Проектирование электрического двигателя

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора:

Условный периметр поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза:

.

Условная поверхность охлаждения пазов:

.

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки:

.

Высота продольных ребер по наружной поверхности станины:

.

Число продольных ребер по наружной поверхности станины:

.

Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине:

.

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

.

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

.

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

Окружная скорость ротора:

Коэффициент теплоотдачи поверхности статора определяем по рис. 20.:

Рисунок 20. График зависимости коэффициента теплоотдачи поверхности статора от окружной скорости Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины:

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

по рис.

21.:

Рисунок 21. График зависимости эквивалентного коэффициента теплопроводности внутренней изоляции от отношения диаметров Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов:

.

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

.

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов:

.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя:

.

Потери в обмотке ротора при максимально допускаемой температуре:

.

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

Коэффициент подогрева воздуха находим из рис.

22.:

Рисунок 22. График зависимости коэффициента подогрева воздуха от окружной скорости ротора Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха без охлаждающих ребер на станине или с ребрами:

.

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха:

Вентиляционный расчет асинхронного двигателя с радиальной вентиляцией Наружный диаметр корпуса:

.

Коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса двигателя:

.

Необходимый расход воздуха:

.

Расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентилятором:

.

— обеспечивается достаточный поток охлаждающего воздуха.

Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором:

.

Масса двигателя и динамический момент инерции ротора Приближенное значение динамического момента инерции короткозамкнутого ротора:

.

Масса изолированных проводов обмотки статора при круглом поперечном сечении:

Количество вентиляционных лопаток принимаем равным:

.

Тогда толщина лопатки:

.

Длина лопатки:

.

Высота лопатки:

.

Масса алюминия короткозамкнутого ротора с литой клеткой:

Масса стали сердечника статора и ротора:

Масса изоляции статора при трапецеидальных полузакрытых пазах:

Масса конструкционных материалов двигателя со степенью защиты IP44, станина и щиты из стали или чугуна, ротор короткозамкнутый:

.

Масса двигателя с короткозамкнутым ротором:

Расчет надежности обмотки статора Расчет надежности всыпных обмоток статора асинхронного двигателя Дефектность витковой изоляции до начала эксплуатации электродвигателя:

.

Вероятность плотного касания соседних витков:

.

Периметр свободной площади слоя обмотки:

.

Количество проводников, находящихся в наружном слое секции (по периметру секции):

.

Количество элементарных витков в секции:

.

Количество проводников, находящихся во внутреннем слое секции:

.

Доля пар соседних элементарных проводников, принадлежащих одному эффективному:

.

Общая длина пар соседних витков в обмотке:

.

Количество последовательно соединенных секций в фазе:

.

Среднее значение и среднее квадратичное отклонение величин фазных коммутационных перенапряжений на секции:

Номинальное фазное напряжение, приходящееся на секцию:

.

Среднее значение напряжения перекрытия по поверхности изоляции промежутка толщиной, равной двусторонней толщине изоляции и среднее квадратичное отклонение его:

Методом экстраполяции находим, что:

.

Двусторонняя толщина провода:

.

Тогда вероятность отказа витковой изоляции при воздействии одного импульса перенапряжения и при условии, что на касающихся витках имеются совпадающие дефекты:

Коэффициенты уравнения, определяющие скорость роста дефектности витковой изоляции:

Частота включений электродвигателя:

.

Скорость роста дефектности витковой изоляции:

.

Вероятность возникновения КЗ витковой изоляции на длине касающихся витков в течение времени τ:

Вероятность отказа межвитковой изоляции в течение времени τ:

.

Вероятность безотказной работы межвитковой изоляции в течение времени τ:

.

Вероятность безотказной работы обмотки статора в течение времени τ:

.

Механический расчет вала Расчет вала на жесткость Сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника:

.

Рисунок 23. Эскиз вала к механическому расчету Номинальный момент 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:

Рисунок 24. Эскиз выступающего конца цилиндрического вала

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

Согласно таблице 4.1 [2]

Определим экваториальный момент инерции вала для места посадки сердечника:

Найдем вспомогательные коэффициенты:

Под воздействием силы тяжести прогиб вала посередине сердечника:

.

Соединение с приводимым механизмом осуществляется через упругую муфту МУВП 1−55, которая имеет следующие характеристики:

Поперечная сила, вызываемая передачей через упругую муфту:

.

Прогиб вала посередине сердечника вследствие действия поперечной силы:

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

.

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

.

Дополнительный прогиб от силы :

.

Установившийся прогиб вала:

.

Результирующий прогиб вала:

.

Проверка правильности расчетов:

— условие правильности расчетов истинно.

Определение критической частоты вращения Сила тяжести муфты:

.

Прогиб от силы тяжести упругой полумуфты:

.

Первая критическая частота вращения с учетом силы тяжести соединительного устройства:

.

Значение критической частоты вращения больше максимальной рабочей частоты более, чем в 9 раз.

Расчет вала на прочность Расчет ведется для участка с см. рис. 23 в плоскости силы F, которая перпендикулярна оси вала.

Расчетный отрезок для изгибающего момента:

.

Изгибающий момент:

.

Момент кручения:

.

Момент сопротивления при изгибе вала:

.

Приведенное напряжение при совместном действии изгиба и кручения:

.

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

Расчет подшипников По ранее рассчитанным данным и высоте оси вращения выберем для предварительных расчетов шариковые однорядные радиальные подшипники легкой серии 212:

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А:

.

Динамическая приведенная нагрузка для подшипника А:

.

Необходимая динамическая грузоподъемность шарикоподшипника:

.

Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник B:

.

Динамическая приведенная нагрузка для подшипника B:

.

Необходимая динамическая грузоподъемность шарикоподшипника:

.

Наше предположение верно, выбираем шариковые однорядные радиальные подшипники легкой серии 212.

Заключение

Данные, параметры и характеристики рассчитанного двигателя несколько отличны от величин, которые приводятся для двигателя 4AН200L6У3 в справочниках, но, тем не менее, входят в параметры пределов допущений и предельных условий. В целом, расчет можно считать успешным, хотя сложности были при расчете вала двигателя, поскольку в литературе трактовался лишь общий подход, а в справочниках информация конкретно по размерам вала была приведена далеко не полностью. Поэтому в этой части автором работы было сделано наибольшее количество приближений. Например, принцип и сама условная разбивка вала на расчетные зоны была произведена благодаря данным источников [2]-[4] по конструкции серийных асинхронных двигателей и данным по геометрическим размерам упругой муфты и подшипников качения.

В процессе расчета легко прослеживается возможность его автоматизации и, таким образом, возможность из множества вариантов выбрать наиболее оптимальный с точки зрения простоты изготовления, оптимальных рабочих характеристик и параметров, экономичности как при изготовлении так и при эксплуатации.

Литература

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

Приложения

Рисунок 25. Основная геометрия пазов ротора (сверху)

Листов

Лит.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Утверд.

Н. Контр.

Реценз.

Провер.

Разраб.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Листов

Лит.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Утверд.

Н. Контр.

Реценз.

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.

Листов

Лит.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Утверд.

Н. Контр.

Реценз.

Провер.

Разраб.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

Лист

Дата

Подпись

№ докум.

Лист

Изм.

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.