Расчет элекрического двигателя

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора:

=2,14,

гдеокругленное значение расчетной длины сердечника статора;

— потери в обмотке статора при максимальной допускаемой температуре;

— средняя длина витка обмотки;

— условная поверхность охлаждения активной части статора;

— суммарные магнитные потери в сердечники статора.

Удельный тепловой поток от потерь активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов:

14,57,

гдеокругленное значение расчетной длины сердечника статора;

— потери в обмотке статора при максимальной допускаемой температуре;

— средняя длина витка обмотки;

— Условная поверхность охлаждения пазов.

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки:

5,37,

где — потери в обмотке статора при максимальной допускаемой температуре;

— средняя длина витка обмотки;

— длина одной лобовой части катушки;

— Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки.

Окружная скорость ротора:

20,83 м/с, где — наружный диаметр сердечника ротора;

об/мин — синхронная частота вращения.

Коэффициент теплоотдачи поверхности статора определяем по рис. 9−24а [1]: 16

Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины:

13,4°C,

где 2,14 — удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали;

16 — коэффициент теплоотдачи поверхности статора.

Эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки, зависящий от отношения диаметров изолированного и неизолированного провода:

по рис. 9−26 [1]: 110.

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов:

=4,56°C,

где — большая ширина паза;

— меньшая ширина паза;

14,57 — потери в активной части обмотки;

— среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции;

110 — эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу.

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

33,56°C,

где 5,37 — потери в лобовых частях обмотки;

16 — коэффициент теплоотдачи поверхности статора.

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов:

=15,58°C,

где 110 — эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу;

5,37 — потери в лобовых частях обмотки;

— высота паза.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

40,22°C,

где — средняя длина витка обмотки;

— длина одной лобовой части катушки;

— превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя;

— перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов;

— перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов;

— превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины.

Потери в обмотке ротора при максимально допускаемой температуре:

3*10,86*1,48*0,77=403,21 Вт, где — ток ротора;

— сопротивление обмотки;

— класс нагревостойкости изоляции.

Потери в двигателе со степенью защиты IP44 передаваемые по воздуху внутри двигателя:

+0,1*234,79+61,8=1319,21 Вт, где — округленное значение расчетной длины сердечника статора;

— потери в обмотке статора при максимальной допускаемой температуре;

— средняя длина витка обмотки;

— суммарные магнитные потери в сердечники статора;

— добавочные потери при номинальной нагрузке;

— механические потери при степени защиты и радиальной системе вентиляции;

— длина одной лобовой части катушки.

Коэффициент подогрева воздуха находим из рис 9−25а [1]: 2,25.

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха без охлаждающих ребер на станине или с ребрами:

67,5°C,

где — потери в двигатели со степенью защиты IP44, передаваемые воздуху внутри двигателя;

— условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине;

2,25 — коэффициент подогрева воздуха.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха:

40,22+67,5=107,72°C,

где — среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха без охлаждающих ребер на станине или с ребрами;

— среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя.

Вентиляционный расчет

Наружный диаметр корпуса:

2*(132−12,47)=239,06 мм, где h=132 мм — высота оси вращения;

— расстояние между центрами радиусов.

Коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса двигателя:

11,989,

где — наружный диаметр корпуса;

об/мин — синхронная частота вращения.

Необходимый расход воздуха:

0,213 ,

где — коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины в зависимости от его диаметра и частоты вращения;

— потери в двигателе со степенью защиты IP44, передаваемые воздуху внутри двигателя;

— среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха без охлаждающих ребер на станине или с ребрами.

Расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентилятором:

=0,246 ,

где — наружный диаметр корпуса;

об/мин — синхронная частота вращения.

Обеспечивается достаточный поток охлаждающего воздуха, т.к. .

Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором:

632,65 Па, где — наружный диаметр корпуса;

об/мин — синхронная частота вращения.

Масса двигателя и динамический момент инерции ротора

Приближенное значение динамического момента инерции короткозамкнутого ротора:

0,6*132,66*130*24,16,

где — наружный диаметр сердечника ротора;

мм — длина ротора.

Масса изолированных проводов обмотки статора при круглом поперечном сечении:

6,8 кг, где d=1,12 мм — диаметр неизолированного провода;

d'=1,2 мм — диаметр изолированного провода;

— количество пазов сердечника статора;

S=0,985 — площадь поперечного сечения неизолированного провода;

c=2 — количество элементарных проводов в эффективном;

— количество эффективных проводников в пазу;

— средняя длина витка обмотки.

Количество вентиляционных лопаток принимаем равным: .

Толщина лопатки:

3,45 мм, где h=132 мм — высота оси вращения.

Длина лопатки:

40,9 мм, где h=132 мм — высота оси вращения.

Высота лопатки:

21,52 мм, где h=132 мм — высота оси вращения.

Масса алюминия короткозамкнутого ротора с литой клеткой:

=2,7*(19*173,33*130+2*3,14*107,36*658,65+1,1*12*

*(40,9−26,03)*21,52*3,45)*2,39 кг, где — число пазов ротора;

мм — длина ротора;

— площадь поперечного сечения стержня;

— средний диаметр кольца;

658,65 — поперечное сечение кольца;

— количество вентиляционных лопаток;

40,9 мм — длина лопатки;

26,03 мм — длина кольца;

21,52 мм — высота лопатки;

3,45 мм — толщина лопатки.

Масса стали сердечника статора и ротора:

=7,8*130*0,97*(0,785*(226−51,98)-24*177,2−19*

*173,33−0)*29,93 кг, где — округленное значение расчетной длины сердечника статора;

мм — наружный диаметр пакета статора;

51,98 мм — внутренний диаметр листов ротора;

— число пазов статора;

— число пазов ротора;

— площадь поперечного сечения статора;

— площадь поперечного сечения ротора.

Масса изоляции статора при трапецеидальных полузакрытых пазах:

=1,35*(130+20)(2*17,68+3*(0,5*(15,47+12,11)))*0,25*24*

=0,15 кг, где — округленное значение расчетной длины сердечника статора;

— число пазов статора;

17,68 мм — высота паза статора.

Масса конструкционных материалов двигателя со степенью защиты IP44, станина и щиты чугунные, ротор короткозамкнутый:

(0,65*226*130+2,8*226)*

=31,67 кг, где — округленное значение расчетной длины сердечника статора;

мм — наружный диаметр пакета статора.

Масса двигателя с короткозамкнутым ротором:

6,8+2,39+29,93+0,15+31,67=

=70,94 кг, где 6,8 кг — масса изолированных проводов обмотки статора;

2,39 кг — масса алюминия короткозамкнутого ротора литой клектки;

29,93 кг — масса стали сердечника статора и ротора;

31,67 кг — масса конструкционных материалов двигателя со степенью защиты IP44, станина и щиты чугунные, ротор короткозамкнутый.

1.

5. Механический расчет

Расчет вала на жесткость

Сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника:

64*132,66*130*146,4 Н, где — наружный диаметр сердечника ротора;

мм — полная длина сердечника ротора и якоря.

Рисунок 7. Эскиз вала к механическому расчету.

Номинальный момент вращения:

35 Н*м, где Вт — номинальная мощность;

об/мин — синхронная частота вращения.

Валы двигателей с высотами оси вращения выполняют с минимальным числом ступеней — 3. Согласно таблице 1−3 [1] определяем по величие наибольшего допускаемого момента длину выступающего конца вала, размеры призматической шпонки и шпоночного паза, связанные с диаметром выступающего цилиндрического конца вала: 32 мм; 80 мм; 10 мм; 8 мм; t=5 мм;

М=50 Н*м.

Рисунок 8. Эскиз выступающего конца цилиндрического вала.

Диаметр вала под подшипник и диаметр вала за подшипником принимаем по таб. 3−1 [1]: 35 мм;

44 мм.

Выберем предварительно для вала подшипник радиальный однорядный лёгкой серии 207, который имеет следующие параметры: d=35 мм; D=72 мм; В=17 мм;

С=19 700 Н; 13 600 Н.

Из предварительной компоновки вала имеем:

l=360 мм; а=180 мм; b=180 мм; x=y=8,5 мм; с=130 мм.

Определим экваториальный момент инерции вала для места посадки сердечника:

183 891 .

Найдем вспомогательные коэффициенты:

31,7 ;

31,7 ;

0,176 ;

Под воздействием силы тяжести прогиб вала посередине сердечника:

=3,75 мм, где — модуль упругости стали;

a=180 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

b=180 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

l=360 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

31,7 — вспомогательный коэффициент;

31,7 — вспомогательный коэффициент;

— сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника асинхронного двигателя.

Соединение выходного конца вала двигателя с приводимым механизмом осуществляется через упругую муфту МУВП 1−14, которая имеет следующие характеристики:

d=32 мм; D=140 мм; L=165 мм; 100 мм; М=235 Н*м;

m=7,33 кг.

Рисунок 9. Муфта упругая втулочно-пальцевая

Поперечная сила, вызываемая передачей через упругую муфту:

210 Н, где — номинальный момент вращения;

— при передаче через упругую муфту;

— диаметр окружности расположения пальцев упругой муфты.

Прогиб вала посередине сердечника вследствие действия поперечной силы:

=5,83 мм, где — поперечная сила;

— модуль упругости стали;

a=180 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

b=180 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

l=360 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

31,7 — вспомогательный коэффициент;

31,7 — вспомогательный коэффициент;

0,176 — вспомогательный коэффициент.

Начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора, возникающий вследствие неравномерности воздушного зазора под действие сил тяжести и поперечных равен:

0,15*0,6+3,75+5,83=99,6 мм, где мм — среднее значение воздушного зазора;

— смещение;

3,75 мм — прогиб вала посередине сердечника;

5,83 мм — прогиб вала посередине сердечника.

Сила одностороннего магнитного притяжения при смещении сердечника на величину расчетного эксцентриситета:

429,4 Н, где — наружный диаметр сердечника ротора;

мм — полная длина сердечника ротора и якоря;

мм — среднее значение воздушного зазора;

99,6 мм — начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора или якоря.

Дополнительный прогиб от силы :

11 мм, где 3,75 мм — прогиб вала посередине сердечника;

— сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника асинхронного двигателя;

— сила одностороннего магнитного притяжения.

Установившийся прогиб вала:

12,37 мм, где 11 мм — дополнительный прогиб от силы ;

99,6 мм — начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора или якоря.

Результирующий прогиб вала:

3,75+5,83+12,37=21,95 мм, где 3,75 мм — прогиб вала посередине сердечника;

5,83 мм — прогиб вала посередине сердечника;

12,37 мм — установившийся прогиб вала.

Проверка:

3,66% < 10%.

Таким образом, проверку на жёсткость вал проходит.

Определение критической частоты вращения

Сила тяжести муфты:

36 Н, где m=7,33 кг — масса муфты.

Прогиб от силы тяжести упругой полумуфты:

0,5 мм, где 5,83 мм — прогиб вала посередине сердечника;

36 Н — сила тяжести от муфты;

— поперечная сила от муфты.

Первая критическая частота вращения с учетом силы тяжести соединительного устройства:

13 234 об/мин, где 11 мм — дополнительный прогиб от силы ;

3,75 мм — прогиб вала посередине сердечника;

0,5 мм — прогиб от силы тяжести упругой полумуфты.

Значение критической частоты вращения больше максимальной рабочей частоты в 4,58 раза.

Расчет вала на прочность

Расчет ведется для участка с (рис. 5) в плоскости действия силы F, которая перпендикулярна оси вала.

Расчетный отрезок для изгибающего момента:

98,5 мм.

Изгибающий момент:

48,46 Н*м, где k=2 — коэффициент перегрузки;

36 Н — сила тяжести от муфты;

— поперечная сила от муфты;

98,5 мм — расчетный отрезок для изгибающего момента.

Момент кручения:

2*35=70 Н*м, где k=2 — коэффициент перегрузки;

— номинальный момент вращения.

Момент сопротивления при изгибе вала:

3276,8 мм, где — диаметр рассматриваемого участка вала;

Приведенное напряжение при совместном действии изгиба и кручения:

26 Па,

— изгибающий момент;

— крутящий момент;

— Момент сопротивления при изгибе.

Проведем сравнение с пределом текучести на растяжение конструкционной стали Ст. 45, из которой будет изготовляться вал:

245 Па > 26 Па.

Расчёт на прочность вал проходит.

Расчет подшипников

Ранее были предварительно выбраны подшипники радиальные однорядные лёгкой серии 202.

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А:

363,7 Н, где — сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника асинхронного двигателя;

— сила одностороннего магнитного притяжения;

— поперечная сила от муфты;

с=130 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

b=180 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

l=360 мм — расстояние из рисунка 7 вала.

Динамическая приведенная нагрузка для подшипника А:

1,5*363,7=545,6 Н, где — коэффициент, учитывающий характер нагрузки машины;

363,7 Н — наибольшая радиальная нагрузка на подшипник.

Необходимая динамическая грузоподъемность шарикоподшипника:

7037 Н < C=19 700 Н, где 545,6 Н — динамическая приведённая нагрузка для подшипника А;

L=12 000 ч — расчётный срок службы подшипника;

n=3000 об/мин — наибольшая рабочая частота вращения машины.

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник B:

=573,7 Н, где — сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника асинхронного двигателя;

— сила одностороннего магнитного притяжения;

— поперечная сила от муфты;

с=130 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

а=180 мм — расстояние из рисунка 7 вала;

l=360 мм — расстояние из рисунка 7 вала.

Динамическая приведенная нагрузка для подшипника B:

1,5*573,7=860,55 Н, где — коэффициент, учитывающий характер нагрузки машины;

573,7 Н — наибольшая радиальная нагрузка на подшипник.

Необходимая динамическая грузоподъемность шарикоподшипника:

11 100 Н < C=19 700 Н, где 860,55 Н — динамическая приведённая нагрузка для подшипника А;

L=12 000 ч — расчётный срок службы подшипника;

n=3000 об/мин — наибольшая рабочая частота вращения машины.

Таким образом окончательно выбираем шариковые однорядные радиальные подшипники легкой серии 207.

1.

6. Описание конструкции машины

Электродвигатель состоит из статора 2 (лист 1

графической части проекта) жёстко установленного в корпусе двигателя 5. В пазы статора уложена обмотка 4 со стеклотканевой изоляцией. В отверстие статора устанавливается ротор 1 в сборе с опорным валом и заливной обмоткой. Вал ротора вращается в подшипниках качения 16, установленных в переднем 6 и заднем 7 подшипниковых щитах.

Подшипниковый узел состоит из внутренней 8 и наружной 9 крышки подшипника. Для соединения выводов обмотки статора, а также подключения электродвигателя предусмотрена коробка выводов 3. Для охлаждения двигателя предусмотрен вентилятор 10 установленный при помощи шпоночного соединения на конце вала ротора 1. Для защиты вентилятора от механических повреждений, а также в целях безопасности изолируем вентилятор при помощи кожуха 11. Для транспортировки двигателя предусмотрен рым-болт 17. Электрическая защита предусмотрена установкой заземляющего болта 14.

1. Гольдберг О. Д., Гурин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов. — М.: Высшая школа, 1984. — 430 с., ил.

2. Асинхронные двигатели серии 4A: Справочник/ А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. — М.: Энергоиздат, 1982. — 504 с.: ил.

3. Кацман М.М.

Расчет и конструирование электрических машин: Учебное пособие для техникумов. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 360 с.: ил.

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

Листов

Лит.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором Пояснительная записка

Утверд.

Н. Контр.

Реценз.

Гришаков Ю.М.

Провер.

Разраб.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.