Расчет асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях промышленности. Серия 4А охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт и имеет 17 высот оси вращения от 50 до 355 мм. Асинхронные двигатели общего назначения мощностью до 400 кВт на напряжение до 1000 В являются наиболее широко применяемыми электрическими машинами. На изготовление двигателей расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции электротехнической стали и др. Именно по этому правильное проектирование высокоэкономичных и надёжных асинхронных машин является важнейшей задачей. В данном курсовом проекте рассматривается следующий двигатель: — Исполнение по степени защиты: IP44 — по первой цифре соответствует защите от возможности соприкосновения инструмента, проволоки или других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими или движущимися частями внутри машины; по второй цифре — защите от водяных брызг любого направления, попадающих на оболочку. — Способ охлаждения: IC0141 — двигатель, обдуваемый наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

— Конструктивное исполнение по способу монтажа: IM1001 — по первой цифре — двигатель на лапах, с подшипниковыми щитами; по второй и третьей цифрам — с горизонтальным расположением вала и нижним расположением лап; по четвертой цифре — с одним цилиндрическим концом вала. — Климатические условия работы: У3 — по букве — для умеренного климата; по цифре — для размещения в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействия песка и пыли, солнечной радиации существенно меньше, чем на открытом воздухе (каменные, бетонные, деревянные и другие не отапливаемые помещения. — Классом нагревостойкости системы изоляции двигателя является класс F. Предельная допустимая температура этого класса — 155? С. Станина изготовлена из чугуна и имеет продольные рёбра, увеличивающие поверхность охлаждения. Охлаждение двигателей со степенью защиты IP44 осуществляется установленным на валу вентилятором. Вентилятор защищён кожухом. — В двигателе устанавливаются шариковые и роликовые подшипники качения.

1. Выбор конструкции асинхронного двигателя

При проектировании асинхронного двигателя с фазным ротором с заданными техническими характеристиками в качестве базовой модели выбираем конструкцию двигателя А4.

Проектируемый двигатель представляет собой машину на лапах, вал горизонтальный с цилиндрическим концом. Корпус двигателя выполнен из алюминия. Степень защиты IP44

Магнитопровод статора выполняют шихтованным, из целых листов электротехнической стали 2013 толщиной 0.5 мм. По внутренней поверхности магнитопровода для размещения обмотки статора штампуют пазы трапециидальной формы. Для изоляции листов друг от друга их после снятия заусенцев лакируют. Для предотвращения деформации (распушения) относительно тонких листов торцевые листы выполняют более толстыми. Собранный таким образом магнитопровод прессуют и скрепляют по внешнему диаметру П — образными скобами Штамповка листов ротора собирают из высечки листов статора. Сердечник ротора насаживают на гладкий вал без шпонки. Изготовленный сердечник ротора с валом протачивают по наружному диаметру для обеспечения необходимого воздушного зазора между сердечниками ротора и статора. В роторе использованы трапециидальные полузакрытые пазы.

В машине выполнена однослойная шаблонная обмотка статора и ротора. Шаблонные обмотки имеют катушки одинаковой ширины и формы, которые наматываются на одном и том же шаблоне, откуда и произошло название этих обмоток. Шаблонные обмотки находят применение в асинхронных двигателях малой мощности, когда катушки наматываются из круглого провода диаметром до 2.2—2.5 мм. Катушки при этом легко деформируемы и называются мягкими. Лобовым частям таких катушек при их укладке в пазы можно легко придать необходимую форму. Катушки изготавливают из круглых проводов ПЭТ — 155 класса изоляции F (с толщиной изоляции bиз = 0.3 мм).

2. Выбор главных размеров

2.1 Выбор главных размеров электродвигателя

Число пар полюсов определяем по формуле

(2.1)

По [1, табл. 9.1] при заданной мощности и числе полюсов находим стандартную высоту вращения h = 200 мм. Наружный диаметр статора по [1,табл. 9.8] для данной оси вращения Da = 0.359 м. По [1, табл. 9.9] для 2p = 4 находим KD — характеризующего отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечников статора асинхронных двигателей при различных числах полюсов KD = 0.67.

Определим внутренний диаметр D, проектируемой машины по формуле:

(2.2)

м

Находим полюсное деление, м по формуле:

(2.3)

м

Определим расчётную мощность P', кВт по формуле [1, 9.4]:

(2.4)

где

P2 — мощность на валу двигателя, = 37 кВт;

KE — отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

з — КПД двигателя;

Cosц — косинус угла.

KE определяем по рисунку [1, 9.20]. KE = 0,98.

Cosц и з определяем по рисунку [1, 9.21]. Cosц = 0,89 и з = 0,9.

Вт

Найдём расчётную длину магнитопровода? д, м по формуле[1, 9.6] :

(2.5)

где Щ — синхронная угловая скорость двигателя;

KB — коэффициент формы поля;

(2.6)

KОБ1 — обмоточный коэффициент,

A — электромагнитная нагрузка асинхронного двигателя, А/м;

Bд — индукция, Тл. Синхронная угловая скорость вала двигателя по формуле

(2.7)

Где n1- синхронная частота вращения об/мин, f1- частота питания, Гц

рад/с

KB и KОБ1 принимаем предварительно: KB = 1,11 и KОБ1 = 0,92.

A и Bд принимаем по рисунку [1,рис 9.22]: A = 0,36*103 А/м, Bд = 0,78 Тл. Тогда

мм.

В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250…300 мм, вентиляционные каналы не делают. Сердечники шихтуются в один пакет. Для такой конструкции м Конструктивная длина сердечника статора м Определим правильность выбора главных размеров, использую отношение:, (2.8)

Значение л = 0.9 находится в допустимых пределах по рисунку 6.14,а [1, рис 9.25].

Окончательно принимаем:

Da = 0,359 м — внешний диаметр статора.

D = 0,241 м — внутренний диаметр статора.

h = 0,200 м — высота оси вращения

?д = 0,17 м — расчётная длина магнитопровода.

2.2 Расчёт зубцовой зоны и обмотки статора

Рассчитаем минимальное и максимальное количество пазов статора. Так как обмотка из круглого провода, то диапазон возможных значений tZ1 выбираем по [1, рис. 9.26].

tZmin = 0.013 м и tZmax = 0.016 м.

Тогда возможность числа пазов статора, соответствующий выбранному диапазону tZ1 по формуле [1, 9.16]:

Z1min ч Z1max =, (2.9)

Z1min ч Z1max =

Принимаем по [1, табл. 9.18] окончательное количество пазов статора Z1 = 48.

тогда

(2.10)

Где m, число фаз: m=3

Обмотка двухслойная концентрическая nсл = 2

Зубцовое деление статора (окончательно):

(2.11)

мм Определим номинальный ток обмотки статора, А по формуле [1, 9.18]:

(2.12)

А Определим предварительное число эффективных проводников в пазу при условии а=1 по формуле 9.17 [1]:

(2.13)

шт Принимаем число параллельных ветвей: a = 2 тогда по формуле 9.19 [1]:

(2.14)

шт.

Принимаем 16 шт.

Окончательное число витков в фазе обмотки по формуле 9.20 [1]:

(2.15)

Окончательное значение линейной нагрузки по формуле 9.21 [1]:

(2.16)

А/м Уточняем значение потока Ф по формуле 9.22 [1]:

(2.17)

Вб Определим индукцию в воздушном зазоре по формуле:

(2.18)

Тл Где при q=4 по [1.табл.3.16] Kp1 = 958

Расчетный шаг по 3.9 [1]

(2.19)

Принимаем шаг обмотки У=10

Укорочение шага 3.12 [1]

где

(2.20)

Где (2.21)

Коэффициент укорочения 3.6 [1]

(2.22)

(2.23)

Для Da = 0,359 м по [1, рис. 9.20] Ке =0,98 Предварительно принимаем произведение линейной нагрузки на плотность тока [1, рис. 9.27 ] (AJ) = 190· 109 А2/м3

Рассчитаем плотность тока в обмотке статора (предварительно) по формуле 9.25 [1]:

(2.24)

А/м2

Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по 9.24 [1]

(2.25)

мм2

В машинах с номинальным напряжением до 660 В и мощностью до 100 кВт обмотки выполняют из круглого обмоточного провода и укладывают в трапецеидальные полузакрытые пазы. Выбираем число элементарных проводников nэл = 3 Тогда сечение элементарного проводника :

(2.26)

мм2

Выбираем обмоточный провод ПЭТВ [1, П3.1]: При ручной укладке обмоток (двигатели с h > 160 мм) диаметр изолированного провода обычно берут не более 1,7 мм

dэл =1,7 мм — номинальный диаметр неизолированного провода;

dиз =1,785 мм — средний диаметр изолированного провода;

qэл = 2,27 -площадь поперечного сечения неизолированного провода.

Окончательное сечение эффективного проводника

(2.27)

Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по формуле 9.27 [1]:

(2.28)

А/м2

Паз статора определяем по рис. 9.29[1], с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов. По таблице 9.12 [1]при 2р=4, принимаем значение индукций:

BZ1 = 1.8 Тл — значение индукции в зубцах статора;

Ba = 1.55 Тл — значение индукции в ярме статора.

По таблице 6.11 [1, стр.174], выбираем коэффициент заполнения оксидированной сталью 2013: Kc = 0.97.

Ширина зубца статора по формуле .379 [1]:

(2.29)

м

где коэффициент заполнения сердечника сталью [1, табл. 9.13] при оксидировании Кс = 0,97

Определим высоту ярма статора по формуле 9.28 [1]:

(2.30)

Размеры шлица паза статора:

bш = 3,7 мм — нормализованная ширина шлица паза по табл. 9.16 [1];

hш = 1 мм — высота шлица паза при высоте оси вращения двигателя h=200 мм;в=45 град.

Находим размеры паза в штампе по 9.38−9.45 [1]: высота паза

(2.31)

Нижняя ширина паза:

(2.32)

мм

Верхняя ширина паза:

(2.33)

мм

Высота клиновой части паза:

(2.34)

мм

(2.35)

мм

Размеры паза «в свету» будут меньше, чем в штампе, т. е. чем размеры паза в каждом отдельном листе после штамповки, на величину припусков, указанных в [1,табл. 9.14] Дbп = 0,2 мм; Дhп = 0,2 мм Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

(2.36)

Площадь, занимаемая прокладками в пазу (на дне паза, под клином и между слоями обмотки в двухслойной обмотке)

(2.37)

Односторонняя толщина изоляции в пазу по [1, табл. 3.1] bиз = 0,4 мм Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу

(2.38)

мм2

Площадь поперечного сечения в пазу для размещения проводников по формуле 9,48 [1]:

(2.39)

мм2

Рассчитаем коэффициент заполнения паза:

(2.40)

Таким образом, полученное значение допустимо для механизированной укладки обмотки 0,72…0,74.

Расчет фазного ротора Воздушный зазор по [1,рис. 9.31] д = 0,7 мм Принимаем ?2 = ?1 = 0,15 м Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и столько же полюсов, сколько их имеет обмотка статора Зададимся числом пазов на полюс и фазу ротора

(2.41) Тогда число пазов ротора

(2.42) Внешний диаметр ротора

(2.43)

Зубцовое деление обмотки ротора

(2.44)

Число витков в фазе по (9.55)

(2.45)

Напряжение на контактных кольцах ротора при соединении обмотки ротора в звезду по (9.56)

(2.46)

Полученное значение входит в рекомендуемые пределы — 150…250 В Предварительное значение тока в обмотке фазного ротора по (9.57) (2.47) где коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания по (9.58) ki = 0.2 + 0.8 · cosцном (3.43) (2.48)

ki = 0.2+0.8 · 0,89 = 0,912

коэффициент приведения токов, для двигателей с фазными роторами

(2.49)

коэффициент распределения обмотки при q = 4 по [1,табл. 3.16] kр =0,957; kоб = kр = 0,957 Сечение эффективных проводников обмотки ротора предварительно по (9.60)

(2.50)

Плотность тока в обмотке ротора принимаем J = 5 А мм Ширина паза предварительно по (9.32) bп = 0.4 · t (2.51)

bп = 0.4 · 12,5 = 5 мм Ширина проводника b должна быть меньше ширины паза на толщину всей изоляции с учетом допусков, т. е. корпусной, витковой (если она устанавливается в данной конструкции) и проводниковой, а также припусков на сборку сердечников: тогда по (9.35)

bэл = (bп? 2bиз? Дb) (2.52)

bэл= (5? 1,7? 0,2) = 3,1 мм где по [1,табл. 3.11] 2bиз = 1,7 мм по [1,табл. 9.14] Дb = 0,2 мм По [1,табл. П 3.2] выбираем неизолированный провод с размерами a = 3 мм; b = 6,3 мм

Расчетное сечение проводника qэл = 18,35 мм²

Окончательное сечение эффективного проводника qэф = qэл · nэл= 18,35 · 2 = 36,7 мм² (2.53)

Уточняем J2

(2.54)

Таблица 2.1 Составляем таблицу заполнения паза ротора.

Внутренний диаметр сердечника ротора по (9.102) Dв = k · D (2.55)

Dв = 0,23 · 0,359 = 0,8 257 м где по [1, табл. 9.19] коэффициент k = 0,23

Рисунок 2.1 Пазы статора и ротора спроектированного двигателя

3. Электромагнитный расчёт

3.1 Расчёт магнитной цепи

Рассчитаем коэффициенты необходимые для расчёта коэффициента воздушного зазора по формулам:

(3.1)

(3.2)

Магнитная проницаемость м0 = 4· 10−7 Гн/м.

Магнитное напряжение воздушного зазора по формуле 9.103 [1]:

(3.3)

А Расчетная высота зубца статора h = hп = 0,0281 м Определяем индукцию в сечении зубца ротора по формуле 9.105 [1]:

(3.4)

Тл

В соответствии с таблицей П1.17 [1]: для расчетной индукции Bz1 находим HZ1 = 1410 А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора по формуле 9.104 [1]:

(3.5)

А Высота зубца ротора:

(3.6)

Определяем индукцию в сечении зубца ротора по формуле 9.109 [1]:

(3.7)

Тл В соответствии с таблицей П 1.7 [1]: Bz2 находим HZ2 = 5520 А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора по формуле 9.108 [1]:

(3.8)

А

Коэффициент насыщения зубцовой зоны по формуле 9.115 [1]:

(3.9)

Расчетная высота ярма статора по формуле 9.118 [1]:

(3.10)

м Индукция в ярме статора по формуле 9.117 [1]:

(3.11)

Тл В соответствии с таблицей П1.6 [1]: Ha = 635 А/м.

Длина средней силовой линии в ярме статора по формуле 9.119 [1]:

(3.12)

м

Магнитное напряжение ярма статора по формуле 9.116 [1]:

(3.13)

А Величины необходимые для расчёта магнитного напряжения ярма ротора:

Диаметр вала по формуле 9.102 [1]:

(3.14)

м Расчетная высота ярма ротора по формуле 9.124 [1]:

(3.15)

Для всех двигателей, кроме двухполюсных, с непосредственной посадкой сердечника ротора на вал высота ярма ротора определяется по формуле:

(3.16)

Индукция в ярме ротора по формуле 9.122 [1]:

(3.17)

Тл Длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора по формуле 9.127 [1]:

(3.18)

м В соответствии с таблицей П1.6 [1]: Hj = 110 А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора по формуле 9.121 [1]:

(3.19)

А Магнитное напряжение на пару полюсов по формуле 9.128 [1]:

(3.20)

А Коэффициент насыщения магнитной цепи по формуле 9.129 [1]:

(3.21)

Намагничивающий ток по формуле 9.130 [1]:

(3.22)

А Относительное значение тока по формуле 9.131 [1]:

(3.23)

3.2 Расчет параметров машины

Для класса нагревостойкости изоляции «F» расчетная температура vрасч = 115єС. Для медных проводников обмотки статора удельное сопротивление В проводниках обмотки статора асинхронных машин эффект вытеснения тока проявляется незначительно из-за малых размеров элементарных проводников. Поэтому в расчетах нормальных машин, как правило, принимают kR = 1 .

Примем вылет лобовой части обмотки статора и ротора B = 0.01 м.

Выбираем из таблицы 9.23 коэффициенты длины лобовой части обмотки статора Кл = 1.3 и вылета лобовой части обмотки статора Квыл = 0.4. Укорочение шага обмотки = 0,833.

Средняя ширина катушки обмотки статора по формуле 9.138 [1]:

(3.24)

м Длина пазовой части равна конструктивной длине сердечника:=0,17 м.

Средняя длина витка обмотки ротора по формуле 9.135 [1]:

(3.25)

м Общая длина проводников фазы обмотки ротора по формуле 8.134 [1]:

(3.26)

м Активное сопротивление фазы обмотки ротора по формуле 9.132 [1]:

(3.27)

Ом Длина лобовой части витка обмотки статора по формуле 9.136 [1]:

(3.28)

м Вылет лобовой части витка обмотки статора по формуле 9.137 [1]:

(3.29)

м Средняя длина витка обмотки статора по формуле 9.135 [1]:

(3.30)

м Общая длина проводников фазы обмотки статора по формуле 9.134 [1]:

(3.31)

м Активное сопротивление фазы обмотки статора по формуле 9.132 [1]:

(3.32)

Ом Относительное значение

(3.33)

Средняя ширина катушки обмотки ротора по формуле 9.141 [1]:

(3.34)

м Длина лобовой части витка обмотки ротора по формуле 9.145 [1]:

(3.35)

м Где по формуле 9.148[1],

(3.36)

Где по таблице 9.25 SСТ = 1,7 мм, bСТ = а = 3 мм.

Где по (9.142)

(3.37)

Bc — сумма прямолинейных участков лобовой части стержня: длины вылета из паза и длины конца стержня в месте установки хомутиков, соединяющих стержни друг с другом. Обычно принимают 0,05…0,10 м (большие значения для машин большей мощности и напряжения).

Среднее расстояние между сторонами последовательно соединенных стержней:

м (3.38)

Приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора по формуле 9.150 [1]:, (3.39)

Ом

Вылет лобовой части обмотки ротора, м, (9,146)

м (3.40) Где по (9.143)

(3.41)

Относительное значение Далее определяем индуктивное сопротивление обмоток Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора по таблице 9.26 (см. рис. 9.50, е) Так как проводники закреплены пазовой крышкой

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по формуле 9.159 [1]:

(3.42)

Коэффициенты магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмоток статора по (9.260)

(3.43)

Расчетная длина магнитопровода для обмотки статора по (9.153)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по формуле 9.152 [1]:

(3.44)

Ом Относительное значение При расчете номинального режима двигателя во всех формулах принимаем

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора по таблице 9.26, (см. рис. 9.50 а)[1].

(3.45)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по формуле 9.159 [1]:

(3.46)

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния по формуле 9.160 [1]:

(3.47)

Где при целом q по формуле 9.161[1]

(3.48)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по формуле 9.177 [1]:

(3.49)

Ом Приводим сопротивление фазы обмотки ротора к числу витков статора по формуле 9.165 [1]:

(3.50)

Ом

Относительные значения параметров по формуле 9.186 [1]:

(3.51)

3.3 Расчет потерь и КПД двигателя Потери в стали основные

(3.52)

Удельные потери в стали 2013 принимаем по таблице 9.28 [1]:

Вт/кг.

Удельная масса стали:

=7800 кг/м3.

Масса стали ярма статора по формуле 9.188 [1]:

(3.53)

кг Масса стали зубцов статора по формуле 9.189 [1]:

(3.54)

кг Коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали, неравномерность распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов для машин мощностью меньше 250 кВт можно принять:

Кда = 1.6; Кдz = 1.8.

Полные поверхностные потери в роторе и статоре по формулам 9.194 [1]:

(3.55)

Вт

Поверхностные потери по формуле 9,192 [1]:

(3.56)

Вт/м2

Коэффициенты, учитывающие влияние обработки поверхности зубцов ротора и статора:

К01 = К02 = 1,5.

Для определения поверхностных потерь вначале находим амплитуду пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора по (9.190)

(3.57)

Тл Для зубцов ротора определяем отношение Тогда по рисунку 9.53[1], коэффициент .

Пульсационные потери в зубцах ротора (по 9.200):

(3.58)

Вт

Найдём амплитуду пульсаций индукции в среднем сечении зубцов 9.196 [1]:

(3.59)

Тл

Масса стали зубцов ротора по формуле 9.201 [1]:

(3.60)

кг Поверхностные и пульсационные потери в статорах двигателей с и короткозамкнутыми или фазными роторами со стержневой обмоткой обычно малы, так как в пазах таких роторов bш2 мало и пульсации индукции в воздушном зазоре над головками зубцов статора незначительны. Поэтому расчет этих потерь в статорах таких двигателей не проводят.

Добавочные потери в стали по формуле 9.202 [1]:

(3.61)

Вт Полные потери в стали по формуле 9.203 [1]:

(3.62)

Вт Рассчитаем механические и вентиляционные потери:

Определи коэффициент Kт, для двигателей с 2р=4;

(3.63)

Механические потери по формуле 9.210 [1]:

(3.64)

Вт Электрические потери в статоре при холостом ходе приближенно по (9.219)

(3.65)

Вт Активная составляющая тока холостого хода по формуле 9.218 [1]:

(3.66)

А Реактивная составляющая тока холостого хода:

А.

асинхронный двигатель статор напряжение Ток холостого хода двигателя по формуле 8.217 [1]:

(3.67)

А Ток холостого хода в относительных единицах:

Определим коэффициент мощности при холостом ходе по формуле 9.221 [1]:

(3.68)

3.4 Расчёт рабочих характеристик

Рассчитаем сопротивления взаимной индукции обмоток статора и ротора по (9.184)[1]

Ом (3.69)

По формуле (9.185)

Ом Их относительные значения:

о.е.

о.е.

Рассчитаем коэффициент по формуле 9.222 [1]:

(3.70)

В асинхронных двигателях мощностью более 2 — 3 кВт, как правило, | г |? 1°, поэтому реактивной составляющей коэффициента с1, можно пренебречь, тогда приближенно

(3.71)

Вспомогательные коэффициенты по формуле 8.227 [1]:

(3.72)

(3.73)

(3.74)

Потери не изменяющиеся при изменении скольжения

Вт (3.75)

Предварительно принимаем номинальное скольжение:

Таблица 3.1 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

По результатам расчетов рабочих характеристик уточняем параметры двигателя:

Рисунок 3.1 Рабочие характеристики спроектированного двигателя.

Параметры схемы замещения в именованных относительных единицах

По формуле (9.184[1])

(3.76)

По формуле (9.185[1])

(3.77)

Расчет производим по приближенным формулам

(3.78)

Сопротивление короткого замыкания

(3.79)

(3.80)

Из расчета рабочих характеристик номинальное скольжение

Тогда номинальная частота вращения

(3.81)

Полезный момент на валу двигателя при номинальной нагрузке определим по формуле

(3.82)

Максимальное значение момента

(3.83)

Соответствующее этому моменту критическое скольжение

(3.84)

Пусковой момент асинхронного двигателя

(3.85)

В относительных единицах Построим механическую характеристику асинхронного двигателя используя формулу:

(3.86)

Таблица 3.2 Построение естественной механической характеристики

При расчете механической характеристики следует иметь ввиду, что при значениях скольжения, превышающих критической, точность расчетов резко снижается. Это объясняется изменением параметров схемы замещения асинхронного двигателя, вызванного магнитным насыщением зубцов статора и ротора, и увеличением частоты тока в обмотке ротора. Для повышения пускового момента и ограничения пускового тока в цепь ротора вводится добавочное сопротивление. Значение добавочного сопротивления при котором пусковой момент буде равен максимальному находится по формуле:

(3.87)

Тогда пусковой момент асинхронного двигателя:

(3.88)

В относительных единицах:

Построим механическую характеристику асинхронного двигателя при введении в цепь ротора дополнительного сопротивления:

(3.89)

Таблица 3.3 Построение искусственной пусковой характеристики

Приведенное значение тока в обмотке ротора асинхронного двигателя определяется выражением Номинальный ток обмотки статора

Таблица 3.4 Построение естественной характеристики I (s)

Таблица 3.5 Построение искусственной характеристики I (s)

Рисунок 3.2 Пусковые характеристики I=f (s) Построим также механическую характеристику двигателя в виде функции n=f (M) Расчет выполним по упрощенной формуле Клосса.

Для примера приведем расчет для 0,5

(3.90)

(3.91)

Таблица3.6 Построение механической характеристики M (n)

Определим аналитически сопротивление резисторов на ступенях пускового реостата при кратности максимального момента

Третьей:

Второй:

Первой:

Тогда сопротивления пускового реостата на его ступенях:

Критическое скольжение при введении сопротивлений в цепь ротора:

(3.92)

(3.93)

Построим искусственные механические характеристики при введении в цепь ротора дополнительного сопротивления:

Таблица 3.7 Построение искусственных характеристик M (n)

Рисунок 3.3 Пусковые характеристики n=f (M) Существенно отметить, что при введении дополнительного активного сопротивления в роторную цепь частота вращения двигателя изменяется в относительно широких пределах, а критический момент двигателя при регулировании отается постоянным. Следовательно, перегрузочная способность двигателя при этом не ументьшается.

4. Тепловой и вентиляционный расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя по формуле (9.315) Дхпов1 = К

(4.1)

где б1 — коэффициент теплоотдачи с поверхности, определяемый по рис. 9.67; б1=120 Вт/м2*єС, К — коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду (принимают по табл. 9.35). К=0,2

(4.2)

Где из расчета рабочих характеристик находим при номинальном напряжении ,; Для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F kp = p140/p115 = 1,07, лэкв — средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции; для классов нагревостойкости В, F и Н лэкв = 0,16 Вт/(м°С); л’экв Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора,°С, по формуле (9.316)

(4.3)

Где расчетный параметр поперечного сечения паза статора, равный для полузакрытых трапецеидальных пазов

(4.4)

По рис 9.69 [1], для определяем

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей по (9.319)

(4.5)

(4.6)

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины, ° С, по (9.320)

(4.7)

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, ° С, по (9.321)

(4.8)

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии (9.322)

(4.9)

(4.10)

Из расчета рабочих характеристик при номинальном скольжении принимаем

(4.11)

Где по рисунку [1. Рис 9.70], для h =200 мм, Пр =0,39 м.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды,°С, по (9.328)

(4.12)

Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха по (9.340)

(4.13)

Где по (9.341)

(4.14)

где коэффициент m'= 2,5

Расход воздуха, обеспечивающий наружным вентилятором, по (9.342)

(4.15)

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

5. Описание сборки электродвигателя

Сердечник статора и ротора шихтуются из электротехнической стали толщиной 0.5 мм, сердечник выполняется без вентиляционных каналов.

Для изоляции листов друг от друга их лакируют. Для стали 2013 листы подвергают термообработке, в результате которой стабилизируются потери в стали и образуется поверхностный оксидный изолирующий слой.

Магнитопровод ротора насаживается непосредственно на вал. Для предотвращения деформации (распушения) относительно тонких листов крайние торцевые листы магнитопровода штампуют из более тонких листов стали. Собранный таким образом магнитопровод прессуют. После укладки обмотки в статор и пропитки её лаком сердечник запрессовывают в станину. На станине закрепляется винтами коробка выводов. Начала фаз обмотки выводятся в коробку выводов. Коробка выводов закрывается и скрепляется винтами.

Вал с напрессованным ротором после укладки обмотки помещается внутрь корпуса. Затем на вал насаживаются подшипники и фиксируются с помощью подшипниковых щитов. Подшипниковые щиты крепятся к корпусу с помощью винтов. Завершающей операцией является крепление на фланце болтов, предназначенных для заземления.

Заключение

В результате проектирования был разработан асинхронный двигатель с фазным ротором Параметры спроектированного двигателя отвечают заданным условиям. Двигатель отличается хорошими показателями КПД и коэффициента мощности в нормальном режиме работы. Рассмотрен процесс трехступенчатого реостатного пуска спроектированного двигателя с фазным ротором. Расчеты показывают что введение в пусковую цепь реостата значительно повышает пусковой момент и снижает пусковой ток, что особенно важно в тяжелых условиях пуска.

1. Копылов И. П. Проектирование электрических машин. — М.:Энергия, 2002

2. Вольдек А. И. Электрические машины. -М.:Энергия, 1974

3. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: Учебник для вузов. — М.: Энергия, 1980. — 928 с., ил.

4. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины. Л.:Энергия, 1973 — 648с, ил.