Проектирование и исследование асинхронных двигателей малой мощности

Проектирование и исследование асинхронных двигателей малой мощности

Электрические машины, в то числе и асинхронные двигатели, принято разделять по мощности на три группы: большой, средней и малой мощности. В общем случае представители разных групп, кроме мощности отличаются также конструктивными, функциональными, эксплуатационными и прочими особенностями. Деление на три группы является условным и не имеет чётких границ. Верхняя граница мощности асинхронных микромашин обычно не превышает 1кВт.

Асинхронные микродвигатели с короткозамкнутым ротором, как трехфазные, так и однофазные являются самыми распространёнными типами двигателей переменного тока. Они применяются для привода огромного числа механизмов в промышленности, сельском хозяйстве в системах автоматики и в электроприводах бытовой техники.

Асинхронные микродвигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами машин, в частности с коллекторными:

1. простота конструкции и низкая стоимость производства;

2. отсутствие источника радиопомех;

3. малая шумность двигателя;

4. простота и надёжность в эксплуатации.

К недостаткам асинхронных двигателей следует отнести относительно плохие регулировочные характеристики.

Однако этот недостаток относится лишь к машинам нормального исполнения с короткозамкнутым ротором. Специальные асинхронные двигатели с массивным ротором допускают регулировочные скорости в широких пределах.

Данная работа посвящен методике расчёт асинхронного двигателя малой мощности с короткозамкнутым ротором, а также методам исследования и определения параметров и характеристик этих двигателей.

1.Определение главных размеров

1. Число пар полюсов:

.

2. Выбор главных размеров:

По таблице 1.1 для мощности находим внешний диаметр статора, высота оси вращения

3. Внутренний диаметр статора:

где по таблице 1.2.

4. Полюсное деление:

5. Расчетная мощность:

.

где ,

значения параметров, , из таблицы П. 2 [1], а и из таблицы П. 1.

6. Электромагнитные нагрузки по таблице П. 1. [1]:

; .

7. Обмоточный коэффициент для однослойной концентрической обмотки по таблице 1.3 [1]:

. Обмотка по рис. 1.1.

8. Расчётная длина воздушного зазора:

9. Отношение, что находится в рекомендуемых пределах (таблица 1.4).

9.1 ?=0,2+D/2000=0.2 мм.

10. Предельные значения t, по рис. 1.6 [1]:

; .

11. Число пазов статора по [1]:

.

Принимаем Z= 24, тогда по табл.1.5.

12. Зубцовое деление статора (окончательно):

.

13. Число эффективных проводников в пазу (предварительно), при условии :

где .

14. Принимаем, тогда .

15. Окончательные значения:

.

Значения, А и В находятся в допустимых пределах (по табл. П. 1 [1]).

16. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по П. 1 .

17. Сечение эффективного проводника (предварительно):

принимаем, тогда .

Для того чтобы коэффициент заполнения k_з находился в допустимых пределах выбираем обмоточный провод со следующими параметрами:

обмоточный провод ПЭТВ по таблице П. 7, , .

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

.

2.Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

асинхронный микродвигатель воздушный зазор

Паз статора по рис. 1.5,б с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов. 6

19. Принимаем предварительно по таблице 1.6; , тогда

где принимаем равным, тогда

.

20. Размеры полуовального паза. Ширина шлица паза

.

Высоту шлица паза принимаем .

.

Рис.

21. Площадь паза

.

22. Принимаем коэффициент уменьшения полезной площади паза .

23. Площадь паза в свету:

.

Структура изоляции паза для наиболее распространенных однослойных обмоток показана на рисунке. Пазовую изоляцию выполняют преимущественно в виде коробочки из лавсановой плёнки толщиной 0,19 мм. Пазовый клин тоже выполняют из лавсана толщиной 0,35 мм или 0,25 мм.

Рис.

24. Коэффициент заполнения паза:

что входит в диапазон допустимых значений

3.Расчет ротора

25. Воздушный зазор:

.

Принимаем .

26. Число пазов ротора по табл. 1.7, со скосом на 0,5 зубцового деления.

27. Внешний диаметр:

.

28. Длина .

29. Зубцовое деление:

.

30. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал:

.

31. Ток в стержне ротора:

.

32. Площадь поперечного сечения стержня:

.

33. Паз ротора по [1], принимаем, .

Допустимая ширина зубца при :

.

Размеры паза:

.

Принимаем .

.

Принимаем .

.

Принимаем .

Высота зубца ротора:

.

Площадь паза, равная сечению стержня:

.

34. Плотность тока в стержне:

.

35. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

здесь,

где ,

.

Размеры замыкающих колец:

.

Принимаем .

.

4.Расчёт намагничивающего тока

36. Значения индукций:

где расчётная высота ярма ротора

.

37. Магнитное напряжение воздушного зазора:

здесь ,

где .

38. Магнитные напряжения зубцовых зон статора:

ротора

где по табл. П. 6 для стали 2013 при, при; , .

39. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

40. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

где по табл. П. 6 при, при ,

где .

41. Магнитное напряжение на пару полюсов:

.

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

43. Намагничивающий ток:

относительное значение:

.

5.Параметры рабочего режима

44. Активное сопротивление фазы обмотки статора

.

Для класса нагревостойкости изоляции F расчётная. Для меди .

Длина проводников фазы обмотки

где ,

где; по табл. 1.9 [1], ;

.

Длина вылета лобовой части катушки:

где по табл. 1.9 [1]

Относительное значение:

45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

где

Для литой алюминиевой обмотки ротора .

Приводим Z к числу обмотки статора

.

Относительное значение:

.

46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где

;

— относительное укорочение шага обмотки.

для и по рис. 1.9. .

Относительное значение:

.

47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

для рабочего режима .

так как .

Приводим x₂ к числу витков статора:

.

Относительное значение:

.

Принимая во внимание небольшую величину скоса пазов ротора, учитывать влияние скоса на параметров не будем.

6.Расчёт потерь

48. Основные потери в стали:

где и для стали 2013.

.

49. Сумма добавочных потерь в стали:

.

50. Полные потери в стали:

.

51. Механические потери:

для двигателей коэффициент .

52. Добавочные потери при номинальном режиме:

.

53. Ток холостого хода двигателя :

.

54. Электрические потери в обмотках статора:

.

Электрические потери в обмотках ротора:

55. Сумма всех потерь в двигателе в номинальном режиме:

7.Расчёт рабочих и пусковых характеристик

56. Для расчёта характеристик асинхронного двигателя составляем схему замещения:

здесь ,

.

Рис.

Таким образом, исходные данные для расчёта пусковых и рабочих характеристик двигателя с учётом изменения параметров ротора от насыщения и поверхностного эффекта и с учётом насыщения основного магнитного потока следующие:

Результаты расчёта характеристик на ЭВМ приведены в таблице [1], из которых получаем параметры двигателя в номинальном режиме (при Р2н = 0,78 кВт).

Исходные данные

X1= 13.174 R1= 11.450 X2= 3.910 R2= 6.430

X12= 132.52 R12= 2.020 P= 2.0 F= 50.0

U3= 220.0 H3= 0.12 500 MR= 1.0 R02=.440

8.Характеристика асинхронного двигателя

Таблица

9.Тепловой расчёт

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

где при по [1]:

где по табл. 1.11 [1]

по табл. 1.12 — .

58. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

где ,

— толщина пазовой изоляции;

для изоляции класса нагревостойкости F:

из рис. 1.12 для

59. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

где ,

.

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:

здесь

где

по табл. 1.13 [1]

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

.

60. Расчёт вентиляции Требуемый для охлаждения расход воздуха:

при 2

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

что соответствует требованиям, т.к. .

10.Динамические параметры

61. Момент инерции ротора:

где при .

62. Допустимое число пусков асинхронного двигателя в час на холостом ходу:

.

63. Допустимое число реверсов в час на холостом ходу двигателя:

.

64. Скорость нарастания температуры при пуске:

где для холодного состояния двигателя перед пуском.

Список литературы

1. Дмитриев В. Н. Проектирование и исследование асинхронных двигателей малой мощности: Учеб. пособие. — Ульяновск, 1996. — 88 с.: ил.

2. Токарев Б. Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 624 с.: ил.

3. И. П. Электрические машины: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высш. шк.; Логос; 2000. — 607 с.

4. Вольдек А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебных заведений. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — Л.: Энергия, 1974.

5. Дмитриев В. Н., Кислицын А. Л. Испытание электрических машин: Учебное пособие. — Ульяновск, 1998. — 100 с.

1.