Краткое описание конструкции

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Краткое описание конструкции

. Электромагнитный расчет

2.1 Главные размеры двигателя

2.2 Размеры активной части двигателя

2.3 Обмотка статора

2.4 Обмотка короткозамкнутого ротора

Магнитная цепь

Потери и КПД

. Расчёт рабочих характеристик

. Расчет пусковых параметров

Заключение

Список использованных источников

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов, использовавшихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5 % затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Единая серия асинхронных двигателей 4А на напряжение до 1000 В охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 кВт до 400 кВт и включает двигатели высот оси вращения от 50 до 355 мм. Двигатели основного исполнения предназначены для работы в условиях умеренного климата, для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению и другим параметрам. Они рассчитаны для в включения в трехфазную цепь с частотой 50 Гц и напряжениями 220 В; 380 В; 660 В; 220/380 В; 380/660 В;

И, исходя из всего вышесказанного, выделим основные преимущества асинхронных двигателей:

− оптимальный вариант для многих областей применения;

− высокий КПД;

− все применяемые числа полюсов и конструктивные исполнения;

− возможность особого исполнения по желанию заказчика;

− высокая надежность;

− долгий срок службы;

− легко встраиваемые для решения множества задач;

− высокая удельная мощность;

− значительная скорость вращения;

− простота конструкции;

− сравнительно низкая стоимость;

− небольшие габариты и масса.

Асинхронные двигатели в силу этого ряда достоинств являются наиболее распространёнными среди всех электрических машин.

 

 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ

Главные размеры двигателя

 

Наружный и внутренний диаметры сердечника статора. По таблице 5.4[1, с. 55] при h=200 мм, 2p=6 и способу защиты IP44 принимаем:

D_1нар.= 349 мм; D₁ = 250 мм.

Предварительные значения КПД и коэффициента мощности заданы: η’ = 0,905; cosj₁’= 0,9.

Расчетная мощность

 

P_i = (P_ном.× k_E) ⁄ (η’× cosj₁’)_,(2.1)

 

где P_ном. - номинальная мощность, кВт;

k_E - коэффициент мощности, k_E=0,94.

 

P_i=(30×0,94) / (0,905×0,9) = 34,431 кВ×А.

 

Предварительные значения максимально магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки А₁’, при D_1нар.= 349 мм принимаем: B_δ’= 0,77 Тл; А₁’=380×10² А/м [1, рисунок 5.2, с. 58].

Предварительное значение обмоточного коэффициента: обмотка задана двухслойной всыпной, тогда k_об1’= 0,93 [с. 57 т. 5.5].

Расчетная длина сердечника статора

 

l_i=(8,66×10¹²× Р_i)/(k_об1’×n₁×D₁²×В_δ’×А₁’) (2.2)

 

где k_об1’- обмоточный коэффициент для основной гармоники ЭДС;

n₁ - частота вращения, об/мин;

D₁ - внутренний диаметр сердечника статора, мм;

B_δ’ - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

А₁’ - линейная нагрузка, А/м.

_i = (8,66×10¹²×34,431) / (0,93×10³×250²×0,77×380×10²) = 175,319 мм,

 

принимаем l_i =175 мм.

Коэффициент длины

 

λ= l_i / D₁, (2.3)

λ = 175 / 250 = 0,7,

 

что укладывается в диапазон рекомендуемых значений λ (λ = 0,5÷0,8). Принимаем l_i = 160 мм (см. п. 2.3.14).

 

λ = 160 / 250 =0,64.

 

Обмотка статора

 

Тип обмотки статора - двухслойная всыпная [1, таблица 5.9,с. 64], число параллельных ветвей а₁=2, [1, с. 70], где пазовые стороны одной катушечной группы, расположенные в соседних пазах, занимают q₁ пазов и образуют фазную зону, определяемую углом α.

Число пазов на полюс и фазу

 

q₁ = Z₁ / (2×p×m₁), (2.25)

 

где m₁ - число фаз обмотки статора.

 

q₁ = 72 / (6×3) = 4 паза.

 

Шаг по пазам [1, таблица 5.16, с. 77]

 

τ = Z₂ / 2p = 12 пазов;

y₁ < τ = 10 пазов;

_об1 - обмоточный коэффициент, k_об1= 0,925; _у1 - коэффициент укорочения, учитывающий уменьшение ЭДС, обусловленное укорочением шага обмотки, k_у1 = 0,966;_р1 - коэффициент распределения, учитывающий уменьшение ЭДС основной гармоники, обусловленное распределением обмотки в пазах, k_р1=0,958;

β - относительный шаг обмотки, β =0,833.

Ток статора в номинальном режиме работы двигателя

 

I_1ном. = ((Р_ном.×10³) / (m_1.× U_1ном × η_ном × cosφ_1ном.)), (2.26)

I_1ном. = ((30×10³)/(3×220×0,905×0,9)) = 56,116 А.

 

Число эффективных проводников в пазу статора

 

u_п = (10^-3×А₁×t₁×a₁) / I_1ном., (2.27)_п = (10^-3×А₁×t₁×a₁) / I _{1 ном.}= (10^-3×380×10²×10,903×2) / 56,116 = 14,767,

принимаем u_п = 16 проводников.

Число последовательных витков в обмотке фазы статора

 

W₁= (p × q₁ × u_п ) / а_1, (2.28)

W₁= (3×4×16) / 2 = 96 витков.

 

Плотность тока в обмотке статора [1, рисунок 5.11, с. 78]:

 

Δ₁ = 5,0 А/мм²_.

 

Сечение эффективного проводника обмотки статора

 

q_1эф. = I_1ном. / (а₁×Δ₁), (2.29)

q_1эф. = 56,116 / (2×5,0)=5,611 мм².

 

По таблице [1, П.1.1, с. 333] принимаем провод с сечением q_1эл. = 1,368 мм² (ближайшее к расчетному); d_1эл.= 1,32 мм; n_эл. = 4; d_из.= 1,405 мм. В соответствии с классом нагревостойкости изоляции F выбираем обмоточный провод марки ПЭТ-155.

Площадь поперечного сечения элементарного проводника

 

q_1эл. = q_1эф. / n_эл., (2.30)

 

где n_эл. - количество элементарных проводов в одном эффективном, n_эл.= 4.

 

q_1эл. = 5,611 / 4 = 1,402 мм².

 

Толщина изоляции для полузакрытого паза при двухслойной обмотке и классе нагревостойкости F [1, таблица 5.12, с. 74]: по высоте h_из.= 0,9 мм; по ширине b_из.= 0,8 мм.

Площадь изоляции в пазу [1, таблица 5.12, с. 74]

 

S_п.из. =0,9 b_п1’+0,8 h_п1, (2.31)

S_п.из. = 0,9×6,6+0,8×26,4=27,06 мм².

 

Площадь паза в свету, занимаемой обмоткой

 

S_п’ = 0,5×(b_п1 +b_п1’)×h_п1 - S_п.из. - S_из.пр.,(2.32)

 

где S_из.пр - площадь межкатушечной прокладки, мм²;

 

S_из.пр. = 0,4 b_п1+0,9 b_п1’, (2.33)

S_из.пр.= 0,4×8,9+0,9×6,6 = 9,5 мм².

S’_п =0,5×(6,6+8,9)×26,4 - 27,06 - 9,5 = 168,04 мм².

 

Коэффициент заполнения паза статора изолированными проводниками

_з1 = (n_п × d_из.² )/ S_п’_, (2.34)

 

где n_п - число проводников в пазу;

 

n_п = u_п × n_эл, (2.35)

n_п = 16×4=64 проводников._з1 = (64×1,405² ) / 168,04 = 0,75.

 

Уточнение значения плотности тока в обмотке статора

 

Δ₁ = I_1ном. / (n_эл. × q_1эл. × а₁), (2.36)

Δ₁ = 56,116 / (4×1,368×2) = 5,127 А/мм² [1,рисунок 5.11, с. 78].

Уточнение значения электромагнитных нагрузок: уточнённое значение линейной нагрузки

 

A₁ = (I_1ном.× u_п × Z₁) /(10^-3× π × D₁× а₁),(2.37)₁ = (56,116×16×72) / (10^-3×3,14×250×2) = 412×10² А/м;

 

Уточненное значение максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре

 

B_δ = Ф /(α_i × τ × l_i × 10^-6), (2.38)

 

где Ф - основной магнитный поток, Вб;

 

Ф = (k_E×U_1ном.) / (4×k_B×f₁×W₁×k_об.1), (2.39)

 

где k_B - коэффициент формы поля, k_B = π /2√2 = 1,11 [1, с. 57]. Ф = (0,94×220)/(4×1,11×50×96×0,925) = 0,01049 Вб.

 

B_δ = 0,01049 / (0,64×130,833×160×10^-6) = 0,78 Тл,

 

что соответствует рекомендуемым значениям [1, рисунок 5.2, с. 58].

Размеры катушек статора: среднее зубцовое деление

 

t_1ср. = π×(D₁+h_z1)/Z₁, (2.40)

t_1ср. = 3,14×(250+29,0)/72 = 12,168 мм.

 

Средняя ширина катушки

 

b_1ср. = t_1ср. × y_1ср., (2.41)

 

где y_1ср. - среднее значение шага концентрической обмотки y_1ср. = 10.(равно y₁ )

 

b_1ср. = 12,168 ×10 = 121,68 мм.

 

Средняя длина лобовой части катушки

 

l_л1 =(1,16+0,14p)×b_1ср+15, (2.42)

l_л1=(1,16+0,14×3)×121,68+15=207,254 мм.

 

Средняя длина витка обмотки статора

 

l_ср.1 =2×(l₁+l_л1 ), (2.43)

l_1ср1 =2×(160+207,254) = 734,508 мм.

 

Длина вылета лобовой части обмотки

 

l_в1 =(0,12+0,15p)×b_1ср+10, (2.44)

l_в1 =(0,12+0,15×3)×121,68+10=79,358 мм.

 

Активное сопротивление одной фазы обмотки статора, приведенное к рабочей температуре

 

r₁ = (ρ_cu×10^-9×W₁×l_1ср.×10³) / (n_эл.×q_1эл.×а₁), (2.45)

 

где ρ_cu - удельное электрическое сопротивление меди при расчетной рабочей температуре [1, таблица 2.1, с. 31] при t = 115˚C, ρ_cu = 24,4×10^-9.

 

r₁ = (24,4×10^-9×96×734,508×10³)/(4×1,368×2) = 0,157 Ом.

 

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

 

λ_п1=[h₁/(3×b_п1’)]×k_β+[h₁’/b_п1’+(3×h_к1)/(b_п1’+2×b_ш1)+h_ш1/b_ш1]×k_β’, (2.46)

=[25,5/(3×6,6)] ×0,9+[0,5/6,6+(3×1,8)/(6,6+2×3)+0,8/3] ×0,88=

=1,161+ [0,075 + 0,136+2,4] ×0,88= 3,46

 

где k_β; k_β’ - коэффициенты, учитывающие укорочение шага обмотки [1, рисунок 5.13, с. 82], k_β = 0,9; k_β’ = 0,88.

h₁ - высота уложенной обмотки в пазе статора, мм

[1, таблица 5.12а, с. 74];

 

h₁ = h_z1 - h_ш1 - h_к1 - h₁’- h_из., (2.47)

 

где h_ш1 - высота шлица паза статора h_ш1 = 0,8 мм;

h₁’= 0,5 мм [1, таблица 5.12а, с. 74];

h_из. - высота изоляционной прокладки h_из.= 0,4 мм [1, таблица 5.12а, с. 74].

 

h₁ = 29 - 0,8 - 1,8 - 0,5 - 0,4 = 25,5 мм.

 

Коэффициенты воздушного зазора

 

k_δ = k_δ1 = 1+(b_ш1/(t₁ - b_ш1+((5×t₁×δ) / b_ш1))), (2.48)

k_δ = k_δ1 =1+(3/(10,903-3+((5×10,903×0,55)/3)))=1,168.

k_б=k_б1×k_б2, (2.49)

 

где k_б2 =1, так как на роторе закрытый овальный паз.

Коэффициент воздушного зазора k_б учитывает влияние зубчатости статора и ротора на магнитное сопротивление воздушного зазора.

 

k_б=1,16×1=1,16.

 

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора

 

λ_д1=(0,9×t₁×(q₁×k_об1)²×k_р,т1×k_ш1×k_д1) / (δ×k_δ), (2.50)

 

где k_р.т1- коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора [1, таблица 5.18, с. 82], k_р.т1 = 0,77;

k_д1- коэффициент дифференциального рассеяния обмотки статора [1, таблица 5.19, с. 83], k_д1=0,0062; арр k_ш1 - коэффициент, учитывающий дополнительно к k_б влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния.

 

k_ш1=1 - ((0,033×b_ш1²) / (t₁×δ)), (2.51)

k_ш1 =1 - ((0,033×9)/(10,903×0,55))=0,951.

λ_д1 =(0,9×10,903×(4×0,925)²×0,77×0,953×0,0062) / (0,55×1,168)=0,902.

 

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей обмотки статора

 

λ_л1=0,34×(q₁/l₁)×(l_л1 - 0,64×β×τ), (2.52)

λ_л1=0,34×(4/160)×(207,254 - 0,64×0,833×130,833)=1,1688.

 

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки статора

 

λ₁= λ_л1+ λ_д1+ λ_п1, (2.53)

λ₁ =1,688+0,902+3,46=6,05.

 

Индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы обмотки статора

 

х₁=((1,58×l₁×f₁×W₁²)/(p×q₁×10⁸))×λ₁, (2.54)

х₁=((1,58×160×50×96²)/(3×4×10⁸))×6,05=0,5873 Ом.

 

Магнитная цепь

 

Магнитное напряжение воздушного зазора

 

F_δ=0,8×δ×k_δ×В_δ×10³, (2.88)

F_δ = 0,8×0,55×1,168×0,77×10³ = 396,232 А.

 

Магнитная индукция в зубце статора

 

В_z1=(В_δ×t₁)/(k_c1×b_z1), (2.89)

В_z1=(0,77×10,903)/(0,97×4,55)=1,905 Тл._c1=0,97 [таблица 5.6, с. 59]

 

Напряженность магнитного поля в зубце статора Н_z1 определяем по кривым намагничивания для зубцов стали марки 2013, так как В_z1<1,8 Тл [1, рисунок П.2.1, с. 346], для этого рассчитаем: коэффициент, учитывающий ответвление части магнитного потока в паз

 

k_п1= t_1(1/3)/(b_z1× k_с1), (2.90)

 

где t_1(1/3)=π×(D₁+(2/3)×h_Z1) / Z₁ - зубцовое деление статора на высоте 1/3 зубца статора, считая от наиболее узкой его части;

 

t_1(1/3)= 3,14×(250+(2/3)×29)/72=11,276 мм.

k_п1=11,73/(4,55×0,97)=2,658.

 

По таблице П.2.3 [с. 341] при В_z1=1,905 и k_п1=2,658 принимаем Н_z1=2160 А/м.

Магнитное напряжение зубцового слоя статора

 

F_z1=10^-3×Н _z1× h_z1, (2.91)

F_z1 = 10^-3 × 2160 × 29 = 62,64 А.

 

Магнитная индукция в зубце ротора

 

B_z2=(B_δ×t₂)/(k_c2×b_z2), (2.92)

B_z2=(0,77×13,475)/(0,97×5,6)=1,912 Тл.

 

Напряженность магнитного поля в зубце статора Н_z2 определяем по кривым намагничивания для зубцов стали марки 2013, так как В_z2<1,8 Тл [1, рисунок П.2.1, с. 346], для этого рассчитаем: коэффициент, учитывающий ответвление части магнитного потока в паз;

 

k_п2= t_2(1/3)/(k_c2×b_z2), (2.93)

 

где t_2(1/3) - зубцовое деление ротора на высоте 1/3 зубца ротора, мм;

 

t_2(1/3) = π×(D₂/(4/3)×h_z2)/Z_2, (2.94)

t_2(1/3) =3,14×(248,9 - (4/3)×39,1)/58=10,653 мм.

k_п2=10,653/(0,97×5,6)=1,956.

 

По рисунку П.2.1 [с. 341] при В_z2=1,912 и k_п2=1,956 принимаем

Н_z2 =2160 A/м.

Магнитное напряжение зубцового слоя ротора

 

F_z2=Н_z2×(h_z2 - 0,4×d_п2)×10^-3, (2.95)

F_z2 = 2160×(39,1 - 0,4×3,9)×10^-3 = 81,0864 А.

 

Коэффициент насыщения зубцового слоя статора и ротора

 

k_μz=(F_δ+F_z1+F_z2 ) / F_б, (2.96)

k_μz=(396,232+62,64+81,0864) / 396,232=1,363.

 

Магнитная индукция в спинке статора

 

B_с1=(0,5×α_i×τ×B_δ)/(k_c1×h_c1), (2.97)

B_с1=(0,5×0,64×130,833×0,77)/(0,97×20,5)=1,623 Тл.

 

где α_i - коэффициент полюсного перекрытия; при синусоидальном распределении магнитной индукции в воздушном зазоре двигателя: α_i =2/π ≈ 0,64;

(k_c1 см. п. 2.5.2) (h_c1 см. п. 2.2.7)

 

Напряженность магнитного поля в спинке статора определяем по таблице намагничивания спинки асинхронных двигателей для стали 2013 [1, таблица П.2.2, с. 341]

Н_с1=826 А/м.

Длина средней силовой линии в спинке статора

 

L_c1=π×(D_1нар. - h_c1)/2p, (2.98)

L_c1=3,14×(349-20,5)/6=171,915 мм.

 

Магнитное напряжение в спинке статора

 

F_с1=10^-3×Н_с1×L_c1, (2.99)

F_с1=10^-3×826×171,915=142,0018 А.

 

Магнитная индукция в спинке ротора

 

B_с2=(0,5× α_i×τ×B_δ)/(k_c2×h_c2), (2.100)

B_с2=(0,5×0,64×130,833×0,77)/(0,97×44,3)=0,7512 Тл.

 

Напряженность магнитного поля в спинке ротора по таблице намагничивания для спинки асинхронных двигателей [1, П.2.2, с. 341]

Н_с2=111 А/м.

Длина средней силовой линии в спинке ротора

 

L_c2=((π/2р)×(D₂ - (2×h_z2) - h_c2))+ h_c2, (2.101)

L_c2=((3,14/6)×(248,9 - (2×39,1) - 44,3))+44,3=110,407 мм.

 

Магнитное напряжение в спинке ротора

F_с2=10^-3×Н_с2×L_c2, (2.102)

F_с2=10^-3×111×110,407=12,255 А.

 

Суммарная МДС на пару полюсов

 

∑F=2×F_δ+2×F_z1+2×F_z2+F_c1+F_c2, (2.103)

∑F=2×396,232+2×62,64+2×81,0864+142,0018+12,255=1234,1736 А.

 

Коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя

 

k_μ=∑F/(2×F_δ), (2.104)

k_μ=1234,1736/(2×396,232)=1,577.

 

Намагничивающий ток статора

 

I_μ=(р×∑F)/(0,9×m₁×W₁×k_об1), (2.105)

I_μ=(3×1234,1736)/(0,9×3×96×0,925)=15,443 А.

 

Главное индуктивное сопротивление обмотки статора

 

х_m=(k_Е×U₁) / I_μ, (2.106)

х_m=(0,94×220)/15,443=13,39 Ом.

 

Коэффициент магнитного рассеяния обмотки статора

 

σ_μ= х₁/х_m, (2.107)

σ_μ=0,5873/13,39 =0,044.

 

Так как k_μ=1,577<1,7 и σ_μ=0,044<0,05, то расчета ЭДС (Е₀) не требуется.

Потери и КПД

 

Основные магнитные потери в спинке статора

 

Р_м.с1=k_м.т×Р_1,0/50×В_с1²×G_c1, (2.108)

 

где k_м.т - технологический коэффициент, учитывающий увеличение магнитных потерь из-за наличия в сердечнике статора дефектов, возникающих при штамповки листов, их сборке и последующей обработке пакетов, k_м.т = 1,7 [1, с. 103];

Р_1,0/50 - удельные магнитные потери, т.е. потери, происходящие в 1 кг стали при перемагничивании с частотой 50 Гц в магнитном поле с индукцией 1,0 Тл, Р_1,0/50 = 2,5 т / кг [1, с. 103];

G_c1 - расчетная масса спинки статора, кг;

 

G_c1 = 7,8×10^-6×l_i ×k_с1×h_с1×π×(D_1нар. - h_с1 ),(2.109)

G_c1 = 7,8×10^-6×160×0,97×20,5×3,14×(349 - 20,5)=25,6 кг.

Р_м.с1 = 1,7×2,5×1,623²×25,6=286,6 Вт.

 

Основные магнитные потери в зубцах статора

 

Р_м.z1= 1,7× Р_1,0/50× В_z1²× G_z1, (2.110)

 

где G_z1 - расчетная масса стали зубцового слоя, кг;

 

G_z1 = 7,8×10^-6×l_i×k_с1×(h_z1×π×(D₁+h_z1) - S_п1 × Z₁ ), (2.111)

 

где S_п1 - площадь трапецеидального паза в штампе, мм²;

 

S_п1 =0,5×(b_п1+b_п1’)×h_п1 +0,5×(b_п1’+b_ш1 )×h_к1 + b_ш1×h_ш1,(2.112) S_п1

=0,5×(8,9+6,6)×26,4+0,5×(6,6+3)×1,8+3×0,8=215,64 мм².

G_z1=7,8×10^-6×160×0,97×(29×3,14×(250+29,0) - 215,64×72)=11,96 кг.

Р_м,z1=1,7×2,5×1,905²×11,96=184,463 Вт.

 

Основные магнитные потери

 

Р_м=Р_м,с1+Р_м,z1, (2.113)

Р_м=286,6+184,463=471,063 Вт.

 

Электрические потери в обмотке статора

 

Р_э1=m₁×I₁²×r₁, (2.114)

 

где r₁ - активное сопротивление фазных обмоток статора, приведенных к расчетной рабочей температуре, соответствующей классу нагревостойкости системы изоляции F, примененной в двигателе, Ом; (см. п. 2.3.19)

 

Р_э1=3×56,116²×0,157=1483,181 Вт.

 

Электрические потери в обмотке ротора

 

Р_э2=m₂×I₂²×r_2, (2.115)

 

где m₂=Z₂ - число фаз обмотки соответствует числу пазов на роторе

[1, с. 84];

r₂ - активное сопротивление фазных обмоток ротора, приведенных к расчетной рабочей температуре, соответствующей классу нагревостойкости системы изоляции, примененной в двигателе, Ом;

 

r₂=r_ст.+r_кл.”, (2.116)

r₂ = (3,24+0,4)×10^-5=3,64×10^-5 Ом.

Р_э2=58×510,338 ²×3,64×10^-5=549,851 Вт.

 

Механические потери

 

Р_мех.= k_т×(n₁×10^-3)²×(D_1нар.×10^-2)⁴, (2.117)

 

где k_т =1, так как 2р=6;

 

Р_мех.=1×(1000×10^-3)²×(349×10^-2)⁴=148,355 Вт.

 

Добавочные потери при номинальной нагрузке двигателя

 

Р_доб. = (0,005×Р_ном.×10³) / η_ном.,(2.118)

Р_доб. = (0,005×30×10³)/0,905=165,745 Вт.

 

Суммарные потери

 

∑P = (P_м+ Р_э1+ Р_э2+Р_мех.+Р_доб.), (2.119)

∑P = (471,063+1483,181+549,851+148,355+165,745) = 2818,195 Вт.

 

Подводимая к двигателю мощность

 

Р₁ = Р_ном.+∑P, (2.120)

Р₁ = 30000+2818,195= 32818,195 Вт.

 

КПД двигателя

 

η = Р_ном. / Р_1, (2.121)

η = 30000 / 32818,195= 0,914.

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Расчетное сопротивление

 

R’= r₂’×(((r₁/r₂’)×(1+(x₂’/x_m))²+((x₁/r₂’)+(1+(x₂’/x_m))+(x₂’/r₂’))²), (3.1)

 

R’= 0,0593×(((0,157/0,0593)×(1+(0,572/13,39))²+

((0,5873/0,0593)+(1+(0,572/ /13,39))+(0,572/0,0593))²) = 25,6 Ом.

 

Величина А

 

А = ((m₁×U_1ном.²)/(2×Р₂’)) - r_1,(3.3)

А=((3×220²)/(2×30314,1)) - 0,157=2,238.

 

Величина B

 

B=2×A+R’, (3.4)

B=2×2,238+25,6=30,076.

 

Ток статора

 

Активная составляющая тока

 

I_1а =I_0а +I_2а”, (3.15)

 

где I_0а - активная составляющая тока идеального холостого хода, А;

 

I_0а =(Р_э10+Р_м) / m₁U_1ном., (3.16)

 

где Р_э10 - электрические потери в обмотке статора в режиме холостого хода, Вт;

Р_э10=m₁×I₀’²×r_1, (3.17)

 

где I₀’- предварительное значение тока идеального холостого хода, А [ с. 107 формулы и значения];

 

I₀’≈ I_μ ≈ 15,443 А.

Р_э10=3×15,443²×0,157=112,327 Вт.

I_0а = (112,327 +471,063)/(3×220)=0,884 А.

I_1а =0,884+48,55=49,434 А.

 

Реактивная составляющая тока

 

I_1р = I_0р + I_2р”, (3.18)

 

где I_0р - реактивная составляющая тока идеального холостого хода, А [с. 117];

 

I_0р ≈ I_μ ≈ 15,443А.

I_1р =15,443+10,115 =25,56 А.

 

Полный ток

 

I_1ном.= √ I_1а²+ I_1р², (3.19)_1ном.= √49,434²+25,56² = 55,6 А.

 

Коэффициент мощности

 

cosφ_1ном.’ = I_1а / I_1ном., (3.20)

cosφ_1ном. ’= 49,434/ 55,6 = 0,89.

 

Электромагнитная мощность

 

Р_эм = Р₁ - Р_м - Р_э1, (3.22)

Р_эм =32818,195 - 471,063 - 1483,181=30863,951 А.

 

Частота вращения ротора

 

n₂ = n₁×(1 - S_ном. ), (3.23)

n₂=1000×(1 - 0,016)=984 об/мин.

 

Электромагнитный момент

 

М_ном.= (9,55×Р_эм) / n₂, (3.24)

М_ном.= (9,55×30863,951)/984=299,543 Н×м.

 

КПД двигателя

 

η = Р_ном. / Р_1ном., (3.25)

η = 30000/32626,44=0,919.

 

Критическое скольжение

 

S_кр=(c₁×r₂’) / (x₁+ c₁×x₂’), (3.26)

S_кр.= (1,04×0,0593) / (0,5873+1,04×0,572) = 0,052.

 

РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ПАРАМЕТРОВ

Активное сопротивление короткого замыкания при S=1 c учетом явления вытеснения тока

 

r_к.п’= с₁×r₁+c₁²×r_2п’, (4.1)

r_к.п’=1,04×0,157+1,04²×0,1419 =0,317 Ом.

 

Начальный пусковой ток

 

I_1п = U_1ном./√ r_к.п’² + х_к.п’^2, (4.9)

I_1п=220/√0,317 ² + 0,822² =362,716 А.

 

Кратность пускового тока

 

 

I_1п / I_1ном.= 362,716/56,116 =6,46.

 

Начальный пусковой момент

 

М_п= (р×m₁×I_1п²×r_2п’)/(2×π×f₁),(4.10)

М_п=(3×3×362,716²×0,1419)/(2×3,14×50)=353,622 Н×м.

 

Кратность пускового момента

 

М_п / М_ном.= 353,622 / 299,543 = 1,182.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате электромагнитного расчета, расчёта рабочих характеристик и пусковых параметров асинхронного двигателя при Р_ном. = 30 кВт; U_ном. = 220 В; n_1ном. = 1000 об/мин были получены следующие параметры: I_1ном. = 56,116 А; n_2ном. = 985 об/мин; S_ном. = 1,6 %; КПД = 91,9%; cosj_1ном. = 0,89.

Полученное значение КПД немного выше заданного, это связано с тем, что воздушный зазор между статором и ротором существенно влияет на технико-экономические показатели двигателя. При уменьшении зазора уменьшится намагничивающий ток статора, что способствует повышению КПД. Но стоит помнить, что слишком маленький воздушный зазор нежелателен потому, что снижается технологичность двигателя и повышается стоимость его изготовления из-за весьма жёстких допусков на изготовление деталей двигателя и на его сборку. Из этого следует, что к выбору воздушного зазора нельзя подходить однозначно. Величина воздушного зазора должна быть оптимальной.

Перегрузочная способность и пусковые параметры рассчитанного двигателя мало отличаются от заданных:

 

М_max / М_ном.= 1,92 (2);

М_п / М_ном. = 1,182 (1.2);

I_п / I_ном.= 6,46 (6.5).

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Краткое описание конструкции

. Электромагнитный расчет

2.1 Главные размеры двигателя

2.2 Размеры активной части двигателя

2.3 Обмотка статора

2.4 Обмотка короткозамкнутого ротора

Магнитная цепь

Потери и КПД

. Расчёт рабочих характеристик

. Расчет пусковых параметров

Заключение

Список использованных источников

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов, использовавшихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5 % затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Единая серия асинхронных двигателей 4А на напряжение до 1000 В охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 кВт до 400 кВт и включает двигатели высот оси вращения от 50 до 355 мм. Двигатели основного исполнения предназначены для работы в условиях умеренного климата, для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению и другим параметрам. Они рассчитаны для в включения в трехфазную цепь с частотой 50 Гц и напряжениями 220 В; 380 В; 660 В; 220/380 В; 380/660 В;

И, исходя из всего вышесказанного, выделим основные преимущества асинхронных двигателей:

− оптимальный вариант для многих областей применения;

− высокий КПД;

− все применяемые числа полюсов и конструктивные исполнения;

− возможность особого исполнения по желанию заказчика;

− высокая надежность;

− долгий срок службы;

− легко встраиваемые для решения множества задач;

− высокая удельная мощность;

− значительная скорость вращения;

− простота конструкции;

− сравнительно низкая стоимость;

− небольшие габариты и масса.

Асинхронные двигатели в силу этого ряда достоинств являются наиболее распространёнными среди всех электрических машин.

 

 

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

 

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных машин переменного тока.

По своей конструкции асинхронный двигатель состоит из двух основных частей, разделенных воздушным зазором: статора и ротора.

Неподвижная часть двигателя - статор, который состоит из корпуса и сердечника с трёхфазной обмоткой. Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Рассматриваемый двигатель имеет закрытое обдуваемое исполнение. Поэтому поверхность его корпуса имеет ряд продольных рёбер, увеличивающих поверхность охлаждения двигателя.

В корпусе расположен сердечник статора. С целью ослабления вихревых токов сердечник делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем.

На внутренней поверхности сердечника статора имеются продольные пазы, в которых располагаются пазовые части обмотки статора, соединенные в определённом порядке лобовыми частями, находящимися за пределами сердечника по его торцевым сторонам.

В расточке статора располагается вращающаяся часть двигателя - ротор, состоящий из вала и сердечника с короткозамкнутой обмоткой. Такая обмотка, называемая «беличье колесо», представляет собой ряд медных стержней, расположенных в пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон короткозамыкающими кольцами. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеет на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их не велика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Короткозамкнутая обмотка ротора в большинстве двигателей выполняется заливкой сердечника ротора расплавленным алюминиевым сплавом. При этом одновременно со стержнями обмотки отливаются короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки.

Вал ротора вращается в подшипниках качения, расположенных в подшипниковых щитах. Они получили наибольшее распространение, по сравнению с подшипниками скольжения, так как имеют меньший износ, просты в эксплуатации, имеют малые потери на трение, малые размеры и небольшой расход смазочных материалов.

Охлаждение двигателя осуществляется методом обдува наружной поверхности корпуса. Поток воздуха создается центробежным вентилятором, прикрытым кожухом. На торцевой поверхности этого кожуха имеются отверстия для забора воздуха. Этот двигатель помимо закрытого исполнения делают еще и защищенного исполнения с внутренней самовентиляцией. В подшипниковых щитах этого двигателя имеются отверстия (жалюзи), через которые воздух посредством вентилятора прогоняется через внутреннюю полость двигателя. При этом воздух «омывает» нагретые части (обмотки, сердечники) двигателя. В этом случае охлаждение более эффективно, чем при наружном обдуве корпуса двигателя.

Концы обмоток фаз выводят на зажимы коробки выводов. Обычно асинхронные двигатели предназначены для включения в трёхфазную сеть на два разных напряжения, отличающихся на √3 раз. Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних.

Монтаж двигателя в месте установки осуществляется посредством лап или фланца. В последнем случае на подшипниковом щите (обычно со стороны выступающего вала) делают фланец с отверстиями для крепления двигателя на рабочей машине.

Для предохранения обслуживающего персонала от возможного поражения электрическим током двигатель снабжают болтами заземления (не менее двух)

 

.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ

Главные размеры двигателя

 

Наружный и внутренний диаметры сердечника статора. По таблице 5.4[1, с. 55] при h=200 мм, 2p=6 и способу защиты IP44 принимаем:

D_1нар.= 349 мм; D₁ = 250 мм.

Предварительные значения КПД и коэффициента мощности заданы: η’ = 0,905; cosj₁’= 0,9.

Расчетная мощность

 

P_i = (P_ном.× k_E) ⁄ (η’× cosj₁’)_,(2.1)

 

где P_ном. - номинальная мощность, кВт;

k_E - коэффициент мощности, k_E=0,94.

 

P_i=(30×0,94) / (0,905×0,9) = 34,431 кВ×А.

 

Предварительные значения максимально магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки А₁’, при D_1нар.= 349 мм принимаем: B_δ’= 0,77 Тл; А₁’=380×10² А/м [1, рисунок 5.2, с. 58].

Предварительное значение обмоточного коэффициента: обмотка задана двухслойной всыпной, тогда k_об1’= 0,93 [с. 57 т. 5.5].

Расчетная длина сердечника статора

 

l_i=(8,66×10¹²× Р_i)/(k_об1’×n₁×D₁²×В_δ’×А₁’) (2.2)

 

где k_об1’- обмоточный коэффициент для основной гармоники ЭДС;

n₁ - частота вращения, об/мин;

D₁ - внутренний диаметр сердечника статора, мм;

B_δ’ - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

А₁’ - линейная нагрузка, А/м.

_i = (8,66×10¹²×34,431) / (0,93×10³×250²×0,77×380×10²) = 175,319 мм,

 

принимаем l_i =175 мм.

Коэффициент длины

 

λ= l_i / D₁, (2.3)

λ = 175 / 250 = 0,7,

 

что укладывается в диапазон рекомендуемых значений λ (λ = 0,5÷0,8). Принимаем l_i = 160 мм (см. п. 2.3.14).

 

λ = 160 / 250 =0,64.