Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 

 

Рисунок 1.4 –  Рабочие характеристики

 

Номинальные данные двигателя по рабочим характеристикам:

потребляемая  мощность

кВт,

потребляемый  ток

А,

КПД

о.е.,

коэффициент мощности

о.е.,

скольжение 

о.е.,

 частота  вращения вала 

мин^-1

1.9 Расчет  пусковых характеристик

Расчет ведётся для скольжения равного единице ( ).

Параметры с  учетом вытеснения тока

Приведенная высота стержня по (158) с учетом (160) и того, что =

.

Коэффициент по рис.26,

.

Коэффициент по рис. 27

.

Глубина проникновения тока по (161), м,

 

Коэффициент отношения площадей всего  сечения стержня и сечения, ограниченного глубиной проникновения тока по (162),

где - площадь сечения ограниченная высотой по (163), м²,

ширина паза на высоте по (164), м,

Коэффициент увеличения сопротивления  фазы ротора под влиянием эффекта  вытеснения тока по (167)

Приведенное активное сопротивления ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока по (170), Ом,

Индуктивное сопротивление ротора по (171), Ом,

где - изменение индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия вытеснения тока по (172)

- коэффициент магнитной проводимости  пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснение тока по таблице 19,

- коэффициент демпфирования  (для пускового режима),

,

Ток ротора приближенно без учета  влияния на напряжение по (175), А,

где - коэффициент увеличения пускового сопротивления по (173) с учетом (174),

,

 

 

Учет влияния насыщения на параметры

Пусковой  ток паза по (180), А,

,

.

Пусковой  ток паза более 400 А, следовательно необходимо учитывать влияние насыщения на параметры

Ток ротора с учетом влияния насыщения, А,

где - коэффициент насыщения;

Средняя МДС обмотки, отнесенная к  одному пазу обмотки статора по (181), А,

где - ток статора, соответствующий расчётному режиму, без учёта насыщения;

,

Фиктивная индукция потока рассеяния  в воздушном зазоре по (182), Тл,

где - коэффициент по (183),

 

Дополнительное раскрытие паза статора по (184),

где - коэффициент по рис.28;

Уменьшение коэффициента проводимости паза статора по (187)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния при насыщении по (188),

Коэффициент проводимости дифференциального  рассеяния при насыщении участков зубцов статора по (189)

Индуктивное сопротивление обмотки  статора с учетом насыщения по (190), Ом,

Дополнительное раскрытие пазов  ротора по (191),

Уменьшение коэффициента проводимости для пазов ротора по (192)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния при насыщении по (193)

 

Коэффициент проводимости дифференциального  рассеяния при насыщении участков зубцов ротора по (194)

Индуктивное сопротивление обмотки  ротора, с учетом насыщения по (195), Ом,

Коэффициент, учитывающий насыщение по (196) с учетом (174)

Ток в обмотке ротора по (197), А,

где

 

Ток в обмотке статора по (198) с учетом (174), А,

 

Кратность пускового тока по (199)

Кратность пускового момента по (200),

,

где - приведённый ток ротора в номинальном режиме, А,

Значения пускового тока и пускового  момента находятся в рекомендуемых пределах (см. таблицу 23)

Данные расчета пусковых характеристик  при скольжениях от 1 до 0,03 приводятся в таблице 1.3.

По данным таблицы 1.3 построен рисунок 1.5.

 

Таблица 1.3

Пусковые характеристики

условное обознач.	единица измерен	Скольжение
		1	0,8	0,5	0,3	0,2	0,1
x	-	1,39	1,24	0,98	0,76	0,62	0,44
j	-	0,25	0,18	0,1	0,08	0,06	0,04
j’	-	0,9	0,93	0,96	0,98	0,99	0,995
hr	м	0,017	0,018	0,0194	0,0197	0,0201	0,0205
br	м	0,004	0,0038	0,0036	0,0035	0,00349	0,00343
Кх	-	0,9819	0,987	0,993	0,996	0,998	0,991
kr	-	1,16	1,11	1,06	1,04	1,03	1,01
kR	-	1,12	1,08	1,04	1,03	1,01	1,005
r2’x	Ом	0,254	0,246	0,237	0,234	0,232	0,32
х2’x	Ом	1,008	1,013	1,019	1,022	1,024	1,025
I’2	А	134,33	132,52	127,3	116,9	104,0	73,4
Fп.ср	А	3200,5	2525,7	1516,4	835,7	495,6	174,8
Вфd	Тл	4,1	3,2	1,9	1,1	0,6	0,2
cd	-	0,56	0,7	0,86	0,96	0,99	1,0
х’2xнас	Ом	0,839	0,886	0,946	0,995	1,016	1,021
х1нас	Ом	0,408	0,451	0,503	0,536	0,547	0,548
I’2	A	162,06	150,28	134,34	117,66	103,05	72,33
I1	A	166,64	154,76	138,64	121,65	106,67	75,06
Iп*	-	5,68	5,27	4,72	4,14	3,63	2,56
Мп*	-	1,2	1,25	1,54	1,95	2,22	2,16

 

 

 

2 Тепловой и вентиляционный  расчеты

2.1 Тепловой расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя по (204), °С,

где - коэффициент, учитывающий теплопередачу от обмотки статора через станину в окружающую среду, определяется по таблице 24,

- электрические потери в пазовой  части обмотки статора по (202), Вт,

 коэффициент увеличения потерь;

коэффициент теплоотдачи с поверхности по рис.30;

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора по (205), °С,

где расчетный периметр поперечного сечения паза статора по (206), м,

,

- средняя эквивалентная теплопроводность  пазовой изоляции, Вт/(м×°С);

- среднее значение теплопроводности  внутренней изоляции катушки по рис.32;

Перепад температуры по толщине  изоляции лобовых частей по (209), °С,

где - электрические потери в лобовой части обмотки статора по (203), Вт,

 

- периметр условной поверхности  охлаждения лобовой части, м,

- толщина изоляции лобовых  соединений, м,

 

Превышение  температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины по (210), °С,

Среднее превышение температуры обмотки  статора над температурой внутри машины по (211), °С,

Превышение температуры воздуха  внутри машины над температурой окружающей среды по (212), °С,

где - сумма потерь, отводимых в воздух внутри машины по (213,б), Вт,

- сумма потерь в двигателе  при номинальном режиме по (214), Вт,

,

эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по (215,б), м²,

 условный периметр поперечного  сечения ребер станины по рис.33,

- коэффициент подогрева воздуха, по рис.30;

Среднее превышение температуры обмотки  статора над температурой окружающей среды по (216), °С,

Значение  находится в рекомендованных пределах.

2.2 Вентиляционный расчет 

 

Требуемый расход воздуха для охлаждения по (219), м³/с,

где коэффициент, учитывающий изменения условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором по (220),

где – коэффициент, учитывающий конструкцию машины;

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором по (221), м³/с,

Условие охлаждения машины выполняется. 

 

 3 Механический расчет вала

3.1 Расчет вала на жесткость

Сила тяжести ротора по (224), Н,

,

где масса ротора по (223), кг,

,

;

.

Поперечная сила, приложенная к  выступающему концу вала по (229), Н,

где номинальный вращающий момент по (230), Н×м,

  – номинальная мощность, кВт; 

коэффициент, при передаче упругой  муфтой;

 – радиус по центрам  пальцев муфты по таблице П.5.1 ПРИЛОЖЕНИЯ, м;

Прогиб вала под действием силы на участке, соответствующем середине пакета по (225), м,

где – модуль упругости, Па;

 расстояния от точки приложения  силы до ближайшей опоры по эскизу вала по (226), (227), м,

–экваториальный момент инерции  вала по (228), м⁴,

,

- расстояния от опор до  точки приложения силы G_p, м,

Дополнительный прогиб вала под серединой магнитопровода ротора по (231), м

,

  – расстояние от точки приложения  силы  до ближайшей опоры, м,

Первоначальное смещение ротора по (233), м,

,

Сила одностороннего магнитного тяжения по (234), Н,

,

Прогиб от силы одностороннего магнитного тяжения по (235), м,

,

.

Установившийся прогиб вала от одностороннего магнитного притяжения по (236), м,

,

где – коэффициент по

,

;

.

Суммарный прогиб вала посредине магнитопровода ротора по (237), м,

,

.

Суммарный прогиб вала составляет 1,14 % от величины воздушного зазора, что  допустимо для асинхронных двигателей (менее 10%).

Критическая частота вращения по (238), об/мин,

,

.

3.2 Расчет вала на прочность

Материал вала ротора сталь 45 ГОСТ 2590-88.

Напряжение на свободном конце  вала в сечении А по (239), Па,

,

где – момент сопротивления при изгибе по (240), м³,

,

;

k – коэффициент перегрузки;

- коэффициент, учитывающий характер  работы машины;

изгибающий момент в расчетном  сечении по (241,а), Н×м,

,

;

.

Напряжение  в сечении Б по (239), Па,

,

;

,

.

Напряжение  в сечении В по (239), Па,

,

,

;

,

где – нагрузка от установившегося магнитного притяжения,

,

;

y₁ – размер вала;

  .

Из сопоставления  полученных данных следует, что наиболее нагруженным является сечение А, для которого

 

 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе курсового проекта был  рассчитан двигатель, параметры  которого схожи с аналогом 4А160S4.

В значительной мере характеристики машины определяют электромагнитные нагрузки А (А/м) и В (Тл), по этому их предварительный выбор должен осуществляется особенно тщательно.

В спроектированном двигателе электромагнитные нагрузки соответствуют рекомендуемым значениям. Для обмотки статора была выбрана однослойная обмотка.

Плотность тока, коэффициент заполнения паза входят в рекомендуемые пределы. Значение намагничивающего тока показывает, что размеры машины близки к оптимальным.

Значение активных и индуктивных сопротивлений находятся в пределах, рекомендуемых в /1/.

Полученные при расчете рабочих  характеристик величины номинального режима соответствуют предусмотренным в задании. Кратность пускового тока находится в допустимых пределах (I₁*=5.68), кратность пускового момента М_п*=1,2.

В тепловом расчете перегрев обмотки статора  не превышает допустимого перегрева для класса изоляции B. Расход воздуха, необходимый для охлаждения машины больше расхода воздуха, обеспечиваемого конструкцией со степенью защиты IP44.

В целом спроектированный двигатель  и его характеристики соответствуют данному классу машин.

 

Приложение Б

(справочное)

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. – в 2-х книгах:/Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф.; Под ред. Копылова И.П. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2002.
2. Кравчик А.Э. и др. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1982.