Проектирование асинхронного двигателя 22 кВт

 

1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок

В качестве базовой модели двигателя выбрал двигатель марки 4A200L8УЗ, высота оси вращения мм, технические данные которого сведены в таблицу 1.

Таблица 1 -Технические данные двигателя базовой модели

Типоразмер двигателяМощность, кВтСкольжение, %КПД, %14A200L8УЗ222,788,50,8422121,26

Определяем расчетную мощность машины:

, (1.1)

где Вт - мощность двигателя;

- коэффициент, равный отношению ЭДС к номинальному напряжению, выбирается по рисунку 2.1 [1] в зависимости от числа полюсов и внешнего диаметра магнитопровода статора;

Вт.

Определяем полюсное деление:

,(1.2)

где - диаметр внутренней поверхности статора;

здесь м - внешний диаметр сердечника статора, выбирается по таблице 2.1 [1] в зависимости от высоты оси вращения м, так как в задании данный размер не оговаривается, принимаем высоту оси вращения базовой модели,

- коэффициент равный отношению внутреннего диаметра к внешнему, выбирается по таблице 2.2 в зависимости от числа полюсов .

м.

м.

Определяем расчетную длину машины:

, (1.3)

где - коэффициент формы поля;

- расчетный коэффициент полюсного перекрытия;

- обмоточный коэффициент;

А/м2 - линейная токовая нагрузка, выбирается по рисунку 2.3 [1];

Тл - магнитная индукция в воздушном зазоре;

- частота вращения ротора;

об/мин;

м.

Значения коэффициентов и зависят от распределения магнитной индукции в зазоре машины. В начале расчета рассматриваем магнитное поле синусоидальным.

Критерием правильного выбора главных размеров машин является отношение . Условие выполняется.

Длина машины , следовательно, магнитопровод статора выполняется без радиальных каналов, согласно [1] страница 18: .

2 Выбор число пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора

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

Определяем граничные значения зубцового деления по рисунку 3.1 [1] при м, м:

м, м.

Определяем диапазон возможных значений чисел пазов статора:

; (2.1)

.

Определяем число пазов на полюс и фазу:

, (2.2)

При :

.

Определяем зубцовое деление статора:

; (2.3)

м.

Определяем номинальный ток обмотки статора:

, (2.4)

где В - номинальное фазное напряжение.

А.

Определяем число эффективных проводников в пазу статора (предварительно) при отсутствии параллельных ветвей обмотки статора :

; (2.5)

.

асинхронный двигатель статор ротор

Число параллельных ветвей обмотки , так как при этом выполняется два условия: и - четное число при двухслойной обмотке.

Определяем число витков в фазе:

; (2.6)

.

Уточняем значение линейной токовой нагрузки:

; (2.7)

А/м2.

Согласно рекомендации [1] станица 20, выбираем двухслойную всыпную обмотку из медного провода круглого сечения. Обмотку статора укладываем пазы в ручную.

Определяем коэффициент распределения:

; (2.8)

.

Определяем шаг обмотки по пазам:

, (2.9)

где - относительный шаг обмотки, выбираем согласно [1] страница 21.

.

Обмотку выполняем с укороченным шагом.

Определяем коэффициент укорочения шага обмотки статора:

; (2.10)

.

Определяем обмоточный коэффициент:

; (2.11)

.

Определяем магнитный поток в воздушном зазоре машины:

; (2.12)

Вб.

Уточняем значение магнитной индукции в воздушном зазоре:

; (2.13)

Тл.

Определяем плотность тока в обмотке статора:

, (2.14)

где А2/м3 - тепловой фактор, выбираем согласно [1] рисунок 3.9.

А/м2.

Определяем предварительное значение сечения эффективного проводника обмотки статора:

; (2.15)

м2.

Выбираем , тогда мм2.

Выбираем марку обмоточного провода. Класс изоляции F (ТИ 155), при высоте оси вращения мм. Провод марки ПЭТ со следующими параметрами, по таблице Б.1 [1]:

мм - номинальное значение диаметра неизолированного провода;

мм - среднее значение диметра изолированного провода;

мм2 - площадь поперченного сечения неизолированного провода;

- площадь поперечного сечения эффективного проводника.

В качестве пазовой изоляции, пазовой крышки и изоляции между слоями выбираем пленкостеклопласты марки «Имидофлекс» класса нагревостойкости F (ТИ 155).

Магнитопровод статора и ротора выполняем шихтованным из электротехнической стали толщиной 0,5 мм, марки 2212, способ изолировки листов - оксидирование, согласно рекомендациям таблицы 3.2 [1].

Принятые обозначения размеров зубцовой зоны показаны на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - К определению размеров зубцовой зоны статора

Определяем предварительное значение ширины зубца статора:

, (2.16)

где Тл - магнитная индукция в зубце статора;

- коэффициент заполнения пакета сталью. Выбираем по рекомендациям предоставленным в таблице 3.2 [1].

м.

Определяем предварительное значение высоты ярма статора:

, (2.17)

где Тл - магнитная индукция в ярме статора.

м.

Определяем предварительное значение высоты паза статора:

;(2.18)

м.

Угол наклона грани клиновой части паза , согласно [1] страница 30.

Определяем размеры паза статора:

, (2.19)

где м - высота шлица, согласно таблице 3.4 [1];

м - ширина шлица, согласно таблице 3.4 [1].б5

м.

; (2.20)

м;

; (2.21)

м;

; (2.22)

м.

Уточняем значение высоты паза статора:

; (2.23)

м.

Полученные размеры определяют размеры паза в штампе. Для дальнейших расчетов необходимо определить размеры паза в свету после шихтовки.

Определяем размеры паза в свету:

, (2.24)

где мм - величина припуска на шихтовку по ширине;

мм;

; (2.25)

мм;

, (2.26)

где мм - величина припуска на шихтовку по высоте;

мм.

- пазовая изоляция; 2 - пазовая крышка; 3 - изоляция между слоями

Рисунок 2.3 - Пазовая изоляция обмотки статора

Определяем площадь поперечного сечения пазовой изоляции:

, (2.27)

где мм - толщина пазовой изоляции (рисунок 2.2, позиция 1), согласно таблице 3.1 [1];

мм2.

Определяем площадь поперечного сечения изоляции между слоями:

, (2.28)

где мм - толщина изоляции между слоями (рисунок 2.2, позиция 3), согласно таблице 3.1 [1];

мм2.

Определяем свободную площадь паза:

; (2.29)

мм2.

Определяем коэффициент заполнения свободной площади паза обмоточным проводом:

, (2.30)

Значение коэффициента заполнения свободной площади паза укладывается в рекомендуемый интервал , что свидетельствует о хорошем использовании зубцовой зоны статора.

Определяем уточненные значения ширины зубца, соответствующие размерам паза и :

; (2.31)

мм;

; (2.32)

мм.

Определяем среднее значение ширины зубца статора:

; (2.33)

мм.

Определяем расчетное значение ширины зубца статора:

;(2.34)

мм.

Определяем расчетное значение высоты зубца статора:

; (2.35)

мм.

Определяем уточненное значение высоты ярма статора:

; (2.36)

мм.

3 Выбор воздушного зазора

Воздушный зазор является одним из основных размеров асинхронного двигателя, так как он влияет на энергетические и виброакустические показатели, на использование активных материалов и надежность машины. Правильный выбор воздушного зазора определяет качество проектируемого двигателя.

Определяем величину воздушного зазора по формуле:

; (3.1)

мм.

4 Расчет короткозамкнутого ротора

Определяем наружный диаметр ротора:

;(4.1)

м.

Определяем число пазов ротора. Согласно таблице 5.1 [1], в зависимости от числа полюсов и числа пазов статора и при условии , пазы без скоса, высота оси вращения мм:

.

Определяем зубцовое деление ротора:

; (4.2)

м.

Определяем внутренний диаметр магнитопровода:

, (4.3)

где - коэффициент, определяемый по таблице 5.2 [1].

м.

Определяем длину магнитопровода ротора:

, (4.4)

так как высота оси вращения .

м.

Определяем предварительное значение тока в стержне обмотки ротора:

, (4.5)

где - коэффициент, зависящий от , определяем согласно рисунку 5.1 [1];

- коэффициент приведения токов для двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора;

здесь - коэффициент скоса, так скос пазов отсутствует.

;

А.

Определяем сечение стержня:

, (4.6)

где А/мм2 - плотность тока в стержнях обмотки ротора, согласно [1] страница 37.

А/мм2.

Согласно [1] страница 37 выбираем на роторе полузакрытые овальные пазы (рисунок 4.1). При такой конфигурации пазов ширина зубцов, на большей их высоте, остается неизменной, а так же позволяет ограничить величину пусковых токов.

Определяем ширину зубцов ротора:

, (4.7)

где Тл - магнитная индукция в зубцах ротора;

м.

Рисунок 4.1 - Овальный полузакрытый паз ротора

Определяем размеры паза:

, (4.8)

где мм, мм, мм - размеры шлицевой части, по рисунку.

мм;

; (4.9)

мм;

; (4.10)

мм.

Определяем уточненное значение сечения стержня:

; (4.11)

мм2.

Определяем высоту паза:

; (4.12)

мм.

В связи с округлением размеров паза , и , определяем уточненное значение ширины зубца ротора в двух сечениях:

; (4.13)

мм;

; (4.14)

мм.

Определяем расчетную ширину зубца:

; (4.15)

мм.

Определяем значение ширины зубца:

; (4.16)

мм.

Определяем ток кольца короткозамкнутого ротора:

, (4.17)

где .

;

А.

Определяем площадь поперечного сечения кольца:

, (4.18)

где - плотность тока в кольце.

мм2.

Короткозамкнутое кольцо имеет сечение в виде неправильной трапеции, большая сторона которой прилегает к торцевой поверхности сердечника ротора, рисунок.

Определяем ширину кольца:

, (4.19)

где - средняя высота кольца, выбирается согласно [1] страница 40.

мм

мм.

Определяем средний диаметр кольца:

; (4.20)

мм.

Рисунок 4.2 - Размеры короткозамкнутого кольца

5 Расчет магнитной цепи

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

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

Выполняя расчеты магнитной цепи асинхронного двигателя, считаем, что магнитная индукция в воздушном зазоре на поверхности статора и ротора распределена по синусоидальному закону, а по длине силовых линий поля магнитная индукция остается неизменной. В реальных машинах распределение магнитной индукции в воздушном зазоре является не синусоидальным из-за насыщения зубцовых зон ротора и статора. В ярме ротора и статора магнитная индукция по длине силовой линии поля не остается постоянной. Названные особенности распределения магнитного поля в поперечном сечении асинхронного двигателя учитываем в расчетах магнитной цепи, используя специальные кривые намагничивания зубцов и ярма асинхронного двигателя, представленных в таблицах и рисунках приложения В [1].

Определяем магнитное напряжение воздушного зазора:

, (5.1)

где Гн/м;

- коэффициент воздушного зазора, учитывающий возрастание магнитного сопротивления воздушного зазора, вызванное зубчатым строением поверхностей ротора и статора;

здесь - коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения поверхности статора;

;

- коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения поверхности ротора. На роторе закрытые пазы, поэтому, согласно [1] страница 42, значение коэффициента равно 1.

;

А.

Определяем магнитную индукцию в зубцах статора:

; (5.2)

Тл.

Определяем магнитную индукцию в зубцах ротора;

; (5.3)

Тл.

Считаем, что весь магнитный поток зубцового деления проходит через зубец, так как согласно [1] страница 42 Тл и Тл, зубец сильно не насыщен. Следовательно, по таблице В3 [1], определяем напряженность, для соответствующих значениях магнитной индукции:

А; А;

Определяем магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

, (5.4)

Ам;

Определяем магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

, (5.5)

где - расчетное значение высоты зубца ротора;

м.

Ам;

Определяем коэффициент насыщения зубцовой зоны:

, (5.6)

Значение коэффициента насыщения зубцовой зоны находится в пределах , согласно [1] страница 43, зубцовая зона хорошо использована, зазор выбран оптимальным.

Определяем магнитную индукцию в ярме статора:

, (5.7)

где - расчетная высота ярма статора.

Тл

Определяем магнитную индукцию в ярме ротора:

, (5.8)

где - расчетная высота ярма ротора, согласно рекомендации [1] страница 44, магнитопровод ротора непосредственно насажен на вал и ;

здесь - высота ярма ротора.

м.

Тл.

Определяем длину силовой линии поля в ярме статора:

, (5.9)

м.

Определяем длину силовой линии поля в ярме ротора:

, (5.10)

м.

Определяем магнитное напряжение ярма статора:

, (5.11)

где В - напряженность магнитного поля в ярме статора, согласно таблице В.4 [1].

.

Определяем магнитное напряжение в ярме ротора:

, (5.12)

где В - напряженность магнитного поля в ярме ротора, согласно таблице В.4 [1].

А.

Определяем магнитное напряжение всех участков магнитной цепи на пару полюсов:

, (5.13)

.

Определяем коэффициент насыщения магнитной цепи:

, (5.14)

.

Определяем намагничивающий ток:

, (5.15)

А.

Определяем намагничивающий ток в относительных единицах:

, (5.16)

.

Значение намагничивающего тока в относительных единицах находиться в пределах , что свидетельствует, согласно [1] страница 45, размеры машины и размерные соотношения участков магнитопровода выбраны правильно, материалы используются оптимально.

Определяем главное индуктивное сопротивление:

, (5.17)

где , В.

Ом.

Определяем главное индуктивное сопротивление в относительных единицах:

, (5.18)

.

6 Параметры асинхронного двигателя для установившегося режима

Под параметрами электрической машины понимаем активные и реактивные сопротивления обмоток и момент инерции ротора. Активные сопротивления обмотки статора определяем при расчетной температуре и при температуре 20°С. Активное сопротивление короткозамкнутого ротора определяем при расчетной температуре.

Активные сопротивления обмоток ротора и статора асинхронного двигателя

Определяем активное сопротивление обмотки статора:

, (6.1)

где Ом×м - удельное электрическое сопротивление обмотки статора (медь);

- средняя длина витка обмотки статора;

здесь - длина лобовой части обмотки статора;

- коэффициент, значение которого выбираем по таблице 7.2 [1], лобовые части изолированы лентой;

м - длина вылета прямолинейного участка катушки от торца сердечника до изгиба лобовой части. Обмотка статора укладывается в пазы до запрессовка сердечника статора в корпус;

- среднее значение ширины катушки;

- относительный шаг обмотки.

;

м;

м;

м;

Ом.

Определяем длину вылета обмотки статора:

, (6.2)

где - коэффициент, значение которого выбираем по таблице 7.2 [1].

м.

Определяем активное сопротивление стержня обмотки ротора:

, (6.3)

где - коэффициент увеличения активного сопротивления стержня вследствие вытеснения тока, для установившегося режима;

- длина стержня;

Ом.

Определяем активное сопротивление участка кольца, Ом:

; (6.4)

Ом.

Определяем сопротивление фазы ротора:

, (6.5)

где - коэффициент приведения;

;

Ом.

Определяем активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:

, (6.6)

где - коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора;

;

Ом.

Индуктивные сопротивления рассеяния асинхронного двигателя

Определяем индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора:

, (6.7)

где - коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора;

- коэффициент удельной магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки статора;

- коэффициент удельной магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора;

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора:

, (6.8)

где .

В двухслойных обмотках с укороченным шагом в некоторых пазах размещаются проводники разных фаз. Токи в этих проводниках сдвинуты во времени. В результате этого потоки пазового рассеяния уменьшаются и индуктивное сопротивление пазового рассеяния снижается. Это учитывается с помощью коэффициентов и .

; (6.9)

;

; (6.10)

.

.

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки статора:

; (6.11)

.

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора:

, (6.12)

где ;

здесь - коэффициент, определяемый по рисунку 7.2 [1], при и - отсутствие скоса.

;

Ом.

Определяем индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора:

, (6.13)

где - коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора;

- коэффициент удельной магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки ротора;

- коэффициент удельной магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора.

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния для овальных пазов ротора:

, (6.14)

где А - ток стержня обмотки ротора, определяемый по формуле (4.5). Принятые обозначения размеров паза ротора соответствуют рисунку 6.1;

- для номинального режима.

Рисунок 6.1 - К расчету коэффициента удельной магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки ротора:

; (6.15)

.

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора:

, (6.16)

где ;

- значение коэффициента находим по рисунку 7.4 [1].

;

.

Ом.

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора приведенного к обмотке статора:

; (6.17)

Ом.

Параметры машины принято выражать в относительных единицах . За базисное сопротивление принимаем отношение номинального фазного напряжения к номинальному фазному току:

; (6.18)

Ом.

Определяем параметры асинхронного двигателя в относительных единицах:; (6.19)

;

; (6.20)

;

; (6.21)

;

; (6.22)

.

Параметры машины позволяют уточнить значение коэффициента :

; (6.23)

7 Потери мощности в режиме холостого хода

Режимом холостого хода называют режим работы асинхронного двигателя без нагрузки на валу. Мощность, потребляемая из сети в этом режиме полностью идет на покрытие потерь. Эти потери включают в себя основные потери в магнитопроводе статора, добавочные потери в магнитопроводе статора и ротора, механические потери и потери мощности в обмотке статора.

Основные потери в магнитопроводе зависят от величины магнитной индукции, удельных потерь, технологических факторов и массы магнитопровода, а также от частоты перемагничивания магнитопровода. Частота перемагничивания ротора (где - скольжение ротор) очень мала даже при номинальной нагрузке. По этой причине основные потери в стали определяют только в магнитопроводе статора.

, (7.1)

где - основные потери в зубцах статора;

- основные потери в спинке статора.

; (7.2)

, (7.3)

где - показатель степени;

- удельные потери мощности при магнитной индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц, определяем по таблице 8.1 [1].

и - эти коэффициенты учитывают увеличение потерь в зубцах и в спинке из-за явления «наклепа» в процессе штамповки листов статора;

- масса стали зубцов статора;

- масса стали ярма статора.

; (7.4)

кг;

; (7.5)

кг.

Вт;

Вт;

Вт.

Добавочные потери в стали подразделяют на поверхностные и пульсационные.

Поверхностные потери вызваны пульсацией магнитной индукции в воздушном зазоре из-за раскрытия пазов. Потери возникают в поверхностном слое головок зубцов.

Определяем поверхностные потери на статоре:

; (7.6)

где ;

Поверхностные потери на роторе:

, (7.7)

где ;

- так как пазы на роторе выполняем полузакрытыми.

В этих формулах и - коэффициенты, учитывающие влияние обработки поверхностей головок зубцов статора и ротора на поверхностные потери.

Амплитуда пульсаций магнитной индукции в воздушном зазоре над головками зубцов:

; (7.8)

, (7.9)

Значения коэффициентов и завися от отношения ширины шлица к величине воздушного зазора и определяем по рисунку 8.1 [1]. При этом , а .

; .

;

Тл;

;

Вт;

;

Вт.

Определяем массу зубцов ротора:

; (7.10)

кг.

Определяем амплитуду пульсаций средних значений магнитной индукции в зубцах:

; (7.11)

;

; (7.12)

Тл.

Определяем пульсационные потери мощности в зубцах статора:

; (7.13)

.

Определяем пульсационные потери мощности в зубцах ротора:

; (7.14)

Вт.

Определяем добавочные потери в стали:

; (7.15)

Вт.

Добавочные потери в стали зависят от величины раскрытия пазов. Ширина шлица пазов статора больше, чем ширина шлица пазов ротора. Следовательно, добавочные потери мощности в зубцах ротора больше, чем зубцах статора.

Определяем полные потери мощности в стали:

; (7.16)

Вт.

Определяем механические потери в двигателе со степенью защиты и способом охлаждения :

, (7.17)

где при ;

Вт.

Определяем составляющую тока статора, которая практически равна току намагничивания:

; (7.18)

А.

Определяем потери мощности в обмотке статора в режиме холостого хода:

; (7.19)

Вт.

Определяем активную составляющую тока холостого хода:

; (7.20)

А.

Определяем ток холостого хода:

; (7.21)

А.

Определяем коэффициент мощности в режиме холостого хода:

; (7.22)

.

8 Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют зависимость от полезной мощности тока статора , потребляемой мощности , коэффициента полезного действия , коэффициента мощности и частоте вращения (или скольжения ).

Расчет рабочих характеристик производим по схеме замещения асинхронного двигателя, представленной на рисунке 8.1.

Рисунок 8.1 - Схема замещения асинхронного двигателя

Определяем коэффициент рассеяния статора:

; (8.1)

.

Определяем коэффициент сопротивления статора:

; (8.2)

.

Определяем расчетные значения параметров схемы замещения:

; (8.3)

Ом;

; (8.4)

Ом;

; (8.5)

Ом;

; (8.6)

Ом;

Определяем сопротивление короткого замыкания равны:

; (8.7)

Ом;

; (8.8)

Ом;

; (8.9)

Ом.

Определяем добавочные потери при номинальной нагрузке для асинхронных двигателей общего применения:

; (8.10)

Вт.

Определяем механическую мощность на валу двигателя:

; (8.11)

Вт.

Определяем сопротивление схемы замещения , эквивалентное механической мощности:

; (8.12)

Ом.

Определяем полное сопротивление рабочего контура схемы замещения:

; (8.13)

Ом.

Определяем номинальное скольжение:

; (8.14)

.

Определяем номинальную частоту вращения ротора:

; (8.15)

об/мин.

Определяем активную составляющую тока статора при синхронном вращении ротора:

; (8.16)

А.

Определяем реактивную составляющую тока статора при синхронном вращении ротора:

; (8.17)

А.

Определяем расчетный ток ротора:

; (8.18)

А.

Определяем активную составляющую тока статора:

; (8.19)

А.

Определяем реактивную составляющую тока статора:

; (8.20)

А.

Определяем фазный ток статора:

; (8.21)

А.

Определяем коэффициент мощности:

; (8.22)

.

Определяем потери мощности в обмотке статора:

; (8.23)

Вт.

Определяем потери мощности в обмотке ротора:

; (8.24)

Вт.

Определяем суммарные потери мощности в двигателе:

; (8.25)

Вт.

Определяем потребляемую мощность:

; (8.25)

Вт;

; (8.26)

Вт.

Определяем коэффициент полезного действия:

; (8.27)

.

Для расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя, задаемся рядом значений полезной мощности на валу двигателя и расчет производится по выше описанной методике. Результаты расчетов свели в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 - Результаты расчета рабочих характеристик

, кВт, кВт, А, о.е., о.е., об/мин1234560733,69,480,0670,000749,9222002966,99,770,2650,742747,7744005237,010,510,4360,840745,5666007545,811,630,5680,875743,2988009895,813,0610,6630,889740,951100012289,614,740,7300,895738,521320014730,716,610,7770,896735,981540017223,318,640,8090,894733,331760019772,520,830,8310,890730,541980022384,923,150,8460,884727,592200025068,725,630,8560,877724,442420027835,028,260,8630,869721,042640030698,831,060,8650,860717,33

Рисунок 8.1 - Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При расчете рабочих характеристик значения параметров асинхронного двигателя максимально приближенны к значениям двигателя аналога.

9 Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя

Определяем коэффициенты увеличения сопротивления и демпфирования:

; (9.1)

, (9.2)

где - приведенная высота стержня.

При литой алюминиевой обмотке ротора при расчетной температуре 115°С:

, (9.3)

где - высота стержня в пазу.

; (9.4)

м;

м;

;

.

В расчетах параметров массивных стержней с произвольной конфигурацией поперечного сечения принято определять коэффициенты:

; ; - согласно рисункам 10.1 и 10.2 [1].

Определяем расчетную глубину проникновения тока в стержень:

; (9.5)

м.

Определяем сечение стержня на расчетной глубине:

, (9.6)

где - ширина паза ротора на расчетной глубине;

м;

м2.

Определяем расчетный коэффициент увеличения сопротивления стержня:

, (9.7)

где мм2 - сечение стержня, определенное по формуле (4.11).

.

Определяем коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки ротора в результате эффекта вытеснения тока:

; (9.8)

.

Определяем активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора, с учетом эффекта вытеснения тока:

; (9.9)

.

Определяем уточненный ток стержня:

, (9.10)

где А - приведенный ток обмотки ротора в режиме номинальной нагрузке;

А.

Определяем значение индуктивного сопротивления рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора, с учетом эффекта вытеснения тока:

, (9.11)

где ,

здесь

;

;

;

Ом.

Определяем коэффициент рассеяния статора в режиме пуска:

; (9.12)

.

Определяем коэффициент сопротивления статора:

; (9.13)

.

Параметры схемы замещения в режиме пуска (рисунок 8.1):

; (9.13)

Ом;

; (9.14)

Ом;

; (9.15)

Ом;

; (9.16)

Ом.

Определяем полное пусковое сопротивление:

; (9.17)

Ом.

Определяем расчетный ток ротора при пуске:

; (9.18)

А.

Предварительное значение тока ротора при пуске с учетом влияния насыщения:

, (9.19)

где - коэффициент насыщения.

А.

Определяем расчетную намагничивающую силу пазов статора и ротора:

, (9.20)

где .

А.

Определяем эквивалентное раскрытие паза:

, (9.21)

где мм - ширина паза. Размер паза, ближайший к зоне шлица;

мм;

Определяем уменьшение проводимости пазового рассеяния:

; (9.23)

;

Определяем коэффициенты удельной магнитной проводимости пазового рассеяния:

; (9.25)

;

; (9.26)

.

Определяем коэффициент удельной магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

; (9.27)

, (9.28)

где ;

;

;

.

Определяем расчетное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора:

; (9.29)

Ом.

Определяем расчетное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора, с учетом насыщения и вытеснения тока:

; (9.30)

Ом.

Определяем полное сопротивление рабочего конура схемы замещения с учетом насыщения и вытеснения тока в обмотке ротора при пуске двигателя:

, (9.31)

где

; (9.32)

Ом;

; (9.33)

Ом;

Ом.

Определяем расчетный ток ротора при пуске:

; (9.34)

А.

Определяем активную составляющую тока статора при пуске:

; (9.35)

А;

; (9.36)

А;

Определяем ток статора при пуске:

; (9.37)

А.

Определяем кратность пускового тока:

; (9.37)

.

Определяем пусковой момент:

; (9.38)

Нм;

Определяем кратность пускового момента:

; (9.39)

.

Таблица 9.1 - Результаты расчета пусковых характеристик

s10,90,80,70,60,50,40,30,20,10Km1,131,141,181,241,311,441,511,591,61,230Ki6,26,136,045,925,765,545,24,73,842,440,37

Рисунок 9.1 - Пусковые характеристики асинхронного двигателя

При расчете пусковых характеристик получили кратность пускового тока 6,2 и кратность пускового момента 1,13.

10 Тепловой и вентиляционный расчет асинхронного двигателя

Работа асинхронного двигателя сопровождается потерями мощности, которые в форме потоков тепловой энергии передаются от наиболее нагретых частей машины к менее нагретым и, в конечном итоге, передаются с охлаждаемых поверхностей окружающей среде. Передача тепла в твердых телах происходит посредством теплопроводности, а с нагретых поверхностей отдача тепла происходит преимущественно посредством конвекции и лучеиспускания. На пути движения тепловых потоков возникают перепады температуры. Цель теплового расчета асинхронного двигателя - это определение превышения температуры его отдельных частей над температурой охлаждающего воздуха.

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором наиболее сильно, как правило, нагревается обмотка статора. Допустимое среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды (перегрев обмотки статора) зависит от класса нагревостойкости (температурного индекса) выбранного изоляционного материала. Перегрев обмотки статора должен быть ниже допустимых значений, установленных ГОСТ 183 - 74.

Определяем потери мощности в обмотке статора подразделяют на потери в пазовой и лобовой части обмотки статора, согласно [1] по формуле

, (10.1)

где - коэффициент увеличения потерь для изоляции класса нагревостойкости F.

Вт.

Определяем потери мощности в лобовой части обмотки статора, согласно по формуле

, (10.2)

Вт.

Определяем периметр поперечного сечения паза, согласно [1] по формуле:

, (10.3)

м.

Определяем перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки, согласно [1] по формуле:

, (10.4)

где мм - односторонняя толщина пазовой изоляции;

- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции;

- среднее значение коэффициента теплопроводности внутри изоляции катушки всыпной обмотки.

°С.

Определяем превышение температуры внутренней поверхности магнитопровода статора над температурой воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле:

, (10.5)

где - коэффициент, учитывающий, что только часть потерь мощности в стали и пазовой части обмотки статора передается воздуху внутри машины, а остальная часть потерь передается через станину наружному воздуху;

- коэффициент теплоотдачи с поверхности.

.

Определяем перепад температуры по толщине изоляции лобовой части катушки из круглого провода, согласно [1] по формуле:

, (10.6)

где - условный периметр охлаждения лобовой части одной катушки;

- односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки, при отсутствии изоляции мм.

.

Определяем превышение температуры поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле:

, (10.7)

.

Определяем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле

, (10.8)

.

Определяем потери мощности, отводимые в воздух внутри машины, согласно [1] по формуле:

, (10.9)

где ,

Вт;

Вт.

Определяем поверхность ребер станины, согласно [1] по формуле:

, (10.10)

где м - условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя.

.

Определяем превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле:

, (10.11)

где - коэффициент подогрева воздуха.

.

Определяем среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, согласно [1] по формуле:

, (10.12)

.

Определяем требуемый расход воздуха, согласно [1] по формуле:

, (10.13)

где - коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины.

, (10.14)

где - коэффициент;

об/мин - частота вращения ротора в номинальном режиме.

;

м3/сек.

Определяем расход воздуха, который может быть получен при заданных размерах двигателя, согласно [1] по формуле:

, (10.15)

м3/сек

Для нормального охлаждения асинхронных двигателей необходимо, чтобы расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, был больше требуемого, то есть выполнялось условие:

; (10.16)

.

11 Результаты проектирования асинхронного двигателя на ЭВМ

Задание на проектирование асинхронного двигателя:

полезная мощность P2 = 22 кВт.

фазное напряжение U1 = 380 В.

синхронная частота вращения N1 = 750 об/мин.

частота сети f1 = 50 Гц.

число фаз M1 = 3.

конструктивное исполнение M1001.

исполнение по способу защиты IP44.

машина должна удовлетворять требованиям ГОСТа 183-74

ВЫБОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ МАШИНЫ

Число пар полюсов P = 60*f1/N1 = 4.

Высота оси вращения H = F (P2,2P) = 200 мм.

Внешний диаметр статора Da = F (H) = 0.349 м.

Коэффициент Kd = Di/Da = F (2P) = 0.735.

Внутренний диаметр статора Di = Kd*Da = 0.256 м.

Полюсное деление tau = Pi*Di/2P = 0.101 м.

Коэффициент Ke = E1/U1 = F (Da,2P) = 0.952.

КПД (предварительно) КПД = F (P2,2P) = 0.885.fi (предварительно) Cos fi = F (P2,2P) = 0.84.

Расчетная мощность P` = Ke*P2/КПД/Cos fi = 28.173 кВА.

Коэффициент формы поля Kb = F (насыщения) = 1.11.

Расчетный коэффициент полюсного

перекрытия Alfa = F (насыщения) = 0.64.

Обмоточный коэф. (предварительно) Kоб = F ( q,y ) = 0.902.

Линейная нагрузка (предварительно) A = F (Da,2P) = 34860 А/м^2.

Индукция в зазоре (предварительно) B`dt = F (Da,2P) = 0.78 Тл.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ, ЧИСЛА ВИТКОВ, СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ И РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ ЗУБЦОВ СТАТОРА

?Вш1?

???x x x x x x x x x x??? Эскиз паза статора

? x x Hш1

? x x??????????? Размеры паза в штампе (мм)

? x x H2 Вш1 = 3.7 Нш1 = 1

? x x??????? В2 = 6.5 В1 = 8.5

? ? ? ? Н1 = 22.5 H2 = 1.4

? ? ? ? Нn1 = 24.9

Hп1 x x ?

? ??????B2??????? H1 Размеры паза в свету (мм)

? ? ? ?

? x x ? B1` = 8.3 B2` = 6.3

? ? ? ? Н1` = 22.3

? ? ? ?

????x x x x x x x x x x????

? ?

????????B1??????? ?

Зубцовые деления статора:

минимальное T1_min = 0.0102

максимальное T1_max = 0.0138

Диапазон числа пазов статора z1 = 58 - 79

Число пазов статора Z1 = 72.

Число пазов на полюс и фазу Q = Z1/M1/2P = 3.0 .

Зубцовое деление статора T1 = Pi*Di/Z1 = 11.17 мм.

Число слоев обмотки стоатора Слоев = 2.

Шаг обмотки по пазам Y1 = Z1/2P+-Eps = 7.

Обмоточный коэффициент: Коб = Кр*Ку = 0.902.= 0.9397.

Кр = 0.9598.

Число параллельных ветвей A1 = 2.

Ток статора (предварительно) I1 = P1/КПД/Cos fi/M1/U1 = 26.0 A.

Сечение эффективного проводника (а = 1) qэф = 2.144 мм^2

Число элемент. проводников в одном эффет. Nэл = 1.

Число эффективных проводников в пазу:

(предварительно) U"п = 15.00

(окончательно ) Uп = 30.

Число витков в фазе W1 = Un*P*Q/A1 = 180.

Марка обмоточного провода ПЭТ.

Диаметр изолированного элемент. проводника Dиз = 1.785 мм.

Линейная токовая нагрузка (окончательно) Аyt( A/м ) = 34860.15.

Тепловой фактор (предварительно) АJ(А^2/мм^3) = 211.0

Плотность тока (предварительно) J(А/мм^2) = 6.053

Магнитный поток в зазоре Фdt( Вб ) = 0.01004.

Магнитная индукция в зазоре (окончательно) Bdt( Тл ) = 0.78419.

Плотность тока (предварительно) J1( А/мм^2 ) = 6.05

Магнитная индукция в зубце (предварительно) Bz(Тл) = 1.860

Магнитная индукция в ярме (предварительно) Ba(Тл) = 1.198

Ширина зубца статора (предварительно) bz1(мм) = 4.855

Высота ярма статора (предварительно) ha1(мм) = 21.594

Размеры паза статора (предварительно) :(мм) = 8.488(мм) = 6.526(мм) = 22.506(мм) = 1.400

Односторонняя толщина пазовой изоляции Виз = 0.4 мм.

Площадь поперечного сечения пазовой изоляции Sиз( мм^2 ) = 25.9200.

Площадь поперечного сечения прокладки Sпр( мм^2 ) = 4.0000.

Площадь паза для размещения проводников Sпр( мм^2 ) = 132.9

Коэффициент заполнения пакета сталью Kc = 0.97.

Коэффициент заполнения паза Kзап = Dиз^2*Nэл*Un/Sпр = 0.719.

РАСЧЕТ РОТОРА

Эскиз паза ротора

??????????x x x x x x x x x?????

? Нш2` Нш2 = 0.7 мм. Вш2 = 1.5 мм.

? x x x??????????? Нш2` = 0.3 мм.

? x x Нш2 B12 = 5.5 мм. B22 = 4.4 мм.

? x x??????????? Н2 = 12.6 мм.

? x x Hn2 = 18.5 мм.

? x x

Hn2 x?????В12?????x??????

? ? ? ?

? x x H2

? ? ? ?

? x???В22???x????????

? x x

????????????????x x x

Воздушный зазор delta = F (Di, 2p, H) = 0.5 мм.

Число пазов ротора Z2 = F (Z1, 2p, Cкос) = 72.

Внешний диаметр ротора D2 = Di-2*delta = 0.2550 м.

Зубцовое деление ротора T2 = Pi*D2/Z2 = 11.13 мм.

Длина ротора L2 = L1 = 0.2 м.

Скос пазов Вetck = 11.20 мм.

Относительный скос пазов betta_sk=Вetck/t2 = 0.090

Угол скоса alfsk = pi*2p*beta_sk/z2 = 0.03137

Коэффициент скоса Kck = F (alfck) = 1.000.

Коэффициент Кв = F(H, 2p) = 0.23.

Внутренний диаметр ротора Dj = Da*Кв = 0.080 м.

Коэффициент приведения токов Vi = 2*M1*W1*Koв/Z2 = 13.531.

Коэффициент Кi = F (Cos fi) = 0.88.

Ток в стержне (предварительно) I2 = Ki*Vi*I1 = 309.58 А.

Плотность тока в стержне (предварит.) J2( А/мм^2 ) = 3.70

Сечение стержня (предварительно) Qc( мм^2 ) = 83.67

Сечение стержня (окончательно) Qc( мм^2 ) = 81.85

Магнитная индукция в зубце ротора

(предварительно) Bz2 = 1.6970 Тл

Ширина зубца (предварительно) bz2(мм) = 5.301

Размеры паза ротора (предварительно):(мм) = 5.499(мм) = 4.360(мм) = 12.605

Плотность тока в кольце (предварит.) Jk = 0.85*J2( А/мм^2. ) = 3.15

Ток в кольце (предварительно) Ikl = 891.40 А.

Сечение К. З. кольца (предварительно) Qk ( мм^2 ) = 283.433

Размеры К. З. кольца (предварительно) Вкл = 1.25*Нn1 = 23.188 мм.кл = Qк/Вкл = 12.224 мм.

Размеры К. З. кольца (окончательно) Вкл = 23.2 мм.кл = 12.2 мм.

Сечение К. З. кольца (окончательно) Qk ( мм^2 ) = 283.040

Средний диаметр К. З. кольца Dк = D2-Вкл = 231.8 мм.

РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ И ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯ

Марка электротехнической стали 2212.

Высота спинки статора ha1 = (Da-Di)/2-Hn1 = 21.6 мм.

Высота спинки ротора ha2 = (Da-db)/2-Hn2 = 69 мм.

Длина силов. линии в спин. стат. La1 = Pi*(Da-Ha1)/2p = 128.6 мм.

Длина силов. линии в спин. ротора La2 = Pi*(Di2+Ha2)/2P = 58.5 мм.

Ширина зубца статора:(мм) = 4.8430(мм) = 4.8795

Средняя ширина зубца статора bз1 = (Bз1max+Bз1min)/2 = 4.8613

Расчетн. ширина зубца стат. bз1 = (Bз1max+2*Bз1min)/3 = 4.86 мм.

Ширина зубца ротора:(мм) = 5.2992(мм) = 5.3040

Средняя ширина зубца ротора bз2 = (Bз2max+Bз2min)/2 = 5.3016

Расчетн. ширина зубца ротора bз2 = (Bз2max+2*Bз2min)/3 = 5.30 мм.

Коэффициент воздушного зазора: K'd1 = 1.246'd2 = 1.000

K'd = F(Вш1,Вш2,Delta) = 1.246.

Магнитный поток в зазоре Ф( Вб ) = E/4.44/W1/Kоб/F1 =10.038e-3

Магнитная индукция в зазоре B`d = p*Ф*/Di/L1 = 0.78419 Тл.

Магнитная индукция в зубце статора Вz1 = B`d*T1/Bз1/Kfe = 1.860 Тл.

Магнитная индукция в зубце ротора Вz2 = B`d*T2/Bз2/Kfe = 1.697 Тл.

Магнитная индукция в спинке статора Ba1 = Ф/2/Ha1/L1/Kfe = 1.198 Тл.

Магнитная индукция в спинке ротора Ba2 = Ф/2/Ha2/L2/Kfe = 0.375 Тл.

Коэф. вытеснения потока в паз стат. Knx1 = Bn1/Bз1/Kfe = 1.522.

Коэф. вытеснения потока в паз ротора Knx2 = Bn2/Bз2/Kfe = 0.998.

Напряжённость магнитного поля:

в зубцах статора Hz1(А/м) = 3550

в зубцах ротора Hz2(А/м) = 1900

в ярме статора Ha1(А/м) = 410

в ярме ротора Ha2(А/м) = 89

Магнитное напряжение зазора F`d = 1.6*B`d*K'd*Delta = 777.0 A.

Магнитное напряжение зубц.статора Fz1 = 2*Hn1*Hz1 = 176.8 A.

Магн. напряжение зубца ротора Fz2 = 2*(Hp2-0.1*B22)*Hz2 = 68.6 A.

Магнитное напряжение спинки статора Fa1 = La1*Ha1 = 52.7 A.

Магнитное напряжение спинки ротора Fa2 = La2*Ha2 = 5.2 A.

Коэфф. насыщ. зубцовой зоны Kz1 = 1+(Fz1+Fz2)/F`d = 1.316.

Магн. напр. на пару полюсов Fц = F`d+Fz1+Fz2+Fa1+Fa2 = 1080.4 A.

Коэфф. насыщения магнитной цепи Кmy = Fц/F`d = 1.39.

Намагничивающий ток Imy = p*Fc/0.9/M1/W1/Коб = 9.9 A.

Относительное значение Imy Imy* = Imy/In = 0.379.

Индуктивное сопротивление главного поля Xmy = E/Imy = 36.69 Oм.

Относительное значение Xmy Xmy* = Xm*In/U1 = 2.511.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОБМОТОК СТАТОРА И РОТОРА

.1 Параметры обмотки статора

Класс изоляции Класс = F(H) = F.

Удельная проводимость проводника Gm1 = (м/Ом*мм^2) = 41.

Коэф. для расчета лобовой части Kл = F(p) = 1.9.

Квыл = F(p) = 0.72.= F(p) = 0.01.

Ширина катушки Bкт = Pi*(Di+Hn1)*Betta/2p = 0.086 м.

Длина лобовой части Lл = Кл*Bкт+2*B = 0.183 м.

Вылет лобовой части Lвыл = Квыл*Вкт+В = 0.072 м.

Средняя длина витка Lср = 2*(L1+Lл1) = 0.766 м.

Активное сопротивление фазы R1 = Lср*W1/Gm1/Qэф/A1 = 0.741 Ом.

Коэффициент Kвет` = 0.25+0.75*Betta = 0.834.

Коэффициент Kвет = 0.25+0.75*Kвет` = 0.875.

Коэффициент Kск` = F(T2/T1,Betck) = 0.9.

Коэф. провод. дифференц. рассеяния Lamd1 = 1.137.= 0.761

Коэф. провод. пазового рассеяния Lamn1 = F(разм.паза) = 1.469.

Коэф. провод. лобового рассеяния Lamл1 = F(Lл1,Q,Y1) = 0.677.

Индуктивное сопротивление фазы X1 = F(F1,W1^2,Lam1) = 1.400 Ом.

.2 Параметры обмотки ротора

Удельная проводимость проводника Gm2 = (м/Ом*мм^2) = 20.5.

Активное сопротивление кольца Rкл = 1.7434*E-3 Ом.

Активное сопротивление стержня Rст = 119.1221*E-6 Ом.

Коэффициент Del_ta = 0.3473

Сопротивление фазы ротора r2=Rст+2*Rкл/Del_ta^2 = 148.030*E-6 Ом

Коэф. привед. сопротивления V12 = 4*M1*(W1*Koб)^2/Z2 = 4393.5.

Приведенное активное сопротивление R2` = R2*V12 = 0.650 Ом.

Коэффициент Delz = F(Вш1/T1,Bш1/Del) = 0.03.

Коэф. пров. дифференц. рассеяния Lamd2 = 1.453.= 0.9760

Коэф. пров. пазового рассеяния Lamn2 = F(разм.паза) = 2.710.

Коэф. пров. лоб. рассеяния Lamл2 = F(Z2,разм.кол.) = 0.417.

Индуктивное сопротивление обмотки ротора x2 = 3.61816065976035E-0004

Индуктивное сопротивление обмотки ротора x2 = 0.362*E-3 Ом

Приведенное индуктивное сопротивления X2` = X2*V12 = 1.590 Ом.

Коэффициент Sigma_Sk=1+0.41*(bск/tau)^2*U1/(Im*x1) = 1.138.

Индуктивное сопротивление фазы X1 = X1*Sigma_Sk = 1.594 Ом.

Приведенное индуктив. сопротивл. X2` = X2`*Sigma_Sk = 1.809 Ом.

Базисное сопротивление zб = Uнф/I1н = 14.615 Ом

Относительное значение R1 R1* = R1*I1н/Uнф = 0.051.

Относительное значение R2` R2`* = R2`*I1н/Uнф = 0.044.

Относительное значение Х1 X1* = X1*I1н/Uнф = 0.109.

Относительное значение Х2` X2`* = X2`*I1н/Uнф = 0.124.

РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ХОЛОСТОГО ХОДА

Масса спинки статора Ма1 = F(разм.) = 33.62 кг.

Масса зубцов статора Мz1 = F(разм.) = 13.18 кг.

Масса зубцов ротора Мz2 = F(разм.) = 10.68 кг.

Удельные потери в стали р10 = F(марка ст.) = 2.2 Вт/кг.

Основные потери в стали Рсто = Ра1+Рz1 = 350.47 Вт.

а) спинки статора Ра1 = 1.6*р10*Ва1^2*F1^1.5 = 169.84 Вт.

б) зубцов статора Pz1 = 1.8*p10*Bz1^2*F1^1.5 = 180.63 Вт.

Коэффициент Beta01 = F(Вш2,Delta) = 0.36.

Коэффициент Deta02 = F(Bш1,Delta) = 0.

Амплитуда пульсаций магнитной индукции

в воздушном зазоре над головками зубцов:= 0.0000 Тл= 0.3518 Тл

Удельные поверхностные потери (ko1=ko2=1,5):= 0.000 Вт/м^2= 145.296 Вт/м^2

Амплитуда пульсаций средних значений

магнитной индукции в зубцах:= 0.000 Тл= 0.168 Тл

Добавочные потери в стали Рст.доб. = 119.68 Вт.

а) поверхностные в статоре Рпов1 = 0.00 Вт.

б) поверхностные в роторе Pпов2 = 22.59 Bт.

в) пульсационные в статоре Pпул1 = 0.00 Вт.

г) пульсационные в роторе Pпул2 = 97.09 Вт.

Полные потери в стали Pст = Рсто+Рстд = 470.15 Вт.

Коэффициент Кт = F(2p) = 1.000.

Механические потери Pм = Кт*N1^2*DI^3 = 83.45 Вт.

Добавочные потери при нагрузке Pдоб = 0.005*P2/Кпд = 124.29 Вт.

Потери в обм-ке статора при Х.Х. Рм10 = M1*Imy^2*R1 = 217.88 Bт.

Потери при Х.Х. P0 = Pст+Рм+Рм10 = 771.47 Вт.

Активная составляющая тока Х.Х. Ioa = P0/M1/U1 = 0.6767 A.

Реактивная составляющая тока Х.Х. Ior = Imy = 9.9 A.

Ток холостого хода Io = Sqr(Ioa^2+Ior^2) = 9.92 A.

Относительное значение тока Х.Х. Io* = Io/I1 = 0.382.(fi) холостого хода Cos(fio) = Ioa/Io = 0.0682.

НОМИНАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ

Коэффициент рассеяния статора Tau1 = X1/Xm = 0.043

Коэффициент сопротивления статора R01 = R1/(X1+Xm) = 0.019

Расчетные параметры : R1" = R1 = 0.741 Ом

X1" = X1*(1+Tau1)*(1+R01*R1/X1 = 1.678 Ом

R2" = R2*(1+Tau1)^2*(1+R01^2) = 0.708 Ом" = X2*(1+Tau1)^2*(1+R01^2) = 1.970 Омк = R1"+R2" = 1.449 Омк = X1"+X2" = 3.649 Омк = Sqrt(Xк^2+Rк^2) = 3.926 Ом= Sqrt(Xк^2+R1^2) = 3.723 Ом

Внутренняя мощность Рв = Р2+Pdob+Pм = 22207.7 Вт

Сопротивления схемы замещения : Rн = 15.622 Омн = 17.457 Ом

Номинальное скольжение Sн = 1/(1+Rн/R2") = 0.0434

Активная сост. тока статора при синхр. вращении Iсвсв = Р0/М1/U1 = 0.60 А

Расчетный ток ротора I2" = U1/Zн = 21.77 А.

Активная составляющая тока статораа = I0а+I2"*F(Rн,Zн,Rк) = 22.05 А.a = 0.6035 A.

Реактивная составляющая тока статора

I1р = I0р+I2"*F(Rн,Zн,Rк) = 13.62А.

I0p = 9.9000 A.

Номинальный ток статора I1 = Sqrt(I1а^2+I1р^2) = 25.92 А.

Потери в обмотке статора Рм1 = m1*I1^2*R1 = 1493.45 Вт.

Потери в обмотке ротора Рм2 = m1*I2"^2*R2" = 1006.41 Bт.

Суммарные потери Рsuм = Рм1+Рм2+Рст+Рмех+Рдоб = 3177.0 Вт.

Потребляемая мощность Р1 = Р2 + Рsuмa = 25.177 кВт.

Номинальный К.П.Д. К.П.Д. = Р2/Р1 = 0.874

Номинальный Cos(Fi) Cos(Fi) = I1а/I1 = 0.851

Таблица - Рабочие характеристики асинхронного двигателя

P2 P1 I1 Cos(Fi) КПД N1

(кВт) (кВт) ( А ) (О.Е.) (О.Е.) (об/мин)

.200 3.015 10.23 0.267 0.730 747.0

.400 5.279 10.97 0.430 0.833 744.2

.600 7.584 12.07 0.557 0.870 741.3

.800 9.933 13.48 0.651 0.886 738.3

.000 12.329 15.13 0.719 0.892 735.3

.200 14.776 16.97 0.766 0.893 732.1

.400 17.277 18.99 0.800 0.891 728.7

.600 19.840 21.15 0.823 0.887 725.2

.800 22.470 23.46 0.840 0.881 721.5

.000 25.177 25.92 0.851 0.874 717.5

.200 27.972 28.54 0.858 0.865 713.2

.400 30.872 31.33 0.861 0.855 708.6

РАСЧЕТ РЕЖИМА ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Приведенная высота стержня Ksi = 63.61*Нп2*SQR(S) = 1.113 .

Коэффициент Fi Fi = F(Ksi) = 1.129 .

Глубина проникновения тока Нr = Нп2/(1+Fi) = 15.50 мм.

Коэфф. увеличения сопротивления стержня Кr = Qc/Qr = 1.093 .

Коэффициент увеличения сопротивления R2"= 1+Rc/R2*(Кr-1) = 1.075 .

Привед. активное сопрот. ротора с учетом

эффекта вытеснения тока R2"ksi = R2"*KR = 0.699 Ом.

Коэффициент Fi" Fi" = F(Ksi) = 0.963 .

Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора

с учетом эффекта вытеснения тока lamdan2ksi = 1.788 .

Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния ротора

с учетом эффекта вытеснения тока X2"ksi = 1.445 A.

Расчетный ток ротора I2" = U1/ZK = 117.09 A.

Ток ротора с учетом насыщения I2н = (1.3-1.4)*I2" = 117.09 A.

Коэффициент Kp = F(2P) = 1.000 .

Расчетная н.с. пазов Fп= Кp*W1*Коб*I2н/0.37/P = 12847.0 A.

Увеличение раскрытия паза статора dBш1 = F(Fп) = 1.18 мм.

Увеличение раскрытия паза ротора dВш2 = F(Fп) = 0.00 мм.

Уменьшение коэфф. проводимости рассеяния :

паза статора dlamdп1 = F(dВш1) = 0.121 .

паза ротора dlamdп2 = F(dВш2) = 0.000 .

Коэфф. насыщ. провод. дифф. расс. Kdz = F(dВш1,dВш2) = 1.191 .

Коэфф. проводимости расс. паза статорап1н = lamdп1-dlamdп1 = 1.348 .

Коэфф. проводимости расс. паза роторап2н = F(разм. паза,Ksi,I2) = 1.788 .

Коэфф. проводимости дифф. расс. статораn = lamdd1/Kdz = 0.955 .

Коэфф. проводимости дифф. расс. ротораn = lamdd2/Kdz = 1.220 .

Суммарный коэфф. проводимости рассеяния

статора lamd1н = lamdп1н+lamdd1н+lamdl1 = 2.980 .

Суммарный коэфф. поводимости рассеяния

ротора lamd2н = lamdп2ksiн+lamdd2н+lamdl2 = 3.425

Индукт. сопротивление рассеяния статора

Х1н = Х1*lamd1н/lamd1 = 1.447 Ом.

Индукт. сопротивления рассеяния ротора

Х2н = Х2"*lamd2н/lamd2 = 1.353 Ом.

Уточненный ток ротора I2 = U1/Zkнас = 117.1 A.

Погрешность П = (I2-I2H)/I2H = 0.0001 .

Пусковой ток статора I1п = 125.9 A.

Пусковой момент Мп = 387.10 H*м.

Кратность пускового момента Кпм = Мп/Mн = 1.322 .

Кратность пускового тока Кпi = I1п/I1н = 4.841 .

Таблица - Пусковые характеристики асинхронного двигателяМп* Iп* X1( Ом ) X2'( Ом ) R2'( Ом )

.000 1.322 4.84 1.447 1.353 0.699

.950 1.365 4.81 1.447 1.355 0.693

.900 1.413 4.79 1.448 1.358 0.688

.850 1.465 4.75 1.449 1.360 0.683

.800 1.521 4.72 1.450 1.363 0.678

.750 1.583 4.67 1.451 1.366 0.674

.700 1.651 4.63 1.453 1.369 0.670

.650 1.725 4.57 1.454 1.372 0.666

.600 1.805 4.51 1.456 1.375 0.662

.550 1.892 4.43 1.458 1.380 0.658

.500 1.986 4.34 1.461 1.384 0.655

.450 2.085 4.23 1.465 1.390 0.652

.400 2.187 4.09 1.470 1.397 0.650

.350 2.288 3.92 1.476 1.406 0.650

.300 2.374 3.70 1.486 1.419 0.650

.250 2.423 3.41 1.499 1.437 0.650

.200 2.400 3.04 1.520 1.465 0.650

.150 2.244 2.56 1.557 1.513 0.650

.100 1.875 1.93 1.594 1.589 0.650

.050 1.161 1.12 1.594 1.755 0.650

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Коэффициент увеличения потерь Кro = F(кл. изол.) = 1.07 .

Потери в пазовой части Р"эп = Kro*Pм1*2L1/LCP = 834.5 Вт.

Потери в лобовой части Р"эл = Kro*Pм1*2LЛ1/LCP = 763.5 Вт.

Коэффициент К = F(IP,2P) = 0.18 .

Коэффициент теплоотдачи с поверхности( Вт/М^2*град. ) = F(Dа,2P) = 90.0 .

Превышение температуры внутренней поверхности сердечн.

над темпер-ой воздуха внутри машины dTпов1 = 14.7 град.

Периметр паза статора П = 2*Нп1+В1+В2 = 0.060 М.

Эквивалентная теплопроводность пазовой изоляцииэкв( Вт/(М*град.) ) = 0.16 .

Перепад темпер-ы в изоляции пазовой части dTизп = 3.2 град.

Периметр условной поверх. охл. лоб. части Пл = П = 0.060 М.

Перепад темпер-ы в изоляции лобовой части dTизл = 0.7 град.

Коэфф. теплопроводности внутр. изоляции катушек

всыпной обиотки L"экв( Вт/(М*град) ) = F(Dг/Dиз) = 1.50 .

Превышение температуры наружной поверхности лоб.

части над темпер. воздуха внутри машины dTповл = 13.2 град.

Среднее превышение темпер. обмотки статора

над температурой воздуха внутри машины dT"1 = 16.0 град.

Среднее значение периметра поперечного сечения

рёбер корпуса асинхронного двигателя Р_ребра = 0.380 м

Поверхность охлаждения корпуса Sкор = F(разм.) = 1.423 M^2.

Коэффициент подогрева воздухав( Вт/(М^2*град) ) = F(DA,2P) = 16.0 .

Сумма потерь, отводимых в воздух внутри

машины Р"сум = 2305.2 Вт.

Превышение температуры воздуха внутри машины

над температурой окружающей среды dTв = 101.3 град.

Превышение температуры обмотки статора

над температурой окружающей среды dT1 = dT"1+dTв = 117.2 град.

Коэффициент M = 2.5000 .

Требуемый расход воздуха Qв = K*P"сум/1100/dTв = 0.084 М^3/С.= M*SQR(N1/100*Dа) = 4.04 .

Раход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

Qв" = 0.6*Dа^3*N1/100 = 0.191 M^3/C.

1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных нагрузок В качестве базовой модели двигателя выбрал двигатель марки 4A200L8УЗ, высота оси вращени

Больше работ по теме: