Проектирование асинхронного двигателя основного исполнения 4АМ180М2УЗ

Электрические машины играют решающую роль в современной электроэнергетике. Асинхронные двигатели занимают главное место среди всех видов электрических двигателей. На них приходиться потребление более 80 процентов всей вырабатываемой электроэнергии. Поэтому проектирование, эксплутационные свойства производство и эксплуатация асинхронных двигателей являются важным фактором экономики нашей страны.

В данной работе производим проектирование асинхронного двигателя основного исполнения 4АМ180М2УЗ. При проектировании электрической машины рассчитываем размеры статора и ротора, производим расчет характеристик машины и приближенный тепловой расчет, выбираем типы обмоток, обмоточные провода, изоляцию материалы, активных и конструктивных частей двигателя. Отдельные части рассчитываем и конструируем так, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов был наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями, для этого пользуемся указаниями и данными из литературы. При проектировании учитывали необходимость соответствия экономических и технических показателей двигателя требованиям государственным и отраслевым стандартам.

Проектируемый асинхронный двигатель имеет конструктивное исполнение IМ 1081 (ГОСТ 2479−79), степень защиты IP44 (ГОСТ 17 494−72), способ охлаждения ICA0141(ГОСТ 20 459−75), климатическое исполнение УЗ (ГОСТ15 150−69).

1. Выбор главных размеров

1. Число пар полюсов: 2р=2

2. Высота оси вращения: h=160 мм.

Из таб. 6−6[1] принимаем Da=272мм.

3. Внутренний диаметр статора (по таб. 6−7[1]):

мм

4.Полюсное деление:

мм

5.Расчетная мощность:

кВт

kE по рис. 6−8

6.Электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 6−11[1]

А=36 000А/м; В=0.74Тл.

7.Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)kоб=0.95

8.Расчетная длина воздушного зазора:

мм рад/с

9.Отношение

в норме (рис.6−14,а[1])

2. Расчет статора

10. Предельные значения t1 (по рис. 6−15[1]): t1max=16.4мм, t1min=14.4мм

11. Число пазов статора Принимаем Z1=30, тогда

12.Зубцовое деление статора (окончательно):

мм

13.Число эффективных проводников в пазу, при условии, а=1:

Номинальный ток статора (предварительно) А

14.Число эффективных проводников в пазу округляем до целого числа .

15.Окончательные значения электромагнитной нагрузки:

Число витков в фазе обмотки А/м

Вб

Тл Значения находятся в допустимых пределах (рис. 6−11 [1])

16.Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

А/мм2

где AJ=180 109 А2/м2 (по рис. 6−16,б [1])

17.Сечение эффективного проводника (предварительно):

мм2

принимаем nэл=2, тогда. Обмоточный провод ПЭТМ в таблице П-28[1] ,

qэл=2.83 мм2, dэл=1.9 мм, dиз=1.995мм, qэф=5.66мм2.

18.Плотность тока в обмотке статора:

А/мм2

Плотность тока в обмотке статора отличается от зaданной менее чем 10%:(0.66%).

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

19.Принимаем по таб. 6−10 индукцию в зубцахBZ1=1.9Тл и ярме Ba=1.6Тл статора. Для оксидированных листов стали kС=0.97

Ширина зубца.

мм Высота ярма.

мм

20.Размеры паза в штампе принимаем: hш=1мм; bш=4мм.

Высота паза.

мм Рис.1

Большая ширина паза мм

Меньшая ширина паза мм Высота обмотки в пазу мм

21.Размеры паза на просвет с учетом припуска на сборку:

мм мм мм Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу, односторонняя толщина изоляции по таб. 3−8 bиз=0.4мм:

мм2

Площадь поперечного сечения прокладки для двигателей с h = 180 мм по [1], (6−49):

мм2

Площадь сечения, приходящаяся для размещения проводников:

мм2

22.Коэффициент заполнения паза:

Полученное значение коэффициента соответствует требованиям ручной укладки. Наносим размеры паза на рис.1

3. Расчет ротора

23.Воздушный зазор:

мм

24.Число пазов ротора (по таб. 6−15): Z2=22

25.Внешний диаметр ротора:

мм

26.Длина ротора: l2=l=92.9мм

27.Зубцовое деление ротора:

мм

28.Внутренний диаметр ротора соответствует диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал. (Коэффициент для расчета диаметра вала при h=71−250 (табл. 6−16)

мм

29.Ток в стержне короткозамкнутой обмотки ротора:

А

ki=0.92-коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и соотношение сопротивлений на отношение I1/I2(по рис 6−22[1]).

30.Площадь поперечного сечения стержня: плотность тока в стержне литой клетки принимаем, J2=4 А/мм2

мм2

31.Паз ротора:

По таб. 6−10 индукцию в зубцах ротора BZ1=1.85Тл.

Допустимая ширина зубца ротора мм Размеры паза ротора:

принимаем hш=1мм;bш=1.5мм;hш=1мм.

мм Меньшая ширина паза

мм Контроль правильности: при мм мм Высота пазов между центрами:

мм Сечение стержня:

мм2

Полная высота паза:

мм

32.Плотность тока в стержне короткозамкнутой обмотки ротора А/мм2

Наносим размеры паза ротора на рис.2

33.Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец

мм2

А Плотность тока Размеры короткозамыкающих колец мм мм мм2

мм

3. Расчет намагничивающего тока

34.Значения индукции:

в зубце статора:

Тл в зубце ротора:

Тл

в ярме статора:

Тл Расчетная высота ярма ротора при непосредственной посадке на вал, с учетом того что часть магнитных линий замыкается по валу:

мм

в ярме ротора:

Тл Контроль правильности: значения индукции не превышают максимальных значений по табл.6−10[1].

35.Магнитное напряжение в воздушном зазоре:

А Коэффициент воздушного зазора (Картера) [1]:

36.Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:

А Для зубцов из стали 2013 HZ1=2070A/м при BZ1=1.9Тл (табл. П-17)

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:

А Для зубцов из стали 2013 HZ2=1740A/м при BZ2=1.845Тл (табл. П-17)

37.Коэффициент насыщения зубцовой зоны Контроль правильности: коэффициент насыщения зубцовой зоны должен иметь значения

38. Магнитное напряжение ярма статора:

А Для стали 2013 Hа=750A/м при Bа=1.6Тл (табл. П-16)

Длина средней магнитной линии в ярме статора:

мм Магнитное напряжение ярма ротора:

А Для стали 2013 =392A/м при =1.39Тл (табл. П-16)

Длина средней магнитной линии в ярме ротора:

39. Магнитное напряжение на пару полюсов:

А

40.Коэффициент насыщения магнитной цепи:

41.Намагничивающий ток:

А Намагничивающий ток в относительных единицах:

4. Расчет параметров рабочего режима

42.Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Ом Для изоляции класса нагревостойкости F имеем расчетную температуру расч=115С. [1]

Длина обмоточного провода:

мм Длина витка:

мм Длина части провода, уложенной в паз

мм Длина лобовой части витка мм Кл, Квыл по таб. 6−19[1]

Средняя ширина катушки:

мм В=0.01мдлина вылета прямолинейной части катушки.

мм Активное сопротивление статора в относительных единицах

43.Активное сопротивление фазы обмотки ротора Ом Сопротивление стержня:

Ом Сопротивление кольцевой части:

Ом асинхронный двигатель статор размер Сопротивление ротора, приведенное к числу витков обмотки статора:

Ом Активное приведенное сопротивление ротора в относительных единицах

44. Коэффициенты магнитной проводимости обмотки статора коэффициент проводимости пазового рассеяния для трапецеидального полузакрытого паза (табл.6−22)

; ;

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья статора:

Коэффициент магнитной проводимости рассеянья лобовой части статора:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья обмотки статора:

Активное сопротивление статора в относительных единицах

45.Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора Ом Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья ротора:

Коэффициент магнитной проводимости рассеянья лобовой части:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья:

Z=0 по рис.6−39, а[1]

Индуктивное сопротивление ротора, приведенное к числу витков обмотки статора:

Ом Индуктивное приведенное сопротивление ротора в относительных единицах:

5. Расчет потерь

46.Основные потери в стали

=242.327 Вт

Для стали марки 2013 Р1.0/50=2.5Вт/кг. По таб. 6−24 kda=1.6; kdz=1.8; [1]

Масса ярма статора:

мм Масса зубцовой зоны статора:

кг

47.Поверхностнвые потери в роторе:

Вт Амплитуда пульсаций Тл по рис 6−41 02=0.35. [1]

Удельные поверхностные потери ротора:

Вт/м2

48.Пульсационные потери в зубцах ротора:

Вт

Амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубца ротора

Тл Масса зубцовой зоны ротора:

кг

49.Сумма добавочных потерь в стали:

Вт

50.Полные потери в стали:

Вт

51.Механические потери:

Вт

52.Добавочные потери при номинальном режиме:

Вт

53.Холостой ход двигателя и расчет цепи намагничивания.

Электрические потери в статоре холостого хода:

Вт Активная составляющая тока холостого хода:

А Полный ток холостого хода:

А Параметры цепи намагничивания:

Ом Ом Сопротивления цепи намагничивания в относительных единицах:

6. Расчет рабочих характеристик

54.Преобразуем схему замещения к «Г-образному» виду:

Угол меньше 1 поэтому применяем упрощенную формулы:

Ом Ом Активный ток в цепи намагничивания:

А Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

кВт Рассчитываем рабочие характеристики задаваясь s=0.05;0.01;0.015;0.020;0.025;0.030.

Результаты расчета представлены в таб.2 .Характеристики представлены на рис. 4,5

После построения кривых по по рис. 4 уточняем значение номинального скольжения sH=0.03.

Рассчитываем параметры номинального режима.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Мощность на валу двигателя Р2=15 кВт.

Питание от сети U1Н=220/380 В.

Ток статора в номинальном режиме I1H=28.692 А.

cosH=08.9.

=0.89.

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

P2H=15 кВт; U1H=220/380 B; 2p=2; I1H=28.692 A; РСТ+Рмех=0.767 кВт;

Рдоб=0.165кВт; I0a=0.379A; I0рI=4.883A; r1=0.323 Ом; r2=0.254 Ом;

с1=1.027; а=1.055 Ом; а=0.331 Ом; b=0; b=2.206Ом

7. Расчет пусковых характеристик

Рассчитываем характеристики для пускового момента (s=1) в качестве примера расчета.

55.Расчет влияния вытеснения тока

Приведенная высота стержня ротора:

По рис.6−46 =0.4; по рис. 6−47 Кд=0.86.

Глубина проникновения тока в стержень ротора

мм

мм

Площадь части стержня, в которой протекает ток:

Коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличилось сопротивление пазовой части стержня при неравномерной плотности тока в нем, по сравнению с его сопротивлением при одинаковой плотности тока по всему сечению стержня:

Коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличилось активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора при неравномерной плотности тока в стержне:

Коэффициент, показывающий, как изменилось индуктивное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора при неравномерной плотности тока в стержне:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья ротора с учетом вытеснения тока (для s=1предварительно принимаем I2П/I2H=6.5):

Параметры двигателя с учетом вытеснения тока:

Ом Ом Ток ротора без учета влияния насыщения:

А

56.Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для s=1 kНАС=1.4 по рекомендациям и I1I2 и проводим расчет для kНАС I1=1.3101.371=131.78 А Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу статора:

А Фиктивная индукция потока рассеянья в зазоре:

Тл

По полученному значению Вф определяется по рис.6−50 коэффициент =0.47, характеризующий отношение потока рассеянья при насыщении к потоку рассеянья ненасыщенной машины.

Дополнительное раскрытие пазов статора:

мм Вызванное насыщением от полей рассеянья уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора с учетом насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Ом

Вызванное насыщением от полей рассеянья уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеянья стержня ротора:

— дополнительное раскрытие пазов ротора.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеянья обмотки статора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеянья фазы ротора с учетом влияния насыщения:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Ом Сопротивление взаимной индукции обмоток при пуске:

Ом Расчет токов и моментов:

Ом Ом А

А Полученное значение тока I1 отличается от принятого при расчете менее чем на 5%, что является допустимым.

Относительные величины тока и момента:

Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений на участке 0.05−0.2.

8. Тепловой расчет

Тепловой расчет производим в упрощенном виде.

57.Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Вт По рис. 6−63[1] выбираем Пр; по рис. 6−59 выбираем 1 и В Расчетный периметр поперечного сечения паза

мм Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки статора

Вт Превышение температуры наружной поверхности лобовой части обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:

Превышение температуры внутри двигателя над температурой окружающей среды:

Вт м2

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

С

58.Расчет вентиляции. Требуемый для охлаждения расход воздуха:

м3/с

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором должен быть больше расхода воздуха на охлаждение:

м3/с

Вывод

В результате проведенной работы был произведен расчет параметров и конструкции асинхронного двигателя АИР180S2. Были получены размеры электрической части конструкции, такие как внутренний диаметр статора, размеры воздушного зазора между статором и ротором, длина статора и ротора, число и размеры пазов статора и ротора. Исходя из выбранных размеров, были рассчитаны параметры схемы замещения. По параметрам схемы замещения были получены рабочие и пусковые характеристики.

Таблица 4

1.Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов. И. П. Копылов, Ф. А. Горяинов и др. Под ред. И. П Копылова.-М.:Энергия, 1980.-496с.

2.Справочник по электрическим машинам: В 2 т./Под ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова т.1-М.:Энергоатомиздат, 1988.-456 с.

3. Пиотровский Л. М. Электрические машины. -М.: Энергия, 1950.