Расчет двигателя 4А280М10У3

Курсовой Проект 4А280М10У3.docx

Министерство образования Украины
Национальный технический университет Украины “КПИ”
Кафедра электромеханики.
по курсу “Электрические машины ”
тема «Асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором типа 4А280М10У3»
Технические условия . .. 7
1 Технические требования . . 13
2 Основные параметры и размеры .. 15
3 Технические характеристики . . . . 22
4 Маркировка упаковка транспортирование и хранение .. 24
5 Требования безопасности .. 25
Выбор и описание конструкции . 26
Электромагнитный расчет .. .. 37
Расчет рабочих и пусковых характеристик . .. . 57
В данном курсовом проекте представлен поверочный расчет асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа 4А280М10У3 общепромышленного применения для привода производственных механизмов.
Мощность двигателя для номинального режима работы Двигатель рассчитан на эксплуатацию от трехфазной сети переменного тока напряжением частота
В курсовом проекте представлены технические условия на двигатель выбор и описание его конструкции выполнены поверочные расчеты: электромагнитный рабочих и пусковых характеристик тепловой. А так же рабочие и пусковые характеристики двигателя.
The test calculation of the asynchronous electric motor with the a short circuit rotor of type of 4А280М10У3 type general industrial application for drive production mechanisms is represented in this course project.
Engine power for nominal office hours P=45кВт. The engine is designed to be exploited from a three-phase network of AC at U=220380 voltage and f=50 Hz frequency.
Techn test calculations are executed. Are carried out: electromagnetic working and starting descriptions as well as thermal. And similarly working and starting descriptions of engine a presented here.
Целью данного курсового проектирования является проведение поверочного расчета асинхронного двигателя типа 4А280М10У3. Курсовой проект включает в себя: определение технических условий эксплуатации двигателя рассмотрение технических требований предъявляемых к двигателю выбор основных параметров и размеров а так же рассмотрены вопросы связанные с его маркировкой упаковкой транспортировкой хранением и требованиями для его безопасной эксплуатации. Выполнение поверочного расчета геометрии статора и ротора выбор типа обмотки обмоточных проводов. Проведение поверочного электромагнитного расчета рабочих и пусковых характеристик а также теплового расчета.
Задачей курсового проектирования является глубокое изучение принципов действия асинхронной машины процессов протекающих в ней при номинальном и пусковом режиме. Исследование и анализ факторов влияющих на эти процессы.
Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов используемых во всех отраслях производства и в быту.
Асинхронные двигатели общего назначения мощностью от 006 до 400 кВт на напряжение до 1000 В – наиболее широко применяемые электрические машины. Серия А мощностью от 06 до 100 кВт - первая единая серия асинхронных двигателей – была разработана в 1946-1949 гг. Внедренная в производство в 1949-1951 гг. на многих заводах с учетом принятой специализации серия А заменила несколько разрозненных серий выпускаемых ранее. Эти серии не имели единой шкалы мощностей а следовательно и единой увязки шкалы мощностей с установочными размерами отсутствовал необходимый уровень унификации деталей и сборочных единиц все это затрудняло производство эксплуатацию и ремонт двигателей. Кроме того серии имели мало модификаций и специализированных исполнений.
При производстве 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.
По своим энергетическим пусковым механическим виброшумовым эксплуатационным характеристикам серии 4А удовлетворяет всем требованиям предъявляемым к асинхронным двигателям.
Технические условия.
Электрические машины должны изготавливаться в соответствии с требованиями ГОСТ 183-74 ГОСТ 19523-81 ГОСТ 2365-94 ДСТУ 2365-94 и технических условий на конкретные виды электрических машин по рабочим чертежам утвержденным в установленном порядке.
Номинальные данные электрических машин характеризующие работу машины следует относить к работе машины на высоте до 1000 м. над уровнем моря температуры газообразной внешней охлаждающей среды 40 С
Двигатель изготавливается на напряжение 220380 и 380660 для мощности 45 кВт с шестью выводными концами. Соединение обмотки треугольникзвезда. Синхронная частота вращения двигателя 600 обмин. по ГОСТ19523-81.
Нижнее значение температуры согласно климатического исполнения -45 С. Верхнее значение +40 С. Относительная влажность воздуха 98% при 25 С без конденсации влаги при более низких температурах по ГОСТ15543-70.
Климатическое исполнение и категория размещения У3 по ГОСТ15150-69.
Группа условий эксплуатаций М1 по ГОСТ17516-72.
Степень защиты электрической машины напряжением до 1000 В IP44 по ГОСТ17494-72.
Форма исполнения IМ1001 по ГОСТ2479-79.
Способ охлаждения 1СА0141 по ГОСТ20459-75.
Уровень шума для защищенного двигателя при синхронной частоте вращения 600 обмин и высоте оси вращения 280 мм 82 дБ по ГОСТ16372-70.
Норма собственной вибрации согласно массы и частоты вращения электрической машины нормальной точности - класса 45 по ГОСТ16921-71.
Класс точности балансировки ротора 25 по ГОСТ12327-79.
Класс нагревостойкости изоляции F по ГОСТ8865-70.
Электрическая машина должна выдерживать без повреждения изоляции: испытание электрической прочности изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками; испытание электрической прочности междувитковой изоляции обмоток.
Если электрическую машину испытывать на нагревание то испытание электрической прочности изоляции следует проводить непосредственно вслед за испытанием на нагревание.
Вводное устройство размещается с правой стороны если смотреть на двигатель со стороны рабочего конца вала. По заказу потребителя допускается изготовлять с вводным устройством расположенным с левой стороны по ГОСТ19523-81.
Основное исполнение вводного устройства К-3-11 (с панелью выводов и двумя штуцерами) по ГОСТ19523-81. Вводные устройства должны допускать подсоединение кабелей с медными или алюминиевыми жилами с оболочкой из резины или пластиков а так же гибкого металлического рукава.
Двигатель должны иметь устройство для пополнения и частичной замены смазки без его разборки.
Вводное устройство должно допускать разворот с его фиксацией на 180 .
Двигатель должен работать в любом направлении вращения.
Для двигателя устанавливают следующие показатели надёжности: - средний срок службы (расчётный) - не менее 15 лет при наработке 40000ч;
- средний срок службы до первого капитального ремонта - 8 лет при наработке 20000 ч
- наработка подшипников (расчетная) - не менее 14000ч.
- вероятность безотказной работы не менее 09 за 10000ч;
- допустимый срок сохраняемости до ввода в эксплуатацию -3 года.
Устанавливают следующую структуру обозначения типоразмера двигателя:
А Х Х ХХХ Х Х Х ХХ ХХ
Порядковый номер серии
Вид двигателя (асинхронный)
Исполнение двигателя по способу охлаждения и способу защиты от окружающей среды (Н - защищенные; отсутствие данного знака означает закрытые обдуваемые двигатели)
Исполнение двигателя по материалу станины и щитов (А - станина и щиты алюминиевые; Х - станина алюминиевая щиты - чугунные; отсутствие знаков означает что станина и щиты чугунные или стальные)
Высота оси вращения (две или три цифры)
Установочный размер по длине станины S M или L.
Длинна сердечника статора А или В при условии сохранения установочного размера
Число пар полюсов 2 4 6 8 10 или 12.
Исполнения двигателя: химически стойкого Х повышенной точности по установочным размерам П пылезащищенного УП.
Климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 1515-69
Двигатель 4А280М10УЗ
Порядковый номер серии – 4;
Вид двигателя - асинхронный;
Высота оси вращения – 280 мм;
Установочный размер по длине станины - М;
Климатическое исполнение – У категория размещения – 3.
1 Технические требования.
Асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором должен изготовляться в соответствии с требованиями ГОСТ 183-74 ГОСТ 19523-81 ГОСТ 2365-94 ДСТУ 2365-94 по рабочим чертежам утвержденным в установленном порядке.
Таблица 1. Основные технические данные электродвигателей основного исполнения.
Типоразмер электродви-гателя
Электромагнитные нагрузки
Энергетические показатели
Параметры схемы замещения относительные единицы
В номинальном режиме
При коротком замыкании
Таблица 2. Пусковые свойства электродвигателя основного исполнения.
Типоразмер электродви-
Механическая характеристика
Таблица 3. Обмоточные данные электродвигателя основного исполнения.
2. Основные параметры и размеры.
Допускаемые отклонения основных параметров двигателей - по ГОСТ183-74.
Нормальные значения климатических факторов внешней среды - по ГОСТ15543-70 и ГОСТ15150-69 при запыленности воздуха не более 10 мгм3 для двигателей со степенью защиты IP44 по ГОСТ17494-72 основного исполнения на частоту 50 и 60 Гц.
Двигатели должны изготовляться на следующие номинальные напряжения В: 220380 и 380660 - для двигателей мощностью от 15 до 110 кВт.
Двигатели мощностью от 15 кВт и выше следует изготовлять с шестью выводными концами обмотки статора соединение обмотки треугольникзвезда.
По заказу потребителя двигатели допускается изготовлять на другие стандартные напряжения до 660 В и другие схемы соединения.
Двигатели следует изготовлять на синхронные частоты
вращения 3000 1500 1000 750 600 и 500 обмин при работе от сети частотой 50 Гц.
Основные параметры двигателей с высотами оси вращения 50-355 мм климатического исполнения УЗ при номинальной нагрузке должны соответствовать приведенным в таблице 4.
Типораз-мер дви-гателя
Коэффи-циент мощнос-ти
Отношение максималь-ного врашаюше-го момента к номиналь-ному
Отношение начального пускового врашаюше-го момента к номиналь-ному
Отношение минималь-ного врашаюше-го момента к номиналь-ному
Отношение максималь-ного пускового тока к номиналь-ному
Синхронная частота вращения обмин
Номинальное значение коэффициента полезного действия и коэффициента мощности двигателей не должны отличатся от указанных коэффициентов двигателей частотой 50 Гц более чем на 001 кВт для коэффициента мощности и 1% - для коэффициента полезного действия в сторону понижения.
Отношение номинального значения начального пускового тока к номинальному тока не должно отличатся от соответствующего отклонения у двигателей на частоту 50 Гц более чем на 20% в сторону повышения.
Исполнения двигателей по степени защиты способу монтажа и способу охлаждения в зависимости от высоты оси вращения должны соответствовать указанным в таблице 5.
Исполнение двигателя по ГОСТ 2479-79
Степень защиты двигателя по
Высота оси вращения мм
Способ охлаждения по
Конструктивное исполнение по способу монтажа содержит следующие данные в указанной ниже последовательности:
Буквенная часть IM – начальные буквы слов Internat
Условное обозначение группы конструктивных исполнений:
– двигатели на лапах с подшипниковыми щитами;
– двигатели на лапах с подшипниковыми щитами с фланцем на подшипниковом щите (или щитах);
– двигатели без лап с подшипниковыми щитами с фланцем на одном подшипниковом щите;
– двигатели без лап с подшипниковыми щитами с фланцем на станине;
– двигатели без подшипников.
– двигатели с подшипниковыми щитами и стояковыми подшипниками;
– двигатели со стояковыми подшипниками (без щитов);
– двигаели с вертикальным валом (не охватываемая группами М1 – М4);
– двигатели специального исполнения;
Условное цифровое обозначение способа монтажа;
Условное цифровое исполнение конца вала:
– с одним цилиндрическим концом вала;
– с двумя цилиндрическими концами вала;
– с одним коническим концом вала;
– с двумя коническими концами вала;
– с одним фланцевым концом вала;
– с двумя фланцевыми;
– с фланцевым со стороны привода и цилиндрическим на противоположной стороне:
– все прочие концы валов;
Следовательно М1001 – машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и горизонтальным валом; конец вала – цилиндрический.
Степень защиты оболочек электрических машин и аппаратов обозначаются согласно ГОСТ 17494-72 - Р-XY где:
Х - характеризует защиту от касания и может принимать значения:
– защита отсутствует;
– защита от проникновения внутрь посторонних предметов больше 50 мм;
- защита от проникновения внутрь посторонних предметов длиной не более 80 мм или твердых тел не больше 12 мм;
- защита от проникновения внутрь посторонних предметов толщиной не больше 12 мм;
- защита от проникновения внутрь проводов и других предметов толщиной не более 1 мм;
- защита от проникновения внутрь пыли в количествах достаточных для нарушения работы машины.
– полная защита от проникновения внутрь пыли;
Y – характеризует степень защиты оболочки от попадания воды:
– защита от капель воды вертикально капающих на оболочку не должны нарушать работу машины;
– защита от капель воды капающих вертикально и под углом 15
– защита от капель воды падающих на поверхность машины под углом 60;
– защита от капель воды разбрызгиваемых под любым углом;
– защита от струй воды разбрызгиваемых под любым углом;
– защита от кратковременного наплыва воды;
– защита от воды при полном погружении машины;
– защита от воды при длительном пребывании машины под водой при условиях определенных производителем.
Машины исполнения IP44 выполнены защищенными от возможности соприкосновения инструментов проволоки или других подобных предметов толщина которых не превышает 1 мм с токоведущими частями а так же от попадания внутрь машины предметов диаметром более 1 мм (первая цифра 4). Вторая цифра 4 обозначает что машина защищена от попадания внутрь корпуса водяных брызг любого направления.
буквенная часть начальные буквы слов Internat
вид хладоагента условно обозначенный прописной буквой если хладоагент воздух то это обозначение может быть опущено;
устройство цепи для циркуляции хладоагента обозначенное цифрами;
способ перемещения хладоагента условно обозначенный цифрами.
Если машина имеет две цепи охлаждения то в обозначении указывают характеристики обеих цепей.
СА0141 - двигатель со степенью защиты Р44 обдуваемый наружным вентилятором расположенным на валу машины.
Сопротивление изоляции обмоток двигателей относительно корпуса и между обмотками в холодном состоянии при нормальных значениях климатических факторов внешней среды должно быть не менее 5 МОм а при температуре двигателей близкой к рабочей - не менее 1 МОм.
Двигатели следует изготовлять со шпонкой и одним выступающим цилиндрическим концом вала по ГОСТ 12080-66. По заказу потребителя двигатели должны быть изготовлены с двумя цилиндрическими выступающими концами вала по ГОСТ 12080-66.
Габаритные установочные и присоединительные размеры и масса двигателей в зависимости от конструктивного исполнения двигателей по способу монтажа по ГОСТ 2479-79 должны соответствовать соответствующим чертежам и таблицам. Высота оси вращения двигателей - по ГОСТ 13267-73. Установочные и присоединительные размеры двигателей по ГОСТ 18709-79.
Допуск на установочные и присоединительные размеры двигателей нормальной и повышенной точности - по ГОСТ 8592-79.
Буквенные обозначения габаритных установочных и присоединительных размеров - по ГОСТ 4541-70. Допуск на массу - плюс 5%.
Двигатели предназначенные для экспорта по согласованию с изготовителем могут быть изготовлены по специальным требованиям внешнеторговой организации.
Рисунок 1 ЭСКИЗ ДВИГАТЕЛЯ
3. Технические характеристики.
Асинхронный двигатель должен изготовляется в соответствии с требованиями ГОСТ 183-74 по рабочим чертежам утвержденным в установочном порядке. Режим работы двигателя - продолжительный. Степень защиты по ГОСТ17494-72. Уровень шума по ГОСТ16372-70. Норма собственной вибрации по ГОСТ16971-71.
Двигатель должен быть без повреждений и остаточной деформации выдерживать в течении двух минут повышении частоты вращения на 20% сверх номинальной. Двигатель обязан без остаточных деформаций и повреждений выдерживать перегрузку по току на 50% в течении одной минуты. Двигатель должен сохранить номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах от -5% до +10%. Двигатель должен сохранить номинальную мощность при отклонении частоты переменного тока от -25% до +25% от номинального значения. Двигатель должен изготовляться с изоляцией класса исходя из условий обеспечения ресурса.
Допустимые отклонения основных параметров приведения в таблице 7.
Таблица 7. допустимые отклонения основных параметров.
Допускаемые отклонения
Коэффициент полезного действия()
Коэффициент мощности (cosφ)
-1-cosφ6. но не менее 002 и не более 007 по абсолютной величине
Скольжение асинхронных двигателей
Начальный пусковой ток
Пусковой вращающий момент
Максимальный вращающий момент
Минимальный вращающий момент
Условия хранения упакованных двигателей для макроклиматических районов с умеренным климатом - 2 для макроклиматических районов с тропическим климатом 6 - по ГОСТ15150-69. Условие хранения двигателей предназначенных для экспорта по заказу - наряду внешнеторговой организации.
На корпусе каждого двигателя должна быть укреплена табличка по ГОСТ12969-67 и ГОСТ12971-71 с указанием данных двигателей по ГОСТ183-74 и ГОСТ18620-73 и обозначить настоящий стандарт.
На каждом двигателе аттестованном с присвоением государственного знака качества кроме двигателей предназначенных для экспорта должно быть изображения знака качества по ГОСТ19-67. На маркировочной табличке двигателей предназначенных для экспорта наносят знак экспортирующей организации.
Маркировка грузов - по ГОСТ14192-77 ГОСТ15901-70. Допускается дополнительное нанесении маркировки по требованию потребителя.
Консервация двигателей - по ГОСТ23216-78.
Транспортная тара двигателей - по ГОСТ16511-77 ГОСТ12082-77 ГОСТ1065-77 ГОСТ2991-76 с учетом требований ГОСТ23216-78.
Упаковка и крепление двигателей выбирается по ГОСТ23216-78.
Для двигателей предназначенных для экспорта по согласованию с потребителем допускается применение других способов упаковки и транспортной тары при условии обеспечения сохранности двигателей.
Условие транспортирования двигателей внутри страны в части воздействия механических факторов - 6 по ГОСТ23216-78 в части воздействия климатических факторов 5 - по ГОСТ15150-69.
Условия транспортирования двигателей предназначенных для экспорта - по заказу - наряду внешнеторговой организации.
Условия хранения упакованных двигателей для макроклиматических районов с умеренным климатом - 2 для макроклиматических районов с тропическим климатом 6 - по ГОСТ 15150-69. Условие хранение двигателей предназначенных для экспорта - по заказу-наряду внешнеторговой организации.
5. Требование безопасности.
Требования безопасности - по ГОСТ12.2.007.0-75 ГОСТ12.2.007.1-75 ГОСТ 12.2.003-74 ГОСТ 12.1.004-76.
Двигатели должны иметь для заземления корпуса наружные зажимы снабженные устройством от самоотвинчивания: один на корпусе и один во вводном устройстве.
Заземляющие зажимы и знаки заземления - по ГОСТ21130-75 и ГОСТ12.2.007.0-75.
Электрические машины должны соответствовать требованиям «Правил устройства электроустановок» «Правил технической эксплуатации электро-установок потребителей» и «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».
Выбор и описание конструкции.
Двигатель с высотой оси вращения 280 мм имеет существенные конструктивные отличия от маломощных двигателей с меньшей высотой оси вращения. На рисунке 1 показана конструкция короткозамкнутого двигателя в закрытом обдуваемом исполнении.
Станина и торцевые щиты 12 отлиты из чугуна. Наружный вентилятор 11 крепиться на выступающем конце вала. Вентилятор закрыт кожухом 21 выполненного из листовой стали. Наружный воздух засасывается вентилятором через жалюзи кожуха 13 и прогоняется вдоль ребер станины. Данный двигатель предусматривает дополнительное охлаждение.
На боку станины укреплена коробка выводов 17. При установке она может быть повернута в удобном для подводки питающего кабеля направлении. Масленка 18 соединенная трубой маслопровода 19 с подшипниковым узлом позволяет производить смазку подшипника 20 не снимая кожуха 21 наружного вентилятора.
Станина крепится к фундаменту с помощью лап имеющих отверстия под крепежные болты. Лапы отлиты за одно целое со станиной. Сверху станина имеет прилив с резьбовым отверстием в которое ввинчивается рым-болт для подъема двигателя при монтаже.
На лапах выполнены отверстия с резьбой 23 в которые ввинчиваются болты для подсоединения шин заземления.
Сердечник статора 1 изготавливается из горячекатаной стали марки 2013 шихтуется и опрессовывается непосредственно в станине между двумя нажимными шайбами 2 после чего закрепляется кольцевыми шпонками 3. Усилие от нажимных шайб передается на листы сердечника через нажимные пальцы 4 чем достигается равномерное распределение давления на всю торцевую поверхность включая зубцы сердечника.
Всыпная двухслойная обмотка статора 5 этих двигателей укладывается в предварительно изолированные полуоткрытые пазы (см. рисунок 2). Лобовые части обмотки закреплены с помощью дистанционных прокладок и бандажных колец 6.
Наиболее интересной в рассматриваемых двигателях является конструкция ротора 10 которая была разработана и запатентована при проектировании этих машин. Ротор выполнен продувным т. е. по аксиальным каналам 8 проходит наружный воздух обеспечивая значительно более интенсивное охлаждение чем в машинах обычных исполнений. Для того чтобы воздух проникал к обмоткам машины для выполнения условий налагаемых принятым исполнением IР44 c точки зрения защиты от воздействия окружающей среды в аксиальные отверстия ротора вставлены трубки 11 вторые концы которых закреплены в отверстиях дисков насаженных на вал ротора .Наружиный воздух прогоняется через аксиальные каналы ротора тем же вентилятором 11 который служит и для обдувала наружной поверхности двигателя. Торцевые щиты 12 имеют жалюзи 13 для прохода воздуха к трубкам и выхода его наружу. Для предотвращения возможности проникновения наружного воздуха продуваемого через ротор внутрь машины предусмотрены направляющие кольца 14 на поверхности соприкосновения которых с вращающими дисками выполнены уплотнения.
Сердечник ротора крепится на валу с помощью шпонки 15.
Место посадки сердечника на вал фиксируется буртиком и упорным кольцом 16.
В данном двигателе используется изоляция класса F. При её изготовлении используют материалы следующих марок: для пазовой коробки - стеклоткань ЛСП-130155 (ГОСТ10156-78Е); для прокладок - стеклотекстолит СТЭФ-1 (ГОСТ12652-74); для междуслойной - стеклослюдопласт ГИТ-Т-ЛСБ (ТУ16.503.052-78).
Материал для изготовления вала выбираем согласно рекомендации - из легированной конструкционной стали 40Х по ГОСТ 4543-71. Тип вала - гладкий. Шероховатость обрабатываемых концов вала и посадочные места под подшипники имеют чистоту обработки вала по ГОСТ 2.309-90.
Для сопряжения двигателя с приводным механизмом используется три основных вида передач вращающего момента:
- клиновыми или плоскими ремнями;
- зубчатой передачей;
На валу двигателя кроме вращающего момента действует поперечные (радиальные) и продольные (осевые) силы создаваемые этими видами передач вес ротора включая среднюю часть вала а также силы одностороннего магнитного притяжения.
При выборе двигателя в числе других параметров необходимо знать допускаемую нагрузку на выступающий конец вала значение которой определяется следующими факторами: допускаемым прогибом вала; соотношением критической и номинальной частот вращение вала; допускаемым напряжениям определяемым материалом вала долговечностью подшипников.
Принимается чтобы прогиб вала не превышал 10% от номиналь-ного значения воздушного зазора между статором и ротором.
Критическая частота вращения вала должна быть не ниже 130% от номинальной.
Долговечность подшипников оцениваемая расчетной наработкой установлена нормативной документацией на конкретные типы двигателей серии А4. Рассчетная наработка подшипников для двигателей основного исполнения согласно ГОСТ 19523-81 должна быть не менее 14000 ч.
Для асинхронного двигателя 4А280М10У3 мощностью 45 кВт с высотой оси вращения 280 мм и синхронной частотой вращения 600 обмин применяем двухслойную концентрическую обмотку с числом пазов 90 числом полюсов 2р=10 и числом параллельных ветвей а=5 у которой q=3 (Рис 2.3). Обмоточный провод выбираем марки ПЭТВ с номинальным диаметром неизолированного провода площадь поперечного сечения неизолированного провода среднее значение диаметра изолированного провода
Обмотка строится на базе обычной двухслойной обмотки с тем же числом 2р и q и отличается от нее соединениями в лобовых частях и шагом катушек. Катушечые группы этой обмотки выполнены из концентрических катушек. Шаг наибольшей катушке равен числу пазовых делений заключенных между первой и последней сторонами катушек одной катушечной группы базовой двухслойной обмотки. Опеределенная последовательность укладки катушечных групп концентрической обмотки позволяет за несколько переходов уложить на обмоточном станке все катушки без подьема сторон. Катушечные группы уложенной на станке обмотки не полностью идентичны из-за различного положения сторон катушек в пазах что приводит к некоторому неравенству индуктивных сопротивлений различных катушечных групп. Концентрическая обмотка имеет несколько меньшие вылеты лобовых частей что уменьшает среднюю длину витка а следовательно массу обмоточной меди и осевую длину обмотанного статора.
Основным достоинством двухслойных обмоток является возможность использовать укорочение шага для подавления высших гармоник в кривой ЭДС. Кроме того двухслойные обмотки имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с однослойными например по количеству возможных вариантов выполнения параллельных ветвей дробного числа пазов на полюс и фазу равномерности расположения лобовых частей катушек и др.
Рисунок 5 Эскиз зубцовой зоны и паза статора + табл изоляции
Рисунок 7 Эскиз зубцовой зоны и паза ротора.
1 Техническое задание.
Провести поверочный расчет трехфазного асинхронного двигателя: кВт; обмин; В; конструктивное исполнение исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
2 Выбор главных размеров.
Высота оси вращения предварительно выбираем по рисунку. 6-7 б [1] и окончательно принимаем по таблице 6-6 [1] и .
Внутренний диаметр статора по (6-2) [1]
[ по таблице 6-7 из [1]].
Полюсное деление по (6-3) [1]
Расчетная мощность по (6-4) [1]
[ – по рисунку 6-8 из [1] ; и – по рисунку 6-10 по [1]].
Электромагнитные нагрузки (предварительно) ; ].
Обмоточный коэффициент для двухслойной цилиндрической обмотки (предварительно)
Расчетная длинна воздушного зазора по (6-6) из [1]
[ синхронная угловая скорость вала двигателя по (6-5) из [1]
Отношение лежит в рекомендуемых пределах [по рисунку 6-14 а [1]]
3 Расчет зубцовой зоны и обмотки статора.
Предельные значения зубцового деления статора [по рис. 6-15 [1]]
Число пазов статора по (6-16) из [1]
Принимаем тогда число пазов на полюс и фазу
Обмотка двухслойная концентрическая.
Зубцовое деление статора (окончательно)
Число эффективных проводников в пазу предварительно при условии a=1 по (6-17) из [1] ]:
по (6-18) из [1] номинальный ток статора
по (6-19) из [1] число эффективных проводников в пазу
Принимаем а=5 (где 30=15+15 – число эффективных
проводников в каждом слое двухслойной цилиндрической обмотки.).
Окончательное число витков в фазе обмотки по (6-20) из [1]:
Окончательное значение линейной нагрузки по (6-21) из [1]
По (6-22) из [1] уточняем значение потока
Обмоточный коэффициент
[по табл. 3-13 [1] для по (3-4) [1]
Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (6-23) [1]
плотность тока по рисунку 6-16 в из [1].
Сечение эффективного проводника (предварительно) по (6-24)
принимаем обмоточный провод ПЭТВ (по табл. П.28 [1]):
Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (6-27) [1]
4 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.
Принимаем предварительно по таблице (6-10) [1] тогда по (6-39)
[по таблице 6-11 [1] для лакированных листов стали ];
Размеры паза в штампе принимаем по (6-40) [1]
Ширина верхней части зубцов по (6-41) [1 ]
Ширина нижней части зубцов по (6-42) [1 ]
Высота клиновой части паза по (6-45)(6-46)
Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку по (6-47) [1]
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников по (6-51) [1]
где площадь поперечного сечения прокладки по (6-49) [1]
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу по (6-48) [1]:
Коэффициент заполнения паза
Воздушный зазор по рисунку (6-21) [1]: мм.
Число пазов ротора по таблице (6-15) [1]: .
Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал по (6-101) [1]:
[по таблице (6-16)[1] :] Принимаем мм.
Ток в стержне ротора по (6-60) [1]:
По рис. (6-22) по (6-68) [1] коэффициент приведения токов:
Площадь поперечного сечения стержня по (6-69) [1]:
[плотность тока в стержне литой клетки принимаем Ам2].
Паз ротора по рис (6-27а) [1]
Принимаем bш=0 мм; hш=0.5 мм.; h’ш=0 мм. по рисунку (6-66б) [1]
Допустимая ширина зубца ротора определяется по (6-77) [1]:
Ширину зубцов ротора (верх) определяем по (6-74) [1]
Ширину зубцов ротора (низ) определяем по (6-75) [1]:
Расстояние между центрами закруглений нижней и верхней части по (6-89) [1]
Сечение стержня по (6-78) [1]:
Плотность тока в стержне
Короткозамыкающие кольца (см. рис 6-26 [1]). Площадь поперечного сечения по (6-73) [1]:
Определяем ток в кольце А где
Плотность тока в замыкающих кольцах Ам2.
Размеры замыкающих колец:
Средняя высота кольца
Средняя ширина кольца ;
Площадь поперечного сечения
Средний диаметр кольца .
Расчет намагничивающего тока
Значения индукций в зубцах статора и ротора по (6-104) [1]:
индукция в ярме статора Тл;
Индукция в ярме ротора по (6-107) [1]
Расчетная высота ярма ротора по (6-108) из [1]:
Магнитное напряжение воздушного зазора по (6-110) [1]:
Определяем коэффициент воздушного зазора по (4-14) [1]
Магнитное напряжение зубцовых зон по (6-111) [1]:
[ для стали 2312 Ам при Тл; Ам при Тл; ; по таблице (П-17) [1]]
Коэффициент насыщения зубцовой зоны по (6-120) из [1]:
Магнитные напряжения ярм статора и ротора по (6-121) из [1]:
Ам; Ам; по таблице П-16 [1]
Определяем длину средней магнитной линии по (6-122) [1]
Определяем длину средней магнитной линии потока в ярме по (6-122) [1]
Где высота спинки ротора .
Магнитное напряжение на пару полюсов по (6-127) из [1]:
Коэффициент насыщения магнитной цепи по (6-128) из [1]:
Намагничивающий ток по (6-129) из [1]:
Относительное значение по (6-128) из [1]:
Параметры рабочего режима
Активное сопротивление фазы обмотки статора по (6-131) [1]
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная C. Для меди .
Длина проводников фазы обмотки по (6-133) [1]
Средняя длина витка (6-134) [1]
Длина пазовой части м;
Длина лобовой части (6-135) [1]
Где по таблице (6-19) [1] B=0.01 м; Кл=15;
Средняя ширина катушки (6-137) [1]
Длина вылета лобовой части катушки (6-136) [1] м. где по таблице (6-19) [1]
Относительное значение сопротивления
Активное сопротивление фазы обмотки ротора (6-164) [1]
Сопротивление стержня (6-165) [1]
Сопротивление участка замыкающего кольца по (6-166) [1]
где для литой обмотки ротора из чистого алюминия
Приводим к числу витков обмотки статора по (6-169) [1]
Относительное значение сопротивление фазы обмотки ротора
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по (4-42) [1]
где по таблице (6-22) рис (6-38 ж) [1] коэффициент магнитной проводимости
где по рисунку (6-66) [1] описываем размеры паза
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по (6-154) [1]
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния по (6-170) [1] ;
Относительное значение индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по (6-173) [1]
где по таблице (6-23) рисунок (6-40 а з) [1] определяем коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по (6-17) [1]
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания по таблице (6-170) [1]
Приводим к числу витков статора
Относительное значение
Потери в стали основные по (6-183) [1]
где =1.6; =1.8 коэффициенты учитывающие влияние на потери в стали неравномерность распределения потока;
; по табл. 6-24 [1];
Масса зубцов статора по (6-185) [1]
Где удельная масса стали =7.8 кг
Масса стали ярма по (6-184) [1] где
где =15; р1.050 =26 Вткг; по таблице (6-24) [1] RДА=14 RДZ=17
Поверхностные потери по (6-190) [1]
Удельные поверхностные потери по (6-188) [1]
Где коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности зубцов ротора на удельные потери ;
Находим амплитуду пульсации индукции в воздушном зазоре по (6-186) [1]
для по рисунку (6-41) [1] bш22=5.714
для по рисунку (6-41) [1] bш22=7.484
Пульсационные потери в зубцах ротора по (6-196) [1]
Амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов ротора по (6-192) [1]
Масса зубцов ротора по (6-197) [1]
Пульсационные потери в зубцах статора по (6-196) [1]
Амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов статора по (6-192) [1]
Масса зубцов статора по (6-197) [1]
Сумма добавочных потерь в стали по (6-198) [1]
Полные потери в стали по (6-199) [1]
Механические потери по (6-205) [1]
[ для двигателей с 2p=10 и ].
Добавочные потери при номинальном режиме по (6-210) [1]
Ток холостого хода двигателя по (6-212) [1]:
Активная составляющая тока холостого хода по (6-213) [1]
Электрические потери в статоре при холостом ходе по (6-214) [1]
Коэффициент мощности при холостом ходе по (6-215) [1]
Расчет рабочих и пусковых характеристик
Сопротивления заменяющие включение сопротивлений находим по (6-179) и (6-180) [1]
Коэффициент по (6-218) [1]
где активная составляющая коэффициента
Определяем по (6-217) [1]
Активная составляющая тока холостого хода по (6-222) [1]
Определяем коэффициенты по (6-223) [1]
Потери не меняющиеся при изменении скольжения:
Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь
S=0.0276; 0.022; 0.0165; 0.011; 0.0055; 0.0018.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Номинальные данные спроектированного двигателя : P2H=44.9 кВт; U1H=220 В; I1H=85 А; cosH=0.862; H=0.926; sH=0.0184.
Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям s=1; 0.8; 0.5; 0.2; 0.1.
Параметры с учетом вытеснения тока по (6-234) [1]
Коэффициент определяющий вытеснение тока
для находим по таблице (6-46) и (6-47) [1]
Глубина проникновения тока по (6-236) [1] :
Определяем площадь сечения по (6-243) [1]
Определяем коэффициент увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффектом вытеснения тока по (6-246) [1]
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия вытеснения тока по (6-249) [1]
Индуктивное сопротивление обмотки ротора по (6-175) [1]:
Изменение индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока по (6-251) [1]
Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом вытеснения тока
Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения по (6-269) [1] принимая
Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s=1 коэффициент насыщения kнас=1.25 и и приводим расчет для А.
Фиктивная индукция рассеивания потока рассеивания в воздушном зазоре по (6-253) [1]
Где коэффициент по (6-254) [1]
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения по (6-256) [1]:
Дополнительное раскрытие пазов статора по (6-255) [1]м;
коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания по (6-262) [1]
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения по (6-263) [1]:
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения по (6-264) [1]:
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока по (6-260) [1]:
где дополнительное раскрытие по (6-259) [1] мм;
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения по (6-263) [1]:
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения по (6-265) [1]:
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме по (6-256) [1]:
Где коэффициент по (6-257) [1]
Расчет токов и моментов:
Активная составляющая тока ротора по (6-268) [1]
Реактивная составляющая тока ротора по (6-268) [1]
Ток обмотки ротора по (6-268) [1]
Ток обмотки статора по (6-270) [1]
Относительные значения пускового тока:
Относительные значения пускового момента:
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений и соответствующим скольжениям по (6-272) [1]
после чего рассчитываем точку характеристики соответствующую SКР
Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя по (6-314) [1]:
По таблице (6-30) [1] потери в пазовой части статора по (6-312) [1]
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора по (6-315) [1]:
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей по (6-319) [1]:
Потери в лобовых частях катушек по (6-313) [1]
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины по (6-330) [1]:
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины по (6-321) [1]:
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды по (6-322) [1]:
Сумма потерь отводимых отводимым воздухом внутри двигателя по (6-323) [1]
где сумма всех потерь двигателя при номинальном режиме и расчетной температуре по (6-324) [1] Вт;
Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по (6-325) [1]
где Пр=0.16 м2 для h=280 мм; для Da=0.52 м .
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды по (6-328) [1]:
Расчет вентиляции. Требуемый для охлаждения расход воздуха по (6-340) [1]:
Коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса по (6-341) [1]
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором по (6-342) [1]:
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Р2Н=45 кВт; U1H=220 B; 2p=10; I1H=95533 A; PСТ+РМЕХ=0.864 кВт; РДОБ.Н=0.246кВт; I0a=1.445 A I0p=I=25187 A; r1=0.075 Ом; r’2= 0.048 Ом; с1=1.036; a’=1.072 Ом; a=0.077Ом; b’=0; b=0706 Ом;
Данные расчета пусковых характеристик двигателя
Рабочие характеристики.
Пусковые характеристики.
Копылов И.П. «Проектирование электрических машин» Москва; Энергия 1980г.
Кравчик А.Э. «Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник» Москва; Энергоиздат.1982г.
В данном курсовом проекте проведен поверочный расчет асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором общего назначения а также произведено сопоставление параметров.
Заданные (прототип: электрический двигатель серии 4А280M10У3) и полученные при расчете значения основных размеров и характеристик электрического двигателя а также допустимые отклонения приведены в таблице 6.1
Таблица 6.1 Сопоставление параметров базового и спроекти-рованного двигателя
Расчетный КПД находится в пределах допуска превышая номинальное значение на 021%. В соответствии с формулами КПД зависит от сумарных потерь. Получив в результате рассчета меньшее значение суммарных потерь ΣР мы получили увеличение значения КПД.
Расчетный сosj превышает номинальный на 97%. На сosj оказывают воздействие ток I1 и его активная составляющая Ia1. Согласно проведенных расчетов уменьшение тока I1 вызвало увеличение значения сosj.
Скольжение находится в пределах допуска отличаясь от номинального на 76%. Проведя рассчеты обратили внимание на то что при увеличении скольжения от 0 до 1 электромагнитный момент сначала увеличивается до значения Мкр (при S равном Sкр) а далее несмотря на дальнейшее увеличение тока I падает. Это объясняется тем что при малых скольжениях на момент преобладающее влияние имеет возрастание тока I2.. При дальнейшем увеличении скольжения (выше Sкр) ток I2 возрастает незначительно и преобладающее влияние оказывает уменьшение момента.
Расчетный пусковой ток меньше номинального на 10% но лежит в допустимых пределах. Такое уменьшение вызвано тем что в расчетном двигателе сильнее выражено влияние вытесняющего тока который в свою очередь зависит от активного сопротивления обмоток.
Расчетное значение максимального момента спроектированного двигателя отличается от базового на 19%. Согласно проведенному рассчету момент зависит от пускового тока (который в нашем случае уменьшился) и от сопротивлений обмотки ротора (которое в нашем расчете отличается от базового)
Пусковой момент спроектированного двигателя меньше базового При расчете пусковых характеристик необходимо учитывать изменение параметров вызванных насыщением от полей рассеяния и эффектом вытеснения тока. Пусковой момент при данных значениях параметров пропорционален квадрату приложенного напряжения. В результате рассчетов мы видим уменьшение значений моментов

4А280М10У3.dwg

Стеклолакоткань ЛСП-130155
Таблица 9 изоляция паза статора
Cтеклотекстолит СТЭФ-1
Эскиз изоляции паза статора
Прокладка междуслойная
Cтеклослюдопласт ГИТ-Т-ЛСБ
Таблица 9 Основные размеры зубцовой зоны и паза статора
Эскиз зубцовой зоны и паза статора
Таблица 10 Основные размеры паза ротора
Эскиз зубчатой зоны и паза ротора
Установочные и присоединительные
Эскиз двигателя. Габаритные
установочные и присоединительные размеры
Таблица 6 Установочные и присоединительные размеры