Расчет двигателя

Содержание

Введение……………..……………..……………..……………..……………..6

1   Исходные данные……………..……………..……………..………………7

2   Размеры, конфигурация, материал

2.1   Главные размеры……………..……………..……………..……………..8

2.2   Сердечник статора……………..……………..……………..……………9

3   Обмотка статора

3.1   Расчет обмотки  статора……………..……………..……………..……...11

3.2   Расчет размеров зубцовой зоны статора ……........................................12

4   Обмотка короткозамкнутого  ротора

4.1   Размеры овальных  полузакрытых пазов……………..………………...18

4.2   Размеры короткозамкнутого кольца……………..……………..…...19

5   Расчет магнитной цепи

5.1   МДС для воздушного  зазора……………..……………..………………21

5.2   МДС для зубцов  при трапецеидальных полузакрытых  пазах статора.21

5.3   МДС для зубцов  при овальных полузакрытых пазах ротора…………22

5.4   МДС для спинки  статора………………………………………………..22

5.5   МДC для спинки ротора……………..……………..……….........……..22

5.6   Параметры магнитной  цепи……………..……………..……………….23

6   Активные и  индуктивные сопротивления обмоток

6.1   Сопротивление  обмотки статора……………..……………..………….24

6.2   Сопротивление  обмотки короткозамкнутого ротора………………….26

6.3   Сопротивление обмоток  преобразованной схемы замещения 

двигателя……………..……………..……………..……………..……………28

7   Режимы холостого  хода и номинальный

7.1   Расчет параметров холостого хода……………..……………..………..30

7.2   Расчет параметров номинального  режима……………..………………31

8   Рабочие характеристики……………..……………..……………..………35

9   Максимальный момент

9.1   Расчет максимального  момента……………..……………..…………...37

10   Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

10.1   Овальный полузакрытый  паз ротора……………..……………..…….39

10.2   Расчет пускового тока  и момента ……………..……………..……….40

11   Тепловой и вентиляционный  расчеты

11.1   Тепловой расчет……………..……………..……………..…………….43

11.2   Вентиляционный расчет……………..……………..………………….46

12   Масса двигателя и динамический  момент инерции ротора…………...47

13   Механический расчет вала

13.1   Расчет вала на жесткость……………..……………..……………..…..48

13.2   Определение критической  частоты вращения………………………..49

13.3   Расчет вала на прочность  ……………………………………………...50

Заключение…………………………………………………………………….51

Список литературы……………………………………………………………52

Приложение 1………………………………………………………………....53

Приложение 2…………………………………………………………………54

 

Введение

 

Асинхронные двигатели – наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющий в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их Установленная мощность постоянно возрастает.

Асинхронные двигатели  широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других станков, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.

Потребности народного  хозяйства удовлетворяются главным  образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.

В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др. 

1   Исходные данные

 

Номинальный режим работы……………………………..Продолжительный

Высота оси вращения h, мм…………………………………………………160

Исполнение ротора………………………………………..Короткозамкнутый

Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт………………………………18,5

Количество фаз статора m……………………………………………..…..….3

Способ соединения фаз статора………………………………………....…Δ/Y

Частота сети f, Гц…………………………………………………...……..…50

Номинальное линейное напряжение U, В………….……………....….220/380

Синхронная частота  вращения n₁, об/мин………….……………..………3000

Степень защиты от внешних  воздействий………………………..………IP44

Способ охлаждения…………..……………………………………...…..IС0141

Исполнение по способу  монтажа…………………………………...…..IР1001

Климатические условия  и категория размещения……………….…..…….У3

Форма выступающего конца  вала………………….…….....Цилиндрическая

Способ соединения с  приводным механизмом……………....Упругая муфта

Количество пар полюсов  р………………….………………....……………....2

Расчет ведем по [1] 

2   Размеры, конфигурация, материал

 

2.1   Главные размеры

 

2.1.1   Внешний диаметр сердечника статора по таблице 8.6

 

D_А=278 мм.

 

2.1.2   Внутренний диаметр сердечника статора (8.2)

 

D= k_D·D_А =0,52·278 ≈145 мм,

 

где k_D=0,52 по таблице 8.7.

 

2.1.3   Полюсное деление (8.3)

 

 мм.

 

2.1.4   Расчетная мощность (8.4)

 

Р'=

Вт,

 

где к_Е=0,98 – коэффициент по рисунку 8.20;

h’=87% – среднее значение КПД (рисунок 8.27 а);

cosj’=0,87 – среднее значение cosφ (рисунок 8.27 а).

 

2.1.5   Расчетная длина  сердечника статора (8.5)

 

.

 

2.1.6   Расчетная длина сердечника статора (8.6)

 

ℓ₁=

мм,

 

где к_об1=0,96 – предварительный обмоточный коэффициент для однослойной обмотки;

к_В=1,11 –коэффициент формы поля;

А'₁=36000 А/м – предварительная электромагнитная нагрузка (рисунок 8.22 б);

В'_б=0,74 Тл – предварительная индукция (рисунок 8.22 б).

2.1.7   Определяем отношение l

 

l=ℓ₁/τ=130/227,77=0,57.

 

Что меньше предельно допустимого значения l_max=0,9 (рисунок 8.25).

 

2.2   Сердечник статора

 

Сердечник собирают из отдельных  отштампованных листов электротехнической стали марки 2013, толщиной 0,5 мм, с изолированием листов оксидированием. Коэффициент заполнения сталью k_С=0,97. Принимаем форму паза трапецеидальную полузакрытую. Обмотка однослойная всыпная концентрическая

2.2.1   Максимальное число пазов (8.16)

 

;

,

 

где  =17,5 – максимальная величина зубцового деления статора;

=14,4 – минимальная величина зубцового деления (рисунок 8.26).

2.2.2   Количество пазов сердечника статора

 

Z₁=30.

 

2.2.3   Количество пазов на полюс и фазу

 

.

 

2.2.4   Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

 мм.

 

3   Обмотка статора

 

3.1   Расчет обмотки статора

Принимаем однослойную  всыпную концентрическую обмотку  и проводов марки ПЭТВ, укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы

3.1.1   Номинальный фазный ток (8.18)

 

I_1НОМ =

А.

 

3.1.2   Количество эффективных проводников в пазу (9.16)

u_П=

,

 

где а=1 – количество параллельных ветвей обмотки статора (глава 3).

3.1.3   Количество витков в обмотке  (8.20)

 

w₁=

.

 

3.1.4   Магнитный поток (8.22)

 

Ф=

,

 

где k_ОБ1=k_Р1ּk_У1=0,958·0,95=0,911 – уточненный обмоточный коэффициент.

k_Р1=0,958 – коэффициент распределения обмотки (таблица 3.16)

k_У1=0,95 – коэффициент укорочения.

3.1.5   Уточненная индукция в воздушном зазоре (8.23)

 

В_б=

Тл.

 

3.1.6   Уточненная линейная нагрузка статора (8.21)

 

А=

А/м.

 

3.1.7   Предварительная плотность тока в обмотке статора (8.25)

 

J₁=

А/мм²,

 

где AJ=3,05·10¹¹ – по рисунку 8.27 б.

 

3.1.8   Предварительная площадь поперечного сечения эффективного проводника (8.24)

 мм².

 

3.1.9   Предварительное сечение элементарного проводника

 

 мм²,

 

где n_ЭЛ=7 – количество элементарных проводов в эффективном.

 

            3.1.10   Выбор провода

По приложению 3 находим ближайший стандартный провод

d/d'=1,32/1,4 мм; S=1,368 мм².

3.1.11   Площадь поперечного сечения эффективного проводника

 

 мм².

 

3.1.12   Предварительная плотность тока в обмотке статора (8.25)

 

J₁=

А/мм²,

 

3.2   Расчет размеров зубцовой зоны статора

 

3.2.1   Ширина зубцов (8.37)

b_Z1=

мм,

 

где В_З1=1,8 Тл – среднее значение магнитной индукции в зубцах статора (таблица 9.14).

3.2.2   Высота спинки статора (8.28)

 

h_А=

мм,

 

где В_А=1,6 Тл – среднее значение магнитной индукции в спинке статора (таблица 8.10).

3.2.3   Высота паза (8.38)

 

h_П=

мм.

 

3.2.4   Большая ширина паза (8.39)

 

b₂=

мм.

 

3.2.5   Меньшая сторона паза (8.40)

 

b₁=

мм,

 

где b_Ш=3,7 мм – ширина шлица (таблица 8.14).

 

3.2.6   Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку (8.42)

 

b₁=b₁ - Δb_П=9,4 – 0,2=9,2 мм;

b₂=b₂ - Δb_П=15,1 – 0,2=14,9 мм;

h₁=h₁ - Δh_П=27,5 – 0,2=27,3 мм,

где Δb_П= Δh_П=0,2 – припуски на штамповку (таблица 8.12).

 

3.2.7   Площадь поперечного сечения корпусной изоляции (9.31)

 

S_ИЗ=b_ИЗ(2h_П+b₁+b₂)=0,4(2·31,3+9,4+15,1)=34,84 мм²,

 

где b_ИЗ=0,4 мм – односторонняя толщина корпусной изоляции по таблице 3.1.

 

3.2.8   Площадь поперечного сечения паза для размещения обмотки (8.48)

 

S’_П=

мм²,

 

где  ;

S_ПР=14,5 – площадь поперечного сечения прокладок.

 

3.2.9   Коэффициент заполнения паза (9.35)

 

k_З =

 

4   Расчет короткозамкнутого  ротора

 

4.1   Сердечник ротора

Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм.

4.1.1   Коэффициент  заполнения сталью

 

к_с=0,97.

 

4.1.2   Воздушный зазор  между статором и ротором (рисунок  8.31)

 

d=0,4 мм.

 

4.1.3   Внешний диаметр  ротора

 

D₂=D₁-2·d =145-2·0,4=144,2 мм.

 

4.1.4   Внутренний  диаметр ротора (8.102)

 

D_j=D_В»0,23D_A=0,23·278=60 мм.

 

4.1.5   Длина магнитопровода  ротора

 

ℓ₂=ℓ₁=130 мм.

 

4.1.7   Число пазов  ротора (таблица 8.16)

 

Z₂=38.

 

8. Зубцовое деление ротора

 

t_Z2=pD₂/Z₂=3,14·144,2/38=11,92.

 

9. Ток в обмотке ротора (8.57)

 

,

 

где k_i=0,2+0,8cosj=0,2+0,8·0,87=0,896 (8.58) – коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I₁/I₂;

(8.66) – коэффициент приведения токов.

10. Предварительная площадь поперечного сечения стержня (8.68)

q_c=I₂/J₂=352,21/2,9=121,45.

4.2   Размеры трапецеидальных  закрытых пазов 

 

4.2.1   Размеры шлица (рисунок 8.40,б)

 

Принимаем b_ш=1,5 мм; h_ш=0,7 мм; h'_ш=0,3 мм.

 

2.  Допустимая ширина зубца (8.75)

 

b_з2доп=

мм.

 

4.2.3   Больший радиус  паза (8.76)

 

b₁=

мм.

 

4.2.4   Меньший радиус  паза (8.77)

 

b₂=

мм.

 

4.2.5   Расстояние  между центрами радиусов (8.78)

 

h₁=(b₁-b₂)·z₂/(2·p)=(6,1-1,5)·38/(2·3,14)=27,8 мм.

 

6.  Уточненная ширина зубцов ротора (8.18)

 

b'_z2=

мм;

 

b''_z2=

мм

 

7. Полная высота паза