Структура та коротка характеристика

АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ СЕ­РІЇ АІ ТА 4А

 

Серія АІ та 4А є серією аси­н­х­рон­них двигунів (АД), роз­ра­хо­ва­них на ви­ко­ри­с­тан­ня в різних га­лу­зях промисловості. Во­ни охо­п­люють діапазон номінальних по­ту­ж­но­с­тей від 0.06 до 400 кВт та ви­ко­ну­є­ть­ся на 17 ви­со­тах обер­тан­ня - від 50 до 355 мм.

Серії мають основні ви­ко­нан­ня АД, ряд модифікацій та спеціалізовані ви­ко­нан­ня. Дви­гу­ни ос­но­в­но­го ви­ко­нан­ня відповідають за­галь­ним ви­мо­гам та ви­ко­ри­с­то­ву­ю­ть­ся при нор­маль­них умо­вах ро­бо­ти (дви­гу­ни за­галь­но­го при­зна­чен­ня). Во­ни ви­пу­с­ка­ю­ть­ся у всьо­му діапазоні по­ту­ж­но­с­тей та ви­сот обер­тан­ня, охо­п­ле­них серією. Це трифазні АД з ко­ро­т­ко­зам­к­не­ним ро­то­ром, розраховані на ча­с­то­ту жи­в­лен­ня 50Гц, які ма­ють сту­пень за­хи­с­ту ІР54(ІР44) або ІР23.

Модифікації та спеціалізовані ви­ко­нан­ня АД побудовані на базі їх ос­но­в­но­го ви­ко­нан­ня. Во­ни ви­пу­с­ка­ю­ть­ся окре­ми­ми серіями на визначені ви­со­ти обер­тан­ня та номінальні потужності й призначені для ви­ко­ри­с­тан­ня в механізмах, які ма­ють специфічні ви­мо­ги до еле­к­т­ро­при­во­ду, або в умо­вах експлуатації, відмінних від нор­маль­них.

До еле­к­т­ри­ч­них мо­дифікацій АД серії АІ та 4А віднесені АД з підвищеним пу­с­ко­вим мо­мен­том, з підвищеним номінальним про­ко­в­зу­ван­ням (s), багатошвидкісні, дви­гу­ни з ча­с­то­тою жи­в­лен­ня 60 Гц та інші.

Мо­дифікації ви­ко­нан­ня за умо­вами нав­ко­ли­ш­ньо­го се­ре­до­ви­ща охо­п­лю­ють АД тропічного ви­ко­нан­ня, хімічностійкого, сільськогосподарського, во­ло­го мо­ро­зостійкого, пи­ло­за­хи­щен­о­го та рудничного ви­ко­нан­ня.

До спеціалізованих ви­ко­нань АД серії 4А віднесені високочастотні дви­гу­ни, дви­гу­ни при­во­ду ліфтів, ча­с­то­т­но­ке­ро­вані та дви­гу­ни для де­ре­во­об­ро­б­них верстатів.

У серії 4А при­йня­та наступна си­с­те­ма по­зна­чень:

4A	X	X	X	X	X	X	X

1 - на­зва серії

2 - ви­ко­нан­ня АД по спо­со­бу за­хи­с­ту:

літера Н - ви­ко­нан­ня ІР23, відсутність літери - ви­ко­нан­ня ІР44;

3 - ви­ко­нан­ня АД по матеріалу станини та щитів:

А - ста­ни­на та щи­ти алюмінієві;

Х - ста­ни­на алюмінієва, щи­ти з ча­ву­ну (або зворотне спо­­лу­чен­ня матеріалів); відсутність літери - ста­ни­на та щи­ти з ча­ву­ну або з сталі.

4 - ви­со­та осі обер­тан­ня в мм (дві або три ци­ф­ри);

5 - уста­нов­чий розмір по довжині ста­ни­ни: літери S,M або L - від­по­ві­д­но ме­н­ший, середній або більший;

6 - дов­жи­на осер­дя: А - ­менша, В – більша при умові збе­ре­жен­ня уста­но­во­ч­но­го розміру (S, M або L) ви­ко­ну­є­ть­ся тільки од­на дов­жи­на осер­дя.

7 - чи­с­ло полюсів АД (од­на або дві ци­ф­ри);

8 - кліматичне ви­ко­нан­ня та категорія розміщення.

При­клад умо­в­но­го по­зна­чен­ня дви­гу­на:

4А200М6У3 - асинхронний дви­гун че­т­вер­тої серії, ступінь захисту IP44, з ко­ро­т­ко­зам­к­не­ним ро­то­ром, з ча­ву­н­ною ста­ни­ною і щи­та­ми, ви­со­тою осі обер­тан­ня ва­лу - 200 мм, з уста­но­в­ч­им розміром по дов­жині ста­ни­ни М, ше­с­ти­по­лю­с­ний, кліматичного ви­ко­нан­ня У (по­мір­ний клімат), ка­те­горія розміщення 3 (за­кри­те приміщення).

Асинхронні дви­гу­ни серії 4А ос­но­в­но­го ви­ко­нан­ня призначені для ро­бо­ти від мережі три­фа­з­но­го змінного стру­му ча­с­то­тою 50 Гц.

Нор­маль­не зна­чен­ня кліматичних факторів нав­ко­ли­ш­ньо­го се­ре­до­ви­ща при­йма­є­ть­ся згідно ГОСТ 15543-88, при цьо­му запиленість повітря не по­вин­на перевищувати 10 мг/м³ для АД зі ступенем за­хи­с­ту ІР 44 кліматичних ви­ко­нань У2, У3, УХЛ4, У5 та більше 2 мг/м³ для АД зі ступенем за­хи­с­ту ІР23.

По­ка­з­ни­ки надійності АД: середній термін слу­ж­би не ме­н­ше 15 років при на­робці 4000 го­дин; се­редній термін слу­ж­би до пер­шо­го капітального ре­мо­н­ту - 8 років при на­робці 2000 го­дин; вірогідність безвідмовної ро­бо­ти - не ме­н­ше 0.9 за 1000 го­дин.

АД потужністю від 0.06 до 0.37 кВт ви­го­то­в­ля­ють на номінальні на­пру­ги 220 В та 380 В; по­тужністю від 55 до 110 кВт - 220/380 та 380/660 В; по­тужністю від 132 до 400 кВт - 380/660 В. З'є­д­нан­ня об­мо­т­ки – „три­ку­т­ник” або „зірка”.

Структура позначень АД серії АІ подібна структурі позначень серії 4А, але відрізняється першими трьома літерами: дві перші літери (АІ) позначають тип двигуна нової серії (асинхронний, країн Інтерелектро). Третя літера Р або С позначає прив’язку потужності та установчих розмірів: Р - прив’язка по першому варіанту, С - прив’язка по другому варіанту.

Використання обчислювальної

ТехніКи

 

Обчислювальна техніка зі згоди керівника проекту може застосовуватися на всіх етапах виконання й оформлення курсового проекту з використанням програмного забезпечення, яке є в розпорядженні студента на кафедрі або розробленого самим студентом.

Розрахункова частина проекту може бути виконана з використанням пакету MathCAD, або аналогічного програмного продукту, але перед записом розрахункових формул необхідно привести для контролю вхідні в них величини, якщо вони не були визначені у програмі, в якій проводиться розрахунок.

Керівник проекту може вимагати на окремих етапах виконання ручного контрольного розрахунку. Пояснювальна записка може бути оформлена теж у пакеті MathCAD або з використанням будь якої, котра є в розпорядженні студента, програми-редактора. Креслення та графіки теж можуть бути виконані з використанням відповідного програмного продукту. Розроблене самим студентом програмне забезпечення використовується в дослідній частині проекту. Зі згоди керівника проекту, для поточної перевірки виконаної роботи пояснювальна записка може бути представлена на електронних носіях на ОЦ кафедри, але остаточне оформлення може бути тільки на папері.

ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ ОКРЕМИХ

РОЗДІЛІВ ПРОЕКТУ

 

При виконанні розрахунків потрібно орієнтуватись на відповідні при­кла­ди роз­ра­хунків, наведені в літературі. Пе­ред ви­ко­нан­ням ко­ж­но­го пун­к­ту слід озна­йо­ми­тись з відповідними розділами підручників, що до­зво­лить більш гли­бо­ко за­сво­ї­ти фізичні закономірності, відображені в фор­му­лах, запобігти по­ми­лок.

8.1 Роз­ра­ху­нок го­ло­в­них розмірів двигуна

На вибір го­ло­в­них розмірів дви­гу­на найбільше впли­ва­ють ве­ли­чи­ни електромагнітних на­ван­та­жень А та В_δ. При проектуванні до­пу­с­ка­є­ть­ся відносно ши­ро­ке відхилення цих ве­ли­чин, то­му при їх виборі необхідно вра­хо­ву­ва­ти, що вибір більших зна­чень А та В_δ при­во­дить до зме­н­шен­ня габаритів ма­ши­ни та її ва­го­вих показників, але од­но­ча­с­но погіршує енергетичні по­ка­з­ни­ки. Нижчі межі зна­чень А та В_δ збільшують об­сяг ак­ти­в­ної ча­с­ти­ни ма­ши­ни. При роз­ра­хун­ку го­ло­в­них розмірів слід ма­ти на увазі, що по­даль­ший роз­ра­ху­нок мо­же при­ве­с­ти до необхідності зміни де­яких при­йня­тих зна­чень.

 

 

8.2 Електромагнітний роз­ра­ху­нок

8.2.1 Роз­ра­ху­нок об­мо­тко­вих даних

 

Ос­но­в­ним за­вданням цьо­го розділу є роз­ра­ху­нок чи­с­ла витків фа­зи об­мо­т­ки ста­то­ру та розподіл її в па­зах. По­пе­ре­дньо по­вин­но бу­ти вирішено пи­тан­ня про тип об­мо­т­ки (вси­п­на, напівжорстка, жор­с­т­ка), яка в свою чер­гу ви­зна­чає фор­му па­зу (закритий, напівзакритий, напіввідкритий або відкритий). У подальшому за­да­є­ть­ся чи­с­ло пазів на по­люс та фа­зу q. Тре­ба ма­ти на увазі, що в аси­н­х­рон­них ма­ши­нах дробове зна­чен­ня чи­с­ла q не ви­ко­ри­с­то­ву­є­ть­ся.

Чи­с­ло ефе­к­ти­в­них провідників в па­зу N`<sub>п1</sub> доцільно ви­зна­чи­ти за прийнятою величиною лінійного на­ван­та­жен­ня. Зна­чен­ня N`_п1 для од­но­шарової об­мо­т­ки N`_п1 по­вин­но бу­ти цілим чи­с­лом, для двошарової - парним. Після цьо­го роз­ра­хо­ву­є­ть­ся чи­с­ло витків у фазі, ве­ли­чи­ни лінійного на­ван­та­жен­ня, потоку, індукції в повітряному зазорі. Одержані ве­ли­чи­ни А та В_δ мо­жуть де­що відрізнятись від при­йня­тих на по­ча­т­ку роз­ра­хун­ку, але не повинні ви­хо­ди­ти за межі до­пу­с­ти­мих зна­чень.

По­даль­ший роз­ра­ху­нок про­во­ди­ть­ся на базі зубців та пазів ста­то­ру, слід ма­ти на увазі, що в ста­то­рах, які ма­ють вси­п­ну об­мо­т­ку з кру­г­ло­го про­во­ду, ви­ко­ри­с­то­ву­ю­ть­ся тра­пецієподібні па­зи, при­чо­му розміри по­винні бу­ти та­ки­ми, щоб зубці ма­ли паралельні стінки. Найбільш про­с­тим спо­со­бом ви­зна­чен­ня розмірів па­зу є наступний: на на­кре­с­ле­ній в масштабі зубцевій поділці ли­с­та ста­то­ра відмічаються зо­ни зубців та стінки, розміри яких ви­зна­ча­ю­ть­ся до­пу­с­ти­мим рівнем індукції у них. У вільній зоні па­зо­вої поділки розміщують паз. Завершальні розміри пазів та зубців ста­то­ру ви­зна­ча­ю­ть­ся після роз­ра­хун­ку коефіцієнта за­по­в­нен­ня па­зу об­мо­т­кою та індукції в зубцях та спинці ста­то­ру.

При роз­ра­хун­ку ко­ро­т­ко­зам­к­не­но­го ро­то­ру спо­ча­т­ку ви­би­ра­є­ть­ся чи­с­ло пазів ро­то­ру згідно з рекомендацією про допустимі співвідношення Z₁ та Z₂. Далі слід прин­ци­по­во вирішити пи­тан­ня про фор­му па­зу ро­то­ра з ура­ху­ван­ням потужності ма­шин та ви­мог до пу­с­ко­вих ха­ра­к­те­ри­с­тик. Після цьо­го роз­ра­хо­ву­є­ть­ся пло­ща поперечного перерізу стрижнів та короткозамкнених кілець, розміри па­зу та зубців, ви­зна­ча­є­ть­ся індукція в зубцях та ярмі ро­то­ра.

 

 

8.2.2 Розрахункові па­ра­ме­т­ри дви­гу­на

 

Па­ра­ме­т­ри схе­ми заміщення роз­ра­хо­ву­ю­ть­ся для номінального ре­жи­му дви­гу­на. Їх зна­чен­ня при­йма­ють постійними при зміні на­ван­та­жен­ня дви­гу­на від хо­ло­с­то­го хо­ду до номінального. При проковзуванні (S) більше номіналь­ного слід вра­хо­ву­ва­ти можливі зміни ве­ли­чин де­яких параметрів, які викликані витисненням стру­му в стри­ж­нях об­мо­т­ки ро­то­ра та на­си­чен­ням зубцевої зо­ни по­то­ка­ми розсіяння. Ре­зуль­та­ти роз­ра­хун­ку па­ра­ме­т­рів дви­гу­на повинні бу­ти обо­в'яз­ко­во з’ясовані з керівником про­е­к­ту після, чо­го можна пе­ре­хо­ди­ти до роз­ра­хун­ку ха­ра­к­те­ри­с­тик дви­гу­на.

Роз­ра­ху­нок па­ра­метрів та ха­ра­к­те­ри­с­тик дви­гу­на вза­є­мо­по­в'я­за­ний та ви­ко­ну­є­ть­ся на ЕОМ.

8.3 Роз­ра­ху­нок ро­бо­чих ха­ра­к­те­ри­с­тик АД на ЕОМ

Ро­бо­чі ха­ра­к­те­ри­с­ти­ки аси­н­х­рон­них двигунів роз­ра­хо­ву­ю­ть­ся на пер­со­наль­них ком­п'ю­те­рах ка­фе­д­ри ЕМ.

Роз­ра­ху­нок ро­бо­чих ха­ра­к­те­ри­с­тик аси­н­х­рон­но­го дви­гу­на по­ля­гає у визначенні коефіцієнта потужності (cos j), коефіцієнта ко­ри­с­ної дії (ККД), струму статора (I₁) та потужності на ва­лу ма­ши­ни (P₂). Роз­ра­ху­нок усіх па­ра­метрів дви­гу­на про­во­ди­ть­ся для се­ми зна­чень ковзання.

Методичні вказівки по розрахунку характеристик АД знаходяться в комп’ютерному класі кафедри ЕМ.

Також можна розрахувати робочі характеристики АД за допомогою пакету MathCAD. Для цього необхідно скористатись формулами для визначення номінальних значень I₁, h, cos j та S при номінальному значенні P₂. За цими формулами можна розрахувати потрібні нам параметри для п’яти значень P₂ (0,25P₂; 0,5P2; 0,75P2; 1,0P2; 1,25P₂) та побудувати робочі характеристики (у формули замість P₂ необхідно підставляти відповідні частинні значення P₂).

Розрахунок проводиться згідно з [2] (§9-10 Круговая диаграмма и рабочие характеристики).

Приклад розрахунку та побудови робочих характеристик (для двигуна з P₂=200 кВт) наведений у таблиці 8.1.У даному прикладі замість п’яти значень P₂ було взято двадцять для того, щоб графіки характеристик мали вигляд кривої, а не ламаної, лінії.

Таблиця 8.1 – Приклад розрахунку робочих характеристик АД

Найменування та позначення	Приклад
Задаємо кількість значень P2 (N=20) для збільшення точності побудови робочих характеристик)

Продовження таблиці 8.1

Додаткові втрати при номінальному навантаженні
Механічні втрати
Механічна потужність двигуна
Еквівалентний опір схеми заміщення
Повний опір схеми заміщення
Ковзання
Струм ротора
Струм статора:
активна складова

 

Продовження таблиці 8.1

реактивна складова
фазний
Коефіцієнт потужності
Електричні втрати:
в обмотці статора
в обмотці ротора
Сумарні втрати в електродвигуні
Підведена потужність
ККД

 

а)	б)
в)	г)

а) Залежність S=f(P2); б) Залежність I1=f(P2);

в) Залежність cos(φ)=f(P2); г) Залежність η=f(P2)

Рисунок 8.1 – Робочі характеристики АД