Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 90 кВт, 220 В, 3000 об/мин, IP54

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ............................................................................................................ 3

1. Описание конструкции, особенностей устройства и эксплуатации .......................................................................................................................................... 7

2. Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (90 кВт, 220 В, 3000 об/мин, IP54) ......................................................... 10

Заключение .................................................................................................... 11

Библиографический список ...................................................................... 12

Приложение ................................................................................................... 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Асинхронные двигатели – наиболее распространённый вид электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их установленная мощность постоянно возрастает.

Практически нет отрасли  техники и быта, где они не используются. Маломощные двигатели используются в устройствах автоматики. Широкое применение асинхронных двигателей объясняется их достоинствами по сравнению с другими двигателями: высокая надёжность, возможность работы непосредственно от сети переменного тока, простота обслуживания.

Тема данного дипломного проекта актуальна и посвящена проектированию трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии RA, которые широко применяются для привода пассажирских и грузовых лифтов, для энергоблоков атомных электростанций, для угледобывающей и нефтегазодобывающей промышленности. Двигатели серии RA ОАО «ELDIN» отвечают требованиям потребителя в части универсального применения, высоких технических данных, обеспечения требований защиты окружающей среды, эксплуатационной надёжности и имеют следующие преимущества: экономию электрической энергии благодаря высокому КПД, повышенный срок эксплуатации, надёжность и термическую перегрузочную способность благодаря применению изоляции класса нагревостойкости «F» (перегрев обмотки двигателя – 80⁰ C), сниженные акустические показатели, расположение клеммной коробки – сверху, справа или слева.

Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

    При создании  электрической машины рассчитываются  размеры статора и ротора, выбираются  типы обмоток, обмоточные провода,  изоляция, материалы активных и  конструктивных частей машины.

При проектировании необходимо учитывать соответствие технико-экономических показателей машин современному мировому уровню при соблюдении требований государственных и отраслевых стандартов. Приходится также учитывать назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных материалов, КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную чистоту. Расчет и проектирование электрических машин неотделимы от технологии их изготовления. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоемкости изготовления электрических машин.

Проектирование электрической  машины сводится к многократному  расчету зависимостей между основными  показателями, заданных в виде системы  формул, эмпирических коэффициентов, графических  зависимостей, которые можно рассматривать  как уравнения проектирования.

     Асинхронная  машина имеет статор и ротор,  разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод, все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.

Существенным конструктивным изменениям подверглась станина  двигателей, которая для всех высот  осей вращения выполнена из алюминиевого сплава методом экструзии, что позволило снизить трудоемкость  изготовления, повысить качество и снизить массу двигателя. Конструкция станины предусматривает съёмные лапы, фиксирующиеся по 4 направлениям.

Внутренний диаметр сердечника статора выбран так, что при фиксированном  наружном диаметре оптимизирован весь ряд мощностей для нескольких высот оси вращения.

 Вопросам унификации  в серии уделено особое внимание. Основным достоинством серии  RA является возможность выпуска  асинхронных двигателей, удовлетворяющих  требованиям ГОСТ, DIN и SENELEC при  максимальной унификации отдельных  узлов и деталей машины.

     Обмотка статора  представляет собой трёхфазную (в  общем случае — многофазную)  обмотку, проводники которой равномерно  распределены по окружности статора  и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 электрических градусов. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора изготавливают шихтованным (набранным из пластин) из электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь.

     По конструкции  ротора асинхронные машины подразделяют  на два основных типа: с короткозамкнутым  ротором и с фазным ротором.  Оба типа имеют одинаковую  конструкцию статора и отличаются  лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из электротехнической стали и шихтованным.

      В асинхронных  машинах преобразование энергии  происходит при несинхронном (асинхронном)  вращении ротора и магнитного  поля статора.   

      Асинхронная  машина может работать в нескольких режимах: режим генератора, режим двигателя, режим электромагнитного тормоза. В настоящее время асинхронные машины используются в основном в режиме двигателя. Машины мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ,  ОСОБЕННОСТЕЙ УСТРОЙСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ

 

Асинхронный двигатель  с  короткозамкнутым ротором, степень  защиты IP54 – неполная защита от пыли и защита от брызг любого направления. Конструктивное исполнение IM1001 -  машина с горизонтально направленным цилиндрическим концом вала, на лапах, с двумя подшипниковыми щитами. Корпус двигателя выполнен с радиальными ребрами, увеличивающими поверхность охлаждения и улучшающими  отвод тепла от двигателя в  окружающий воздух. На противоположном от рабочего конца вала  укреплен литой вентилятор из алюминиевого сплава, прогоняющий охлаждающий воздух вдоль ребер корпуса. Вентилятор закрыт кожухом, штампованным из тонкой листовой стали. В кожухе имеются отверстия для прохода воздуха. Со стороны выходного конца вала, между подшипником и внешней крышкой подшипника сделан зазор для теплового удлинения вала.

Сердечник статора выполняют  шихтованным из листов электротехнической стали марки 2312  толщиной 0,5 мм. Специально разработанный для изготовления станины статора алюминиевый сплав обладает высоким коэффициентом относительного удлинения, поэтому самым эффективным способом сборки пакета статора со станиной является тепловой. При этом обеспечивается надёжное прилегание оболочки по всей поверхности сердечника статора, чем создаётся высокая теплоотдача. Листы сердечника статора крепят после опрессовки  стальными скобами, которые установлены по наружной поверхности сердечника. Статор-комплект обработке не подлежит, что исключает появление дефектов на самом подверженном браку узле электродвигателя – обмотке статора. Сердечник статора запрессован непосредственно в корпус.

Обмотка статора выполнена  из круглого провода и уложена  в трапецеидальные полузакрытые пазы статора. Обмотка двухслойная. Способ намотки – ручной.

Сердечник ротора также выполняется  шихтованным из листов электротехнической стали марки 2312 толщиной 0,5 мм. Сердечник ротора напрессован непосредственно на гладкий вал.

Обмотка короткозамкнутого  ротора, лопатки и кольца – литые  из алюминия. Вентиляционные лопатки  на кольцах ротора служат для перемешивания  воздуха, находящегося внутри машины. Этим обеспечивается перенос тепла, выделяющегося в обмотке ротора и лобовой части обмотки статора, к внутренним поверхностям корпуса  и подшипниковых щитов, которые  охлаждаются наружным воздухом с  помощью внешнего вентилятора. Для  крепления балансировочных грузов предусмотрены штыри между вентиляционными  лопатками.

Станина и подшипниковые щиты выполняются из чугуна для снижения механического шума и вибраций двигателя. Станина перед сборокй с пакетом статора подвергается минимальной механической обработке – чистовой обработке торцов  сверлению отверстий под выводы и крепление коробки под них. Подшипниковые щиты крепят к корпусу с помощью четырех или шести болтов.  Допуски на обработку поверхностей посадки щитов станину обеспечивают необходимую точность центровки ротора относительно статора и точность размера воздушного зазора двигателя.

Коробка выводов крепиться  сверху станины, что облегчает монтажные  работы при соединении двигателя  с сетью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ  РОТОРОМ (90 КВТ, 220 В, 3000 ОБ/МИН, IP54)

 

Техническое задание:

Номинальное напряжение - 220/380 В

Частота питающей сети - 50 Гц

Чсло фаз – 3

Степень защиты – IP54

Класс нагревостойкости изоляции – «F»

Конструктивное исполнение – IM1001

Климатическое исполнение –  УХЛ4

Типоразмер	, кВт	n, об/мин	, %		Iном, А	Iпуск/ Iном	Mпуск/ Mном	Mmax/ Mном
RA280	90	2960	94,5	0,91	159	7,5	2,7	4,0

 

Расчёт выполнен по методике И. П. Копылова и сделан в среде  Mathcad, который находится приложении.

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе дипломного проектирования мной был рассчитан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, первоначально не отвечавший всем требованиям технического задания. После чего мной машина была оптимизирована - улучшены рабочие и пусковые характеристики.

Для улучшения рабочих характеристик мне потребовалось: уменьшить величины электромагнитных нагрузок для увеличения длины магнитопровода, уменьшить величину тепловой нагрузки статора для уменьшения величины плотности тока в обмотке статора, уменьшить величины магнитных индукций в ярме и зубце статора, уменьшить величину воздушного зазора, выбрать максимально возможным число пазов на роторе, выбрать минимально возможной плотность тока в стержнях ротора, уменьшить величины магнитных индукций в ярме и зубце ротора, оставить перенасыщенной зубцовую зону ротора.

Для улучшения пусковых характеристик  мне потребовалось: увеличить глубину паза ротора и его раскрытие, отказаться от стальной перемычки.

 Спроектированный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой, соответствует заданным требованиям технического задания в области рабочих свойств. Пусковые свойства недостаточны, в силу того, что на ОАО «ELDIN» применяют пазы на роторе специальной формы для получения максимально возможного эффекта вытеснения тока.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов – М: Высш. Шк., 2005.
2. Инженерное проектирование и САПР электрических машин: Учебник для вузов / под ред. О. Д. Гольдберга. – М.: Академия 2008.
3. Технология производства электрических машин: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоиздат. 1982.
4. Справочник конструктора-машиностроителя: Т.1. – М.: Машиностроения, 1978.
5. Краткий справочник конструктора: Р. И. Гжиров. Справочник – Л1 Машиностроения, Ленингр. 1983.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ