Сборник чертежей и деталировок, обмоток Асинхронного двигателя (АД)

Старого - Спецификация2.CDW

АД-18,5-160.cdw

Технические условия:
мощность на валу двигателя: Р
номинальное напряжение: U
частота вращения поля: n
кратность пускового момента: m
кратность пускового тока: i
число полюсов: 2p=6;
высота оси вращения: h=160 мм;
коэффициент мощности: cos
Асинхронный двигатель

Старого - АД 18,5-1500.cdw

Номинальная мощность P
Номинальное напряжение U=220380 В
Кратность пускового момента M
Кратность критического момента M
Кратность пускового тока I
Высота оси вращения h=160 мм
Коэффициент мощности cos
Коэффициент полезного действия
Двигатель асинхронный
Кафедра электрических

вал .cdw

Неуказаанные предельные отклонения размеров: +-IT142.
Допуск овальности и конусности поверхн.Д и Е 0
5мм. (полуразность диаметров).
Предельные отклонения шероховатости +40%.
*Размер для справок.

АД (18,5 кВт) ЧЕРТЕЖ.cdw

Кафедра Электрические машины
Асинхронный двигатель
с короткозамкнутым ротором
Номинальная мощность - P
Напряжение статора -– U
Синхронная скорость – n
Коэффициент мощности – cos
Коэффициент полезного действия–
Критический момент m
Прототип двигателя – 4А160M2У3

А1(Двигатель).cdw

Техническая характеристика:
) Синхронная скорость n
) Исполнение по способу защиты от
воздействия окружающей среды
Прототип спроектированного двигателя
Асинхронный двигатель

АД 5,5-1000.cdw

Технические условия:
мощность на валу двигателя: Р
номинальное напряжение: U
частота вращения двигателя: n
кратность пускового момента: m
кратность пускового тока: i
число полюсов: 2p=6;
высота оси вращения: h=132 мм;
коэффициент мощности: cos
Асинхронный двигатель

АД-30-180(деталь-подш_щит).cdw

Неуказанные литейные
радиусы не более 3мм.
Неуказанные предельные
отклонения размеров:
конструкции и условиям

листы1.cdw

Неуказанные предельные откланенияразмеро: отверстий Н12
Предельные отклонения размеров паза Н10.
Допускаемое отклонение угла между двумя любыми пазами
Допустимое оклонение угла между двумя любыми высечками под сварку
Допускаемая величина заусенца по высоте 0
Допустимое смещение оси высечки под сварку относительно оси зубца не более
Несоосность поверхности Аотносительно поверхности не более 0
Угол расположения технологического знака L выбирается при изготовлении штампа с
соблюдением пребований по размещению паза против зубца. предельные отклотения угла L
статорный и роторный
Сталь холоднокатанная 2412

АД V END_print.cdw

Кафедра Электрические машины
Асинхронный двигатель
Номинальная мощность - P
Напряжение статора -– U
Синхронная скорость – n
Коэффициент мощности – cos
Коэффициент полезного действия –
Критический момент m
Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды
Категория климатического исполнения – У3 по ГОСТ 15150;
прототип двигателя – 4АН180M6

Паз статора.frw

Крышка подшипниковая.frw

Паз ротора.frw

рабочие хар-ки.frw

Рисунок 8.1 - Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Старого - Спецификация1.cdw

Асинхронный двигатель
Пояснительная записка
Щит подшипниковый левый
Щит подшипниковый правый
Крышка подшипниковая внеш.
Крышка подшипниковая внутр.
Болт заземления М8-8g

Вентилятор.cdw

Неуказанные линейные радиусы R=4мм;
грунтовка ФЛ-ОЗК ГОСТ 9109-76.
Рабочие поверхности - прессформа

АД 45-3000.cdw

Асинхронный двигатель
с короткозамкнутым ротором
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором по следующим данным:
) номинальная мощность: P
) напряжение статора: U
) синхронная скорость:
) коэффициент полезного действия:
) коэффициент мощности: cos
) максимальный момент:
) конструктивное исполнение: IC 0141;
) исполнение по способу защиты от воздействия
окружающей среды: IP 44.

АД (7,5-1500).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительХоробрых Г.В.
Н. контрольКичигин В.Н.
СтудентКислицын М.П.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 75 кВт U1 = 220380 В n1 = 1500 обмин cosφ = 086 = 0875; пусковой момент mп = 22 о.е.; критический момент mк = 30 о.е.; пусковой ток конструктивное исполнение исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные и тепловые расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 33.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока15
Расчет параметров рабочего режима17
Расчет рабочих характеристик22
Расчет пусковых характеристик25
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 132 мм и наружный диаметр статора Da = 0225 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 066·0225 = 0149 м.
[KD = 066 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0972 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 275·103 Ам; В = 09 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0011 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 36 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 3 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 096]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ1) = 189·109 А2м3 по рис. 6-16 а].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 118 мм; qэл = 1094 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 126 мм.
qэф = qэлnэл = 1094·2 = 2188 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема однослойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 4
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора Bz1 = 189 Тл; ярма статора Ba = 159 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 05 мм; ширина шлица паза: bш = 35 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 01; Δhп = 01 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 025(2·167 + 96 + 71) = 125 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 025 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 03 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 44.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0149 – 2·03·10-3 = 01484 м.
4. Длина l2 = l1 = 0106 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0225 = 00518 м = 50 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 089·151·1885 = 2533 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 3·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 075 мм; высота перемычки над пазом hш' = 0 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 185 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 5 мм; b2 = 2 мм; h1 = 22 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 0 + 075 + + 22 + = 2625 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (52 + 22) + (5 + 2)·22 = 88383 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·287·106 = 244·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·2625 = 3281 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 3281·109 = 35763 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1484 – 3281 = 11559 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0883·1232·03·10-3 = 5189 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·167·10-3·1950 = 6513 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·2605·10-3·1770 = 9222 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1950 Ам при Bz1 = 188 Тл; Hz2 = 1770 Ам при Bz2 = 185 Тл; hz1 = hп1 = 167 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 2625 – 01·2 = 2605 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0139·750 = 10425 А;
Fj = LjHj = 0053·152 = 806 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 726 Ам при Ba = 159 Тл; Hj = 233 Ам при Bj = 113 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 5189 + 6513 + 9222 + 10425 + 806 = 78856 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0592·144 = 8525 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 13·013 + 2·001 = 019 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 13;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 04·013 + 001 = 006 м = 60 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 04.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 144 мм; b = 71 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0106 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 10613 = 082 по рис. 6-39 д kск' = 09].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0106(22 + 0713 + 235)·10–6 =
[h1 = 2625 – 0 – 075 – 01·2 – 05·5= 2280 мм; b = 5 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 22 + 0713 + 235 = 5263.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1592·109263 + 18·1882·3038) = 16516 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0225 – 00213)·00213·0106·097·78·103 =
где ha = 05(Da – D) – hп1 = 05(0225 – 0149) – 00167 = 00213 м;
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 167·10–3·63·10–3·36·0106·097·78·103 = 3038 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 14; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 041·1232·0883 = 0446;
для по рис 6-41 02 = 041.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов Тл;
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 44·2605·10–3·522·10–3·0106·097·7800 = 480 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 146 + 7051 = 8511 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 16516 + 8511 = 25027 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0225) = 1008].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·4232·095 = 5099 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10332 = 1067; a = c1r1 = 1033·095 = 0981; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1033(168 + 1033·1149) = 2962.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 25027 + 5813 = 3084 Вт.
Принимаем sн r2*' 0032 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0007; 0015; 002; 0028; 004; 005.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения sн = 00322
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 75 кВт; U1н = 220380 В; I1н = 148 А; cosφн = 090; н = 086; sн = 00322.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 75 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 4; I1н = 151 А; Pст + Pмех = 0308 кВт;
Pдобн = 0043 кВт; I0a = 0328 А; I0р I = 423 А; r1 = 095 Ом; r2' = 0463 Ом;
c1 = 1033; a' = 1067 Ом; a = 0981 Ом; b' = 0; b = 2962 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 75 кВт 2p = 4
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1622 находим по рис. 6-46 φ = 043; по рис. 6-47 φ' = kд = 085.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 1138·0463 = 0527 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 75];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 1149·0951 = 1093 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения принимая cп1 = 1
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·7002 = 9453 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 641 Тл находим = 041.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (13 – 35)(1 – 041) = 56 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния открытого паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 12 – 023 = 097.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 349·041 = 143.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 097 + 143 + 111 = 351.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (106 – 15)(1 – 041) = 537 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 194 – 039 = 155.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 235·041 = 096.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 155 + 096 + 0713 = 3223.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 10309 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 05 ÷ 02
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 55 кВт; 2p = 4; U1 = 220380 В; r1 = 1236 Ом; r2' = 0839 Ом; I1н = 1162 А; I2н' = 10398; sн = 0042.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 75 кВт 2p = 4
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 103 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·167 + 96 + 71 = 501 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 118126 = 094 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 13 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 501 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 1296 – (1 – 02)(2403 + 16516) –
– 09·5813 = 91932 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 1234 + (107 – 1)(627 + 258) = 12960 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0225 + 8·026)(0106+2·006) = 063 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 026 м2 для h = 132 мм; по рис. 6-59 а коэффициент подогрева воздуха
αв = 225 Вт(м2·ºС) для Da = 0225 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузовИ. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (30-1500).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 30 кВт U1 = 220380 В n1 = 1500 обмин cosφ = 089 = 091; пусковой момент mп = 14 о.е. критический момент mк = 23 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3; прототип двигателя – 4А180М4У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание .1
Выбор главных размеров 5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора 6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 9
Расчет намагничивающего тока 14
Расчет параметров рабочего режима 16
Расчет рабочих характеристик ..21
Расчет пусковых характеристик 24
Тепловой расчет ..29
Список литературы 32
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
В настоящее время двигатели данной серии практически сняты с производства однако повсеместно продолжают эксплуатироваться а взамен их выпускаются двигатели унифицированной серии АИ разработанной совместно со странами Интерэлектро и отвечающей перспективному уровню развития мирового электромашиностроения.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 180 мм и наружный диаметр статора Da = 0313 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 064·0313 = 02 м.
[KD = 064 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 097 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 342·103 Ам; В = 0772 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится выше рекомендуемых пределов (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0012 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 48 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу = 0958·0966 = 0925]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 186·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 3 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 15 мм; qэл = 1767 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 185 мм.
qэф = qэлnэл = 1767·3 = 5301 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 178 Тл; ярма статора Ba = 148 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 133.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·298 + 126 + 92) = 326 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 05 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 34.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 02 – 2·05·10-3 = 01990 м.
4. Длина l2 = l1 = 0212 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0313 = 00720 м = 72 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 092·5612·1045 = 5395 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 175 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 91 мм; b2 = 41 мм; h1 = 269 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 269 + = 345 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (912 + 412) + (91 + 41)·269 = 21664 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·249·106 = 212·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·345 = 4313 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 4313·161 = 69439 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 199 – 4313 = 15587 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0766·1284·05·10-3 = 7819 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·298·10-3·1480 = 8821 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·341·10-3·1330 = 9071 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1480 Ам при Bz1 = 179 Тл; Hz2 = 1330 Ам при Bz2 = 175 Тл; hz1 = hп1 = 298 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 345 – 01·41 = 341 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0225·492 = 1107 А;
Fj = LjHj = 00793·174 = 138 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 492 Ам при Ba = 148 Тл;
Hj = 174 Ам при Bj = 097 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 7819 + 8821 + 9071 + 1107 + 138 = 108532 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0864·64 = 553 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 13·015 + 2·001 = 022 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 13;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 083].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 04·015 + 001 = 007 м = 70 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 04.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 261 мм; b = 92 мм; h2 = 0; мм;
k = 09; k' = 087; l' = l = 0212 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 18410 = 184 по рис. 6-39 д kск' = 22].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0212(242 + 0365 + 236)·10–6 =
[h1 = 345 – 03 – 07 – 01·41 – 05·91= 2854 мм; b = 91 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 242 + 0365 + 236 = 5145.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1482·385 + 18·1792·101) = 50058 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0313 – 00267)·00267·0212·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 298·10–3·44·10–3·48·0212·097·78·103 = 1010 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 036·1284·0766 = 0354;
для по рис 6-41 02 = 036.
3. Пульсационные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 34·341·10–3·83·10–3·0212·097·7800 = 1544 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 2409 + 9707 = 12116 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 50058 + 12116 = 62174 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0313) = 0893].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·13582·0127 = 7026 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 1022 = 104; a = c1r1 = 102·0127 = 013; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 102(0323 + 102·0533) = 0884.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 62174 + 19285 = 81459 Вт.
Принимаем sн r2*' 00199 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0004; 0007; 0011; 0016; 002; 0025; 003.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 30 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 565 А; cosφн = 090; н = 092; sн = 0019.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 30 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 4; I1н = 5612 А; Pст + Pмех = 081 кВт;
Pдобн = 016 кВт; I0a = 0865 А; I0р I = 1358 А; r1 = 0127 Ом; r2' = 00779 Ом;
c1 = 102; a' = 104 Ом; a = 013 Ом; b' = 0; b = 0884 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 30 кВт 2p = 4
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 213 находим по рис. 6-46 φ = 104; по рис. 6-47 φ' = kд = 071.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 153·00779 = 01192 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 65];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0533·0823 = 0439 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 125 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 125·27473 = 34341 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 527 Тл находим = 058.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (10 – 37)(1 – 058) = 265 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 152 – 0224 = 1296.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 138·058 = 0800.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 1296 + 08 + 087 = 2966.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (184 – 15)(1 – 058) = 7098 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 1508 – 0385 = 1123.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 236·058 = 1369.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 1123 + 1369 + 0365 = 2857.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 107 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 30 кВт; 2p = 4; U1 = 220380 В;
r1 = 0127 Ом; r2' = 00779 Ом; I1н = 56488 А; I2н' = 52306; sн = 00194.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 30 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 110 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·298 + 126 + 92 = 814 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 15185 = 081 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 063 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобовых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 814 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 29669 – (1 – 02)(6385 + 50058) –
– 09·19285 = 188207 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 2837 + (107 – 1)(1216 + 6394) = 29669 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0313 + 8·036)(0212+2·007) = 136 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 036 м2 для h = 180 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 23 Вт(м2·ºС) для Da = 0313 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
В курсовом проекте спроектирован асинхронный двигатель с техническими данными: P2н = 30 кВт; U1н = 220380 В; cosφн = 090; н = 092; Mп* = 143 о.е.; Iп* = 65 о.е. Mк* = 302 о.е. Прототип спроектированного двигателя 4А132М4У3 имеет следующие технические характеристики: cosφн = 089; н = 091; Mп* = 14 о.е.; Iп* = 65 о.е.; Mк* = 23 о.е. У спроектированного двигателя несколько выше коэффициент мощности и коэффициент полезного действия.
Пусковые характеристики определяются формой паза ротора. Поэтому в спроектированном двигателе в целях уменьшения пускового тока приняты удлиненные грушевидные пазы с узкой нижней частью. Этим обеспечивается высокое индуктивное сопротивление обмотки ротора что ограничивает пусковой ток.
Количество активных материалов в двигателе завышено это видно по коэффициенту λ. Поэтому машина будет обладать бльшими капитальными затратами но меньшими потерями. Во всяком случае электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (1,1-3000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительЯгодников А.В
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 11 кВт U1 = 220380 В n1 = 3000 обмин cosφ = 087 = 0775; пусковой момент mп = 20 о.е. критический момент mк = 22 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик21
Расчет пусковых характеристик24
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 71 мм и наружный диаметр статора Da = 0116 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 056·0116 = 0065 м.
[KD = 056 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0975 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 195·103 Ам; В = 069 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится выше рекомендуемых пределов (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0009 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 24 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 0958]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 128·109 А2м3 по рис. 6-16 а].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 1 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 067 мм; qэл = 0353 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 073 мм.
qэф = qэлnэл = 0353·1 = 0353 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 187 Тл; ярма статора Ba = 158 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 05 мм; ширина шлица паза: bш = 20 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 01; Δhп = 01 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 022(2·109 + 8 + 57) = 78 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 022 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 03 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 19.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0065 – 2·03·10-3 = 00644 м.
4. Длина l2 = l1 = 0084 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0116 = 00267 м = 28 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 09·247·8108 = 1802 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 35·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 1 мм; hш = 05 мм; высота перемычки над пазом hш' = 0 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 185 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 55 мм; b2 = 23 мм; h1 = 96 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 0 + 05 + + 96 + = 14 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (552 + 232) + (55 + 23)·96 = 51389 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·351·106 = 298·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·14 = 175 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 175·105 = 1838 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 644 – 175 = 469 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0689·1145·03·10-3 = 3763 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·109·10-3·1950 = 4251 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·138·10-3·1770 = 4885 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1950 Ам при Bz1 = 188 Тл; Hz2 = 1770 Ам при Bz2 = 185 Тл; hz1 = hп1 = 109 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 14 – 01·23 = 138 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0159·702 = 111618 А;
Fj = LjHj = 0051·357 = 1821 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 702 Ам при Ba = 158 Тл;
Hj = 357 Ам при Bj = 135 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 3763 + 4251 + 4885 + 111618 + 1821 = 597488 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0494·268 = 13239 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 12·0119 + 2·001 = 0163 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 12;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 026·0119 + 001 = 0041 м = 41 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 026.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 86 мм; b = 57 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0084 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 1069 = 118 по рис. 6-39 д kск' = 12].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0084(145 + 0473 + 253)·10–6 =
[h1 = 14 – 0 – 05 – 01·23 – 05·55= 1052 мм; b = 55 мм; bш = 1 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 145 + 0473 + 253 = 4453.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1582·295 + 18·1882·057) = 3996 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0116 – 00146)·00146·0084·097·78·103 = 295 кг
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 109·10–3·34·10–3·24·0084·097·78·103 = 057 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 035·1145·0689 = 0276;
для по рис 6-41 02 = 035.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 19·138·10–3·407·10–3·0084·097·7800 = 068 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 487 + 3878 = 8748 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 3996 + 8748 = 48708 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 2 коэффициент Kт = 1].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·0782·9147 = 1670 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ мал;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10232 = 1047; a = c1r1 = 1023·9147 = 9357; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1023(641 + 1023·6153) = 12997.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 48708 + 163 = 65008 Вт.
Принимаем sн r2*' 0055 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0011; 002; 0035; 0045; 0055; 007; 0083.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 11 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 24 А; cosφн = 090; н = 079; sн = 0053.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 11 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 2; I1н = 247 А; Pст + Pмех = 0065 кВт;
Pдобн = 0007 кВт; I0a = 0086 А; I0р I = 078 А; r1 = 9147 Ом; r2' = 4895 Ом;
c1 = 1023; a' = 1047 Ом; a = 9357 Ом; b' = 0; b = 12997 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 11 кВт 2p = 2
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 0859 находим по рис. 6-46 φ = 00484; по рис. 6-47 φ' = kд = 096.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 10135·4895 = 49611 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 55];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 6153·0991 = 6098 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения принимая cп1 = 1
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 125 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 125·1167 = 1459 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 332 Тл находим = 067.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (9 – 2)(1 – 067) = 23 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 133 – 034 = 099.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 247·067 = 165.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 099 + 165 + 158 = 422.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (106 – 1)(1 – 067) = 317 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 141 – 038 = 103.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 253·067 = 17.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 103 + 17 + 0473 = 3203.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 8938 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 08 ÷ 05
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 11 кВт; 2p = 2; U1 = 220380 В;
r1 = 9147 Ом; r2' = 4895 Ом; I1н = 2434 А; I2н' = 2177; sн = 00526.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 =11 кВт 2p = 2
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 022; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 128 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·109 + 8 + 57 = 355 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 067073 = 092 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 10 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 355 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 3213 – (1 – 022)(593 + 3996) –
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 305 + (107 – 1)(163 + 70) = 3213 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0116 + 8·013)(0084+2·0041) = 0233 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 013 м2 для h = 71 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 17 Вт(м2·ºС) для Da = 0116 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (55-750).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 55 кВт U1 = 220380 В n1 = 750 обмин cosφ = 084 = 092; пусковой момент mп = 12 о.е. критический момент mк = 19 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 31.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик20
Расчет пусковых характеристик23
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 250 мм и наружный диаметр статора Da = 0437 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 075·0437 = 0328 м.
[KD = 075 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0962 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 в
А = 355·103 Ам; В = 081 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится выше рекомендуемых пределов (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0011 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 96 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 4 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для двухслойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу = 0925]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 в).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 217·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 4 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 118 мм; qэл = 1094 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 1094·4 = 4376 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 96 2p = 8 a = 4
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 178 Тл; ярма статора Ba = 128 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза: bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 81.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·277 + 73 + 57) = 274 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 06 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 76.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0328 – 2·06·10-3 = 03268 м.
4. Длина l2 = l1 = 0276 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0437 = 01005 м = 100 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 088·10783·409 = 3881 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 175 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 67 мм; b2 = 48 мм; h1 = 223 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 223 + = 2905 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (672 + 482) + (67 + 48)·223 = 15489 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·251·106 = 213·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·2905 = 3631 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 3631·22 = 79882 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 3268 – 3631 = 29049 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0813·1229·06·10-3 = 9532 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·277·10-3·1400 = 7756 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·2857·10-3·1330 = 760 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1400 Ам при Bz1 = 177 Тл; Hz2 = 1330 Ам при Bz2 = 175 Тл; hz1 = hп1 = 277 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 2905 – 01·48 = 2857 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0161·307 = 49427 А;
Fj = LjHj = 00724·71 = 514 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 307 Ам при Ba = 128 Тл;
Hj = 71 Ам при Bj = 055 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 9532 + 7756 + 76 + 49427 + 514 = 1161327 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 094·56 = 5264 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 15·0116 + 2·001 = 0194 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 15;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 0833].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 05·0116 + 001 = 0068 м = 68 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 05.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 257 мм; b = 57 мм; h2 = 0; мм;
k = 0906; k' = 0875; l' = l = 0276 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 13511 = 123 по рис. 6-39 д kск' = 13].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0276(283 + 0754 + 15)·10–6 =
[h1 = 2905 – 03 – 07 – 01·48 – 05·67= 2422 мм; b = 67 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 283 + 0754 + 15 = 5084.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1282·7208 + 18·1772·2888) = 91951 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0437 – 00268)·00268·0276·097·78·103 = 7208 кг
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 277·10–3·52·10–3·96·0276·097·78·103 = 2888 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 034·1229·0813 = 034;
для по рис 6-41 02 = 034.
3. Пульсационные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 76·2857·10–3·647·10–3·0276·097·7800 = 2934 кг].
4. Сумма добавочных потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 574 + 29595 = 35335 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 91951 + 35335 = 127286 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 8 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0437) = 0732].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·34632·00733 = 26371 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10242 = 1049; a = c1r1 = 1024·00733 = 00751; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1024(0148 + 1024·0235) = 0398.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 127286 + 15016 = 142302 Вт.
Принимаем sн r2*' 00239 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 00048; 0008; 0012; 0018; 0024; 003; 0036.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 55 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 1103 А; cosφн = 088; н = 091; sн = 00221.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 55 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 8; I1н = 10783 А; Pст + Pмех = 1423 кВт;
Pдобн = 0299 кВт; I0a = 17928 А; I0р I = 3463 А; r1 = 00733 Ом; r2' = 00487 Ом;
c1 = 1024; a' = 1049 Ом; a = 00751 Ом; b' = 0; b = 0398 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 55 кВт 2p = 8
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 025; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1784 находим по рис. 6-46 φ = 063; по рис. 6-47 φ' = kд = 0825.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 139·00487 = 00677 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 65];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0235·0803 = 0189 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения принимая cп1 = 1
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 125 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 125·60223 = 75279 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 381 Тл находим = 06.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (11 – 37)(1 – 06) = 29 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 18 – 0147 = 1653.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 133·06 = 08.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 1653 + 08 + 062 = 3073.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (135 – 15)(1 – 06) = 48 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 183 – 0356 = 1474.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 15·06 = 09.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 1474 + 09 + 0754 = 3128.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9818 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 025 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 55 кВт; 2p = 8; U1 = 220380 В;
r1 = 00733 Ом; r2' = 00487 Ом; I1н = 11029 А; I2н' = 9968; sн = 00221.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 55 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 018; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 97 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·277 + 73 + 57 = 684 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 118126 = 094 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 13 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 684 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 61514 – (1 – 018)(16807 + 91951) –
– 09·15016 = 388408 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 58625 + (107 – 1)(26748 + 14517) = 61514 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0437 + 8·046)(0276+2·0068) = 2081 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 046 м2 для h = 250 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 18 Вт(м2·ºС) для Da = 0437 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (90-3000-23).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 90 кВт U1 = 220380 В n1 = 3000 обмин cosφ = 088 = 0925; пусковой момент mп = 12 о.е. критический момент mк = 22 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3; прототип двигателя 4АН225М2У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик21
Расчет пусковых характеристик24
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
В настоящее время двигатели данной серии практически сняты с производства однако повсеместно продолжают эксплуатироваться а взамен их выпускаются двигатели унифицированной серии АИ разработанной совместно со странами Интерэлектро и отвечающей перспективному уровню развития мирового электромашиностроения.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 б
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 225 мм и наружный диаметр статора
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 053·0392 = 0208 м.
[KD = 053 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0987 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-12 а
А = 54·103 Ам; В = 083 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 б).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0016 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 36 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для двухслойной обмотки с q = 6 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу =0957·094 = 0899]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-12 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 322·109 А2м3 по рис. 6-16 г].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 9 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода
dэл = 140 мм; qэл = 1539 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 1485 мм.
qэф = qэлnэл = 1539·9 = 13851 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 20 Тл; ярма статора Ba = 15 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза: bш = 40 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 169 мм2.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 05(2·34 + 165 + 114) = 480 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 05 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 10 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 44.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0208 – 2·1·10-3 = 02060 м.
4. Длина l2 = l1 = 0179 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0392 = 00902 м = 100 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 091·16752·441 = 6723 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 33·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 15 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 195 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 76 мм; b2 = 25 мм; h1 = 358 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 15 + 07 + + 358 + = 4305 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (762 + 252) + (76 + 25)·358 = 20591 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·327·106 = 278·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·4305 = 5381 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 5381·315 = 169502 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 206 – 5381 = 15219 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0812·1109·1·10-3 = 14318 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·34·10-3·3020 = 20536 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·428·10-3·2520 = 21571 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 3020 Ам при Bz1 = 199 Тл; Hz2 = 2520 Ам при Bz2 = 195 Тл; hz1 = hп1 = 34 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 4305 – 01·25 = 428 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0524·520 = 27248 А;
Fj = LjHj = 017·630 = 1071 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 520 Ам при Ba = 15 Тл;
Hj = 630 Ам при Bj = 155 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 14318 + 20536 + 21571 + 27248 + 1071 = 223245 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 1108·36 = 3989 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 12·0296 + 2·001 = 0375 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 12;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 078].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 026·0296 + 001 = 0087 м = 87 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 026.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 293 мм; b = 114 мм; h2 = 0; мм;
k = 088; k' = 084; l' = l = 0179 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 147181 = 081 по рис. 6-39 д kск' = 08].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0179(48 + 1768 + 108)·10–6 =
[h1 = 4305 – 15 – 07 – 01·25 – 05·76= 3680 мм; b = 76 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 48 + 1768 + 108 = 7648.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·152·8238 + 18·1992·126) = 100695 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0392 – 00580)·00580·0179·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 34·10–3·76·10–3·36·0179·097·78·103 = 1260 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 026·1109·0812 = 0234;
для по рис 6-41 02 = 026.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 44·428·10–3·631·10–3·0179·097·7800 = 1609 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 5528 + 28745 = 34273 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 100695 + 34273 = 134968 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 2 коэффициент Kт = 6].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·25552·0035 = 6854 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10172 = 1034; a = c1r1 = 1017·0035 = 0036; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1017(015 + 1017·0154) = 0312.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 134968 + 212514 = 347482 Вт.
Принимаем sн r2*' 0016 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь
s = 0003; 0005; 001; 0012; 0016; 002; 0024.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 90 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 1628 А; cosφн = 094; н = 092; sн = 00155.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 90 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 2; I1н = 16752 А; Pст + Pмех = 347 кВт;
Pдобн = 049 кВт; I0a = 1617 А; I0р I = 2399 А; r1 = 0035 Ом; r2' = 0021 Ом;
c1 = 1017; a' = 1034 Ом; a = 0036 Ом; b' = 0; b = 0312 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 75 кВт 2p = 2
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 26 находим по рис. 6-46 φ = 158; по рис. 6-47 φ' = kд = 058.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 156·0021 = 0033 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 70];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0154·062 = 0095 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·86525 = 116809 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 449 Тл находим = 0525.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (181 – 4)(1 – 0525) = 67 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 144 – 041 = 103.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 118·0525 = 062.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 103 + 062 + 241 = 406.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (147 – 15)(1 – 0525) = 627 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 189 – 038 = 151.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 108·0525 = 0567.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 151 + 0567 + 1768 = 3845.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9010 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 75 кВт; 2p = 2; U1 = 220380 В;
r1 = 0031 Ом; r2' = 002 Ом; I1н = 14066 А; I2н' = 13589; sн = 0012.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 90 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 084; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-60 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 220 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·34 + 165 + 114 = 959 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 141485 = 094 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 13 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 959 мм; bизл1 = 0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) = 85596 – (1 – 084)(9615 + 100695) =
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 8257 + (107 – 1)(2781 + 1542) = 85596 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0392 + 8·042)(0179+2·0087) = 1621 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 042 м2 для h = 225 мм; по рис. 6-60 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 1580 Вт(м2·ºС) для Da = 0392 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
где nк и bк число и ширина радиальных вентиляционных каналов принимаем nк = 5 и bк = 002 м; m – коэффициент m = 26 для двигателя 2p = 2;
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (45-1000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительХоробрых Г.В.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 45 кВт U1 = 220380 В n1 = 1000 обмин cosφ = 089 = 0915; пусковой момент mп = 12 о.е. критический момент mк = 20 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 31.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик20
Расчет пусковых характеристик23
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 250 мм и наружный диаметр статора Da = 0437 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 072·0437 = 0315 м.
[KD = 072 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0975 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 в
А = 363·103 Ам; В = 0813 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится ниже рекомендуемых пределов (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0013 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 72 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу = 0925]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 в).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 205·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 4 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 16 мм; qэл = 2011 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 2011·4 = 8044 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 a = 2
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 174 Тл; ярма статора Ba = 144 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза: bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 105.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·308 + 97 + 73) = 314 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 06 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 82.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0315 – 2·06·10-3 = 03138 м.
4. Длина l2 = l1 = 0172 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0437 = 01005 м = 100 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 092·8373·487 = 3751 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 18 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 62 мм; b2 = 43 мм; h1 = 243 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 243 + = 3055 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (622 + 432) + (62 + 43)·243 = 14992 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·25·106 = 213·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·3055 = 3819 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 3819·201 = 76762 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 3138 – 3819 = 27561 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0803·1171·06·10-3 = 8971 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·308·10-3·1250 = 770 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·3012·10-3·1520 = 9156 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1250 Ам при Bz1 = 173 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 308 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 3055 – 01·43 = 3012 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0213·440 = 9372 А;
Fj = LjHj = 0092·91 = 837 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 440 Ам при Ba = 144 Тл;
Hj = 91 Ам при Bj = 066 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 8971 + 77 + 9156 + 9372 + 837 = 116775 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0806·72 = 5803 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 14·0151 + 2·001 = 0231 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 14;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 0833].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 05·0151 + 001 = 0086 м = 86 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 05.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 28 мм; b = 73 мм; h2 = 0; мм;
k = 0906; k' = 0875; l' = l = 0172 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 1214 = 086 по рис. 6-39 д kск' = 08].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0172(303 + 1044 + 14)·10–6 =
[h1 = 3055 – 03 – 07 – 01·43 – 05·62= 2602 мм; b = 62 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 303 + 1044 + 14 = 5474.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1442·502 + 18·1732·1934) = 70707 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0437 – 00302)·00302·0172·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 308·10–3·67·10–3·72·0172·097·78·103 = 1934 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 034·1171·0803 = 032;
для по рис 6-41 02 = 034.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 82·3012·10–3·552·10–3·0172·097·7800 = 1774 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 4922 + 23681 = 28603 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 70707 + 28603 = 99310 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 6 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0437) = 0732].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·20262·0088 = 10836 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10242 = 1049; a = c1r1 = 1024·0088 = 009; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1024(025 + 1024·0241) = 0509.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 9931 + 26695 = 126005 Вт.
Принимаем sн r2*' 002 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0004; 0007; 001; 0015; 002; 0025; 003.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 45 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 828 А; cosφн = 092; н = 092; sн = 0021.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 45 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 6; I1н = 8373 А; Pст + Pмех = 126 кВт;
Pдобн = 0246 кВт; I0a = 1236 А; I0р I = 2026 А; r1 = 0088 Ом; r2' = 0053 Ом;
c1 = 1024; a' = 1049 Ом; a = 009 Ом; b' = 0; b = 0509 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 45 кВт 2p = 6
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 188 находим по рис. 6-46 φ = 075; по рис. 6-47 φ' = kд = 081.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 142·0053 = 0075 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 7];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0241·0803 = 0194 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения принимая cп1 = 1
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·46514 = 62794 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 454 Тл находим = 053.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (14 – 37)(1 – 053) = 48 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 172 – 026 = 146.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 136·053 = 072.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 146 + 072 + 113 = 331.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (12 – 15)(1 – 053) = 494 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 195 – 036 = 159.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 14·053 = 074.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 159 + 074 + 1044 = 3374.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9199 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 45 кВт; 2p = 6; U1 = 220380 В;
r1 = 0088 Ом; r2' = 0053 Ом; I1н = 82849 А; I2н' = 77415; sн = 0021.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 45 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 105 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·308 + 97 + 73 = 786 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 161685 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 14 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 786 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 44596 – (1 – 02)(8275 + 70707) –
– 09·26695 = 299169 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 4266 + (107 – 1)(1812 + 953) = 44596 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0437 + 8·046)(0172+2·0086) = 1738 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 046 м2 для h = 250 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 23 Вт(м2·ºС) для Da = 0437 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (18,5-3000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 185 кВт U1 = 220380 В n1 = 3000 обмин cosφ = 092 = 0885; пусковой момент mп = 14 о.е. критический момент mк = 22 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3 прототип двигатель 4А160М2У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик21
Расчет пусковых характеристик24
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 160 мм и наружный диаметр статора Da = 0272 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 0535·0272 = 0146 м.
[KD = 0535 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0985 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 364·103 Ам; В = 074 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0015 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 30 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 5 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 0957]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 181·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 15 мм; qэл = 1767 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 1767·2 = 3534 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема однослойной концентрической обмотки статора Z = 30 2p = 2 a = 2
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 185 Тл; ярма статора Ba = 149 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:
bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·256 + 144 + 99) = 302 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 07 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 22.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0146 – 2·07·10-3 = 01446 м.
4. Длина l2 = l1 = 0118 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0272 = 00626 м = 60 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 091·3443·2088 = 6542 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 30·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 185 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 104 мм; b2 = 31 мм; h1 = 254 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 254 + = 3315 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (1042 + 312) + (104 + 31)·254 = 21767 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·301·106 = 256·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·3315 = 4144 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 4144·11 = 45584 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1446 – 4144 = 10316 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·074·1145·07·10-3 = 9430 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·256·10-3·1770 = 9062 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·3284·10-3·1770 = 11625 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1770 Ам при Bz1 = 185 Тл; Hz2 = 1770 Ам при Bz2 = 185 Тл; hz1 = hп1 = 256 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 3315 – 01·31 = 3284 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0368·506 = 186208 А;
Fj = LjHj = 011·564 = 6204 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 506 Ам при Ba = 149 Тл;
Hj = 564 Ам при Bj = 152 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 943 + 9062 + 11625 + 186208 + 6204 = 13981 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0922·80 = 7376 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 12·0269 + 2·001 = 0343 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 12;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 026·0269 + 001 = 008 м = 80 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 026.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 215 мм; b = 99 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0118 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 11915 = 079 по рис. 6-39 д kск' = 075].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0118(212 + 0254 + 209)·10–6 =
[h1 = 3315 – 03 – 07 – 01·31 – 05·104 = 2664 мм; b = 104 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 003 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 212 + 0254 + 209 = 4464.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1492·246 + 18·1852·425) = 29527 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0272 – 00374)·00374·0118·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 256·10–3·62·10–3·30·0118·097·78·103 = 425 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 033·1145·074 = 028;
для по рис 6-41 02 = 033.
3. Пульсационные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 22·3284·10–3·849·10–3·0118·097·7800 = 548 кг].
4. Сумма добавочных потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 191 + 35277 = 54377 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 29527 + 54377 = 349647 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0272) = 0946].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·6762·0255 = 3496 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ мал;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10222 = 1044; a = c1r1 = 1022·0255 = 0261; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1022(069 + 1022·0665) = 14.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 349647 + 46603 = 815677 Вт.
Принимаем sн r2*' 0018 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0004; 0008; 0012; 0016; 0018; 0024; 003.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 185 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 333 А; cosφн = 092; н = 090; sн = 0018.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 185 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 2; I1н = 3443 А; Pст + Pмех = 0816 кВт;
Pдобн = 01 кВт; I0a = 05 А; I0р I = 676 А; r1 = 0255 Ом; r2' = 0116 Ом;
c1 = 1022; a' = 1044 Ом; a = 0261 Ом; b' = 0; b = 14 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 185 кВт 2p = 2
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 205 находим по рис. 6-46 φ = 092; по рис. 6-47 φ' = kд = 074.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 138·0116 = 016 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 7];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0665·0834 = 0555 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·16764 = 22631 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 526 Тл находим = 048.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (15 – 37)(1 – 048) = 59 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 153 – 039 = 114.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 143·048 = 069.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 114 + 069 + 283 = 466.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (206 – 15)(1 – 048) = 993 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 138 – 041 = 097.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 209·048 = 1.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 097 + 1 + 0254 = 2224.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9958 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 185 кВт; 2p = 2; U1 = 220380 В; r1 = 0255 Ом; r2' = 0116 Ом; I1н = 33305 А; I2н' = 31539; sн = 00184.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 =185 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 022; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 108 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·256 + 144 + 99 = 755 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 151585 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 14 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 755 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн)–09Pмех = 21927 – (1 – 022)(2325 + 29527) –
– 09·46603 = 136161 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 2109 + (107 – 1)(849 + 346) = 21927 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0272 + 8·033)(0118+2·008) = 0971 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 033 м2 для h = 160 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 20 Вт(м2·ºС) для Da = 0272 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
В курсовом проекте рассчитан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на базе серии 4А. Номинальные данные двигателя:
)мощность – PN = 185 кВт;
)синхронная скорость вращения – nN = 3000 обмин;
)коэффициент мощности – cosφ = 0923;
)коэффициент полезного действия – = 0896;
)пусковой момент – mп = 128;
)критический момент – mк = 301;
)степень защиты – IP44.
Что соответствует заданию а величины пускового тока и минимального момента соответствуют требованиям ГОСТ.
Все параметры схемы замещения примерно соответствуют каталожным данным двигателя 4А160М2У3.
Во всяком случае электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (30-3000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
СтудентИльинский А.В.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 30 кВт U1 = 220380 В n1 = 3000 обмин cosφ = 09 = 0905; пусковой момент mп = 14 о.е. критический момент mк = 25 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 31.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик20
Расчет пусковых характеристик23
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 180 мм и наружный диаметр статора Da = 0313 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 055·0313 = 0172 м.
[KD = 055 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0986 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 б
А = 38·103 Ам; В = 0738 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0015 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 36 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 6 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу = 0899]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 185·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 3 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 15 мм; qэл = 1767 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 1767·3 = 5301 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 2 a = 2
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 183 Тл; ярма статора Ba = 153 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза: bш = 40 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 136.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·269 + 133 + 92) = 305 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 07 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 46.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0172 – 2·07·10-3 = 01706 м.
4. Длина l2 = l1 = 014 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0313 = 00720 м = 72 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 093·5581·704 = 3654 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 30·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 10 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 18 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 60 мм; b2 = 28 мм; h1 = 239 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 1 + 07 + + 239 + = 30 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (62 + 282) + (6 + 28)·239 = 12237 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·299·106 = 254·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·30 = 375 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 375·282 = 10575 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1706 – 375 = 1331 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0752·1166·07·10-3 = 9759 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·269·10-3·1620 = 8716 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·297·10-3·1520 = 9029 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1620 Ам при Bz1 = 182 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 269 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 30 – 01·28 = 297 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0423·586 = 247878 А;
Fj = LjHj = 0143·313 = 4476 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 586 Ам при Ba = 153 Тл;
Hj = 313 Ам при Bj = 129 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 9759 + 8716 + 9029 + 247878 + 4476 = 144599 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0904·60 = 5424 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 12·0243 + 2·001 = 0312 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 12;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 0778].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 026·0243 + 001 = 0073 м = 73 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 026.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 233 мм; b = 92 мм; h2 = 0; мм;
k = 0876; k' = 0834; l' = l = 014 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 11615 = 077 по рис. 6-39 д kск' = 075].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·014(515 + 2118 + 116)·10–6 =
[h1 = 30 – 1 – 07 – 01·28 – 05·6= 2502 мм; b = 6 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 002 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 515 + 2118 + 116 = 8428.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1532·3907 + 18·1822·656) = 48328 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0313 – 00436)·00436·014·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 269·10–3·64·10–3·36·014·097·78·103 = 656 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 033·1166·0752 = 0289;
для по рис 6-41 02 = 033.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 46·297·10–3·5·10–3·014·097·7800 = 724 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 3737 + 25597 = 29334 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 48328 + 29334 = 77662 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 2 коэффициент Kт = 1].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·9082·0125 = 3092 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10142 = 1028; a = c1r1 = 1014·0125 = 0127; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1014(034 + 1014·0354) = 0709.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 77662 + 86381 = 164043 Вт.
Принимаем sн r2*' 002 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0004; 0007; 001; 0015; 002; 0025; 003.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 30 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 561 А; cosφн = 095; н = 090; sн = 0019.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 30 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 2; I1н = 5581 А; Pст + Pмех = 164 кВт;
Pдобн = 0166 кВт; I0a = 0779 А; I0р I = 908 А; r1 = 0125 Ом; r2' = 0077 Ом;
c1 = 1014; a' = 1028 Ом; a = 0127 Ом; b' = 0; b = 0709 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 30 кВт 2p = 2
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 18 находим по рис. 6-46 φ = 065; по рис. 6-47 φ' = kд = 082.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 123·0077 = 0095 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 75];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0354·065 = 023 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·36008 = 48611 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 447 Тл находим = 053.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (15 – 4)(1 – 053) = 52 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 133 – 029 = 104.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 127·053 = 067.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 104 + 067 + 259 = 43.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (116 – 15)(1 – 053) = 475 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 22 – 035 = 185.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 116·053 = 061.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 185 + 061 + 2118 = 4578.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 8673 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 30 кВт; 2p = 2; U1 = 220380 В;
r1 = 0125 Ом; r2' = 0077 Ом; I1н = 56066 А; I2н' = 53754; sн = 0019.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 =30 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 022; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 159 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·269 + 133 + 92 = 763 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 151585 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 14 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 763 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 37822 – (1 – 022)(3907 + 48328) –
– 09·86381 = 232307 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 3653 + (107 – 1)(1179 + 667) = 37822 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0313 + 8·036)(014+2·0073) = 1105 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 036 м2 для h = 180 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 22 Вт(м2·ºС) для Da = 0313 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (110-3000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 110 кВт U1 = 220380 В n1 = 3000 обмин cosφ = 09 = 092; пусковой момент mп = 12 о.е. критический момент mк = 22 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик21
Расчет пусковых характеристик24
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 250 мм и наружный диаметр статора
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 0575·0437 = 0251 м.
[KD = 0575 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0987 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 б
А = 417·103 Ам; В = 0753 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0018 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 42 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для двухслойной обмотки с q = 7 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу = 0889]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 б).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 191·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 9 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода
dэл = 18 мм; qэл = 254 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 254·9 = 2286 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 42 2p = 2
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 195 Тл; ярма статора Ba = 165 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:
bш = 40 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 174 мм2.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·348 + 165 + 12) = 392 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 11 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 52.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0251 – 2·11·10-3 = 02488 м.
4. Длина l2 = l1 = 0211 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0437 = 01005 м = 100 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 0925·20129·287 = 5344 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 15 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 18 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 79 мм; b2 = 44 мм; h1 = 297 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 15 + 07 + + 297 + = 3805 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (792 + 442) + (79 + 44)·297 = 21475 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·249·106 = 212·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·3805 = 4756 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 4756·421 = 200228 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 2488 – 4756 = 20124 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0742·1097·11·10-3 = 14236 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·348·10-3·2430 = 16913 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·3761·10-3·1520 = 11433 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2430 Ам при Bz1 = 194 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 348 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 3805 – 01·44 = 3761 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0595·940 = 5593 А;
Fj = LjHj = 0214·257 = 550 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 940 Ам при Ba = 165 Тл;
Hj = 257 Ам при Bj = 119 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 14236 + 16913 + 11433 + 5593 + 55 = 232136 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 128·28 = 3584 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 12·0341 + 2·001 = 0429 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 12;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 076].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 026·0341 + 001 = 0099 м = 99 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 026.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 298 мм; b = 12 мм; h2 = 0; мм;
k = 087; k' = 082; l' = l = 0211 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 15619 = 082 по рис. 6-39 д kск' = 08].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0211(522 + 2275 + 103)·10–6 =
[h1 = 3805 – 15 – 07 – 01·44 – 05·79= 3146 мм; b = 79 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 0005 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 522 + 2275 + 103 = 8525.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1652·11051 + 18·1942·175) = 156302 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0437 – 00582)·00582·0211·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 348·10–3·75·10–3·42·0211·097·78·103 = 1750 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 025·1097·0742 = 0203;
для по рис 6-41 02 = 025.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 52·3761·10–3·637·10–3·0211·097·7800 = 1989 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 8213 + 35433 = 43646 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 156302 + 43646 = 199948 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 2 коэффициент Kт = 1].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·30372·0019 = 5257 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10142 = 1028; a = c1r1 = 1014·0019 = 0019; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1014(01 + 1014·0102) = 0206.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 199948 + 328222 = 52817 Вт.
Принимаем sн r2*' 0011 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь
s = 0002; 0004; 0007; 001; 0011; 0014; 0017.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 110 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 1995 А; cosφн = 095; н = 092; sн = 00105.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 110 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 2; I1н = 20129 А; Pст + Pмех = 5282 кВт;
Pдобн = 0598 кВт; I0a = 2448 А; I0р I = 3037 А; r1 = 0019 Ом; r2' = 0012 Ом;
c1 = 1014; a' = 1028 Ом; a = 0019 Ом; b' = 0; b = 0206 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 110 кВт 2p = 2
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 228 находим по рис. 6-46 φ = 121; по рис. 6-47 φ' = kд = 065.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 151·0012 = 0018 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 7];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0102·0618 = 0063 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 125 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 125·131621 = 164526 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 369 Тл находим = 062.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (19 – 4)(1 – 062) = 57 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 142 – 04 = 102.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 113·062 = 07.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 102 + 07 + 268 = 44.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (15 – 15)(1 – 062) = 513 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 196 – 036 = 16.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 103·062 = 064.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 16 + 064 + 2275 = 4515.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9410 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 110 кВт; 2p = 2; U1 = 220380 В;
r1 = 0019 Ом; r2' = 0012 Ом; I1н = 19947 А; I2н' = 19232; sн = 00105.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 110 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 022; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 180 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·348 + 165 + 12 = 981 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 181895 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 14 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 981 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 9721 – (1 – 022)(8001 + 156302) –
– 09·328222 = 492377 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 9469 + (107 – 1)(2268 + 1332) = 97210 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0437 + 8·045)(0211+2·0099) = 2034 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 045 м2 для h = 250 мм; по рис. 6-59 б
коэффициент подогрева воздуха αв = 28 Вт(м2·ºС) для Da = 0437 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (55-1000-23).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором по следующим данным:
)номинальная мощность – PН = 55 кВт
)напряжение статора – U1 = 220380 В
)синхронная скорость – nс = 1000 обмин
)коэффициент мощности – cosφ = 087
)коэффициент полезного действия – = 0925;
)пусковой момент mп = 12 о.е.
)критический момент mк = 20 о.е.
)пусковой ток iп = 65 о.е.
)конструктивное исполнение
)исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды –
)категория климатического исполнения – У3;
)прототип двигателя – 4АН250S6У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями. В первом разделе определяются главные размеры: внутренний диаметр статора и расчетная длина воздушного зазора. Во втором разделе определяется число пазов число витков и сечения провода обмотки статора. В третьем разделе производится расчет размеров зубцовой зоны с учетом размещаемых в ней проводников обмотки по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора. В четвертом разделе выполняется выбор воздушного зазора числа пазов ротора расчет размеров паза ротора и замыкающих колец. В пятом разделе выполняется расчет магнитной цепи и намагничивающего тока. В шестом разделе рассматривается расчет параметров схемы замещения для номинального режима. В седьмом разделе рассчитываются потери в стали электрические потери вентиляционные механические и добавочные потери при нагрузке. В восьмом разделе рассчитываются рабочие характеристики P1 I1 cosφ s = f(P2). В девятом разделе выполняется расчет пусковых характеристик с учетом эффекта вытеснения тока. В десятом разделе производится тепловой и вентиляционный расчеты с использованием средних значений коэффициентов теплоотдачи с поверхности и теплопроводности изоляции.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик21
Расчет пусковых характеристик24
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
В настоящее время двигатели данной серии практически сняты с производства однако повсеместно продолжают эксплуатироваться а взамен их выпускаются двигатели унифицированной серии АИ разработанной совместно со странами Интерэлектро и отвечающей перспективному уровню развития мирового электромашиностроения.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 б
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 250 мм и наружный диаметр статора
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 0705·0437 = 0308 м.
[KD = 0705 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0975 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-12 а
А = 435·103 Ам; В = 0865 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Принимаем l = 0173 м.
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 б).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 00123 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 72 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 6 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для двухслойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13 kР = 0958 = 0833
kоб1 = kР·kу = 0958·0966 = 0925]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-12 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 275·109 А2м3 по рис. 6-16 г].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода
dэл = 150 мм; qэл = 1767 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 1585 мм.
qэф = qэлnэл = 1767·2 = 3534 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 197 Тл; ярма статора Ba = 159 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза: bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 11 мм2.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 045(2·357 + 105 + 76) = 403 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 045 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 07 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 56.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0308 – 2·07·10-3 = 03066 м.
4. Длина l2 = l1 = 0173 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0437 = 01005 м = 100 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 091·10355·674 = 6351 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 23·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 180 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 81 мм; b2 = 33 мм; h1 = 433 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 433 + = 50 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (812 + 332) + (81 + 33)·433 = 27684 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·229·106 = 195·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·50 = 625 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 625·156 = 975 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 3066 – 625 = 2441 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0865·1166·07·10-3 = 11226 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·357·10-3·2760 = 19706 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·497·10-3·1520 = 15109 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2760 Ам при Bz1 = 197 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 357 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 50 – 01·33 = 497 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0214·726 = 15536 А;
Fj = LjHj = 00802·138 = 1107 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 726 Ам при Ba = 159 Тл;
Hj = 138 Ам при Bj = 085 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 11226 + 19706 + 15109 + 15536 + 1107 = 163718 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0806·68 = 5481 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 14·015 + 2·001 = 023 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 14;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 0833].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 05·015 + 001 = 0085 м = 85 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 05.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 328 мм; b = 76 мм; h2 = 0; мм;
k = 0906; k' = 0875; l' = l = 0173 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 172134 = 128 по рис. 6-39 д kск' = 125].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0173(307 + 0562 + 175)·10–6 =
[h1 = 50 – 03 – 07 – 01·33 – 05·81= 4462 мм; b = 81 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 001 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 307 + 0562 + 175 = 5382.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1592·4832 + 18·1972·2042) = 87906 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0437 – 00288)·00288·0173·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 357·10–3·607·10–3·72·0173·097·78·103 = 2042 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 036·1166·0865 = 0363;
для по рис 6-41 02 = 036.
3. Пульсационные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 56·497·10–3·852·10–3·0173·097·7800 = 3104 кг].
4. Сумма добавочных потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 5214 + 177 = 22914 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 87906 + 22914 = 110820 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 6 и Da = 0437 мм коэффициент Kт = 7].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·28922·0063 = 15807 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 1032 = 1061; a = c1r1 = 103·0063 = 0065; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 103(022 + 103·0312) = 0558.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 11082 + 20453 = 131273 Вт.
Принимаем sн r2*' 00171 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь
s = 0003; 0006; 0010; 0013; 00171; 0022; 0026.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 55 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 1032 А; cosφн = 0874; н = 0923; sн = 00170.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 55 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 6; I1н = 10355 А; Pст + Pмех = 131 кВт;
Pдобн = 03 кВт; I0a = 1571 А; I0р I = 2892 А; r1 = 0063 Ом; r2' = 00363 Ом;
c1 = 103; a' = 1061 Ом; a = 0065 Ом; b' = 0; b = 0558 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 55 кВт 2p = 6
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 312 находим по рис. 6-46 φ = 212; по рис. 6-47 φ' = kд = 048.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 204·00363 = 00741 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 65];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0312·0718 = 0224 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 130 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 13·47344 = 61547 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 433 Тл находим = 055.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (134 – 37)(1 – 055) = 437 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 188 – 025 = 163.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 117·055 = 0644.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 163 + 0644 + 113 = 3404.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (172 – 15)(1 – 055) = 706 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 155 – 0385 = 1165.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 175·055 = 0963.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 1165 + 0963 + 0562 = 269.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9926 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ и заданию.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 55 кВт; 2p = 6; U1 = 220380 В;
r1 = 0063 Ом; r2' = 00363 Ом; I1н = 10397 А; I2н' = 9481; sн = 0017.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 55 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 078; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-60 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 120 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·357 + 105 + 76 = 895 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 151585 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 14 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 895 мм; bизл1 = 0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) = 48461 – (1 – 078)(9384 + 87906) =
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 46346 + (107 – 1)(2043 + 9789) = 48461 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0437 + 8·045)(0173+2·0085) = 1705 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 045 м2 для h = 250 мм; по рис. 6-60 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 1050 Вт(м2·ºС) для Da = 0437 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
где nк и bк число и ширина радиальных вентиляционных каналов принимаем
nк = 5 и bк = 005 м; m – коэффициент m = 25 для двигателя 2p = 6;
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
В курсовом проекте рассчитан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором степенью защиты IP 23 на базе серии 4А со следующими техническими данными:
Прототип спроектированного двигателя 4АН250S6У3 имеет следующие технические характеристики: cosφн = 087; н = 0925; Mп* = 12 о.е.; Iп* = 65 о.е.; Mк* = 20 о.е.
У спроектированного двигателя несколько выше коэффициент мощности но ниже коэффициент полезного действия. Для увеличения КПД двигателя необходимо уменьшить активное сопротивление обмотки статора.
Во всяком случае электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (37-1000).doc

Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 37 кВт U1 = 220380 В n1 = 1000 обмин cosφ = 089 = 091; пусковой момент mп = 12 о.е. критический момент mк = 23 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 225 мм и наружный диаметр статора Da = 0392 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 072·0392 = 0282 м.
[KD = 072 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 097 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 347·103 Ам; В = 0803 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0012 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 72 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка двухслойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР·kу = 0925]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 203·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 3 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 16 мм; qэл = 2011 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 2011·3 = 6033 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 17 Тл; ярма статора Ba = 14 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:
bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 04·b1 + 09·b2 = 94.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·27 + 88 + 66) = 278 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 06 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 82.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0282 – 2·06·10-3 = 02808 м.
4. Длина l2 = l1 = 0189 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0392 = 00902 м = 90 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 092·6922·487 = 3101 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 18 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 55 мм; b2 = 37 мм; h1 = 235 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 235 + = 291 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (552 + 372) + (55 + 37)·235 = 12535 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·247·106 = 21·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·291 = 3638 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 3638·265 = 96407 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 2808 – 3638 = 24442 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0812·1206·06·10-3 = 9342 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·269·10-3·1150 = 6187 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·287·10-3·1520 = 8725 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1150 Ам при Bz1 = 17 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 269 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 291 – 01·37 = 287 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 019·400 = 76 А;
Fj = LjHj = 0082·158 = 1296 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 400 Ам при Ba = 14 Тл;
Hj = 158 Ам при Bj = 092 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 9342 + 6187 + 8725 + 76 + 1296 = 117228 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0766·72 = 5515 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 13·0134 + 2·001 = 0194 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 13;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 083].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 04·0134 + 001 = 0064 м = 64 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 04.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 245 мм; b = 66 мм; h2 = 0; мм;
k = 09; k' = 087; l' = l = 0189 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 10812 = 090 по рис. 6-39 д kск' = 08].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0215(329 + 0609 + 152)·10–6 =
[h1 = 291 – 03 – 07 – 01·37 – 05·55= 2498 мм; b = 55 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 003 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 331 + 1712 + 121 = 6232.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·142·4591 + 18·172·1634) = 59533 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0392 – 00281)·00281·0189·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 269·10–3·59·10–3·72·0189·097·78·103 = 1634 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 035·1206·0812 = 0343;
для по рис 6-41 02 = 035.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 82·287·10–3·502·10–3·0189·097·7800 = 1689 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 4109 + 28163 = 32272 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 59533 + 32272 = 91805 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0392) = 079].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·2022·0111 = 13588 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10222 = 1044; a = c1r1 = 1022·0111 = 0113; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1022(023 + 1022·0299) = 0547.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 91805 + 18654 = 110459 Вт.
Принимаем sн r2*' 0023 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0005; 0008; 0012; 0018; 0023; 003; 0035.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 37 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 699 А; cosφн = 090; н = 091; sн = 0022.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 37 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 6; I1н = 6922 А; Pст + Pмех = 1105 кВт;
Pдобн = 0203 кВт; I0a = 1108 А; I0р I = 202 А; r1 = 0111 Ом; r2' = 0074 Ом;
c1 = 1022; a' = 1044 Ом; a = 0113 Ом; b' = 0; b = 0547 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1787 находим по рис. 6-46 φ = 063; по рис. 6-47 φ' = kд = 083.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 132·0074 = 0098 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 65];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0299·0806 = 0241 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·42695 = 57638 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 406 Тл находим = 057.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (12 – 37)(1 – 057) = 36 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 162 – 019 = 143.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 104·057 = 059.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 143 + 059 + 083 = 285.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (108 – 15)(1 – 057) = 4 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 21 – 034 = 176.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 121·057 = 069.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 176 + 069 + 1712 = 4162.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9664 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 37 кВт; 2p = 6; U1 = 220380 В; r1 = 0111 Ом; r2' = 0074 Ом; I1н = 69856 А; I2н' = 64057; sн = 00225.
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 019; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 102Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·269 + 87 + 66 = 691 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 161685 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 142 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 691 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 40255 – (1 – 019)(858 + 59533) –
– 09·18654 = 268042 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 3848 + (107 – 1)(1625 + 911) = 40255 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0392 + 8·042)(0189+2·0064) = 1455 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 042 м2 для h = 225 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 215 Вт(м2·ºС) для Da = 0392 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.

АД (5,5-1500).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 55 кВт U1 = 220380 В n1 = 1500 обмин cosφ = 085 = 0855; конструктивное исполнение исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные и тепловые расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока15
Расчет параметров рабочего режима17
Расчет рабочих характеристик22
Расчет пусковых характеристик25
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 112 мм и наружный диаметр статора Da = 0191 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 068·0191 = 0130 м.
[KD = 068 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 097 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 265·103 Ам; В = 088 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
С целью запаса по индукции участков магнитной цепи машины принимаем l = 015.
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0011 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 36 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 3 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 096]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ1) = 185·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 118 мм; qэл = 0985 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 120 мм.
qэф = qэлnэл = 0985·2 = 197 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема однослойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 4
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора Bz1 = 19 Тл; ярма статора Ba = 16 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 05 мм; ширина шлица паза: bш = 35 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 01; Δhп = 01 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 025(2·167 + 104 + 79) = 129 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 025 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 04 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 44.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 013 – 2·04·10-3 = 01292 м.
4. Длина l2 = l1 = 015 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0191 = 00439 м = 44 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 089·1147·2042 = 2085 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 3·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 1 мм; hш = 05 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 185 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 5 мм; b2 = 3 мм; h1 = 14 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 05 + + 14 + = 188 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (52 + 32) + (5 + 3)·14 = 69345 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·301·106 = 256·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·188 = 235 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 235·122 = 2867 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1292 – 235 = 1057 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0658·1254·04·10-3 = 5248 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·167·10-3·2160 = 7214 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·185·10-3·1330 = 4921 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2160 Ам при Bz1 = 191 Тл; Hz2 = 1330 Ам при Bz2 = 185 Тл; hz1 = hп1 = 167 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 188 – 01·3 = 185 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0139·750 = 10425 А;
Fj = LjHj = 0053·152 = 806 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 750 Ам при Ba = 16 Тл; Hj = 152 Ам при Bj = 09 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 5248 + 7214 + 4921 + 10425 + 806 = 75846 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 064·156 = 9984 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 13·0115 + 2·001 = 017 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 13;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 04·0115 + 001 = 0056 м = 56 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 04.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 14 мм; b = 79 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 015 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 9211 = 08364 по рис. 6-39 д kск' = 07].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·015(342 + 0464 + 151)·10–6 =
[h1 = 188 – 03 – 05 – 01·3 – 05·5= 1520 мм; b = 5 мм; bш = 1 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 0015 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 342 + 0464 + 151 = 5394.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·162·87143 + 18·1912·2661) = 13824 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0191 – 00138)·00138·015·097·78·103 =
где ha = 05(Da – D) – hп1 = 05(0191 – 013) – 00167 = 00138 м;
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 167·10–3·39·10–3·36·015·097·78·103 = 2661 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 14; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 037·1254·0658 = 0305;
для по рис 6-41 02 = 037.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов Тл;
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 44·185·10–3·337·10–3·015·097·7800 = 311 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 601 + 50054 = 56064 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 13824 + 56064 = 194304 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0191) = 1052].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·3752·1236 = 52144 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ мал;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10282 = 1057; a = c1r1 = 1028·1236 = 1271; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1028(158 + 1028·1955) = 369.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 194304 + 315 = 225804 Вт.
Принимаем sн r2*' 0044 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0005; 001; 0015; 002; 0025; 003.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения sн = 0042
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 55 кВт; U1н = 220380 В; I1н = 116 А; cosφн = 088; н = 085; sн = 0042.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 55 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 4; I1н = 1147 А; Pст + Pмех = 02258 кВт;
Pдобн = 0032 кВт; I0a = 02885 А; I0р I = 375 А; r1 = 1236 Ом; r2' = 0839 Ом;
c1 = 1028; a' = 1057 Ом; a = 1271 Ом; b' = 0; b = 369 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 55 кВт 2p = 4
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1145 находим по рис. 6-46 φ = 012; по рис. 6-47 φ' = kд = 095.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 10538·0839 = 08841 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 35];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 1955·0774 = 1513 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения принимая cп1 = 1
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·5867 = 792 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 406 Тл находим = 06.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (11 – 35)(1 – 06) = 30 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния открытого паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 118 – 018 = 1.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 139·06 = 083.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 1 + 083 + 071 = 254.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (92 – 1)(1 – 06) = 33 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 22 – 038 = 182.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 151·06 = 091.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 182 + 091 + 0464 = 3194.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 8775 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 05 ÷ 02
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 55 кВт; 2p = 4; U1 = 220380 В; r1 = 1236 Ом; r2' = 0839 Ом; I1н = 1162 А; I2н' = 10398; sн = 0042.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 55 кВт 2p = 4 U = 220380 В
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 100 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·167 + 104 + 79 = 517 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 11812 = 098 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 11 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 517 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 10859 – (1 – 02)(2513 + 13824) –
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 10318 + (107 – 1)(501 + 272) = 10859 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0191 + 8·018)(015+2·0056) = 0534 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 018 м2 для h = 115 мм; по рис. 6-59
а коэффициент подогрева воздуха αв = 22 Вт(м2·ºС) для Da = 0191 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузовИ. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.

АД (3-1500).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 3 кВт U1 = 220380 В n1 = 1500 обмин cosφ = 083 = 082; пусковой момент mп = 20 о.е. критический момент mк = 22 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора10
Расчет намагничивающего тока15
Расчет параметров рабочего режима17
Расчет рабочих характеристик22
Расчет пусковых характеристик25
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 100 мм и наружный диаметр статора Da = 0168 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 065·0168 = 0109 м.
[KD = 065 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0965 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 254·103 Ам; В = 089 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0009 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 36 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 3 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 096]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 180·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 1 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 106 мм; qэл = 0883 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 0883·1 = 0883 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема однослойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 4
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 192 Тл; ярма статора Ba = 162 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 05 мм; ширина шлица паза:
bш = 35 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 01; Δhп = 01 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 028(2·141 + 72 + 49) = 113 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 028 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 03 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 26.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0109 – 2·03·10-3 = 01084 м.
4. Длина l2 = l1 = 0095 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0168 = 00386 м = 40 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 091·668·4785 = 2909 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 38·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 1 мм; hш = 05 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 185 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 57 мм; b2 = 15 мм; h1 = 175 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 05 + + 175 + = 219 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (572 + 152) + (57 + 15)·175 = 76635 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·38·106 = 323·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·219 = 2738 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 2738·138 = 37784 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1084 – 2738 = 8102 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·089·1325·03·10-3 = 5625 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·141·10-3·2160 = 6091 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·218·10-3·1770 = 7717 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2160 Ам при Bz1 = 191 Тл; Hz2 = 1770 Ам при Bz2 = 185 Тл; hz1 = hп1 = 141 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 219 – 01·15 = 218 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 012·826 = 9912 А;
Fj = LjHj = 0041·283 = 116 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 826 Ам при Ba = 162 Тл;
Hj = 283 Ам при Bj = 124 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 5625 + 6091 + 7717 + 9912 + 116 = 8113 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0482·216 = 10411 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 13·0097 + 2·001 = 0146 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 13;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 04·0097 + 001 = 0049 м = 49 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 04.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 129 мм; b = 49 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0095 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 13110 = 131 по рис. 6-39 д kск' = 137].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0095(296 + 1109 + 274)·10–6 =
[h1 = 219 – 03 – 05 – 01·15 – 05·57= 1810 мм; b = 57 мм; bш = 1 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 0015 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 296 + 1109 + 274 = 6809.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1622·53 + 18·1912·175) = 8805 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0168 – 00154)·00154·0095·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 141·10–3·48·10–3·36·0095·097·78·103 = 175 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 042·1325·089 = 0495;
для по рис 6-41 02 = 042.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 26·218·10–3·65·10–3·0095·097·7800 = 265 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 746 + 2544 = 329 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 8805 + 329 = 12095 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0168) = 1082].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·292·2876 = 7256 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ мал;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10372 = 1075; a = c1r1 = 1037·2876 = 2982; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1037(269 + 1037·507) = 8242.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 12095 + 1939 = 14034 Вт.
Принимаем sн r2*' 0063 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 00125; 003; 0045; 0060; 0063; 0075; 009.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 3 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 70 А; cosφн = 081; н = 079; sн = 0064.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 3 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 4; I1н = 668 А; Pст + Pмех = 014 кВт;
Pдобн = 0018 кВт; I0a = 0243 А; I0р I = 29 А; r1 = 2876 Ом; r2' = 2082 Ом;
c1 = 1037; a' = 1075 Ом; a = 2982 Ом; b' = 0; b = 8242 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 3 кВт 2p = 4
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1342 находим по рис. 6-46 φ = 0225; по рис. 6-47 φ' = kд = 092.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 1052·2082 = 219 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 6];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 507·0844 = 4279 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·2553 = 3447 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 456 Тл находим = 052.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (10 – 35)(1 – 052) = 31 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 12 – 01 = 11.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 243·052 = 126.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 11 + 126 + 098 = 334.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (131 – 1)(1 – 052) = 581 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 19 – 043 = 147.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 274·052 = 142.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 147 + 142 + 1109 = 3999.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9217 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 08 ÷ 05
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 3 кВт; 2p = 4; U1 = 220380 В; r1 = 2876 Ом; r2' = 2082 Ом; I1н = 7008 А; I2н' = 5794; sн = 00637.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 =3 кВт 2p = 4
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 98 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·141 + 72 + 49 = 403 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 106114 = 093 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 115 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 403 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 8384 – (1 – 02)(1788 + 8805) –
– 09·1939 = 60747 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 794 + (107 – 1)(424 + 210) = 8384 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0168 + 8·019)(0095+2·0049) = 0395 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 019 м2 для h = 100 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 215 Вт(м2·ºС) для Da = 0168 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
Спроектирован асинхронный двигатель с техническими данными: P2н = 3 кВт; U1н = 220380 В; cosφн = 081; н = 079; sн = 0064; Mп* = 19 о.е.; Iп* = 453 о.е. Mк* = 245 о.е. Прототип спроектированного двигателя 4А100S4У3 имеет следующие технические характеристики: cosφн = 083; н = 082; sн = 0053; Mп* = 2 о.е.; Iп* = 65 о.е.; Mк* = 22 о.е. Более низкий КПД и коэффициент мощности спроектированного двигателя объясняется тем что в начале расчета были выбраны бльшие электромагнитные нагрузки чем у прототипа. Однако у спроектированного двигателя отношение λ которое характеризует экономические данные машины находится в рекомендуемых пределах. Если не учитывать это соотношение и уменьшить электромагнитные нагрузки то возрастут размеры машины и активные материалы при этом будут недоиспользованы. Во всяком случае электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (3-1000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 30 кВт U1 = 220380 В nс = 1000 обмин cosφ = 076 = 081; пусковой момент mп = 20 о.е. критический момент mк = 25 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3; прототип двигателя 4А112М6У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 31.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик20
Расчет пусковых характеристик23
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
В настоящее время двигатели данной серии практически сняты с производства однако повсеместно продолжают эксплуатироваться а взамен их выпускаются двигатели унифицированной серии АИ разработанной совместно со странами Интерэлектро и отвечающей перспективному уровню развития мирового электромашиностроения.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 112 мм и наружный диаметр статора Da = 0191 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 07·0191 = 0134 м.
[KD = 07 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0955 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а:
А = 2575·103 Ам; В = 0862 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0009 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 36 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 2 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 0966]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 184·109 А2м3 по рис. 6-16 а].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 1 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 118 мм; qэл = 1094 мм2; диаметр изолированного провода dиз = 126 мм.
qэф = qэлnэл = 1094·1 = 1094 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема однослойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 6
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 19 Тл; ярма статора Ba = 16 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза: bш = 30 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 01; Δhп = 01 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 025(2·162 + 89 + 66) = 120 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 025 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 03 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 26.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0134 – 2·03·10-3 = 01334 м.
4. Длина l2 = l1 = 0104 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0191 = 00439 м = 60 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 081·738·5484 = 3278 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 075 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 19 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 75 мм; b2 = 2 мм; h1 = 229 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 075 + + 229 + = 287 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (752 + 22) + (75 + 2)·229 = 13242 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·248·106 = 211·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·287 = 3588 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 3588·61 = 21887 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1334 – 3588 = 9752 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0857·12·03·10-3 = 4905 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·162·10-3·2010 = 6512 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·285·10-3·2070 = 11799 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2010 Ам при Bz1 = 189 Тл; Hz2 = 2070 Ам при Bz2 = 19 Тл; hz1 = hп1 = 162 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 287 – 01·2 = 285 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0094·750 = 705 А;
Fj = LjHj = 005·185 = 925 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 750 Ам при Ba = 16 Тл;
Hj = 185 Ам при Bj = 1 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 4905 + 6512 + 11799 + 705 + 925 = 7534 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 047·246 = 11562 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 14·0079 + 2·001 = 0131 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 14;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 05·0079 + 001 = 005 м = 50 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 05.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 134 мм; b = 66 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0104 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 16112 = 134 по рис. 6-39 д kск' = 14].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0104(281 + 0372 + 371)·10–6 =
[h1 = 287 – 03 – 075 – 01·2 – 05·75= 2370 мм; b = 75 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 003 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 281 + 0372 + 371 = 6892.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·162·543 + 18·1892·257) = 10125 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0191 – 00123)·00123·0104·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 162·10–3·56·10–3·36·0104·097·78·103 = 257 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 04·12·0857 = 0411;
для по рис 6-41 02 = 04.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 26·285·10–3·749·10–3·0104·097·7800 = 437 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 542 + 8674 = 1409 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 10125 + 1409 = 11534 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 6 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0191) = 1052].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·3682·2578 = 10474 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ мал;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10762 = 1158; a = c1r1 = 1076·2578 = 2774; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1076(423 + 1076·7379) = 13095.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 11534 + 14 = 12934 Вт.
Принимаем sн r2*' 0055 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 001; 0025; 0035; 005; 0055; 0065; 008.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 3 кВт; U1н = 220380 В; I1н = 78 А; cosφн = 071; н = 078; sн = 0060.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 3 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 6; I1н = 738 А; Pст + Pмех = 013 кВт;
Pдобн = 002 кВт; I0a = 0312 А; I0р I = 368 А; r1 = 2578 Ом; r2' = 1646 Ом;
c1 = 1076; a' = 1158 Ом; a = 2774 Ом; b' = 0; b = 13095 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 3 кВт 2p = 6
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 176 находим по рис. 6-46 φ = 06; по рис. 6-47 φ' = kд = 088.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 118·1646 = 1942 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 6];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 7379·0853 = 6294 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 14 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 14·1921 = 2689 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 419 Тл находим = 055.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (12 – 3)(1 – 055) = 41 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 144 – 032 = 112.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 311·055 = 171.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 112 + 171 + 056 = 339.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (161 – 15)(1 – 055) = 657 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 18 – 041 = 139.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 371·055 = 204.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 139 + 204 + 0372 = 3802.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 10182 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 05 ÷ 02
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 3 кВт; 2p = 6; U1 = 220380 В;
r1 = 2578 Ом; r2' = 1646 Ом; I1н = 7823 А; I2н' = 5972; sн = 006.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 =3 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 019; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 91 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·162 + 89 + 66 = 479 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 118126 = 094 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 13 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 479 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 8444 – (1 – 019)(224 + 10125) –
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 799 + (107 – 1)(473 + 176) = 8444 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0191 + 8·032)(0104+2·005) = 0645 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 032 м2 для h = 112 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 21 Вт(м2·ºС) для Da = 0191 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
В курсовом проекте спроектирован асинхронный двигатель с техническими данными: P2н = 3 кВт; U1н = 220380 В; cosφн = 071; н = 078; sн = 0060; Mп* = 137 о.е.; Iп* = 35 о.е. Mк* = 227 о.е. Прототип спроектированного двигателя 4А100S4У3 имеет следующие технические характеристики: cosφн = 076; н = 081; sн = 0045; Mп* = 20 о.е.; Iп* = 60 о.е.; Mк* = 25 о.е. Более низкий КПД и коэффициент мощности спроектированного двигателя объясняется тем что в начале расчета были выбраны бльшие электромагнитные нагрузки чем у прототипа. Однако у спроектированного двигателя отношение λ которое характеризует экономические данные машины находится в рекомендуемых пределах. Если не учитывать это соотношение и уменьшить электромагнитные нагрузки то возрастут размеры машины и активные материалы при этом будут недоиспользованы. Низкий пусковой ток объясняется слабым действием эффекта вытеснения тока ротора при пуске который зависит от формы паза ротора. Активное сопротивление обмотки ротора уменьшается слабее. Также двигатель обладает более мягкой механической характеристикой так больше величина номинального скольжения. Во всяком случае электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (11-1000).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 11 кВт U1 = 220380 В n1 = 1000 обмин cosφ = 086 = 086; пусковой момент mп = 12 о.е. критический момент mк = 20 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 31.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик20
Расчет пусковых характеристик23
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
В настоящее время двигатели данной серии практически сняты с производства однако повсеместно продолжают эксплуатироваться а взамен их выпускаются двигатели унифицированной серии АИ разработанной совместно со странами Интерэлектро и отвечающей перспективному уровню развития мирового электромашиностроения.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 160 мм и наружный диаметр статора Da = 0272 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 072·0272 = 0196 м.
[KD = 072 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 0968 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 б
А = 301·103 Ам; В = 079 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 54 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 3 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 096]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 195·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 15 мм; qэл = 1767 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 1767·2 = 3534 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 18 Тл; ярма статора Ba = 145 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:
bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·196 + 87 + 67) = 218 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 04 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 44.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0196 – 2·04·10-3 = 01952 м.
4. Длина l2 = l1 = 0143 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0272 = 00626 м = 60 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 09·2253·1767 = 3583 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 18 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 7 мм; b2 = 4 мм; h1 = 217 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 217 + = 282 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (72 + 42) + (7 + 4)·217 = 14486 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·247·106 = 21·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·282 = 3525 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 3525·114 = 40185 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 1952 – 3525 = 15995 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0792·1279·04·10-3 = 6442 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·196·10-3·1520 = 5958 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·278·10-3·1520 = 8451 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 1520 Ам при Bz1 = 18 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 196 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 282 – 01·4 = 278 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0133·450 = 5985 А;
Fj = LjHj = 005·108 = 54 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 450 Ам при Ba = 145 Тл;
Hj = 108 Ам при Bj = 074 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 6442 + 5958 + 8451 + 5985 + 54 = 8535 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0642·135 = 8667 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 14·0113 + 2·001 = 0178 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 14;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 05·0113 + 001 = 0067 м = 67 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 05.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 171 мм; b = 67 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0143 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 13911 = 126 по рис. 6-39 д kск' = 13].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0143(279 + 0359 + 222)·10–6 =
[h1 = 282 – 03 – 07 – 01·4 – 05·7= 2330 мм; b = 7 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 003 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 279 + 0359 + 222 = 5369.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1452·1585 + 18·182·573) = 22552 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0272 – 00184)·00184·0143·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 196·10–3·5·10–3·54·0143·097·78·103 = 573 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 037·1279·0792 = 0375;
для по рис 6-41 02 = 037.
3. Пульсационные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 44·278·10–3·631·10–3·0143·097·7800 = 835 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 14 + 64347 = 7835 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 22552 + 7835 = 30387 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 6 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0272) = 0946].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·7322·0598 = 9613 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10332 = 1067; a = c1r1 = 1033·0598 = 0618; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1033(097 + 1033·139) = 2485.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 30387 + 5178 = 35565 Вт.
Принимаем sн r2*' 003 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0006; 001; 0015; 0022; 003; 004; 0045.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 11 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 228 А; cosφн = 086; н = 087; sн = 0029.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 11 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 6; I1н = 2253 А; Pст + Pмех = 036 кВт;
Pдобн = 006 кВт; I0a = 0487 А; I0р I = 732 А; r1 = 0598 Ом; r2' = 029 Ом;
c1 = 1033; a' = 1067 Ом; a = 0618 Ом; b' = 0; b = 2485 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 11 кВт 2p = 6
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 173 находим по рис. 6-46 φ = 055; по рис. 6-47 φ' = kд = 083.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 129·029 = 037 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 6];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 139·081 = 1126 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·9529 = 12864 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 52 Тл находим = 05.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (11 – 37)(1 – 05) = 37 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 144 – 02 = 124.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 202·05 = 101.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 124 + 101 + 08 = 305.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (139 – 15)(1 – 05) = 62 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 177 – 038 = 139.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 222·05 = 111.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 139 + 111 + 0359 = 2859.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9993 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 11 кВт; 2p = 6; U1 = 220380 В;
r1 = 0598 Ом; r2' = 029 Ом; I1н = 22838 А; I2н' = 20278; sн = 0029.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 11 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 б коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 97 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·196 + 87 + 67 = 546 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 151585 = 095 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 14 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобовых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 546 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 18066 – (1 – 02)(4462 + 22552) –
– 09·5178 = 122262 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 1716 + (107 – 1)(936 + 358) = 18066 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0272 + 8·032)(0143+2·0067) = 0946 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 032 м2 для h = 160 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 17 Вт(м2·ºС) для Da = 0272 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
В курсовом проекте спроектирован асинхронный двигатель с техническими данными: P2н = 11 кВт; U1н = 220380 В; cosφн = 086; н = 087; sн = 0029; Mп* = 145 о.е.; Iп* = 563 о.е. Mк* = 251 о.е. Степень защиты двигателя IP44. Обмотка статора однослойная концентрическая. В роторе пазы выполнены грушевидные закрытые с узкой нижней частью паза. Прототип спроектированного двигателя 4А160S6У3 имеет следующие технические характеристики: cosφн = 086; н = 086; Mп* = 12 о.е.; Iп* = 60 о.е.; Mк* = 20 о.е.
Спроектированная машина имеет несколько выше КПД а также пусковой момент и критический момент а следовательно и перегрузочную способность. Коэффициент насыщения зубцовой зоны намагничивающий ток а также активные и индуктивные сопротивления статора и ротора в относительных единицах находятся в допустимых пределах. Как правило электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (18,5-1500).doc

Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра электрических машин
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Пояснительная записка
РуководительКичигин В.Н.
Н. контрольКичигин В.Н.
Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 185 кВт U1 = 220380 В n1 = 1500 обмин cosφ = 088 = 0895; пусковой момент mп = 14 о.е. критический момент mк = 23 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
В курсовом проекте выполнен расчет асинхронного двигателя. Производятся электромагнитные тепловые и вентиляционные расчеты. При проектировании рассчитываются размеры статора и ротора выбираются типы обмоток обмоточные провода изоляция материалы активных частей машины. Отдельные части машины сконструированы так чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшим а при эксплуатации машина обладала наилучшими показателями.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 2 назв. Стр. 32.
Техническое задание1
Выбор главных размеров5
Определение числа пазов числа витков и сечения провода обмотки статора6
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора9
Расчет намагничивающего тока14
Расчет параметров рабочего режима16
Расчет рабочих характеристик21
Расчет пусковых характеристик24
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом накопленным поколениями инженеров-электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна высокие энергетические показатели простота обслуживания) являются наиболее распространенными среди всех электрических машин. В количественном отношении они составляют около 90% всего парка машин в народном хозяйстве а по установленной мощности – около 55%. Одним из недостатков асинхронных двигателей является неэкономическое регулирование частоты вращения.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Асинхронные двигатели выпускаются как правило большими сериями наиболее значительными из которых являются машины общего назначения – серии 4А АИ и серии специальных двигателей например крановых МТ взрывозащищенных ВР и др.
Серия 4А является массовой серией асинхронных двигателей рассчитанных на применение в различных областях промышленности. Она охватывает диапазон номинальных мощностей от 006 до 400 кВт и выполнена на 17 высотах оси вращения – от 50 до 355 мм.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 160 мм и наружный диаметр статора Da = 0272 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 068·0272 = 0185 м.
[KD = 068 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 097 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 335·103 Ам; В = 076 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0012 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 48 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 2 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 0958]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 183·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 14 мм; qэл = 1539 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 1539·2 = 3078 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
Схема однослойной концентрической обмотки статора Z = 48 2p = 4
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 195 Тл; ярма статора Ba = 165 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:
bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 02; Δhп = 02 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 04(2·219 + 103 + 78) = 248 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 04 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
Размеры паза в штампе показаны на рис. 2.
Спецификация паза статора
Односторонняя толщина мм
Высота оси вращения мм
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 05 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 38.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0185 – 2·05·10-3 = 01840 м.
4. Длина l2 = l1 = 0158 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0272 = 00626 м = 60 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 091·3559·1392 = 4508 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 25·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 15 мм; hш = 07 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 18 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 79 мм; b2 = 35 мм; h1 = 254 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 07 + + 254 + = 321 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (792 + 352) + (79 + 35)·254 = 17408 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·259·106 = 22·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·321 = 4013 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 4013·155 = 62202 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 184 – 4013 = 14387 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0746·1226·05·10-3 = 7271 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·219·10-3·2640 = 11563 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·318·10-3·1520 = 9667 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2640 Ам при Bz1 = 196 Тл; Hz2 = 1520 Ам при Bz2 = 18 Тл; hz1 = hп1 = 219 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 321 – 01·35 = 318 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0197·940 = 18518 А;
Fj = LjHj = 0057·168 = 958 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 940 Ам при Ba = 165 Тл;
Hj = 168 Ам при Bj = 095 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 7271 + 11563 + 9667 + 18518 + 958 = 11342 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 0778·92 = 7158 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 13·0162 + 2·001 = 0231 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 13;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 04·0162 + 001 = 0075 м = 75 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 04.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 189 мм; b = 78 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0158 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 15212 = 12667 по рис. 6-39 д kск' = 12].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0158(262 + 0498 + 207)·10–6 =
[h1 = 321 – 03 – 07 – 01·35 – 05·79= 2680 мм; b = 79 мм; bш = 15 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 0005 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 262 + 0498 + 207 = 5188.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1652·203 + 18·1962·591) = 33508 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0272 – 00216)·00216·0158·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 219·10–3·47·10–3·48·0158·097·78·103 = 591 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 037·1226·0746 = 0338;
для по рис 6-41 02 = 037.
3. Пульсационные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 38·318·10–3·649·10–3·0158·097·7800 = 938 кг].
4. Сумма добавочных потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 2176 + 91792 = 113552 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 33508 + 113552 = 448632 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 4 коэффициент
Kт = 13(1 – Dа) = 13(1 – 0272) = 0946].
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·9532·0284 = 7738 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ мал;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10242 = 1049; a = c1r1 = 1024·0284 = 0291; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1024(055 + 1024·0794) = 1396.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 448632 + 11651 = 565142 Вт.
Принимаем sн r2*' 0024 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 0005; 001; 0015; 0020; 0024; 0025; 003.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Результаты расчета приведены в табл. 2. Характеристики представлены на рис. 4.
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 185 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 358 А; cosφн = 089; н = 089; sн = 0026.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 185 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 4; I1н = 3559 А; Pст + Pмех = 0565 кВт;
Pдобн = 0103 кВт; I0a = 0625 А; I0р I = 953 А; r1 = 0284 Ом; r2' = 0147 Ом;
c1 = 1024; a' = 1049 Ом; a = 0291 Ом; b' = 0; b = 1396 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 185 кВт 2p = 4
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1. Данные расчета других точек сведены в табл. 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 5.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1978 находим по рис. 6-46 φ = 088; по рис. 6-47 φ' = kд = 077.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 146·0147 = 0215 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 7];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 0794·0815 = 0647 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·16964 = 22901 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 52 Тл находим = 048.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (12 – 37)(1 – 048) = 43 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 148 – 025 = 123.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 152·048 = 073.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 123 + 073 + 119 = 315.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (152 – 15)(1 – 048) = 712 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 166 – 039 = 127.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 207·048 = 099.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 127 + 099 + 0498 = 2758.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 9934 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 02 ÷ 01
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 185 кВт; 2p = 4; U1 = 220380 В; r1 = 0284 Ом; r2' = 0147 Ом; I1н = 35843 А; I2н' = 3284; sн = 0026.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 =185 кВт
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 02; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 108 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·219 + 103 + 78 = 619 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 141485 = 094 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 11 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 619 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 2351 – (1 – 02)(4759 + 33508) –
– 09·11651 = 159736 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 2241 + (107 – 1)(1095 + 476) = 23510 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0272 + 8·033)(0158+2·0075) = 1076 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 033 м2 для h = 160 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 20 Вт(м2·ºС) для Da = 0272 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.
В курсовом проекте рассчитан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на базе серии 4А. Номинальные данные двигателя:
)мощность – PN = 185 кВт;
)скорость вращения – nN = 1500 обмин;
)коэффициент мощности – cosφ = 0894;
)коэффициент полезного действия – = 0894;
)пусковой момент – mп = 178;
)критический момент – mк = 315;
)степень защиты – IP44.
Что соответствует заданию а величины пускового тока и минимального момента соответствуют требованиям ГОСТ.
При расчете магнитных цепей индукции приняты максимально допустимые.
Во всяком случае электрическая машина проектируется под конкретный электропривод и должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.
Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов И. П. Копылов Ф. А. Горяинов Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия 1980.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. – М.: Энергоатомиздат 1988.

АД (5,5-3000).doc

Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором: PН = 55 кВт U1 = 220380 В n1 = 3000 обмин cosφ = 091 = 0875; пусковой момент mп = 20 о.е. критический момент mк = 25 о.е. пусковой ток исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 6-7 а
Из табл. 6-6 принимаем значение h = 100 мм и наружный диаметр статора Da = 0168 м.
3. Внутренний диаметр статора
D = KDDa = 057·0168 = 0096 м.
[KD = 057 по табл. 6-7 коэффициент характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметра сердечника статора]
5. Расчетная мощность
[kE = 098 по рис. 6-8 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению]
6. Электромагнитные нагрузки по рис. 6-11 а
А = 23·103 Ам; В = 071 Тл.
7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно)
8. Расчетная длина воздушного зазора
Значение λ находится в рекомендуемых пределах (рис. 6-14 а).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ ЧИСЛА ВИТКОВ И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
1. Предельные значения зубцового деления t1 (по рис. 6-15)
t1ma t1min = 0012 м.
2. Число пазов статора
Принимаем Z1 = 24 тогда число пазов фазы приходящихся на один полюс
Обмотка однослойная.
3. Зубцовое деление статора (окончательно)
4. Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии что параллельные ветви в обмотке отсутствуют]:
где I1Н - номинальный ток обмотки статора
5. Принимаем a = 1 тогда
6. Окончательное число витков в фазе обмотки
Окончательное значение линейной нагрузки
[для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3-13: kоб1 = kР = 0958]
Индукция в воздушном зазоре
Значения A и B находятся в допустимых пределах (по рис. 6-11 а).
7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
[Значение произведения линейной нагрузки на плотность тока
(AJ1) = 138·109 А2м3 по рис. 6-16 б].
8. Сечение эффективного проводника (предварительно)
Принимаем число элементарных проводников nэл = 2 тогда сечение элементарного провода
Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28): диаметр элементарного провода dэл = 106 мм; qэл = 0883 мм2; диаметр изолированного провода
qэф = qэлnэл = 0883·2 = 1766 мм2
9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
1. Принимаем предварительно по табл. 6-10: индукция зубцов статора
Bz1 = 193 Тл; ярма статора Ba = 163 Тл тогда ширина зубца:
[по табл. 6-11 коэффициент заполнения сталью магнитопроводов для оксидированных листов стали kC = 097];
Высота ярма статора:
Высота шлица паза: hш = 1 мм; ширина шлица паза:
bш = 37 мм (по табл. 6-12)
2. Размеры паза в штампе принимаем:
3. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
[припуски на шихтовку и сборку сердечников Δbп = 01; Δhп = 01 мм].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:
Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 025(2·15 + 117 + 87) = 126 мм2
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 025 мм - по табл. 3-8.
4. Коэффициент заполнения паза
1. Воздушный зазор (по рис. 6-21) = 04 мм.
2. Число пазов ротора (по табл. 6-15) Z2 = 17.
3. Внешний диаметр D2 = D – 2· = 0096 – 2·04·10-3 = 00952 м.
4. Длина l2 = l1 = 0136 м.
6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник непосредственно насажен на вал
Dj = Dв = kвDa = 023·0168 = 00386 м = 40 мм
(kв = 023 - по табл. 6-16).
7. Ток в стержне ротора
I2 = kiI1i = 093·1047·3787 = 3687 А
[коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток k коэффициент приведения токов:
8. Площадь поперечного сечения стержня
[плотность тока в стержне литой клетке принимаем J2 = 35·106 Ам2].
9. Принимаем размеры паза bш = 1 мм; hш = 05 мм; высота перемычки над пазом hш' = 03 мм.
Допустимая ширина зубца
[индукция зубцов ротора Bz2 = 175 Тл по табл. 6-10].
Принимаем b1 = 85 мм; b2 = 47 мм; h1 = 102 мм.
hп2 = hш' + hш + + h1 + = 03 + 05 + + 102 + = 176 мм.
qс = (b12 + b22) + (b1 + b2)h1 = (852 + 472) + (85 + 47)·102 = 104348 мм2.
10. Плотность тока в стержне
11. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения
плотность тока в замыкающих кольцах
Jкл = 085J2 = 085·353·106 = 3·106 Ам2].
Размеры замыкающих колец:
bкл = 125hп2 = 125·176 = 22 мм;
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
qкл = bклaкл = 22·152 = 3344 мм2;
Dк.ср = D2 – bкл = 952 – 22 = 732 мм.
РАСЧЕТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
1. Значения индукций:
индукция в ярме ротора
[расчетная высота ярма ротора
2. Магнитное напряжение воздушного зазора
F = 159·106Bk = 159·106·0693·1226·04·10-3 = 5404 А
[коэффициент воздушного зазора
3. Магнитные напряжения зубцовых зон: статора
Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·15·10-3·2340 = 702 А;
Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·171·10-3·1330 = 4549 А
[по табл. П-17 напряженности поля в зубцах для стали 2013 Hz1 = 2340 Ам при Bz1 = 193 Тл; Hz2 = 1330 Ам при Bz2 = 175 Тл; hz1 = hп1 = 15 мм
hz2 = hп2 – 01·b2 = 176 – 01·47 = 171 мм].
4. Коэффициент насыщения зубцовой зоны
5. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:
Fa = LaHa = 0231·864 = 199584 А;
Fj = LjHj = 0079·272 = 2149 А
[по табл. П-16 напряженность поля ярма Hа = 864 Ам при Ba = 163 Тл;
Hj = 272 Ам при Bj = 122 Тл; длина средней магнитной линии ярма статора
длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
где высота спинки ротора
6. Магнитное напряжение на пару полюсов
Fц = F + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 5404 + 702 + 4549 + 199584 + 2149 = 877164 А.
7. Коэффициент насыщения магнитной цепи
8. Намагничивающий ток
относительное значение
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
1. Активное сопротивление фазы обмотки статора
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура
расч = 115 ºС. Удельное сопротивление меди ρ115 = 10–641 Ом·м.
Длина проводников фазы обмотки
L1 = lср1w1 = 073·112 = 8176 м
[средняя длина витка обмотки
длина пазовой части
длина лобовой части lл1 = Клbкт + 2 = 12·0174 + 2·001 = 0229 м
где длина вылета прямолинейной части катушек из паза B = 001 м;
по табл. 6-19; Кл = 12;
относительное укорочение шага обмотки статора 1 = 1].
Длина вылета лобовой части катушки
lвыл = Квылbкт + B = 026·0174 + 001 = 0055 м = 55 мм.
где по табл. 6-19 Квыл = 026.
Относительное значение
2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
[сопротивление стержня ·10–6 Ом;
сопротивление участка замыкающего кольца
где для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = Ом·м].
Приводим r2 к числу витков обмотки статора
3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
где по табл. 6-22 коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния
где h3 = 115 мм; b = 87 мм; h2 = 0; мм;
k = 1; k' = 1; l' = l = 0136 м.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
для относительного скоса пазов ск = 0 и
t2t1 = 17613 = 13538 по рис. 6-39 д kск' = 125].
4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
x2 = 79f1l'(λп2 + λл2 + λд2)·10–6 = 79·50·0136(227 + 0452 + 298)·10–6 =
[h1 = 176 – 03 – 05 – 01·47 – 05·85= 1208 мм; b = 85 мм; bш = 1 мм;
коэффициент демпфирования kд = 1 (для рабочего режима)];
Δz = 001 по рис. 6-39 а];
Σλ2 = λп2 + λл2 + λд2 = 227 + 0452 + 298 = 5702.
Приводим x2 к числу витков статора:
1. Потери в стали основные
= 26(16·1632·997 + 18·1932·178) = 14123 Вт
[удельные потери p1050 = 26 Вткг и = 15 для стали 2013 по табл. 6-24];
масса стали ярма статора
ma = (Da – ha)halст1kcγc = (0168 – 00210)·00210·0136·097·78·103 =
масса стали зубцов статора
mz1 = hz1bz1срZ1lст1kcγс = 15·10–3·48·10–3·24·0136·097·78·103 = 178 кг
удельная масса стали γс = 78·103 кгм3.
2. Поверхностные потери в роторе
Pпов2 = pпов2(t2 – bш2)Z2
удельные поверхностные потери
где k02 = 15; амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов
B02 = 02kB = 038·1226·0693 = 0323;
для по рис 6-41 02 = 038.
3. Пульсацонные потери в зубцах ротора
[амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
mz2 = Z2hz2bz2срlст2kcγc = 17·171·10–3·719·10–3·0136·097·7800 = 215 кг].
4. Сумма добавочный потерь в стали
Pст.доб = Pпов2 + Pпул2 = 104 + 17362 = 27762 Вт.
5. Полные потери в стали
Pст = Pстосн + Pстдоб = 14123 + 27762 = 168992 Вт.
6. Механические потери
[для двигателей 2p = 2 коэффициент
7. Добавочные потери при номинальном режиме
8. Холостой ход двигателя:
Pэ1хх = 3I2r1 = 3·2682·1129 = 2433 Вт;
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Последовательно включенные сопротивления схемы замещения
[используем приближенную формулу так как γ 1º;
Активная составляющая тока синхронного холостого хода
a' = c12 = 10182 = 1036; a = c1r1 = 1018·1129 = 1149; b' = 0;
b = c1(x1 + c1x2') = 1018(145 + 1018·2489) = 4056.
Потери не меняющиеся при изменении скольжения;
Pст + Pмех = 168992 + 7169 = 240682 Вт.
Принимаем sн r2*' 0036 и рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s = 00075; 0015; 002; 003; 0036; 004; 005.
После построения кривых уточняем значение номинального скольжения
Номинальные данные спроектированного двигателя: P2н = 55 кВт;
U1н = 220380 В; I1н = 106 А; cosφн = 091; н = 086; sн = 0036.
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2н = 55 кВт; U1н = 220380 В; 2p = 2; I1н = 1047 А; Pст + Pмех = 0241 кВт;
Pдобн = 0031 кВт; I0a = 0251 А; I0р I = 268 А; r1 = 1129 Ом; r2' = 0749 Ом;
c1 = 1018; a' = 1036 Ом; a = 1149 Ом; b' = 0; b = 4056 Ом
I1a = I0a + I2''cosφ2''
I1р = I0р + I2''sinφ2''
Pдоб = Pдобн(I1I1н)2
ΣP = Pст + Pмех + Pэ1 + Pэ2 + Pдоб
Рабочие характеристики асинхронного двигателя P2 = 55 кВт 2p = 2
U = 220380 В Рис. 49. РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
1. Рассчитываем точки характеристик соответствующие скольжениям
s = 1; 08; 05; 02; 01.
Подробный расчёт приведён для скольжения s = 1.
Параметры с учётом вытеснения тока ( = 115ºC):
для = 1069 находим по рис. 6-46 φ = 009; по рис. 6-47 φ' = kд = 095.
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения проникновения тока
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
r2' = KRr2' = 1041·0749 = 078 Ом.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока: по табл. 6-23 и рис. 6-40 а и
[при s =1 предварительно принимаем I2пI2н 75];
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
x2' = x2'Kx = 2489·0853 = 2123 Ом.
Ток ротора приблизительно без учета влияния насыщения
2. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения kнас = 135 и I1 I2' и проводим расчет для
kнасI1 = 135·5431 = 7332 А.
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
По рис. 6-50 для Bф = 568 Тл находим = 044.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1 = (t1 – bш1)(1 – ) = (13 – 37)(1 – 044) = 52 мм;
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
λп1нас = λп1 – Δλп1нас = 118 – 032 = 086.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
λд1нас = λд1 = 181·044 = 08.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
Σλ1нас = λп1нас + λд1нас + λл1 = 086 + 08 + 132 = 298.
Уменьшение коэффициента проводимости паза ротора
где дополнительное раскрытие паза ротора
c2 = (t2 – bш2)(1 – ) = (176 – 1)(1 – 044) = 93 мм;
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
λп2нас = λп2 – Δλп2нас = 143 – 045 = 098.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
λд2нас = λд2 = 298·044 = 131.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Σλ2нас = λп2нас + λд2нас + λл2 = 098 + 131 + 0452 = 2742.
Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:
Расчет токов и моментов:
Полученное значение тока I1 составляет 10360 % принятого при расчете влияния насыщения на параметры что допустимо.
Относительные значения
!Синтаксическая ошибка MП.
Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений x1нас и x2нас соответствующим скольжениям s = 05 ÷ 02
Кратность пускового и максимального моментов и пускового тока спроектированного двигателя удовлетворяют требованиям ГОСТ.
Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
P2 = 55 кВт; 2p = 2; U1 = 220380 В; r1 = 1129 Ом; r2' = 0749 Ом; I1н = 10578 А; I2н' = 9712; sн = 00361.
Пусковые характеристики спроектированного двигателя P2 = 55 кВт 2p = 2
1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
[по табл. 6-30 коэффициент учитывающий что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду К = 022; потери в пазовой части катушек
по рис. 6-59 а коэффициент теплоотдачи с поверхности α1 = 156 Вт(м2·ºС)].
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
[расчетный периметр поперечного сечения паза статора
Пп1 = 2hп + b1 + b2 = 2·15 + 117 + 87 = 504 мм;
для изоляции класса нагревостойкости F λэкв = 016 Вт(м·ºC);
по рис. 6-62 для ddиз = 106114 = 093 находим коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки λэкв' = 115 Вт(м·ºC)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
[потери в лобых частях катушек Вт; периметр условной поверхности охлаждения лобовой части катушки
Пл1 = Пп1 = 504 мм; bизл1 =0].
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:
[Сумма потерь отводимых в воздух внутри двигателя
ΣPв' = ΣP' – (1 – K)(Pэп1' + Pстосн) – 09Pмех = 9054 – (1 – 022)(1511 + 14123) –
– 09·7169 = 61286 Вт
где ΣP' = ΣP + (kρ – 1)(Pэ1 + Pэ2) = 864 + (107 – 1)(379 + 212) = 9054 Вт;
эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
Sкор = (Dа + 8Пр)(l1 + 2lвыл1) = (·0168 + 8·019)(0136+2·0055) = 0504 м2
где по рис. 6-63 условный периметр поперечного сечения ребер станины
Пр = 019 м2 для h = 100 мм; по рис. 6-59 а
коэффициент подогрева воздуха αв = 215 Вт(м2·ºС) для Da = 0168 м].
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
2. Расчет вентиляции. Требуемый для вентиляции расход воздуха
[коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхноти корпуса
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором больше требуемого для охлаждения.

1.cdw

Деталировка.cdw

Спецификация.frw

Асинхронный двигатель
Пояснительная записка
Подшипниковая крышка
0601 332241-01 013 СБ
Рым-болт ГОСТ 4751-73

АД-30-180.cdw

Технические характеристики:
мощность на валу двигателя: Р
номинальное напряжение: U
частота вращения двигателя: n
кратность пускового момента: m
кратность пускового тока: i
число пар полюсов: 2p=2;
высота оси вращения: h=180 мм;
коэффициент мощности: cos
Асинхронный двигатель

А2(Деталировка вала).frw

Лист статора.cdw

4А132М2У3.cdw

Кафедра Электрические машины
Асинхронный двигатель
с короткозамкнутым ротором
Номинальная мощность - P
Напряжение статора -– U
Синхронная скорость – n
Коэффициент мощности – cos
Коэффициент полезного действия–
Критический момент m
Прототип двигателя – 4А132M2У3

Асинхронный двигатель .cdw

Асинхронный двигатель
Выступающий конец вала
Короткозамыкающие кольца
Балансировочные грузы
Подшипниковая крышка
Вентиляционные лопатки
КП-2069829-1004-09-00
Подшипник 206 ГОСТ8338-75

АД-18,5-160(деталь-вентилятор).cdw

Неуказанные линейные радиусы R=4мм;
грунтовка ФЛ-ОЗК ГОСТ 9109-76.
Рабочие поверхности - прессформа

Обмотка 2-42-2-7-16.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 42 2p = 2 q = 7 a = 2 y = 16

Обмотка 2-72-6-4-4-10(№2).doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 q = 4 a = 4 y = 10

Обмотка 2-30-2-5-11-1.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 30 2p = 2 q = 5 a = 1 y = 11

Обмотка 2-48-4-4-2-10.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 48 2p = 4 q = 4 a = 2 y = 10

Обмотка 2-60-4-5-12.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 60 2p = 4 q = 5 a = 4 y = 12

Обмотка 2-60-4-5-12(сжатая).doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 60 2p = 4 q = 5 a = 4 y = 12

Обмотка 2-48-4-4-1-10.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 48 2p = 4 q = 4 a = 1 y = 10

Обмотка 2-48-4-4-4-10.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 48 2p = 4 q = 4 a = 4 y = 10

Обмотка 2-72-6-4-6-10(№2).doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 q = 4 a = 6 y = 10

Обмотка 1-36-6-2.doc

Схема однослойной концентрической обмотки статора: Z = 36 2p = 6 q = 2 а = 1.

Обмотка 2-72-6-4-1-10.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 q = 4 y = 10

обмотка 24-4-2-12.cdw

Обмотка 2-72-6-4-6-10.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 q = 4 a = 6 y = 10

Обмотка 2-36-2-6-14.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 2 q = 6 a = 2 y = 14

Обмотка 2-36-2-6-14-1.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 36 2p = 2 q = 6 a = 1 y = 14

Обмотка 1-24-4-4.doc

Схема однослойной концентрической обмотки статора: Z = 24 2p = 2 q = 4

Обмотка 1-48-4-4.doc

Схема однослойной концентрической обмотки статора: Z = 48 2p = 4 q = 4

Обмотка 2-72-6-4-4-10.doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 q = 4 a = 4 y = 10

Обмотка 1-54-6-3.doc

Схема однослойной концентрической обмотки статора: Z = 54 2p = 6 q = 3

Обмотка 2-72-6-4-4-10(еще).doc

Схема двухслойной концентрической обмотки статора Z = 72 2p = 6 q = 4 a = 4 y = 10

Щит.cdw

Раковины на поверхности замка не допускаются.
Точность отливки 8-0-0-8 ГОСТ 26645-85.
Неуказанные литейные радиусы не более 3мм.
Формовочные уклоны по ГОСТ 3212-80 в сторону
увеличения тела отливки.
Допуск овальности и конусообразности поверхности Ж
мм (полуразность диаметров).
Предельные отклонения параметров шероховатости 40%.

А1(Двигатель) на 14 декабря.cdw

Техническая характеристика:
) Синхронная скорость n
) Исполнение по способу защиты от
воздействия окружающей среды
Прототип спроектированного двигателя
Асинхронный двигатель
0601 332241-01 013 СБ

АД-22-200(деталь-вал).cdw

Неуказанные переходные радиусы R 0
Радиусы заданные без допусков выполнять по H12.
Острые кромки притупить до R 0
Смещение средней линии каждой шпоночной канавки
от оси вала не более 0
Размеры без указания допусков выполнять по H14.