор. По закону полного тока
[pic] - магнитная индукция на основе закона полного тока
При изменении тока ik во времени по sin закону. Кривая распределения МДС и магнитной индукции вдоль зазора продолжает сохранять прямоугольную форму с пространственным периодом Tп = 2( но амплитуда прямоугольника будет изменяться во времени по sin закону. Такую МДС и создающее ей поле называют пульсирующей МДС. При анализе МДС машины переменного тока кривую МДС прямоугольной формы можно разложить в ряд пространственных гармонических составляющих.
Уравнение пульсирующих и бегущих волн МДС.
[pic] Для пульсирующей волны МДС в точках [pic]функция обращается в 0 для любых моментов времени. Соответственно в точках 0 ( 2( и т.д. функция изменяясь во времени принимает мах значения.
Точки где функция принимает 0 значения называется – узлами.
Точки где функция принимает мах значения называется – кучностями.
[pic]. Пусть (t = (2 тогда при подстановке в формулу получаем левобегущую и правобегущую волну МДС.
Т.О. Пульсирующую волну МДС можно разложить на 2-е одинаковых встречно бегущих волны МДС с амплитудами равными амплитуды пульсирующей волны.
На обмотку статора подается U от 3ф. симметричного источника переменного тока. Под действием этого U в цепи обмотки статора протекает I который создает вращающееся магнитное поле переменное во времени и в пространстве. Это поле пересекает проводники обмотки статора и ротора поле наводит в обмотке статора ЭДС самоиндукции а в обмотке ротора ЭДС взаимоиндукции. Под действием ЭДС взаимоиндукции в обмотке ротора протекает ток который в свою очередь создает свое собственное магнитное поле. Это поле вращается в туже сторону с той же угловой скоростью что и поле созданное токами обмотки статора.
Т.О. в зазоре АМ Вращается результирующая МП обусловленная совместным действием МДС обмоток статора и ротора.
Причины возникновения высших пространственных гармоник магнитного поля
Все гармонические МДС создаются sin изменяющимся током основной частоты f с другой стороны пространственная гармоническая (-ого порядка имеет по сравнению с основной гармонической в ( раз больше число пар полюсов.
Поскольку все высшие гармоники являются составляющими прямоугольника МДС то они изменяются во времени т.е. пульсируют с одной и той же частотой равной частоте тока в сети.
ЭДС проводника. Скос пазов.
Sin магнитное поле вращающееся со скоростью (=2(f индуктирует
в каждом проводнике витка ЭДС.
[pic] - действующее значение.
Для улучшения формы кривой ЭДС обмотки осуществляется скос пазов относительно бегущего М.П.
Суммарная ЭДС проводника со скосом будет определяться геометрической суммой элементарных ЭДС. При отсутствии скоса ЭДС проводника будет равна арифметической сумме элементарных ЭДС и равна длине дуги.
Скос пазов предназначен для подавления высших гармонических МП зубцового порядка.
Величину вс подбирают т.о. чтобы элементарные ЭДС на краях проводника для высших гармонических находились в противофазе.
ЭДС витка и катушки. Укорочение шага обмотки
ЭДС витка с полным диаметральным шагом [pic]
Укорочение шага - применяется для подавления 5-ой гармонической составляющей. Показывает во сколько раз ЭДС витка с укорочением шага меньше ЭДС витка с полным диаметральным шагом.
Поток одного полюса при sin-ом распределении индукции будет равен
ЭДС катушечной группы. Обмоточный коэффициент
В катушечной группе ЭДС соседних катушек сдвинуты на угол (. При этом вся группа из q катушек занимает угол фазной зоны ( где z общее число пазов.
[pic] [pic] [pic] - коэффициент распределения.
[pic]- обмоточный коэффициент
Однослойные обмотки. Схемы однослойных обмоток (шаблонные концентрические вразвалку цепные).
ОКО – катушки образующие каждую катушечную группу являются концентрическими т.е. охватывает одна другую. Поэтому размеры катушек в катушечной группе различны и по длине и по ширине. Лобовые части катушек образующие большие и малые катушечные группы располагающиеся в 2-х разных плоскостях называются 2-х плоскостными обмотками.
В ОКО число катушечных групп в фазе равно числу пар полюсов. При четном числе p обмотка получается полностью симметричной т.к. в каждой фазе соединяется одинаковое число больших и малых катушечных групп.
Чтобы избежать установки кривой катушечной группы (при нечетном числе p – фазы содержат нечетное кол-во катушечных групп) обмотку делают 3-х плоскостной.
В шаблонных обмотках – обмотки имеют катушки с одинаковыми размерами и делятся на простую шаблонную обмотку в развалку и цепную обмотку.
Двухслойные обмотки. Схемы двухслойных обмоток (концентрические цепные с дробным числом пазов на полюс и фазу q).
-х слойные петлевые обмотки с целым числом q являются наиболее распространенным типом обмоток машин средней и большой мощности. Каждая фаза обмотки состоит из 2р одинаковых катушечных групп. В группу входит q катушек. Катушки всех фаз имеют одинаковые формы и размеры. Полное число катушек обмотки = 2mpq.
Преимущество 2-ч слойных обмоток по сравнению с однослойными состоит в том что 2-х слойные обмотки можно выполнить с укороченным шагом. Что позволяет вести борьбу с 5 и 7 гармониками МП.
При выполнении 2-х слойных обмоток в пазу лежат 2-е стороны различных катушек которые могут принадлежать разным фазам.
Пусковые характеристики асинхронного двигателя. Учёт эффекта вытеснения тока и влияние этого эффекта на вид механической характеристики.
Для пуска АД с короткозамкнутым ротором применяют способы:
Прямой пуск. (Если мощность двигателя не велика а сеть достаточно мощная). В этом случае на обмотку статора подается полное напряжение сети пусковой ток при это составляет 5-7 значений от номинального.
Введение добавочных сопротивлений в цепь обмотки статора (мощность АД велика сеть недостаточно мощная) В этом случае для ограничения пусковых токов применяют снижение напряжения подводимого к обмотке статора путем введение большого добавочного сопротивления.
Автотрансформаторный пуск. (для мощных асинхронных и синхронных двигателей)
Эффект вытеснения тока. - Паз ротора делают узким и глубоким. При протекании тока в пазу ток каждого слоя создает магнитное поле. Поэтому нижний слой охватывается наибольшим количеством силовых линий что приводит к высокой индуктивности в данном месте.
Т.О. При пуске частота высокая индуктивное сопротивление тоже высокое тогда ток будет вытесняться в верхнюю часть паза.
Т.К. Ток вытесняется в верх то скольжение будет уменьшаться активное сопротивление возрастать и пусковой момент увеличиваться.
При выходе Д на номинальное значение скорости частота ЭДС и ток в обмотке ротора станут равным 2-4 Гц и индуктивное сопротивление будет мало сказываться на распространении тока по высоте.
Проводниковые материалы применяемые в электромашиностроении
К проводниковым материалам применяемым в машиностроении в первую очередь относятся медь и алюминий. Серебро имеющее удельное сопротивление на 4% меньше по сравнению с медью относятся к дефицитным материалам и почти не применяется при изготовлении электрических машин. Почти все изделия из меди для электротехнической промышленности изготавливаются путем проката прессования и волочения. Для изготовления коллекторов машин постоянного тока применяется твердотянутая медь с присадкой кадмия. Кадмий увеличивает механическую прочность меди. Высокая электрическая проводимость алюминия обеспечивает его высокое применение в промышленности. Алюминий хорошо обрабатывается давлением. На единицу массы алюминий имеет в двое большую проводимость чем медь. Для заливки роторов асинхронных машин применяют сплавы: АК3 АКМ2-1 АКМ4-1 АК 10 АКМц 10-2 и т.д. Латуни и бронзы применяются для изготовления короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей а так же для изготовления токоведущих деталей сложной формы. При низких температурах близких к абсолютному нулю медь становиться плохи проводником. Поэтому в данном случае применяют сплавы ниобия с титаном.
Изоляционные материалы применяемые в электромашиностроении.
Электроизоляционные материалы или диэлектрики применяются в электромашиностроении для изоляции частей электрической машины находящихся под разными потенциалами. Диэлектрики делятся на газообразные жидкие и твердые. Толщина междувитковой и пазовой изоляции во многом определяет массогабаритные показатели машин. Изоляция должна обладать необходимыми механическими свойствами и допускать механизацию и автоматизацию технологических процессов изготовления. Согласно ГОСТ электроизоляционные материалы. применяемые в электромашиностроении делятся на семь классов в соответствии с предельно допустимыми для них температурами. YAEBFHC.
Влагостойкие тропические химостойкие холодностойкие и коррозионно-стойкие исполнения электрических машин предъявляют дополнительные требования к изоляции. Полистирольные (стиропленки) полиэтиленовые фторопласт-4 лавсан фторопласт-3 поливинилхлоридные триацетатцеллюлозные полиамидные полиимидные. Текстолиты стеклотекстолиты. Электротехнические бумаги и картоны. Лакоткани.
Классы нагревостойкости изоляции.
Пазовая изоляция машин переменного тока.
Перспективными электроизоляционными материалами являются пленочные материалы толщиной от 10 до 200 мкм. Они обеспечивают лучший коэффициент заполнения паза что приводит к снижению массы на единицу мощности в электрических машинах.
Конструкционные материалы применяемые в электромашиностроении.
Черные металлы – литая сталь серый чугун ковкий чугун листовая сталь жесть белая холоднокатаная луженая алюминий и его сплавы с медью и оловом (бронзы баббиты латунь) различные сорта и профили прокатных сталей. Пластмассы.
Магнитные материалы применяемые в электромашиностроении.
Для изготовления магнитопроводов электрических машин применяются листовая электротехническая сталь стальное литье листовая сталь чугун и магнитодиэлектрики. Свойства стали зависит от содержания кремния и от условий ее изготовления. Сталь с низким содержанием кремния имеет меньшую относительную проницаемость и большие магнитные потери а так же большую индукцию насыщения. И наоборот. Так же используются анизотропные холоднокатаные стали горячекатаная изотропная тонколистовая электротехническая сталь.
Обмотки фазных роторов
По своей конструкции и схемам соединения обмотки фазных роторов А.Д. несколько отличается от обмоток статоров машин переменного тока. В роторах машин мощностью до 80-100 кВт обычно применяют двухслойные катушечные обмотки. Стержневую обмотку ротора как правило делают волновой так как в волновой обмотке меньше межгрупповых соединений которые технологически трудновыполнимы при большом сечении проводников.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Копылов И. П. Проектирование электрических машин. – М.: Энергия 1980.
Домбровский В. В. Проектирование электрических машин переменного тока. Л.: Энергия 1973.
Вольдек А. И. Электрические машины. – Л.: Энергия 1978.
Сергеев П. С. Проектирование электрических машин. – М.: Энергия 1970.

Правильная обмотка.cdw

Схема однослойной обмотки асинхронного двигателя Z=24m=32p=2q=4.

Пазы статора.cdw

График1.cdw

Данные расчета рабочих характеристик двигателя.docx

Данные расчета рабочих характеристик двигателя

Документ Microsoft Office Word.docx

Данные расчета пусковых характеристик двигателя

СОДЕРЖАНИЕ.docx

II. Выбор главных размеров
III. Определение числа пазов в статоре ..
IV. Расчёт зубцовой зоны статора и воздушного зазора
VI. Расчёт намагничивающего провода
VII. Расчёт параметров рабочего режима
VIII. Расчёт потерь
IX. Расчёт рабочих характеристик
X. Расчёт пусковых характеристик
XI. Тепловой расчёт ..
XIII.Библиография ..38

График2.cdw

обмотка.cdw

Чертеж.cdw

Pабочие характеристики асинхронного двигателя.
Пусковые характеристики асинхронного двигателя.
Обмотка статора Асинхронного двигателя Z=24m=3p=2q=4.

График3.cdw

График4.cdw

6.cdw

Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Более нужный.cdw

Pабочие характеристики асинхронного двигателя.
Пусковые характеристики асинхронного двигателя.
Схема однослойной обмотки асинхронного двигателя Z=24m=32p=2q=4.

пазы ротора.cdw

график 5.cdw

KP-7 5kh3000.doc

Министерство образования РФ
Уральский государственный технический университет
«Электрические машины»
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
Конструктивное исполнение: IM1001
Способ защиты от окружающей среды: IP44
Климатическое исполнение: УЗ
Выбор главных размеров и расчет обмотки статора .
Расчет размеров зубцовой зоны статора .
Выбор воздушного зазора . .
Расчет короткозамкнутого ротора .
Расчет магнитной цепи
Параметры асинхронной машины для номинального режима
Расчет рабочих характеристик
Расчет пусковых характеристик
Тепловой и вентиляционный расчет .
Список использованной литературы ..
Выбор главных размеров и расчет обмотки статора.
В зависимости от способа крепления направления оси вала и конструкции
подшипниковых узлов существуют разные конструктивные исполнения.
Конструктивное исполнение IM1001 – машина на лапах с двумя
подшипниковыми щитами и горизонтальным валом; конец вала – цилиндрический.
В основе всех расчетов лежат параметры серии 4А.
Все ссылки встречающиеся в тексте относятся к [3].
1 Определение количества пар полюсов:
2 Выбор высоты оси вращения:
За высоту оси вращения принимается расстояние от оси вращения до
опорной плоскости машины измеренное на машине в середине выступающего
Заданным параметрам соответствует высота оси вращения h ((110 – 120)мм.
Уточняя по табл. 6.6 получаю высоту оси вращения h=112 мм ей
соответствует наружный диаметр статора D[pic]=0191м.
Двигатели с такой высотой вращения выполняются с литыми чугунными станиной
3 Внутренний диаметр статора:
используют эмпирические зависимости:
приближенное выражение: D=К[pic]D[pic]
К[pic]=052-057 табл.
Т.е. D[pic](0099-0109) м выбираю значение D=0109 м
4 Полюсное деление – длина дуги соответствующая одному полюсу:
5 Расчетная мощность:
Отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению: k[pic][pic]0983.
По эмпирическим данным рис. 6-9а: КПД: [pic]88% коэффициент мощности:
Расчетная мощность: P’=[pic]кВт
6 Предварительный выбор электромагнитных нагрузок:
Магнитная индукция в воздушном зазоре:[pic](071-074) Тл выбираю значение
Линейная токовая нагрузка: А[pic](235-245)[pic]Ам выбираю значение
7 Коэффициент полюсного перекрытия [pic]и коэффициент формы поля [pic]
предварительно выбираю равными:
Обмоточный коэффициент:
В статорах двигателей серии 4А при h[pic]160 мм выполняют однослойную
обмотку (стр. 154) которой соответствуют значения обмоточного коэффициента
равные [pic](стр. 167) поэтому выбираю значение [pic]
8 Синхронная угловая скорость вала двигателя:
9 Расчетная длина воздушного зазора:
10 Проверка правильности выбора главных размеров:
Критерием правильности выбора главных размеров служит отношение [pic]
Т. о. найденное значение [pic] находится в допустимых пределах для
принятого исполнения машины.
11 Конструктивная длина и длина стали сердечников статора и ротора.
Сердечник статора шихтуется в один пакет без радиальных вентиляционных
каналов т.к. его длина не превышает 250 мм. стр. 168
[pic]=013 м. т.к. h250 мм стр. 169
12 Определение числа пазов статора:
Выбор зубцового деления:
Для мягкой всыпной обмотки t[pic]=(0013-0015) м рис. 6-15
Окончательный выбор Z[pic]:
Число пазов на полюс и фазу q должно быть целым Z[pic] должно быть кратно
3=8 – число кратно трем
Условия выполняются.
Определение и проверка окончательного значения зубцового деления:
Значение находится в ранее выбранных пределах и превышает 7 мм что
необходимо для двигателей с h[pic]56 мм.
Полюсное деление выраженное в числе пазовых делений: [pic]
13 Определение числа эффективных проводников [pic]:
Номинальный ток обмотки статора: [pic]А
Предварительный выбор (при условии что параллельные ветви в обмотке
отсутствуют - a=1): [pic]
Окончательное число эффективных проводников в пазу: [pic]
14 Определение числа витков в фазе обмотки статора:
15 Окончательное значение линейной нагрузки:
Найденное значение лежит в пределах рекомендуемых и незначительно
отличается от предварительно выбранного.
16 Расчет обмоточного коэффициента.
Выбираю обмотку однослойную шаблонную цепную мягкую всыпную из
k[pic]=0958[pic]=0958
17 Определение значения магнитного потока:
18 Уточнение индукции в воздушном зазоре:
[pic]Тл – значение лежит в пределах рекомендуемой области.
19 Расчет сечения эффективных проводников.
Определение линейной нагрузки двигателя:
AJ[pic]=128[pic][pic]
q[pic] выбираю по таблице П-28 для стандартных диаметров и площадей
поперечного сечения круглых медных эмалированных проводов марки ПЭТВ и ПЭТ-
5 т.е. привожу т.о. значение [pic] к стандартному.
q[pic]=1368мм[pic] этому значению соответствует диаметр изолированного
провода d[pic]=1405мм
Выбираю провод ПЭТ-155А класса нагревостойкости F тип изоляции –
высокопрочная эмаль на полиэфироимидной основе. табл. 2-5
20 Уточнение плотности тока в обмотке
[pic][pic] - величина изменилась незначительно.
Расчет размеров зубцовой зоны статора
В двигателях серии 4А выполняются только трапецеидальные пазы с углом
наклона граней клиновой части [pic] у двигателей с [pic]мм. стр. 178
1 Определение ширины зубца и высоты ярма статора.
Выбираю марку холоднокатаной изотропной электротехнической стали 2013
способ изолировки листов – оксидирование. Коэффициент заполнения сталью
магнитопровода статора k[pic]=097 табл. 6-11
Допустимая индукция в зубцах статора[pic]=(17-19) Тл.
Выбираю значение[pic]=19 Тл.
Допустимая индукция в ярме статора: [pic]=(14-16) Тл.
Выбираю значение[pic]=16 Тл. табл. 6-10
Ширина зубца: [pic]=[pic]55[pic]м=55мм
Высота ярма статора: [pic]м=2478мм
2 Размеры паза в штампе:
Среднее значение ширины шлица полузакрытых пазов статора по табл. 6-12
[pic] должно обеспечить возможность свободного пропуска проводников
обмотки через шлиц паза с учетом толщины изоляционных технологических
прокладок устанавливаемых при укладке обмотки для предохранения изоляции
проводников от повреждений об острые кромки шлица.
В серии 4А в двигателях с h[pic]132 мм принимают [pic]. стр.178
В клиновой части паза располагаются пазовые крышки (в машинах с h[pic]160
Высота клиновой части паза: [pic]мм
Площадь поперечного сечения паза в штампе:
3 Размеры паза в свету:
Припуски на шихтовку и сборку сердечников: [p [pic]мм стр. 177
4 Расчет коэффициента заполнения паза.
Площадь прокладок в пазу [pic]=0 т.к. обмотка однослойная.
Односторонняя толщина изоляции в пазу: [pic] мм
Материал изоляции – пленкостеклопласт имидофлекс класс F; междуфазные
прокладки в лобовых частях выполняют из этого же материала.
Площадь корпусной изоляции:
[pic]025(2[pic]+13+97)=1383мм[pic]
Корпусную изоляцию устанавливают в пазы машины до укладки обмоток.
Площадь для размещения проводников обмотки:
[pic]=[pic]12792[pic]
Плотность укладки проводников в пазы оценивается технологическим
коэффициентом заполнения проводниками свободной от изоляции площади паза:
Коэффициент заполнения паза при механизированной укладке обмотки
должен находится в пределах 07-072 а предпочтительнее должен быть равным
2. стр. 67 табл. 3-12
Полученное значение [pic] для механизированной укладки обмотки
чрезмерно велико. Снизить его не изменяя главных размеров двигателя можно
увеличив площадь поперечного сечения паза.
Принимаю [pic]=194 Тл и [pic]=164 Тл. что допустимо т.к. эти
значения превышают рекомендуемые в табл. 6-10 не более чем на 3% (на
соответственно 21 % и 25%).
Повторяю расчет раздела 2 (без пояснений).
[pic]=[pic]539[pic]м=539мм
[pic]025(2[pic]+133+983)=142мм[pic]
Полученное значение достаточно близко к необходимому.
5 Размеры зубцов статора по табл. 6-14
Между значениями [pic]и [pic] получено небольшое расхождение поэтому
рекомендуется взять среднюю расчетную ширину зубца: стр.180
Выбор воздушного зазора
В современных двигателях зазор выбирают исходя из минимума суммарных
Для двигателей мощностью менее 20кВт при 2p=2 воздушный зазор определяется
по следующей формуле: стр.
Полученное значение округляется до 005мм при [pic]05мм
поэтому принимаю [pic]мм
Расчет короткозамкнутого ротора
В короткозамкнутых обмотках роторов обычно принято считать что каждый
стержень обмотки образует одну фазу короткозамкнутой обмотки. При [pic] к
каждой фазе относится один стержень с двумя участками замыкающих колец
расположенных с разных торцов ротора. Обмоточный коэффициент такой обмотки
1 Выбор числа пазов ротора:Пазы выбираю со скосом.
Выбираю [pic]=20 табл. 6-15
2 Внешний диаметр и длина ротора:
4 Внутренний диаметр ротора:
В двигателях с высотой оси вращения [pic]мм применяют горячую посадку
сердечников на гладкий вал без шпонки.
Внутренний диаметр сердечника ротора [pic] при непосредственной посадке на
вал равен диаметру вала:
Коэффициент для расчета диаметра: [pic] табл. 6-16
Аксиальные и радиальные каналы для данного ротора не требуются ввиду малых
размеров ([pic]мм [pic]м). стр. 191
5 Ток в стержне ротора:
Коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления
обмоток выбирается в зависимости от номинального коэффициента мощности:
Коэффициент приведения токов с учетом принятых для короткозамкнутой обмотки
чисел фаз и витков в фазе:
6 Площадь перечного сечения стержня:
При заливке пазов алюминием [pic][pic]
причем для машин большей мощности следует брать меньшие значения.
Выбираю [pic][pic][pic]
[pic][pic]=105мм[pic]
7 Выбор пазов ротора:
Для обеспечения высоких энергетических показателей номинального режима
следует выбирать пазы с широкой верхней частью т.е. грушевидные. Пазы
других форм следует использовать только в тех случаях когда пусковые
характеристики не удовлетворяют требованиям технического задания. стр. 188
В двигателях серии 4А с высотой оси вращения [pic]мм выполняют грушевидные
пазы и литую обмотку на роторе. В двигателях при высоте оси вращения
[pic]мм пазы имеют узкую прорезь с размерами:
8 Ширина зубцов ротора:
Допустимая индукция в зубцах ротора: [pic]) Тл.
Выбираю значение [pic]Тл табл. 6-10
Допустимая ширина зубцов: [pic]м=673мм
Размеры паза округляю и принимаю равными: [pic]мм
Условия высококачественной заливки пазов алюминием требуют чтобы диаметр
закругления нижней части паза в двигателях с [pic]132мм был не менее 15-
Это условие выполняется.
9 Уточнение площади сечения стержня:
Значение площади отличается от вычисленного ранее незначительно.
Полная высота паза: [pic]мм
11 Уточнение ширины зубцов:
При небольшом расхождении полученных значений рекомендуется в дальнейших
расчетах использовать среднее значение
12 Уточнение плотности тока в стержне:
Значение незначительно отличается от ранее выбранного.
13 Расчет тока в кольцах:
Коэффициент приведения токов в кольце к току в стержне:
14 Площадь поперечного сечения колец:
Плотность тока в кольцах выбирается на 15-20% меньше чем в стержнях
по двум причинам: во-первых замыкающие кольца имея лучшие условия
охлаждения по сравнению со стержнями являются своего рода радиаторами
т.е. отводят тепло от стержней во-вторых большое сопротивление колец
снижает кратность увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске:
[pic][pic]=396мм[pic]
Замыкающие кольца литой обмотки обычно выполняют с поперечным
сечением в виде неправильной трапеции прилегающей одним из оснований к
торцу сердечника ротора.
Одновременно с заливкой стержней и колец на замыкающих кольцах
отливаются вентиляционные лопатки длиной несколько меньшей чем длина
вылета лобовых частей обмотки статора. Количество лопаток выбирают равным
простому числу в 2-3 раза меньшему чем число пазов ротора: выбираю равным
Расчетное сечение колец литой обмотки принимают: [pic] не учитывая
утолщения в местах примыкания вентиляционных лопаток. стр. 187
Средний диаметр замыкающих колец: [pic]мм
Расчет магнитной цепи.
Расчет магнитной цепи проводят для режима холостого хода двигателей
при котором для асинхронных машин характерно относительно сильное насыщение
стали зубцов статора и ротора. Насыщение зубцовых зон приводит к уплощению
кривой поля в воздушном зазоре. Пересечение реальной (уплощенной) кривой
поля в зазоре с основной гармонической происходит в точках отстоящих от
оси симметрии одного полупериода кривой на угол [pic]35°. Поэтому за
расчетную индукцию принимается не амплитудное значение a [pic]. По [pic]
следует определить [pic] по основной кривой намагничивания и увеличить
затем результат в k=1082 раз приводя напряженность к амплитудному
значению индукции. Для воздушного зазора имеющего линейную зависимость
H=f(B) эта операция равносильна непосредственному определению магнитного
напряжения зазора по намагничивания с учетом указанных зависимостей. При
этом принимают [pic] [pic].
1 Индукция в зубцах статора и ротора:
2 Индукция в ярмах статора и ротора:
При отсутствии вентиляционных каналов [pic].
Расчетная высота ярма статора:
При посадке сердечника непосредственно на вал в двигателях с 2р=2
необходимо учитывать что часть магнитных линий потока замывается через
вал поэтому расчетная высота ярма ротора вычисляется по формуле: стр.
[pic] т.к. каналы отсутствуют.
3 Магнитное напряжение воздушного зазора:
Коэффициент воздушного зазора: [pic]
Магнитное напряжение воздушного зазора:
4 Магнитное напряжение зубцовой зоны статора и ротора:
Марка стали сердечников статора и ротора: 2013 - тонколистовая
холоднокатаная изотропная электротехническая сталь
По табл. П-17 (кривая намагничивания для зубцов асинхронных двигателей)
при [pic]Тл: [pic] [pic]А
при[pic]1857 Тл: [pic] [pic]5819А
5 Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
Допустимые параметры коэффициента: [pic]. Полученное значение им
6 Магнитное напряжение ярма статора и ротора:
Длина средней магнитной линии ярма статора:
Высота спинки ротора: [pic]мм
Длина средней магнитной линии ярма ротора для двигателей с 2р=2 сердечник
ротора которых непосредственно насажен на вал: стр. 195
По табл. П-16 (кривая намагничивания для ярма асинхронных двигателей)
при [pic]1652 Тл: [pic]940[pic] [pic]А
при [pic] Тл: [pic] [pic] А
7 Суммарное магнитное напряжение на пару полюсов:
8 Коэффициент насыщения магнитной цепи:
9 Намагничивающий ток:
В долях от номинального: [pic]
. Параметры асинхронной машины для номинального режима.
1 Активное сопротивление обмотки статора:
Для всыпной обмотки укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус
длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до
начала отгиба лобовой части: B=001 м
Для однослойных обмоток относительное укорочение шага обмотки статора
Средняя ширина катушки: [pic]=[pic]м
Для неизолированных лобовых частей коэффициенты [pic]=026 [pic] 12 табл.
Вылет лобовой частей обмотки: [pic]=[pic]0062 м
Длина лобовой части:[pic]=[pic]026 м
Длина пазовой части:[pic]=013 м
Средняя длина витка обмотки:[pic]=[pic]м
Общая длина проводников фазы обмотки:[pic]=[pic]м
Коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия
эффекта вытеснения тока в расчетах асинхронных машин принимают [pic].
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура[pic] стр. 245
Удельное сопротивление материала обмотки (меди) при расчетной температуре:
Активное сопротивление обмотки статора:
Относительное значение: [pic]
2 Активное сопротивление фазы обмотки ротора.
Коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от действия эффекта
вытеснения тока при расчете рабочих режимов в пределах изменения скольжения
от холостого хода до номинального для всех роторов принимают [pic].
Удельное сопротивление материала стержней и колец при расчетной температуре
([pic])для литой алюминиевойобмотки ротора:[pic] стр. 245
Полная длина стержня (расстояние между замыкающими кольцами) [pic]м
Сопротивление стержня: [pic]
Сопротивление участка замыкающего кольца заключенного между двумя
соседними стержнями: [pic]
Активное сопротивление фазы обмотки ротора:
Приведенное значение: [pic]Ом
Относительное значение: [pic]=0033
Относительные значения активных сопротивлений обмотки статора и
приведенного сопротивления обмотки ротора обычно близки друг к другу и
составляют несколько сотых долей (002-003) лишь в машинах малой мощности
их значения могут несколько увеличиваться (стр. 205) что и наблюдается в
3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора: [pic]=013м
Для всех однослойных обмоток: [pic]
Относительное укорочение шага обмотки: [pic]
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для принятой формы
паза изображенной на рис. 6-38ж вычисляется по формуле табл. 6-22:
(b=983 мм [pic]1313 мм [pic] [pic]мм)
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
В серии 4А роторы всех двигателей с высотой оси вращения h160 мм выполняют
со скосом пазов на одно зубцовое деление ротора: [pic]0017м стр. 206
Коэффициент скоса: [pic]=1
Отношение зубцовых делений [pic]
Коэффициент [pic]=2 рис. 6-39д
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:
4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
Коэффициент [pic]002 рис. 6-39а
При большом числе пазов ротора приходящихся на пару полюсов [pic] без
заметной погрешности можно принять [pic] стр. 203
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки
короткозамкнутого ротора: [pic]
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки
короткозамкнутого ротора для принятой формы паза изображенной на рисунке 6-
а определяется по формуле табл. 6-23 (для номинального режима [pic]):
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния в роторах с литыми
обмотками при замыкающих кольцах прилегающих к торцам сердечника ротора
вычисляется по формуле стр.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
влияние скоса учитывают увеличением индуктивных сопротивлений
рассеяния обмоток статора и ротора.
Следует также иметь ввиду отрицательные последствия: из-за увеличения
индуктивных сопротивлений рассеяния несколько уменьшается перегрузочная
способность и пусковой момент двигателя. Именно поэтому скос обычно
выбирают равным не более чем одному зубцовому делению ротора.
Относительное значение индуктивных сопротивлений рассеяния обмотки статора
и приведенного сопротивления обмотки ротора: [pic]Ом
Относительные значения индуктивных сопротивлений рассеяния обмотки статора
и -приведенного сопротивления обмотки ротора большей частью находятся в
пределах [pic]и [pic] соответственно. В данном случае это условие
выполняется. стр. 205
Относительное значение сопротивления взаимной индукции обычно лежит в
пределах 2..4 что также выполняется.
Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали (основные
и добавочные) электрические потери вентиляционные механические и
добавочные потери при нагрузке. Основные потери в стали в асинхронных
двигателях рассчитывают только в сердечнике статора так как частота
перемагничивания ротора равная [pic] в режимах близких к номинальному
очень мала и потери в стали ротора даже при больших индукциях
1 Основные потери в стали статора:
Для стали 2013 показатель степени [pic] удельные потери при толщине листов
Для машин мощностью меньше 250кВт приближенно можно принять коэффициенты
учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока
по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов [pic]и [pic]
Удельная масса стали в расчетах принимается равной [pic] стр. 206
Масса стали ярма статора:
Масса стали зубцов статора:
2 Добавочные поверхностные потери:
Для зубцов статора [p [p[pic] рис. 6-41
Для зубцов ротора [p[p[pic] рис. 6-41
Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
Коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов
статора (ротора) на удельные потери если поверхность не обрабатывается
(двигатели мощностью до 160кВт сердечники статоров которых шихтуют на
цилиндрические оправки)
[pic]. Выбираю [pic] стр. 207
В данном расчете частоту вращения двигателя можно принять [pic] стр. 207
Удельные поверхностные потери (приходящиеся на 1 [pic] поверхности головок
зубцов статора (ротора):
Полные поверхностные потери статора и ротора:
3 Добавочные пульсационные потери:
Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов:
Масса стали зубцов ротора:
Пульсационные потери:
4 Сумма добавочных потерь в стали:
5 Общие потери в стали асинхронных двигателей:
6 Электрические потери в асинхронных двигателях:
[pic]368013[pic]=2589Вт
7 Механические и вентиляционные потери:
Потери на трение в подшипниках и вентиляционные потери в двигателях с
радиальной системой вентиляции без радиальных вентиляционных каналов с
короткозамкнутым ротором и вентиляционными лопатками на замыкающих кольцах
вычисляются по формуле (К[pic] при 2p=2 для двигателей с [pic]м): стр.
8 Добавочные потери при нагрузке:
По ГОСТ средние расчетные добавочные потери при номинальной нагрузке равны
% номинальной мощности. стр. 209
9 Холостой ход двигателя:
Реактивная составляющая тока холостого хода: [pic]=393А
Электрические потери в статоре при холостом ходе приближенно принимают
Активная составляющая тока холостого хода (принимаем что потери на трение
и вентиляцию и потери встали при холостом ходе такие же как и при
номинальном режиме): [pic]А
Ток холостого хода: [pic]
Коэффициент мощности при холостом ходе: [pic]
Расчет рабочих характеристик.
1 Данные для расчета:
В асинхронных двигателях мощностью более 2-3кВт [pic] поэтому реактивной
составляющей коэффициента [pic] можно пренебречь. стр. 210
В этом случае можно использовать приближенные формулы:
Активная составляющая тока синхронного холостого хода:
Номинальное скольжение предварительно выбираю [pic]0033
В расчете задаюсь значениями скольжений в диапазоне 02-15 номинального
скольжения (s=00066-00495).
2 Формуляр расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя
[p [p [p [p [p [pic]Ом
№ Расчетная формула Еди
п ниц1 08 05 03 02 01
- 01 00570022000800038E-0
Ом 0532051 051 051 051 051
Ом 142214451479148 1485148
Ом 088 0958093110111071122
Ом 113 1154118412761339151
Ом 122 1325171324033267586
Ом 202 2124212723012425276
А 93228788805466105405339
А 94428883813866865473344
Значения расхождения полученных токов [pic] и предварительно выбранных
лежат в допустимых пределах (10-15%). [pic]
10 Критическое скольжение
Критическое скольжение определяю по средним значениям сопротивлений [pic] и
[pic] соответствующим скольжениям s=03-02:
Рассчитываю точку характеристики соответствующую [pic]=0219:
[pic]0469 [pic] [pic] [pic][pic] [pic]Ом
[pic] [pic] [pic]Ом [pic] [pic]
[pic]21959А [pic]Тл [pic]069 [pic]мм [pic]
[pic]мм [pic] [pic] [pic] [pic]
[pic] [pic]Ом [pic]107Ом [pic]46 [pic]3043
[pic]=242 [pic]5658А [pic]573А
Полученное значение отличается от принятого при расчете влияния насыщения
на параметры на 395% что допустимо.
Кратности пускового и максимального моментов и пускового тока
спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ 19523-74.
Тепловой и вентиляционный расчет.
Для расчета нагрева асинхронных машин спроектированных на базе серии
А. могут быть взяты усредненные коэффициенты теплоотдачи с поверхности и
теплопроводности изоляции в пазовой и лобовой частях обмоток.
Вентиляционный расчет асинхронных двигателей так же как и тепловой на
первоначальном этапе проектирования может быть выполнен приближенным
методом. Метод заключается в сопоставлении расхода воздуха необходимого
для охлаждения двигателя и расхода который может быть получен при данной
конструкции и размерах двигателя.
1 Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над
температурой воздуха внутри машины:
Коэффициент увеличения потерь по сравнению с полученными для расчетной
температуры для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F: [pic] стр.
Коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой
части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду:
Среднее значение коэффициента теплоотдачи с поверхности: [pic]
Среднее значение коэффициента подогрева воздуха учитывающего теплоотдающую
способность поверхности корпуса и интенсивность перемешивания воздуха
Потери в пазовой части: [pic]
Потери в лобовых частях: [pic]
Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над
2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:
Средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции: для класса
нагревостойкости F: [pic]
Среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки
всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности
прилегания проводников друг к другу: для [pic] табл. П-28
Расчетный периметр поперечного сечения паза статора:
Для полузакрытых трапециидальных пазов:
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:
3 Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:
4 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над
5 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой
воздуха внутри машины:
6 Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой
Условный периметр поперечного сечения ребер станины: [pic] рис. 6-
Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса:
Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя:
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей
7 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой
Полученное значение более чем на 10% меньше чем допускаемое превышение
температуры для принятого класса изоляции что является необходимым
условием. табл. 5-1 стр. 238
8 Расчет вентиляции:
Коэффициент для двигателей с 2р=2 при [pic]мм: m=26 стр.
Коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности
Требуемый для охлаждения расход воздуха:
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором:
Условие [pic] выполняется.
Спроектирован асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обладающий
следующими параметрами (в скобках параметры существующего двигателя
Кратности максимального и пускового моментов:
Кратность пускового тока:
Таким образом ценой уменьшения пускового момента получены более высокие
энергетические показатели номинального режима работы.
Список использованной литературы
Брускин Д.Э. Зорохович А.Е. Хвостов В.С. Электрические машины:
Учебник для вузов. М.: Высш. школа 1979
Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия 1974
Копылов И.П. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для
вузов. М.: Энергия 1980
Костенко М.П. Пиотровский Л.М. Электрические машины. М.-Л.: Энергия