69614

ДВИГАТЕЛЬ АСИНХРОННЫЙ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Цель работы: рассчитать размеры статора и ротора, выбрать тип обмотки, обмоточные провода, изоляцию, материалы активных и конструктивных частей машины. Сконструировать и рассчитать отдельные части машины, то есть связать электротехнические понятия с геометрическими размерами.

Русский

2014-10-07

18.97 MB

30 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Электротехнический институт

                                            Кафедра ЭМА

ДВИГАТЕЛЬ АСИНХРОННЫЙС КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Пояснительная записка к курсовому проекту

ФЮРА 526100.080 ПЗ

Выполнил

ст-т группы 7А34__________________________________ П.А.Бельснер

(подпись, дата)

Руководитель

Доцент________________________________________ В. В. Големгрейн

(подпись, дата)

Томск–2006

АННОТАЦИЯ

Курсовой проект   45 с., рис. 10, 2 табл., 3 источников., 4 прил., 1 л. графич. материала

     ДВИГАТЕЛЬ АСИНХРОННЫЙ, РОТОР КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ, ОБМОТКА СТАТОРА ДВУХСЛОЙНАЯ, ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ, РАБОЧИЕ И ПУСКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ     

      Объектом проектирования является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

      Цель работы: рассчитать размеры статора и ротора, выбрать тип обмотки, обмоточные провода, изоляцию, материалы активных и конструктивных частей машины. Сконструировать и рассчитать отдельные части машины, то есть связать электротехнические понятия с геометрическими размерами.

       

Введение…………………………………………………………………

1. Электромагнитный расчет…………………………………………..

1.1 Выбор главных размеров………………………………………….

1.2 Расчет обмотки статора…………………………………………….

1.3 Расчёт  размеров  зубцовой  зоны  статора

1.4 Расчёт  ротора………………………………………………………

1.5   Расчёт магнитной цепи…………………………………………….

  1.  Параметры  рабочего  режима…………………………………….
    1.  Расчёт  потерь……………………………………………………….
    2.  Расчёт  рабочих  характеристик……………………………………
    3.  Расчёт пусковых характеристик…………………………………..

2.  Тепловой  и  вентиляционный  расчёт……………………………

3.  Механический расчёт……………………………………………..

Заключение……………………………………………………………….

Список используемой литературы……………………………………..

Приложение А  рабочие характеристики двигателя………………….

Приложение Б   пусковые характеристики двигателя………………….

Приложение В Эскиз паза статора в штампе с заполнением…………..

Приложение Г  Эскиз паза ротора в штампе…………………………….

Приложение Д Развернутая схема однослойной обмотки……………..

Графический материал:   

ФЮРА. 536100.080. Двигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором.

Сборочный чертёж

1 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЁТ

1.1 Выбор главных размеров

1.1.1  Выбираем предварительно табл.6.6,  для h = 100 мм внешний диаметр    статора                                     

Dа=168  мм.

1.1.2 Определяем внутренний диаметр статора

,

где КD –коэффициент, характеризующий отношение внутренних и внешних диаметров сердечников статора. Из табл.6.7  выбираем КD=0.57( рекомендуемые пределы (0.52-0.57))

.

1.1.3 Находим полюсное деление по формуле 6-3

.

1.1.4 Расчетная мощность

,

где Р2 – мощность на валу двигателя, Вт; kЕ – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению по рис. 6.8, kE=0,97; η и cosφ –предварительные значения КПД и коэффициента мощности по рис. 6.9,  η=0,87 и cosφ=0,88

;

1.1.5 Электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 6.11

Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки)

1.1.6 Расчетная длина магнитопровода                    

где Ω – синхронная угловая скорость двигателя по формуле 6-5             

kВ – коэффициент формы поля

                  

Принимаем  0,135

Критерием  правильности  выбора  главных размеров D и lδ служит  отношение  

=l/, которое должно  находится  в  пределах  показанных  на  рис.6.14

 

Полученное  значение не входит в допустимые пределы (0.5-0.75) для двигателей с 2р=2 (рисунок 6-14), однако для обеспечения коэффициента заполнения были взяты оптимальные значения всех величин.

1. 2 Расчёт обмотки статора

   При  расчёте  обмотки  статора  определяется  число  пазов  статора,  число    витков  в  фазе  обмотки  и  сечение  проводника.  При  этом  число  витков  фазы  обмотки  статора  должно  быть  таким,  чтобы  линейная  нагрузка  двигателя  и  индукция  в  воздушном  зазоре  как  можно  более  близко  совпадали  с  их  значениями  принятыми  предварительно  при  выборе  главных  размеров,  а  число  пазов  статора  обеспечивало    достаточно  равномерное  распределение  катушек  обмотки.  Предварительно  была  выбрана  однослойная шаблонная  обмотка. При однослойной обмотке необходимость в такой прокладке отпадает, вследствие чего повышается заполнение паза обмоточным проводом. Другим преимуществом однослойной обмотки является более легкая механизация укладки ее в пазы.

1.2.1 Зубцовое  деление  статора tZ1 по рис.6.15

   Максимальное  значение  tZ1max=0.014 м

   Минимальное  значение  tZ1min=0.012  м

Число  пазов  статора (6-16)

;

 Окончательное  число  пазов  статора  выбираем  с  учётом  условий,  налагаемых  требованиями  симметрии  обмотки,  и  желательно  получения  целого  числа пазов  на  полюс  и  фазу.          

Принимаем  Z1=24

1.2.2 Число  пазов  на  полюс  и  фазу

1.2.3 Зубцовое  деление  статора  (окончательно)

;

1.2.4 Число эффективных проводников в пазу (при условии, что параллельные ветви отсутствуют а=1) по формуле 6-17

   ,

где I1ном – номинальный  фазный  ток (6-18)

А;

                  

отсюда

 

Принимаем  число  параллельных  ветвей а=1,  тогда  число  эффективных  проводников  в  пазу  будет  равно

;

  1.  Окончательное число  витков  в  фазе обмотки (6-20)

;

1.2.6  Окончательное значение линейной  нагрузки по формуле 6-21

;

Полученное  значение  находится  в допустимом пределе.

  1.   Магнитный  поток (6-22)

,

  1.  Индукцию в  воздушном зазоре  определим по формуле 6-23

;

 Значения электромагнитных нагрузок А  и   практически совпали с принятыми  ранее  значениями.

  

Сечение  эффективного  проводника  определяется,  исходя  из  тока  одной  параллельной  ветви  и  допустимой  плотности  тока  в  обмотке.  С  точки  зрения  повышения  использования  активных  материалов  плотность  тока  должна  быть  выбрана  как  можно  большей,  но  при  этом  возрастают  потери  в  меди  обмотки.  Увеличение  потерь  сказывается,  во-первых,  на  повышение  температуры  обмотки,  и  во-вторых,  на  КПД  двигателя.  В  асинхронных  двигателях  общего  назначения  при  принятой  в  них  системе  косвенного  охлаждения  влияние  плотности  тока  на  нагрев  обмотки  более  существенно,  чем  на  КПД.  Нагрев  пазовой  части  обмотки  зависит  от  произведения  линейной  нагрузки  на  плотность  тока.  Поэтому  выбор  допустимой  плотности  тока  производят  с  учётом  линейной  нагрузки.

  1.  Плотность  тока по формуле 6-25

;

где  АJ произведение линейной нагрузки на плотность тока, рисунок 6-16,а

АJ=137109 А23

1.2.10  Сечение эффективного проводника (предварительно по формуле 6-24)

;

Для  всыпных  обмоток  могут  быть  использованы  обмоточные  провода  диаметром  не  более  1.8 мм,  однако  в  современных  двигателях  для  повышения  надёжности  обмотки  и  упрощения  её  укладки  в  пазы  используют  провода  меньшего  диаметра.  При  ручной  укладке  диаметр  провода  не  должен  превышать  1.7 мм. Если расчетное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник разделяется на несколько элементарных nэл.  

По  таблице П-28    выбираем  провод  ПЭТВ  

dэл= м,  dиз= м,  qэл= м2 , nэл=1. .

1.2.11  Плотность  тока  (окончательно) по формуле 6-27

;

Схема трехфазной однослойной  шаблонной обмотки статора представлена

в приложении Д

1.3  Расчёт  размеров  зубцовой  зоны  статора

   Размеры  пазов  в  электрических  машинах  должны  быть  выбраны  таким  образом,  чтобы,  во-первых,  площадь  паза  соответствовала  количеству  и  размерам  размещаемых  в  нём  проводников  обмотки  с  учётом  всей  изоляции  и  во-вторых,  чтобы  значения  индукции  в  зубцах  и  ярме  статора  находились  в  определённых  пределах,  зависящих  от  типа,  мощности,  исполнения  машины  и  от  марки  электротехнической  стали  сердечника.

   В  связи  с  тем,  что  обмоточный  провод  круглого  сечения,  то  он  может  быть  уложен  в  пазы  произвольной  конфигурации,  поэтому  размеры  зубцовой  зоны  при  всыпной  обмотке  выбираем  таким  образом,  чтобы  зубцы имели не параллельные  грани.  Такие  зубцы  имеют непостоянное,  изменяющееся  с  высотой  зубца  поперечное  сечение,  индукция  в  них  также    меняется  и  магнитное  напряжение  зубцов  с  не  параллельными  гранями  оказывается  больше,  чем  магнитное  напряжение  не трапециидальных  зубцов  при  том  же  среднем  значении  индукции  в  них.

   

1.3.1  Ширина  зубца  статора (6-29)

;    

где  Bz1 индукция  в  зубцах  статора  по табл.6.10, принимаем  Bz1=1,8Тл;

       кс коэффициент  заполнения  пакета  сталью по табл.6.11, кс=0.97;

1.3.2  Высота  ярма  статора  по формуле 6-28

;

где  Ва индукция  в  ярме  статора по табл.6.10, принимаем  Ва=1.65 Тл;

1.3.3 Ширину шлица  принимаем bш1=3.4 мм по табл.6.12, высоту шлица  принимаем hш1=0,7 мм ;

  1.  Высота  паза  (6-40)

1.3.5  Максимальная  ширина  паза по  формуле 6-41

;

1.3.6 Минимальная  ширина  паза по  формуле 6-42

1.3.7  Высота паза, предназначенная для укладки обмотки по формуле 6-45

;

1.3.8  Размеры  паза в свету с учётом припуска на сборку (6-47)

  1.  Площадь  поперечного  сечения  корпусной  изоляции  в  пазу (6-48)

   ,

где  bиз односторонняя толщина изоляции  в  пазу табл.3.8 : bиз=0.25мм – материал пленкостеклопласт Изофлекс для класса изоляции В.

Площадь  поперечного  сечения  прокладок  для однослойной обмотки м.

1.3.10 Площадь поперечного сечения паза для размещения  проводников (6-51)

 

 

1.3.11  Коэффициент  заполнения  паза находится по формуле

   Полученное  значение  коэффициента  заполнения  паза  находится  в  рекомендуемом  пределе (0.7-0.72) для механизированной укладки обмотки.

Размеры паза статора и  его заполнение представлены в приложении Б.

1.4  Расчёт  ротора

1.4.1 Воздушный зазор следует выбирать, руководствуясь данными выпускаемых двигателей по  рис.6.21.

          Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические  показатели  асинхронного  двигателя.  Чем  меньше  воздушный  зазор,  тем  меньше  его  магнитное  сопротивление  и  магнитное  напряжение,  составляющее  основную  часть  суммарной  МДС  магнитной  цепи  всей  машины.  Поэтому  уменьшение  зазора  приводит  к  соответственному  уменьшению  МДС  магнитной  цепи  и  намагничивающего  тока  двигателя,  благодаря  чему  возрастает  его  коэффициент  мощности  и  уменьшаются  потери  в  меди  обмотки  статора.  Но  чрезмерное  уменьшение  воздушного  зазора  приводит  к  возрастанию  амплитуд  пульсаций  индукции  в  воздушном  зазоре  и,  как  следствие  этого,  к  увеличению  поверхностных  и  пульсационных  потерь.  Поэтому  КПД  двигателей с очень малыми зазорами не улучшается, а часто даже становится меньше.
         В современных асинхронных  двигателях  зазор  выбирают,  исходя  из  минимума  суммарных  потерь. Согласно  рекомендациям  выбираем  
=0,4 мм.

  1.  Число  пазов  ротора  по табл.6.15

         Число  пазов  ротора  следует  выбирать  особенно  тщательно.  Это  объясняется  тем,  что  в  поле  воздушного  зазора  машины  помимо  основной  присутствует  целый  спектр  гармоник  более  высокого  порядка,  поэтому  ток  в  стержнях  обмотки  имеет  сложный  гармонический  состав.

         В  результате  взаимодействия  токов  и  полей  высших  гармоник  возникают  электромагнитные  моменты,  которые  при  неблагоприятном  соотношении  Z1  и  Z2  могут  существенно  ухудшать  механическую  характеристику  двигателя,  так  как  момент  на  валу  машины  является  суммой  моментов,  обусловленных  всеми  взаимодействующими  гармониками.

         Исследования,  проведённые  для  изучения  влияния  соотношений  чисел  зубцов  на  статоре  и  роторе  на  кривую  момента,  а  также  на  шумы  и  вибрации,  позволили  определить  наилучшие  соотношения  Z1  и  Z2  для  короткозамкнутых  двигателей  с  различными  числами  2р.

Согласно табл.6.15

при  2р=2  и  Z1=24  принимаем  Z2=20 (пазы со скосом).

1.4.3  Внешний  диаметр  ротора

;

1.4.4 Зубцовое  деление  ротора

;

1.4.5 Внутренний  диаметр  ротора по формуле 6-101

Так  как  сердечник  непосредственно  насаживается  на  гладкий  вал  при  помощи  горячей  посадки,  то  внутренний  диаметр  ротора  равен  диаметру  вала

;

где  kВ коэффициент  по табл.6-16 , kВ=0,23;

1.4.6 Ток  в  стержне  ротора (6-60)

;

где  ki коэффициент, учитывающий  влияние  тока  намагничивания  и  сопротивления  обмоток  на  соотношение  I1/I2, его приблизительное значение может быть рассчитано в зависимости от номинального cosφ, которым задавались в начале расчета  (рисунок 6.22)

;

1.4.7  Площадь  поперечного  сечения  стержня по формуле 6-69

;

где J2 плотность тока в стержне ротора машин закрытого обдуваемого исполнения при заливке пазов алюминием; J2=3,5106 А/м2;

1.4.8  Паз  ротора

   Для  обеспечения  высоких  энергетических  показателей  в  номинальном  режиме  работы  выбираем  пазы  с  широкой  верхней  частью грушевидные.  Паз  выполняем  полузакрытым (рисунок 6-27). Ширина  шлица  bш2=1 мм,  высота  шлица  hш2=0,5 мм.

1.4.9   Ширина  зубца  ротора (6-77)

   

где Bz2 индукция в зубцах ротора по табл.6-10, принимаем  Bz2=1,75 Тл;

1.4.10  Максимальная  ширина  паза  находится по формуле 6-74

;

1.4.11  Минимальная  ширина  паза (6-75) ;       

1.4.12  Полная высота  паза  ротора  

,

где по формуле 6-76

;

  1.   Уточняем сечение паза формуле

   Размеры  паза  ротора  в  штампе  представлены  в приложении Г.

1.4.14 Плотность  тока  в  стержне  (окончательно)

1.4.15  Ток  в  кольце по формуле

1.4.16 Плотность  тока  в  кольце   

 Плотность  тока  в  замыкающих  кольцах  выбираем  на  15%  меньше,  чем  в  стержнях.  Это  объясняется следующим  образом.  Так  как  замыкающие  кольца,  имея  лучшие  условия  охлаждения  по  сравнению  со  стержнями,  являются  своего  рода  радиаторами,  которые  отводят  тепло  стержней,  усиливая  их  охлаждение.

  1.    Сечение  короткозамкнутого  кольца по формуле 6-73

1.4.18  Высота  короткозамкнутого  кольца

1.4.19 Длина  короткозамкнутого  кольца

;

1.4.20 Средний  диаметр  короткозамкнутого  кольца  

;

1.5  Расчёт магнитной цепи

   Расчёт  намагничивающего  тока  будем  проводить  для  режима  холостого  хода  двигателя,  при  котором  для  асинхронных  машин  характерно  сильное  насыщение  стали  зубцов  статора  и  ротора.

  1.  Индукция  в  зубцах  статора  (окончательно) по формуле 6-104

;

1.5.2 Индукция  в  зубцах  ротора  (окончательно)

1.5.3  Индукция  в  ярме  статора  (окончательно) по формуле

1.5.4 Расчётная  высота  ярма  ротора по формуле 6-109

;

1.5.5  Индукция  в  ярме  ротора по формуле 6-107

;

1.5.6  Коэффициент  воздушного  зазора

В  связи  с  тем,  что  поверхности  статора  и  ротора  ограничивающие  воздушный  зазор,  не  гладкие  а  имеют  различные  неравномерности:  пазы,  углубления  для  размещения  бандажей  и  др.  Магнитное  сопротивление  участков  такого  зазора  в  поперечном  сечении  машины  различно,  поэтому  распределение  индукции  по  площади  воздушного  зазора  неравномерно.  Наибольшая  неравномерность  возникает  из-за  наличия  зубцов  на  статоре  и  роторе.  Над  коронками  зубцов  магнитные  линии  потока  сгущаются,  а  над  прорезями  пазов  плотность  линии  уменьшается.  В  кривой  индукции  в  воздушном  зазоре  появляются  провалы.  Магнитное  сопротивление  и  магнитное  напряжение  воздушного  зазора  при  неравномерной  индукции  возрастают.

    Увеличение  магнитного  напряжения  учитывается  введением  коэффициента  воздушного  зазора.  Этот  коэффициент,  полученный  расчётом  полей  в  зазорах  с  различным  соотношением  ширины  зубцов  и  пазов,  показывает  насколько  возрастает  магнитное  напряжение  зазора  при  зубчатой  поверхности  статора  или  ротора  по  сравнению  с  магнитным  напряжением  зазора  между  гладкими  поверхностями.  

Коэффициент  воздушного  зазора по формуле 4-14,4-15

                                                                 

                                            

1.5.7  Магнитное  напряжение  воздушного  зазора по формуле 6-110

;

По табл.П.17 для стали марки 2013 определяем напряженность магнитного поля для зубцов АД:   при Вz1 = 1,9   Нz1=1150 А/м. 

По формуле 6-111

;

  1.  Магнитное  напряжение  зубцовой  зоны  ротора (6-113)

где Нz2  напряжённость магнитного поля табл.П.17 для стали 2013 при индукции Вz2=1,75 Тл,    Нz2=1330 А/м.

1.5.9   Коэффициент  насыщения  зубцовой  зоны по формуле 6-120

;

Полученное  значение  коэффициента  насыщения  зубцовой  зоны  позволяет  предварительно  оценить  правильность  выбранных  размерных  соотношений  и  обмоточных  данных  проектируемого  двигателя.  Если кz1,51,6,  имеет  место  чрезмерное  насыщение  зубцовой  зоны;  если кz1,2,  то  зубцовая  зона  мало  использована  или  воздушный  зазор  взят  большим.  Так  как  кz=1,2, то  можно  сделать  вывод  о  том,  что  спроектированная  зубцовая  зона  и  выбранный  воздушный  зазор  являются  оптимальными  для  данной  машины.

  1.    Длина  магнитной  линии  ярма  статора по формуле 6-122

;

  1.  Длина  магнитной  линии  ярма  ротора (6-124)

,

где  – высота спинки ротора по формуле 6-125

;

1.5.12 Магнитное  напряжение  ярма  статора по формуле 6-121

;

где  На напряжённость магнитного поля ярма статора  по табл.П.16 ,

для  стали 2013  при  индукции  Ва=1,6 Тл,  На=750 А/м.

1.5.13  Магнитное  напряжение  ярма  статора по формуле 6-123

где  Нj напряжённость магнитного  поля  ярма  ротора по табл.П.16;  

для стали   2013  при  индукции  Вj=1,3 Тл,    Нj=307 А/м.

1.5.14  Магнитное  напряжение  на  пару  полюсов по формуле

;

1.5.15 Коэффициент  насыщения  магнитной  цепи по формуле 6-128

1.5.16  Намагничивающий  ток по формуле 6-129

;

1.5.17 Относительное значение намагничивающего тока (6-130)

 

Относительное  значение  намагничивающего  тока  служит  определённым  критерием  правильности  выбора  и  расчёта  размеров  и  обмотки  двигателя.  Если  I*0.20.18,  то  это  свидетельствует  о  том,  что  размеры  машины  выбраны  завышенными  и  активные  материалы  недоиспользованы.  Такой  двигатель  может  иметь  высокие  КПД  и  cos,  но  плохие  показатели  расхода  материалов  на  единицу  мощности,  большую  массу  и  габариты.  Если I*0.30.35,  то  это  означает,  что  либо  его  габариты  взяты  меньшими,  чем  следовало,  либо  неправильно  выбраны  размерные  соотношения  участков  магнитопровода.  Двигатель  будет  иметь  низкие  КПД  и cos.

1.6  Параметры  рабочего  режима

   Параметрами  асинхронной  машины  называют  активные  и  индуктивные  сопротивления  обмоток  статора  x1,r1,  ротора x2,r2,  сопротивление  взаимной  индуктивности  х12  и  расчётное  сопротивление  r12,  введением  которого  учитывают  влияние  потерь  в  стали  статора  на  характеристики  двигателя.

   Известные  из  общей  теории  электрических  машин  схемы  замещения  фазы  асинхронной  машины,  основанные  на  приведении  процессов  во  вращающейся  машине  к  неподвижной  (рис.4).  Физические  процессы  в  асинхронной  машине  более  наглядно  отражает  схема,  изображённая  на  рис.4а.

Рисунок  1  Схемы  замещения  фазы  обмотки  приведённой  асинхронной  машины

   Но для расчёта оказалось удобнее преобразовать её в схему показанную на  рисунке 1(б).

   Параметры  схемы  замещения  не  остаются  неизменными  при  различных  режимах  работы  машины.  С  увеличением  нагрузки  увеличивается  поток  рассеяния,  и  в  связи  с  этим  из-за  возрастания  насыщения  отдельных  участков  магнитопровода  полями  рассеяния  уменьшаются  индуктивные  сопротивления  х1  и  х2.

   Увеличение  скольжения  в  двигателях  приводит  к  возрастанию  действия  эффекта  вытеснения  тока,  что  вызывает  изменение  сопротивлений  обмотки  ротора  r2  и  х2.  При  расчёте  рабочих  режимов  машины  в  пределах  изменения  скольжения  от  холостого  хода  до  номинального  эти  изменения  незначительны  и  ими  обычно  пренебрегают.

1.6.1 Средняя ширина  катушки по формуле

;

1.6.2  Длина  лобовой  части по формуле

   Лобовая  часть  катушек  имеет  сложную  конфигурацию.  Точный  расчёт  её  длины  и  длины  вылета  лобовой  части  требует  предварительного  определения  всех  размеров  катушки  и  сопряжён  со  значительным  объёмом  расчётов,  данные  которых  в  дальнейшем  электромагнитном  расчёте  обычно  не  используются.  Для  машин  малой  и  средней  мощности  достаточно  точные  для  практических  расчётов  результаты  дают  эмпирические  формулы,  учитывающие  основные  особенности  конструктивных  форм катушек.

где  Кл коэффициент по табл.6.19, Кл=1.2;

      В длина  вылета  прямолинейной  части  катушек  из  паза  от  торца

сердечника  до  начала  отгиба  лобовой  части ; В=0,01 м.

1.6.3  Вылет  лобовых  частей  обмотки по формуле 6-136

,

где  Квыл коэффициент  по табл.6-19, Квыл=0,26;

  1.  Средняя  длина  витка  обмотки по формуле 6-134

,

где   длина  пазовой  части, 0.135 м,

       - длина лобовой части, ;

1.6.5  Длина  проводников  фазы  обмотки по формуле 6-133

;

  1.  Активное  сопротивление  фазы  обмотки  статора по формуле

;

где  75 удельное сопротивление материала обмотки по табл.4-1; для  класса  нагревостойкости В  изоляции   расчётная  температура  750С,  для меди  

75=10-6/47 Омм.

1.6.7  Относительное  значение  активного  сопротивления  фазы  обмотки  статора                          ;

   Активное  сопротивление  фазы  короткозамкнутого  ротора  определяется  следующим  образом.  За  фазу  обмотки,  выполненной  в  виде  беличьей  клетки  принимают  один  стержень  и  два  участка  замыкающих  колец.  Токи  в  стержнях  и  замыкающих  кольцах  различны,  поэтому  их  сопротивления  при  расчёте  общего  сопротивления  фазы  должны  быть  приведены  к  одному  току.  Таким  образом,  сопротивление  фазы  короткозамкнутого  ротора  является  расчётным,  полученным  из  условия  равенства  электрических  потерь  в  сопротивлении  r2  от  тока  Ic  и  суммарных  потерь  в  стержне  и  участках  замыкающих  колец  реальной  машины.

1.6.8 Сопротивление  стержня по формуле

               ;

где  115 удельное сопротивление материала обмотки по табл.4-1; для  класса  нагревостойкости В  изоляции  расчётная  температура  750С,  для алюминия  75=10-6/21.5 Омм.

1.6.9 Сопротивление  участка  замыкающего  кольца,  заключённого  между  двумя  соседними  стержнями (6-166)

;

1.6.10   Активное  сопротивление  фазы  обмотки  ротора по формуле 6-164

;

1.6.11 Приводим  r2  к  числу  витков  обмотки  статора по формуле 6-169

;

1.6.12 Относительное  значение  активного  сопротивления  фазы  

обмотки  ротора  

;

1.6.13 Коэффициент  магнитной  проводимости  пазового  рассеяния  обмотки  статора по табл.6-22

;

1.6.14 Коэффициент  магнитной  проводимости  лобового  рассеяния  обмотки  статора по формуле 6-154  

;

1.6.15 Коэффициент  магнитной  проводимости  дифференциального  рассеяния  обмотки  статора по формуле 6-170

;

где   коэффициент по формуле 6-172  

при полузакрытых или полуоткрытых пазах статора с учетом скоса пазов:

;

где  ск коэффициент  скоса,  выраженный  в  долях  зубцового  деления  ротора;        кск коэффициент по рис.6-39(д)  при t2/t1=1,19   кск=2;

1.6.16 Индуктивное  сопротивление  фазы  обмотки  статора  

1.6.17 Относительное  значение  индуктивного  сопротивления  фазы  обмотки  статора  

;

1.6.18  Коэффициент  магнитной  проводимости  пазового  рассеяния  обмотки  ротора по табл.6-23

1.6.19 Коэффициент  магнитной  проводимости  лобового  рассеяния  обмотки  ротора по формуле

;

1.6.20  Коэффициент  магнитной  проводимости  дифференциального  рассеяния  обмотки  статора по формуле 6-174

,

где   коэффициент по формуле 6-175

;

где  находят по кривым по рис.6-39(а)  =0.023;

1.6.21 Индуктивное  сопротивление  фазы  обмотки  ротора по формуле   ;

1.6.22 Приводим  х2  к  числу  витков  обмотки  статора по формуле 6-178

;

1.6.23  Относительное  значение  х2  [1, c.205]

;

   Перевод  относительных  параметров  асинхронного  двигателя  в  относительные  значения  делается  для  удобства  сопоставления  параметров  отдельных  машин  и  упрощения  расчёта  характеристик.

   Так,  относительные  значения  индуктивных  сопротивлений  рассеяния  обмотки  статора  и  приведённого  сопротивления  обмотки  ротора  большей  частью  находятся  в  пределах  х1*=0.080.14  и х2*=0.10.16.

   Относительные  значения  активных  сопротивлений  обмотки  статора  и  приведённого  сопротивления  обмотки  ротора  близки  друг  к  другу  и  обычно  составляют  несколько  сотых  долей.

   Полученные  значения  параметров  обмотки  статора  и  ротора  находятся  в  рекомендуемом  пределе.

1.7  Расчёт  потерь

   При  работе  асинхронного  двигателя  часть  подводимой  мощности  расходуется  на  нагрев  проводников,  перемагничивание  сердечника,  создание  необходимого  для  охлаждения  потока  воздуха,  трение  вращающихся  частей  о  воздух,  трение  в  подшипниках  и  т.д.  Эту  часть  мощности  называют  потерями,  так  как  она  как  бы  «теряется»  при  электромеханическом  преобразовании  энергии.

   Потери  в  асинхронных  машинах  подразделяются  на  потери  в  стали  (основные  и  добавочные),  электрические  потери,  вентиляционные,  механические  и  добавочные  потери  при  нагрузке.

   Основные  потери  в  стали  асинхронных  двигателей  рассчитываются  только  в  сердечнике  статора,  так  как  частота  перемагничивания  ротора,  равная  f2=sf1  в  режимах,  близких  к  номинальному,  очень  мала  и  потери  в  стали  ротора  даже  при  больших  индукциях  незначительны.

1.7.1  Масса  стали  зубцов  статора по формуле 6-185

где  с удельная  масса  стали  ; с=7800 кг/м3

1.7.2  Масса  стали  ярма  статора (6-184)

1.7.3  Основные  потери  в  стали по формуле 6-183

где  удельные потери в стали  по  табл.6-24; для стали 2013 2.5      

        показатель  степени по табл.6-24; для стали 2013 =1.5;

       кда и кдz коэффициенты,  учитывающие  влияние  на  потери  в  стали

неравномерности распределения  потока  по  сечениям  участков

 магнитопровода  и  технологических  факторов; кда=1.6  и кдz=1.8.

Добавочные  потери  в  стали,  возникающие  при  холостом  ходе,  подразделяются  на  поверхностные  (потери  в  поверхностном  слое  коронок  зубцов  статора  и  ротора  от  пульсаций  индукции  в  воздушном  зазоре)   и  пульсационные  потери  в  стали  зубцов  (от  пульсации  индукции  в  зубцах).

1.7.4  Амплитуда  пульсации  индукции  в  воздушном  зазоре  над  коронками  зубцов  ротора по формуле6-186

,

где  02 зависит  от  отношения  ширины  шлица  пазов  статора  к  воздушному

              зазору  02=f(bшл1/) по  рисунку 6-41; при bшл1/=8,5,  02=0.37.

1.7.5 Удельные  поверхностные  потери по формуле 6-187

где  – коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности  ротора на удельные потери; =1.6.

  1.  Полные  поверхностные  потери  ротора по формуле

;

1.7.7  Масса  зубцов  стали  ротора по формуле

;

  1.  Амплитуда пульсаций индукции  в  среднем  сечении  зубцов  ротора (6-192)  

;

  1.  Пульсационные  потери  в  зубцах  ротора по формуле 6-196

;

   Поверхностные  и  пульсационные  потери  в  статоре  двигателя  с  короткозамкнутым  ротором  обычно  очень  малы,  так  как  в  пазах  таких  роторов  ширина  шлица  ротора  небольшая  и  пульсации  индукции  в  воздушном  зазоре  над  головками  зубцов  статора  незначительны.  Поэтому  расчёт  этих  потерь  в  статоре  двигателя  не  производится.

1.7.10  Сумма  добавочных  потерь по формуле 6-198

;

1.7.11  Полные  потери  в  стали  по формуле 6-199

;

1.7.12  Механические  потери по формуле

,

где  Кт коэффициент ;  при  2р=2  .

  1.  Добавочные  потери  при  номинальном  режиме.

   Добавочные  потери  возникают  за  счёт  действия  потоков  рассеяния,  пульсаций  индукции  в  воздушном  зазоре,  ступенчатости  кривых  распределения  МДС  обмоток  статора  и  ротора.  В  короткозамкнутых  роторах,  кроме  того,  возникают  потери  от  поперечных  токов,  то  есть  токов  между  стержнями,  замыкающихся  через  листы  сердечника  ротора.  ГОСТ  устанавливает  средние  расчётные  добавочные  потери  при  номинальной  нагрузке,  равные  0.5%   номинальной  мощности.

;

1.7.14 Электрические  потери  при  холостом  ходе  в  обмотке  статора (6-214)

;

  1.   Активная  составляющая  тока  холостого  хода по формуле 6-213

;

1.7.16  Ток  холостого  хода  двигателя по формуле 6-212

;

1.7.17  Коэффициент  мощности  при  холостом  ходе (6-215)

;

1.8 Расчёт  рабочих  характеристик

Рабочими  характеристиками  асинхронного  двигателя  называют  зависимости  Р1, I1, cos, , s=f(Р2).  Методы  расчёта  характеристик  базируются  на  системе  уравнений  токов  и  напряжений  асинхронной  машины,  которой  соответствует  Г-образная  схема  замещения  (рис.5).  Активные  и  индуктивные  сопротивления  схемы  замещения  являются  параметрами  машины.

Рисунок 2  Преобразованная  Г-образная  схема  замещения  приведённой  

асинхронной   машины.

   Коэффициент  с1  представляет  собой  взятое  с  обратным  знаком  отношение  вектора  напряжения  фазы  U1  к  вектору  ЭДС  Е1,  при  синхронном  вращении  машины  с  учётом  сдвига  фаз  этих  векторов.

1.8.1  Расчётное  сопротивление  r12 по формуле

;

1.8.2 Сопротивление  взаимной  индукции  обмоток  статора  и  ротора по формуле 6-180      ;

  1.  Активная составляющая коэффициента  с1 по формуле 6-219

;

Реактивная составляющая

;

Коэффициент  находится по формуле 6-221

;

Расчёт  рабочих  характеристик  можно  проводить  с  помощью  круговой  диаграммы  или  аналитическим  методом.  Расчёт  по  круговой  диаграмме  более  нагляден,  но  менее  точен,  так  как  требует  графических  построений,  снижающих  точность  расчёта.  Аналитический  метод  более  универсален,  позволяет  учитывать  изменение  отдельных   параметров  при  различных  скольжениях и  может  быть  легко  переведён  на  язык  программ  при  использовании  ЭВМ  в  расчётах.

   Для  расчёта  рабочих  характеристик  выбираем  аналитический  метод.  Расчёт  характеристик  проводим,  задаваясь  значениями  скольжений  в  диапазоне  s=(0.21.1)sн.  Номинальное  скольжение  предварительно  принимаем  равным  sн=r2*'=0.032.  Для  построения  характеристик  достаточно  рассчитать  значения  требуемых  величин  для  пяти-шести  различных  скольжений,  выбранных  в  указанном  диапазоне  примерно  через  равные  интервалы.

2.8.4 Активная  составляющая  тока  синхронного  холостого  хода (6-222)

 ;

2.8.5  Постоянные  коэффициенты по формуле

 ,

     ,         

 Результаты  расчёта  и построенные    рабочие  характеристики  представлены  в приложении А.

После  построения  зависимости  s=f(Р2)  уточняем  значение  номинального  скольжения  sн=0.032

Номинальные  данные  спроектированного  двигателя:

Р=5.5 кВт, Iн1=10.88 А,  =0.877,  Uн1=220/380 В,  cos=0.88.

1.9 Расчёт пусковых характеристик

Расчёт токов с учётом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учёта влияния насыщения от полей рассеяния).

Расчёт для S=1.

2.9.1 Активное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока (расч=75ºС; ρ75=10-6/21.5 Ом·м)

hc=hп-hш=0.0169 м;

по формуле ;

по рис. 6.46 [1] для  φ = 0.05;

по рис. 6.47 [1] для  φ’ = 0.985 = kД;

глубина проникновения тока по формуле

м;

площадь сечения qr по формуле

где по формуле

коэффициент kr по по формуле

;

коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока по формуле

;

приведённое активное сопротивление ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока [1, с.249]:

Ом.

2.10.2 Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока по формуле

;

где  – коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения  тока, по табл.6.23 [1]:

индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом действия эффекта вытеснения тока по формуле 6.250 [1];

Ом.

2.9.3 Пусковые параметры  по формуле

                   Ом,

по формуле                .

2.9.4 Расчёт токов с учётом влияния эффекта вытеснения тока по формуле

Ом,

Ом,

Ток в обмотке ротора:

А,

Ток в обмотке статора:

А.

Расчёт пусковых характеристик с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.

Подробный расчёт для S=1.

2.9.5  Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем [1, с.219]: kн=1.35

средняя МДС обмотки, отнесённая к одному пазу обмотки статора

          по формуле

А,

коэффициент CN по формуле 6.254 [1]

,

фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре по формуле Тл.

По рис.6.50 [1] для Тл находим kδ=0.64.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения по формуле

.

Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза статора

по формуле

 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния паза статора с учетом насыщения по формуле 6.261 [1]

.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния статора с учетом насыщения по формуле 6.263 [1]

.

Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения по формуле

Ом.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом насыщения и вытеснения тока по формуле 6.260 [1]

,

где сэ2 по формуле 6.259 [1]

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния паза ротора с учетом насыщения по формуле

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния статора с учетом насыщения по формуле

.

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом насыщения и вытеснения тока по формуле:

Ом,

коэффициент с1п.нас по формуле

.

2.9.6   Расчет токов и моментов:

сопротивления по формуле

Ом,

Ом,

токи по формуле

А,

Кратность пускового тока с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения [1, c. 251]:

Кратность пускового момента с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения [1, c. 251]:

2.9.7 Критическое скольжение [1, c. 223, ф.6.272]:

Результаты  расчёта  сведены  в  таблице 2. По  результатам  расчётов  строятся  пусковые  характеристики  М*,I*=f(s). Приложение Б.

2.  Тепловой  и  вентиляционный  расчёт

   На  первоначальной  стадии  проектирования  достаточно  достоверную  оценку  теплового  режима  двигателя  даёт  приближённый  метод  теплового  расчёта,  основанный  на  упрощённом  представлении  о  характере  тепловых  связей  между  элементами  электрической  машины.  В  нём  используются  средние  значения  коэффициентов  теплоотдачи  с  поверхности  и  теплопроводности  изоляции,  характерные  для  определённой  конструкции  и  технологии  производства  двигателей  данного  типа.

   Тепловой  расчёт  будем  проводить  только  для  статора.  При  расчёте  используются  потери,  полученные  для  номинального  режима,  но  потери  в  обмотке  статора  несколько  увеличиваются  по  сравнению  с  расчётными.  Предполагается,  что  обмотка  может  быть  нагрета  до  предельно  допустимой  для  принятого  класса  изоляции  температуры.

2.10.1  Электрические  потери  в  обмотке  статора  в  пазовой  части по формуле

где  кр  коэффициент  увеличения  потерь  [1, c.235]; кр=1.07

2.10.2  Электрические  потери  в  обмотке  статора  в  лобовой  части по формуле

2.10.3  Превышение  температуры  внутренней  поверхности  сердечника  статора  над  температурой  воздуха  внутри  двигателя по формуле

где  К  коэффициент,  учитывающий,  что  часть  потерь  в сердечнике  статора  и     

             в  пазовой  части  обмотки  передаётся  через  станину непосредственно  в

             окружающую  среду  по табл.6-30 [1]; при  2р=2,  К=0.2

      1 коэффициент теплоотдачи  с  поверхности  сердечника  статора по

рис.6-59а [1]; 1=92 Вт/м20С

  1.  Расчётный  периметр  поперечного  сечения  паза  статора по формуле

2.10.5  Перепад температуры в изоляции пазовой части  обмотки  статора по формуле.6.315.[1]  

где  экв  средняя  эквивалентная теплопроводность  пазовой  

изоляции  [1, c.237];

                экв=0.16 Вт/м0С

      экв  среднее значение  коэффициента теплопроводности  внутренней  изоля-   

                ции  катушек всыпной  обмотки  из эмалированных проводников  с учё-

                том  не плотности   прилегания   проводников   друг   к   другу  по

                рис.6-62[1];  при  d/dиз=0.932,  экв=1 Вт/м0С

2.10.6 Перепад  температуры  по  толщине  изоляции  лобовых  частей

где  Пл1  периметр  условной  поверхности  охлаждения  лобовой  части  одной

                катушки  [1, c.237]; Пл1Пп1=0.031 м

      bиз.л1 односторонняя  толщина  изоляции  лобовой  части  катушки  bиз.л1=0,05

2.10.7 Превышение  температуры  наружной  поверхности  изоляции  лобовых  частей  обмотки  над  температурой  воздуха  внутри  машины по формуле

2.10.8 Среднее  превышение  температуры  обмотки  статора  над  температурой  воздуха  внутри  машины по формуле

 

2.10.9  Эквивалентная  поверхность  охлаждения  корпуса по формуле

где Пр условный периметр поперечного сечения рёбер станины по рис.6-63[1]:

Пр=0.19 м

  1.  Сумма  потерь  отводимых в воздух внутри  двигателя по формуле

Превышение  температуры  воздуха  внутри  машины  над  температурой  окружающей  среды по формуле

где  в  коэффициент  подогрева  воздуха  [1, c.235 рис.6-59а]; в=22 Вт/м2С

2.10.11 Среднее   превышение  температуры  обмотки  статора  над  температурой  окружающей  среды по формуле

   Полученное  значение  превышения  температуры  не  превышает  допускаемое  превышение  температуры  для  принятого  класса  изоляции.

   Вентиляционный  расчёт  асинхронного  двигателя,  так  же  как  и  тепловой  на  первоначальном  этапе  проектирования,  может  быть  выполнен  приближённым  методом.  Метод  заключается  в  сопоставлении  расхода  воздуха,  необходимого  для  охлаждения  двигателя  и  расхода,  который  может  быть  получен  при  данной  конструкции  и  размерах  двигателя.

2.10.12  Коэффициент,  учитывающий  изменение  условий  охлаждения  по  длине  поверхности  корпуса,  обдуваемого  наружным  вентилятором по формуле

где  кm  коэффициент  [1, c.240]; для двигателе с 2р = 2  при  h=100 м,  m=3

2.10.13 Требуемый  для  охлаждения  расход  воздуха по формуле

2.10.14 Расход  воздуха,  обеспечиваемый  наружным  вентилятором  

    необходимое  условие  для  охлаждения  машин  выполнено.

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

3.  Механический расчёт

Рис.1 Вал

Асинхронный двигатель выполнен с горизонтальным расположением вала. В этом случае вал несёт на себе всю массу вращающихся частей, через него передаётся вращающий момент машины. При сочленении машины с исполнительным механизмом на вал действуют дополнительные изгибающие силы. Кроме того, на вал могут действовать силы одностороннего магнитного притяжения, вызванные магнитной несимметрией, усилия, появляющиеся из-за наличия небаланса вращающихся частей, а также усилия, возникающие при появлении крутильных колебаний. Правильно сконструированный вал должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать все действующие на него нагрузки без появления остаточных деформаций. Вал должен также иметь достаточную жёсткость, чтобы при работе машины ротор не задевал о статор. Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше рабочих частот вращения машины. Окончательные размеры вала устанавливаются после его расчётов на жёсткость и прочность.

Принимая, что ротор асинхронной машины представляет собой сплошной цилиндр с плотностью 8300 кг/м3, его массу можно определить как

Сила тяжести ротора

 

Определим поперечную силу, приложенную к выступающему концу вала  

Н,

где  Мн –номинальный вращающий момент;

 Нм,

nн-частота вращения вала ротора   об/мин

kп- коэффициент , при подаче упругой муфтой kп=0,3

D1- диаметр по центрам пальцев муфты D1=70 10-3 м

Прогиб вала по середине сердечника под действием силы тяжести

где Е - модуль упругости Е=2,06* 1011 Па,

SA=     

Вал разбивают на три участка а, b, с – это расстояния от места приложения силы до ближайшей опоры  а=108*10-3м, b=108*10-3м, с=55*10-3 м

Прогиб вала по середине магнитопровода ротора от поперечной силы муфты

где S0=

l –расстояние между опорами l=216*10-3м,

Первоначальное смещение ротора: м,

Начальная сила одностороннего магнитного притяжения

H,

Прогиб вала от силы Т0

Установившийся прогиб вала от одностороннего момента притяжения

,

где m=fт/l0=0,082

Суммарный прогиб по середине магнитопровода ротора

F=fм+fq+fп=

Критическая частота вращения

Коэффициент нагрузки к=2

Напряжение на свободном конце вала в сечении А:

Изгибающий момент в расчетном сечении

где Z=0,002 м - расстояние указано на эскизе вала

Момент сопротивления при изгибе  

где d=0,019 м -диаметр вала в сечении А

Напряжение изгиба

где  -отношение допустимого напряжения при изгибе к удвоенному допускаемому напряжению при кручении.

Напряжение в сечении Б :

Изгибающий момент в расчетном сечении

где Z=0,055 м - расстояние указано на эскизе вала.

Момент сопротивления при изгибе  

где d=0,025 м -диаметр вала в сечении Б

Напряжение изгиба

где  -отношение допустимого напряжения при изгибе к удвоенному допускаемому напряжению при кручении.

Напряжение в сечении В:

Момент сопротивления при изгибе  

где d=0,025 м -диаметр вала в сечении В

Напряжение изгиба

где  -отношение допустимого напряжения при изгибе к удвоенному допускаемому напряжению при кручении.

Напряжение в сечении Г:

Момент сопротивления при изгибе  

где d=0,025 м -диаметр вала в сечении Г

Напряжение изгиба

где  -отношение допустимого напряжения при изгибе к удвоенному допускаемому напряжению при кручении.

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

Проверочный расчет подшипников качения на долговечность

При определении радиальной нагрузки на подшипниках RA и RБ исходим из наихудшего случая

Приведенная динамическая нагрузка :

 

где  кН=1,5-коэффициент учитывающий характер нагрузки двигателя, при нагрузке с умеренными толчками .

Динамическая грузоподъемность подшипника

Где n=1500 об/мин, L=20000 ч –срок службы подшипника.

Выбрали шарикоподшипник средней серии.

Радиальная нагрузка на подшипник

Приведенная динамическая нагрузка на опору В

Динамическая грузоподъемность

Из приведенного расчета следует, что шарикоподшипник  средней серии подходит для спроектированного двигателя по найденной динамической грузоподъемности наиболее нагруженной опоры. Выбираем средней серии 206.

Заключение

В данной работе был спроектирован трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В качестве базовой модели выбрана конструкция асинхронных двигателей серии 4А, которые предназначены для наиболее широкого применения в различных отраслях народного хозяйства.

В начале расчета двигателя были получены значения электромагнитных нагрузок  и , входящие в рекомендуемые пределы, основанные на исследовании работающих двигателей серии 4А. От электромагнитных нагрузок зависят не только размеры машины, а также и ее характеристики. Так как двигатель обладает небольшой мощностью, то упрощения укладки обмотки в пазы принята трехфазная однослойная концентрическая  обмотка. Число пазов статора принято стандартному и равно Z1=24, т.о. обмотка имеет целое число пазов на полюс и фазу (q=4).

Плотность тока в обмотке статора получилась значительной, что характерно для двигателей небольшой мощности. Для обмотки статора используется стандартный эмалированный провод, это позволяет применять механизированную укладку обмотки, коэффициент заполнения паза соответствует механизированной укладке. В расчете зубцовой зоны статора была принята конфигурация пазов, при которой зубцы имеют не постоянное поперечное сечение по всей высоте, т.е. в зубцах  будут участки с разной индукцией и суммарное магнитное напряжение будет меньше, чем у зубцов другой конфигурации.

Воздушный зазор был выбран достаточно малым, что приводит к уменьшению магнитодвижущей силы магнитной цепи и тока намагничения. При этом будут уменьшаться суммарные потери, благодаря чему в расчете рабочих характеристик повысились значения  и КПД. Но, вследствие малости воздушного зазора, в расчете магнитной цепи получился значительным коэффициент насыщения магнитной цепи. Число пазов ротора выбрано по рекомендациям, основанным на изучении влияния соотношений числа зубцов статора и ротора на кривую момента, а также шумы и вибрации. Пазы ротора выполнены со скосом. Несмотря на уменьшение ЭДС обмотки, скос пазов уменьшает негативное влияние высших гармоник и значительно улучшает виброакустические характеристики двигателя. При расчете рабочих характеристик получили уточненные значения номинального тока обмотки статора и мощности, потребляемой двигателем, которые меньше, чем принятые вначале работы предварительно.

   Кратность начального пускового момента в спроектированном двигателе находится в допустимых пределах регламентируемых значений МП*  для данного типа машин. Ускорение при разгоне определяется разностью абсцисс кривых М и Мст  и моментом инерции ротора двигателя и механизма, который приводится во вращение. Если в начальный момент пуска МП < Мст , двигатель разогнаться не сможет (не запустится). Получение кратности пускового момента, больших регламентированных ГОСТом, обычно нежелательном, так как это связано либо с увеличением активного сопротивления ротора, либо с изменением его конструкции, что ухудшает энергетические показатели двигателя. Кратность пускового тока с возрастанием величины пускового момента возрастает.   

В механическом расчете определен суммарный прогиб вала от действия силы тяжести ротора и силой, обусловленной соединением муфтой. Полученный прогиб вала не превышает 10% от воздушного зазора. По критической частоте вращения и напряжениях в опасных сечениях, вал имеет запасы.

В данном двигателе применяются подшипники средней серии 206, устанавливаемые на весь срок службы двигателя, что обеспечивает высокую долговечность и надежность. Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Приложение А

Таблица 1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Расчётные формулы

Размерность

Скольжение   s

0.005

0.01

0.02

0.025

0.0356

0.0445

Ом

133,97

66,98

33,493

26,794

18,816

15,0532

Ом

134,958

67,971

34,738

28,121

19,801

16,037

Ом

7,191

5,429

4,547

4,371

4,161

4,062

Ом

135,149

68,187

34,776

28,121

20,233

16,544

А

1,627

3,226

6,326

7,823

10,872

13,297

-

0,998

0,996

0,991

0,987

0,978

0,969

-

0,053

0,079

0,130

0,155

0,205

0,245

А

1,873

3,463

6,519

7,957

10,888

13,138

А

3,203

3,373

3,944

4,333

5,353

6,382

А

3,711

4,835

7,619

9,077

12,133

14,606

А

1,665

3,301

6,474

8,006

11,127

13,608

Вт

1236,37

2286,18

4302,88

5264,11

7186,22

8671,17

Вт

42,795

72,665

180,41

256,02

457,44

662,94

Вт

5,326

20,926

80,450

123,37

237,65

355,46

Вт

3,674

6,238

15,490

21,981

39,275

56,919

Вт

287,926

335,945

512,480

637,170

970,503

1311,46

Вт

948

1950

3790

4630

6220

7360

-

0,767

0,853

0,880

0,879

0,864

0,848

-

0,504

0,716

0,855

0,878

0,897

0,899

Рис.2 Рабочие характеристики

Рис.3 Рабочие характеристики

Рис.4 Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Приложение Б

Таблица 2. Расчёт пусковых характеристик с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.

Расчётная формула

Ед

Скольжение S

1

0,8

0,6

0.3

0.2

0.01

1

1,099

0,983

0,851

0,737

0,602

0,425

2

0.05

0,045

0,038

0,03

0.028

0,02

3

0,121

0,12

0,1194

0.119

0,1186

0,1183

4

0,3986

0,3982

0,3979

0,3978

0,3976

0,3973

5

Ом

0,255

0,2547

0,253

0,2545

0,2543

0,2541

6

0,987

0.973

0.979

0.983

0.996

7

0,9873

0,9878

0.9885

0.9891

0.9893

0.9895

8

Ом

1,951

1,952

1,954

1,955

1,956

1,957

9

Ом

1,373

1,374

1,376

1,3767

1,377

1,378

10

1,178

1.213

1.251

1.312

1.429

1.798

11

1.0156

1.0156

1.015

1.016

1.018

1.025

12

Ом

1.293

1.357

1.465

1.894

2.323

2.862

13

Ом

2,5725

2.573

2.575

2.576

2.59

3.215

14

А

76.243

75.62

73.176

68.795

63.403

58.336

15

А

77.911

76.400

75.025

69.512

64.07

51.324

16

6,36

6,44

6,121

5,708

4,963

3,424

17

2,253

2,654

3,195

3,703

4,198

3,988

Рис.5  Пусковые характеристики

Рис.6 Пусковые характеристики

Приложение В

Эскиз паза статора в штампе с заполнением

Рис.7 Паз статора с изоляцией                         Рис.8 Паз статора с основными размерами

Размеры паза:

Da=0.168 м  D=0.0958 м  

b2=7,596*10-3 м bz1=5.627*10-3м

bz2=0.0065 м b1=0,01 м 

bш1=3,4*10-3 м      ha=0.023 м 

h1=0.0103м           hш=0.7*10-3 м

Приложение Г

Эскиз паза ротора в штампе

 

Рис9. Паз ротора с основными размерами

Список используемых источников литературы

  1.  Копылов  И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. и др. Проектирование  электрических  машин: Учеб. Пособие для вузов.  М.: Энергия, 1980. – 496 с., ил.
  2.  Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учеб. для втузов/ Под редакцией О.Д Гольдберга. 2-е изд., перераб. и доп. -  М.: Высш шк, 2001. – 430 с.: ил


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41191. Теплообмен излучением 390 KB
  Природа теплового излучения Излучение – это перенос энергии при помощи электромагнитных волн испускаемых излучаемым телом. Последние проявляются в том что испускание и поглощение энергии излучения осуществляется отдельными порциями – фотонами света или квантами. Каждое конкретное тело обладает своим спектром излучения с соответствующим распределением электромагнитного излучения по длинам волн. Твердые тела и жидкости как правило имеют непрерывный спектр излучения
41192. Нанесение пленок методом ионного распыления 105 KB
  Принцип действия устройств ионного распыления основан на таких физических явлениях как ионизация частиц газа тлеющий разряд в вакууме и распыление веществ бомбардировкой ускоренными ионами. Таким образом плазма тлеющего разряда является генератором ионов необходимых для эффективной бомбардировки катода и его распыления. Схема ионного распыления Показателем эффективности процесса ионного распыления является коэффициент распыления который выражается числом удаленных частиц распыляемого вещества приходящихся на один бомбардирующий ион и...
41193. Учет собственного капитала за МСФО 139.5 KB
  Бухгалтерский учет капитала в простых товариществах очень похож на учет при единоличном владении. Основное отличие заключается в том что необходимо вести учет по счетам вложения и изъятия капитала каждого из партнеров и распределять между ними прибыли и убытки. В разделе балансового отчета Капитал партнеров необходимо отдельно показывать сальдо по каждому счету. Главное отличие бухгалтерского учета в акционерных обществах от учета в единоличных хозяйствах и товариществах заключается в учете капитала.
41194. Закон Кирхгофа 1.34 MB
  Плотности потока собственного излучения серого и абсолютно черного тел; их поглощательные способности; температуры тел. Рассмотрим случай равновесного излучения когда . расход энергии излучения равен ее приходу. Отношение плотности потока собственного излучения тела к его поглощательной способности одинаково для всех серых тел и равно плотности потока собственного излучения абсолютно черного тела при той же температуре.
41195. КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ ПЛЕНОК И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ИХ НАНЕСЕНИЯ 143.5 KB
  Наиболее важен контроль в камере так как в зависимости от его результатов регулируются режимы процесса роста пленки что позволяет устранить операции подгонки ее параметров после нанесения. Метод микровзвешивания в основном используемый в производстве гибридных ИМС состоит в определении приращения массы Δm подложки после нанесения на нее пленки. При этом среднюю толщину пленки определяют по формуле: где площадь пленки на подложке; удельная масса нанесенного вещества. При измерении толщины пленки взвешиванием считают что плотность...
41196. Основные методы решения задачи теплообмена излучением 1.13 MB
  Необходимо определить: поток результирующего излучения между телами. Теплообмен излучением между телами образующими замкнутую систему. Рассмотрим два вогнутых серых тела образующими замкнутую систему. Пусть температура первого тела превышает температуру второго тела .
41197. Транзитивное замыкание графа. Алгоритм Уоршалла (Warshall) 280.5 KB
  Именно {Инициализация: } {1} for i := 1 to n do {2} for j := 1 to n do {3} if i = j then else ; {4} for k := 1 to n do {5} for i := 1 to n do {6} for j := 1 to n do {7} ; {есть матрица смежности транзитивного замыкания т. {Инициализация: } {1} for i := 1 to n do {2} for j := 1 to n do {3} if i = j then else ; {4} for k := 1 to n do {5} for i := 1 to n do {6} if then ; {есть матрица смежности транзитивного замыкания т. Следовательно матрицу можно вычислить с помощью алгоритма:...
41198. Стимулированное плазмой осаждение из газовой фазы 111 KB
  Другими достоинствами активации плазмой термической реакции являются увеличение скорости осаждения и возможность получения пленок уникального состава. Благодаря низкой температуре и высокой скорости процесса осаждения а также обеспечению таких свойств как адгезия низкая плотность сквозных дефектов хорошее перекрытие ступенек рельефа приемлемые электрические характеристики пленки полученные стимулированным плазменным осаждением хорошо подходят в качестве: пассивирующего слоя для металлов с низкой температурой плавления...