Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Техническое задание

Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором: P₂ = 11 кВт, U = 220/380 В, 2р = 2; конструктивное исполнение IM1001; исполнение по способу защиты IP44; способ охлаждения IC0141; климатическое исполнение и категория размещения У3, класс нагревостойкости изоляции F.

1. Выбор главных размеров

Высота оси вращения (предварительно) h = 130 мм (рисунок 9.18,а) принимаем ближайшее значение h = 132 мм, наружный диаметр статора.

Da = 0,225 м.

Внутренний диаметр статора.

Полюсное деление.

Расчетная мощность.

где Ке = 0,983 (рисунок 9.20), (рисунок 9.21, а) Электромагнитные нагрузки (предварительно (по рисунку 9.22,б)).

А = 26 400 А/м.

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки (предварительно) Коб1 = 0,95.

Расчетная длина воздушного зазора.

где — синхронная угловая скорость вала двигателя.

Полученное значение находится в допускаемых пределах (рисунок 9.25).

2. Проектирование обмотки статора

Предельные значения t_z1 (рисунок 9.26).

t _z1max = 16,4 мм.

t _z1min = 13,7 мм Число пазов статора.

Принимаем Z1 = 24, тогда.

Обмотка однослойная.

Зубцовое деление статора (окончательно).

Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии, а = 1).

Принимаем, а = 1, тогда.

Число витков в фазе обмотки (окончательно).

Значение линейной нагрузки (окончательно).

А/м Значение потока.

Индукция в воздушном зазоре.

Значения, А и Вб находятся в допускаемых пределах.

Плотность тока в обмотке статора (предварительно).

по рисунку 9.27, б Сечение эффективного проводника (предварительно).

Принимаем nэл = 4, тогда qэл = 0,985.

По приложению 3 подбираем обмоточный провод ПЭТВ.

Плотность тока в обмотке статора (окончательно).

3. Проектирование паза и ярма статора

_{Выбираем паз статора по рисунку 1}

Рисунок 1 — Трапецеидальный паз статора.

_{Принимаем Bz1 = 1,65 Тл Ba = 1,5 Тл (таблица 9.12)}

Размеры паза в штампе принимаем: bш1= 3,3 мм hш1 = 0,5 мм.

Размеры паза в свету с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников:

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

4.

Воздушный зазор

Ток в стержне ротора.

Площадь поперечного сечения стержня.

Паз ротора овальный полузакрытый по рисунку 2.

Рисунок 2 — Полузакрытый овальный паз ротора.

Принимаем:

Принимаем.

Допустимая ширина зубца.

Размеры паза.

Уточненная ширина зубца ротора.

Уточненная площадь сечения стержня.

Плотность тока в стержне.

Площадь поперечного сечения кольца.

Плотность тока в кольце Размеры колец:

Высота кольца Толщина кольца.

Средний диаметр кольца.

5. Расчет магнитной цепи

Марка стали магнитопровода — 2214 с толщиной листов 0,5 мм.

Коэффициент воздушного зазора.

Магнитное напряжение воздушного зазора.

Расчетная индукция в зубце.

Магнитная напряженность в зубце статора по приложению П1.

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора Расчетная индукция в зубце ротора.

Магнитная напряженность в зубце ротора по приложению П1.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора.

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

— удовлетворяет условиям.

Длина средней силовой линии в ярме статора.

Индукция в ярме статора.

Магнитная напряженность в ярме по приложению П1.

Магнитное напряжение ярма статора Высота ярма ротора при p=1.

Длина средней силовой линии в ярме ротора при р=1.

Окончательное значение индукции в ярме ротора.

Магнитная напряженность в ярме ротора.

Магнитное напряжение ярма ротора Магнитное напряжение на пару полюсов Коэффициент насыщения магнитной цепи.

Намагничивающий ток.

Относительная величина.

о.е.

6. Параметры обмоток в рабочем режиме.

Средняя ширина катушки.

Длина лобовой части витка где =1,2 по таблице 9.23.

Длина вылета лобовой части где =0,26 по таблице 9.23.

Средняя длина витка Длина проводников фазы обмотки.

Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Относительное значение.

о.е. (0,02−0,04).

Удельное сопротивление алюминия, залитого в паз.

Ом•м Сопротивление стержня.

Сопротивление кольца.

Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

Приведенное сопротивление.

Относительное значение.

о.е. (0,02−0,03).

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора Размеры паза статора на рисунке 3.

Рисунок 3 — Размеры паза статора.

Высота паза, занятая обмоткой.

мм Толщина клина или пазовой крышки.

мм Толщина прокладки между слоями.

Коэффициент, учитывающий влияние укорочения катушек статора на поток рассеяния паза.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния.

по рисунку 9.51.

Относительное значение.

о.е. (0,08−0,14).

Индуктивное сопротивление фазы короткозамкнутой обмотки ротора Форма паза представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Размеры паза ротора

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

Коэффициент проводимости скоса.

Индуктивное сопротивление фазы.

Приведенное индуктивное сопротивление.

Относительное значение

о.е. (0,1−0,16).

7. Расчет потерь в номинальном режиме работы

Потери в стали основные Удельные потери в стали Показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания Коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности потока и технологических факторов Удельная масса стали Масса ярма.

Масса зубцов.

Основные потери в стали статора.

Основные потери в ярме статора.

Основные потери в зубцах статора.

Поверхностные потери в стали статора и ротора Относительная величина ширины шлица паза статора и ротора.

Амплитуда пульсаций индукции на поверхности статора и ротора Коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности коронок зубцов на величину поверхностных потерь Удельные потери на поверхности статора.

Удельные потери на поверхности ротора.

Поверхностные потери Пульсационные потери в зубцах статора и ротора.

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении статора и ротора.

Масса зубцов ротора.

Пульсационные потери в зубцах статора

Сумма добавочных потерь в стали:

Полные потери в стали Механические потери.

при р=1.

Потери в меди статора.

Потери в меди ротора.

Суммарные потери.

Холостой ход двигателя Потери в меди статора.

Активная составляющая тока холостого хода:

Ток холостого хода.

Коэффициент мощности в режиме холостого хода.

8. Параметры Т-образной схемы замещения в рабочем режиме

Главные сопротивления фазы статора, соединяемые в ветви намагничивания параллельно.

Сопротивления ветви намагничивания, соединяемые последовательно.

9. Расчет рабочих характеристик АД.

значит для расчета с₁ можно использовать приближенную формулу.

Активная составляющая тока синхронного холостого хода.

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения Номинальное скольжение предварительно берем.

Характеристики рассчитываем для скольжений s = 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,03.

Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

_{Таблица 1 — Рабочие характеристики}

№ п/п.	Рачетная формула.	Единица.	Скольжение.
			0,005.	0,01.	0,015.	0,02.	0,025.	0,03	sн =. 0,026.
		Ом.	56,86.	28,43.	18,95.	14,22.	11,37.	9,48.	10,94.
		Ом.
		Ом.	57,32.	28,89.	19,41.	14,68.	11,83.	9,94.	11,40.
		Ом.	2,338.	2,338.	2,338.	2,338.	2,338.	2,338.	2,338.
		Ом.	57,37.	28,98.	19,55.	14,99.	12,06.	10,21.	11,64.
		А.	3,83.	7,59.	11,25.	14,68.	18,24.	21,55.	18,90.
		;	0,999.	0,997.	0,993.	0,979.	0,981.	0,974.	0,979.
		;	0,041.	0,081.	0,120.	0,156.	0,194.	0,229.	0,201.
		А.	4,099.	7,567.	11,171.	14,372.	17,893.	20,990.	18,503.
		А.	5,117.	5,575.	6,310.	7,250.	8,499.	9,895.	8,759.
		А.	6,556.	9,399.	12,826.	16,097.	19,809.	23,205.	20,510.
		А.	3,930.	7,787.	11,543.	15,062.	18,714.	22,110.	19,391.
		кВт.	2,705.	4,994.	7,373.	9,486.	11,809.	13,853.	12,373.
		кВт.	0,058.	0,119.	0,222.	0,350.	0,530.	0,727.	0,572.
		кВт.	0,013.	0,049.	0,108.	0,184.	0,284.	0,396.	0,305.
		кВт.	0,014.	0,025.	0,037.	0,049.	0,059.	0,069.	0,061.
		кВт.	0,526.	0,634.	0,808.	1,024.	1,314.	1,633.	1,373.
		кВт.	2,179.	4,360.	6,565.	8,462.	10,495.	12,220.	11,000.
	;	0,806.	0,873.	0,890.	0,892.	0,889.	0,882.	0,889.
		;	0,666.	0,834.	0,890.	0,907.	0,914.	0,914.	0,914.

Рабочие характеристики представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 — Рабочие характеристики.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

10. Расчет пусковых характеристик

Подробный расчет для s = 1.

Параметры с учетом вытеснения тока:

где.

Для по рисунку 9.57 находим, по рисунку 9.58 находим.

Глубина проникновения тока:

Если, то и по следующим формулам.

Если, то.

Иначе, а.

При s = 1, а, 181.

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока.

Приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока.

Изменение индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы приведенной обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока.

Пусковые параметры.

Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

Данные расчета других точек сведены в таблицу 2.

Таблица 2 — Расчет токов с учетом поверхностного эффекта

№ п/п.	Расчетная формула.	Единица.	Скольжение.
				0,8.	0,5.	0,2.	0,1.	Sкр = 0,196.
		;	1,455.	1,301.	1,031.	0,654.	0,465.	;
		;	0,300.	0,220.	0,110.	0,065.	0,046.	;
		;	1,18.	1,13.
		мм.	17,6.	18,7.	20,6.	21,5.	21,9.	22,9.
		;	1,11.	1,08.
		Ом.	0,301.	0,292.	0,270.	0,270.	0,270.	0,270.
		;	0,900.	0,920.	0,960.	0,985.	0,990.	0,985.
		;	1,317.	1,346.	1,383.	1,406.	1,141.	1,410.
		;	0,979.	0,986.	0,992.	0,996.	0,997.	0,996.
		Ом.	1,096.	1,105.	1,112.	1,115.	1,117.	1,115.
		Ом.	0,756.	0,820.	0,998.	1,820.	3,191.	1,848.
		Ом.	2,242.	2,252.	2,259.	2,262.	2,264.	2,262.
		А.	92,98.	91,80.	89,08.	75,78.	56,23.	75,32.
		А.	94,41.	93,25.	90,62.	77,07.	57,70.	76,60.

Принимаем для s = 1, коэффициент насыщения k_нас = 1,6.

Средняя МДС обмотки статора, отнесенная к одному пазу обмотки статора.

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре.

Для по рисунку 9.61 находим.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения.

Расчет токов и моментов.

Кратность пускового тока с учетом влияния поверхностного эффекта и насыщения.

Кратность пускового момента с учетом влияния поверхностного эффекта и насыщения.

Полученный в расчете коэффициент насыщения.

Отличие от принятого ранее.

% = 1,9% - удовлетворяет требованиям.

Результаты расчеты при других скольжениях сведены в таблицу 3.

Таблица 2 — Расчет токов с учетом насыщения.

№.	Расчетная формула.	Единица.	Скольжение s.
				0,8.	0,5.	0,2.	0,1.	sкр = 0,196.
		;	1,60.	1,55.	1,45.	1,20.	1,10.	1,20.
		А.
		Тл.	6,591.	6,312.	5,738.	4,039.	2,772.	4,013.
		;	0,38.	0,40.	0,43.	0,59.	0,76.	0,59.
		мм.	8,184.	7,920.	7,524.	5,412.	3,168.	5,412.
		;	0,774.	0,778.	0,789.	0,847.	0,952.	0,850.
		;	1,106.	1,164.	1,251.	1,717.	2,212.	1,717.
		Ом.	0,685.	0,697.	0,716.	0,818.	0,934.	0,818.
		;	1,009.	1,010.	1,010.	1,011.	1,013.	1,011.
		мм.	11,904.	11,520.	10,944.	7,872.	4,608.	7,872.
		;	0,873.	0,875.	0,877.	0,897.	0,940.	0,897.
		;	1,110.	1,183.	1,274.	1,711.	2,144.	1,725.
		Ом.	0,588.	0,605.	0,626.	0,729.	0,836.	0,732.
		Ом.	0,754.	0,830.	1,058.	1,972.	3,499.	2,003.
		Ом.	1,278.	1,308.	1,348.	1,555.	1,781.	1,558.
		А.	149,48.	142,02.	128,38.	87,60.	56,03.	86,70.
		А.	148,42.	143,25.	131,46.	92,75.	60,88.	91,45.
		;	1,57.	1,53.	1,45.	1,20.	1,06.	1,20.
		;	7,24.	6,96.	6,38.	4,51.	2,96.	4,46.
		;	1,68.	1,90.	2,37.	2,93.	2,52.	2,94.

Пусковые характеристики представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 — Пусковые характеристики.

11. Тепловой расчет

Электрические потери в пазовой части обмотки статора при предельной температуре обмотки.

Коэффициент теплоотдачи с поверхности сердечника статора в зазор по рисунку 9.67,а.

Доля потерь в сердечнике и пазовой части обмотки, передаваемая по воздуху внутри машины, по таблице 9.35.

К = 0,22.

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

Расчетный периметр поперечного сечения полуоткрытого паза статора Односторонняя толщина изоляции в пазу Эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции для класса нагревостойкости F.

Коэффициент теплопроводности внутренней изоляции.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора.

Электрические потери в лобовой части обмотки статора при предельной температуре обмотки.

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей.

Превышение температуры поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя.

Потери в меди при предельной температуре Потери, передаваемые корпусу.

Потери, передаваемые воздуху, находящемуся внутри машины.

Среднее значение периметра поперечного сечения ребер корпуса АД.

PSR = 0,26 м.

Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды.

Допустимое превышение температуры над температурой внешней среды для класса изоляции F.

Перегрев обмотки статора находится в допустимых пределах.

12. Вентиляционный расчет

Требуемый для охлаждения расход воздуха.

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.