Курсовая работа: Расчет асинхронного электродвигателя
Размеры паза в штампе:
высота паза, мм:
наибольшая ширина паза,
мм:
наименьшая ширина паза,
мм:
при β=45°
полученные значения
округляют до десятых долей миллиметра.
Высота шлица паза должна быть
достаточной для обеспечения механической прочности кромок зубцов, удерживающих
в уплотнённом состоянии проводники паза после заклиновки пазов. В двигателях с h≤132 мм принимают =0,5 мм, в
двигателях с h≥160 мм =1мм.
Ширину шлица паза , мм принимают
по таблице 5 приложения.
Площадь поперечного
сечения паза в штампе, мм2
,
высота клиновой части
паза, мм:
при β=45°
Размеры паза в свету с
учётом припусков на шихтовку и сборку сердечников ∆bп и ∆hп (таблица
6 приложения):
Площадь поперечного
сечения паза для размещения проводников:
где Sиз- площадь поперечного сечения
корпусной изоляции в пазу
где bиз- односторонняя толщина изоляции в
пазу (для двигателей с h=50÷80
мм bиз=0,2 мм; для h=90÷132 мм bиз=0,25 мм;
для h=160 мм bиз=0,4 мм)
Площадь прокладок в пазу,
мм2:
- для двигателей с h=180÷250 мм:
Коэффициент заполнения
паза
полученное значение является
контролем правильности размещения обмотки в пазах, должно находиться в пределах
0,70÷0,75 при ручной укладке и 0,7÷0,72 при механизированной.
Снизить ,
не изменяя главных размеров двигателя можно либо уменьшив при тех же размерах
паза, либо увеличив площадь поперечного сечения паза.
Выбор воздушного зазора
δ.
Правильный выбор δ
во многом определяет энергетические показатели двигателя.
Для двигателей мощностью
менее 20 кВт воздушный зазор, м.:
для двигателей средней и
большой мощности:
.
Полученное значение
воздушного зазора следует округлять до 0,05мм при δ<0,5 мм и до 0,1 мм
при δ>0,5 мм.
4. Расчёт ротора
Выбору числа пазов ротора
следует уделять особое внимание. Исследования, проведённые для изучения влияния
соотношений чисел зубцов на статоре и роторе на кривую момента, а также на шумы
и вибрации, позволили определить наилучшие сочетания Z1 и Z2 для короткозамкнутых двигателей с
различными числами 2р. Рекомендации по выбору Z2 при известных Z1
и 2р приведены в таблице
7 приложения.
Внешний диаметр ротора, м.:
Длина ротора, м.:
Зубцовое деление, мм.:
Внутренний диаметр
сердечника ротора (при непосредственной посадке на вал равен диаметру вала), м:
где - коэффициент,
определяемый по таблице 8 приложения.
Ток в стержне ротора, А:
где - коэффициент,
учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на соотношение I1/I2, определяется по рисунку 10
приложения.
νi – коэффициент приведения токов:
Площадь поперечного
сечения стержня, мм2:
где J2 – плотность тока, А/м2, в стержнях ротора
машин закрытого обдуваемого исполнения; при заливке пазов алюминием выбирается
в пределах J2= (2,5÷3,5)·106 А/м2, при
защищённом исполнении на 10÷15% выше, причём для машин больших мощностей
следует брать меньшие значения плотности тока.
Форма паза
короткозамкнутого ротора определяется требованиями к пусковым характеристикам
двигателя, его мощностью и числом полюсов. В асинхронных двигателях серии 4А с
высотой оси вращения h≤250
мм выполняют грушевидные пазы и литую обмотку на роторе. В двигателях с h<160 мм пазы имеют узкую прорезь
со следующими размерами: = 1,0 мм и =0,5 мм при высоте оси
вращения h<100 мм; = 1,5 мм и =0,75 мм при высоте оси
вращения h=112÷132 мм. В двигателях с h=160÷250 мм выполняют
грушевидные закрытые пазы с размерами шлица = 1,5 мм и =0,7 мм.
Высота перемычки над
пазом в двигателях с 2р≥4 выполняется равной =0,3 мм, в двухполюсных двигателях
=
1,0÷1,5мм.
Допустимая ширина зубца,
мм (определяется по допустимой индукции BZ2, Тл, таблица 9 приложения):
Размеры паза:
- диаметр верхней части
паза, мм:
- диаметр нижней части
паза, мм:
условия
высококачественной заливки пазов алюминием требуют, чтобы диаметр закругления
нижней части паза b2 в двигателях с h≤132 мм был не менее
1,5÷2,0 мм, а в двигателях с h≥160 мм - не менее 2,5÷3,0 мм.
После расчёта размеры
паза следует округлить до десятых долей миллиметра.
Полная высота паза, мм:
Уточнённая площадь
сечения стержня, мм2:
Плотность тока в стержне,
А/мм2:
Расчёт короткозамыкающих
колец:
- площадь поперечного
сечения, мм2:
=136мм2:
где- плотность тока в
замыкающих стержнях, выбирают в среднем на 15-20% меньше, чем в стержнях, А/мм2.
- ток в кольце, А:
,=82А
где - коэффициент
приведения токов в кольце к току в стержне:
=7мм
- размеры замыкающих
колец:
где - средний диаметр
замыкающих колец, мм;
5. Расчёт магнитной
цепи
Расчёт магнитной цепи
проводят для режима холостого хода, при котором для асинхронных машин
характерно относительно сильное насыщение стали зубцов статора и ротора.
Магнитная индукция в
зубцах статора, Тл:
Магнитная индукция в
зубцах ротора, Тл:
Магнитная индукция в ярме
статора, Тл:
Магнитная индукция в ярме
ротора, Тл:
где - расчётная высота ярма
ротора, мм:
- при посадке сердечника
непосредственно на вал в двигателях с 2р=2 и 4:
где - диаметр аксиальных
каналов ротора, мм;
- число рядов аксиальных каналов.
В двигателях h≤250 мм аксиальных каналов не
делают; при h=250 мм =10, =15÷30 мм; при h=280÷355 мм =12, =20÷30 мм, при h≥355 мм =9, =55÷100 мм. Большие
значения соответствуют
двигателям с большим числом 2р.
Магнитное напряжение
воздушного зазора, А:
где - коэффициент воздушного
зазора:
Магнитное напряжение зубцовой
зоны статора, А:
где - расчётная высота зубца
статора, мм, =
HZ – напряжённость поля в зубцах, А/мм,
определяется по таблице 13 приложения в соответствии с индукцией BZ по кривой намагничивания зубцов для
принятой марки стали.
Магнитное напряжение
зубцовой зоны ротора, А:
где - расчётная высота зубца
ротора, мм,
=.
=.
Коэффициент насыщения
зубцовой зоны:
полученное значение позволяет
предварительно оценить правильность выбранных размерных соотношений и обмоточных
данных проектируемой машины. Если>1,5÷1,6, имеет место
чрезмерное насыщение зубцовой зоны; если<1,2, то зубцовая зона мало
использована или воздушный зазор взят слишком большим. В обоих случаях в расчёт
должны быть внесены соответствующие коррективы.
Магнитное напряжение ярма
статора, А:
где - длина средней
магнитной линии ярма статора, м:
- напряжённость поля при индукции , определяемая
по кривой намагничивания для ярма принятой марки стали, А/м (таблица 13
приложения)
Магнитное напряжение ярма
ротора, А:
где - напряжённость поля при
индукции ,
определяемая по кривой намагничивания для ярма принятой марки стали, А/м (таблица
14 приложения)
- длина средней магнитной линии
потока в ярме ротора, м:
- для всех двигателей,
кроме двухполюсных, сердечник ротора которых непосредственно посажен на вал (h≤250 мм):
где - высота спинки ротора,
мм:
,
Суммарное магнитное
напряжение магнитной цепи машины, А:
Коэффициент насыщения
магнитной цепи:
Намагничивающий ток, А:
Относительное значение
намагничивающего тока:
6. Расчёт параметров
асинхронной машины для номинального режима
Активное сопротивление
фазы обмотки статора, Ом:
,
где - удельное
сопротивление материала обмотки при расчётной температуре, Ом·м (таблица 10
приложения). Для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В расчётная
температура принимается равной 75°С (двигатели с h=50÷132 мм), для обмоток класса нагревостойкости F - 115° (двигатели с h=160÷355 мм).
- общая длина эффективных
проводников фазы обмотки, м:
где - средняя длина витка
обмотки, м:
где - длина пазовой части,
равна конструктивной длине сердечников машины:
,
- длина лобовой части, м:
- коэффициент, определяемый по таблице
11 приложения;
В – длина вылета
прямолинейной части катушек, м. Для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до
запрессовки сердечника в корпус, В=0,01 м.
- средняя ширина катушки, м:
- относительное укорочение шага
обмотки статора.
Длина вылета лобовой
части катушки, м:
где - коэффициент,
определяемый по таблице 11 приложения.
Относительное значение
активного сопротивления фазы обмотки статора:
Активное сопротивление
фазы обмотки ротора, Ом:
где - сопротивление
стержня, Ом:
- полная длина стержня, м, =;
- сопротивление участка
замыкающего кольца, заключённого между двумя соседними стержнями, Ом:
- средний диаметр замыкающих
колец, м;
- площадь поперечного сечения замыкающего
кольца, м2.
Активное сопротивление
обмотки ротора, приведённое к числу витков обмотки статора, Ом:
Относительное значение:
Индуктивное сопротивление
рассеяния фазы обмотки статора, Ом:
где - коэффициент магнитной
проводимости пазового рассеяния, определяется в зависимости от конфигурации
пазов; для трапецеидальных пазов:
где - коэффициент, для всех
однослойных обмоток =1; при двухслойной обмотке с
укорочением 2/3≤β<1 ;
- коэффициент, .
- коэффициент магнитной
проводимости лобового рассеяния
где - число пазов на полюс и
фазу;
- длина лобовой части катушки, м;
- относительное укорочение шага
обмотки.
- коэффициент магнитной
проводимости дифференциального рассеяния:
где - коэффициент,
определяемый:
- при открытых пазах
статора и отсутствии скоса пазов ротора:
- при полузакрытых или
полуоткрытых пазах статора с учётом скоса пазов:
где , - зубцовые деления
статора и ротора,
- определяется по кривой рисунка
11 приложения;
- коэффициент скоса, выраженный в
долях зубцового деления ротора. При отсутствии скоса пазов =0;
- определяется по кривым рисунка
11 приложения в зависимости от и (при отсутствии скоса – по
кривой, соответствующей=0 );
- коэффициент, определяемый в
зависимости от шага обмотки:
для однослойных обмоток ,
для двухслойных обмоток с
укорочением 2/3≤<1 .
Относительное значение:
Индуктивное сопротивление
фазы обмотки ротора, Ом:
,
где - коэффициент магнитной
проводимости пазового рассеяния, определяется в зависимости от конфигурации
пазов; для грушевидных пазов:
для номинального режима =1/
- коэффициент магнитной
проводимости лобового рассеяния, рассчитывается в зависимости от размеров и
расположения замыкающих колец короткозамкнутой обмотки:
- коэффициент магнитной
проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:
,
где - определяется по кривым
рисунка 11 приложения.
При большом числе пазов
ротора, приходящемся на пару полюсов, ≥10, без заметной
погрешности можно принять .
6.10. Приведённое к числу
витков первичной обмотки индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора, Ом:
Относительное значение:
7. Расчёт потерь и
коэффициента полезного действия.
Потери в асинхронных
машинах подразделяют на потери в стали (основные и добавочные), электрические,
вентиляционные, механические и добавочные потери при нагрузке.
Основные потери в стали,
Вт:
где - показатель степени,
определяется по таблице 12 приложения;
- удельные потери, Вт/кг,
определяются по таблице 12 приложения;
и - коэффициенты, учитывающие
влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям
участков магнитопровода и технологических факторов. Для машин ≤250 кВт принимают
=1,6 и =1,8.
и - индукция в ярме и средняя
индукция в зубцах статора, Тл;
и - масса стали ярма и зубцов
статора, кг:
где - высота ярма статора, мм:
- средняя ширина зубца статора, м;
γс –
удельная масса стали, = 7,8 · 103 кг/м3.
Электрические потери во
всех фазах обмотки статора, Вт:
Электрические потери в
обмотке короткозамкнутого ротора, Вт:
Механические и
вентиляционные потери, Вт:
- в двигателях с
радиальной системой вентиляции без радиальных вентиляционных каналов, с
короткозамкнутым ротором и вентиляционными лопатками на замыкающих кольцах, Вт:
,
где =5 при 2р=2; =6 при 2р≥4
для двигателей с ≤ 0,25 мм;
=6 при 2р=2; =7 при 2р≥4 для
двигателей с > 0,25 мм.
- в двигателях с внешним
обдувом (0,1≤≤0,5 м):
где =1 для двигателей с
2р=2; при
2р≥4.
- в двигателях с
радиальной системой вентиляции средней и большой мощности:
где - число радиальных
вентиляционных каналов; при отсутствии каналов =0.
Добавочные потери при
номинальном режиме (принимаются равными 0,5% номинальной потребляемой
мощности), Вт:
Общие потери в двигателе,
Вт:
Коэффициент полезного
действия при номинальной нагрузке:
8. Расчёт рабочих
характеристик
Рабочими характеристиками
асинхронных двигателей называют зависимости , , , η, ѕ = . Методы расчёта
характеристик базируются на системе уравнений токов и напряжений асинхронной
машины, которой соответствует Г-образная схема замещения.
Сопротивления схемы
замещения, Ом:
Коэффициент схемы
замещения:
Активная составляющая
тока холостого хода, А:
Расчётные величины:
Принять и рассчитать рабочие
характеристики, задаваясь значениями s = 0,005; 0,01; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; …; sн. Результаты вычислений свести в таблицу 1.
|