Проектирование асинхронного двигателя

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Работу выполнил студент

учебной группы 12 - ЗЭА

Романов Александр Александрович

«___» ___________ 2015 г.

 

Калининград   2015

Содержание

Исходные данные…………………………………………………………............3

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Выбор главных размеров………………………………………………………8

2. Расчёт статора…………………………………………………………………11

3. Расчёт ротора………………………………………………………………….17

4. Расчёт магнитной цепи……………………………………………………….19

5. Расчет активных и индуктивных сопротивлений обмоток………………...22

6. Расчет параметров режимов холостого хода и номинального…………….28

7. Расчет круговой диаграммы и рабочих характеристик…………………….33

8. Расчет максимального момента……………………………………………...35

9. Расчет начального пускового тока и начального пускового момента…….37

10. Тепловой и вентиляционный расчеты   ……………………………………..41

11. Расчет массы двигателя и динамического момента инерции ротора ……45

12. Расчет надежности обмотки статора……………………………………….47

13. Конструирование спроектированного асинхронного двигателя…………51

14. Список литературы…………………………………………………………52

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1. Номинальный режим работы - продолжительный (S1)

2. Исполнение роторы - короткозамкнутый (беличья клетка)

3. Номинальная отдаваемая мощность P2:=7500 Вт

4. Количество фаз статора: m:=3

5. Способ соединения фаз статора: Δ/Y

6. Частота рабочей сети: f1:=50 Гц

7. Номинальное напряжение в фазе: U1ном:=220 В

8. Синхронная частота вращения: n1:=3000 об/мин

9. Количество пар полюсов (по форм 9-1): p:=1

10. Степень защиты: IP44

11. Способ охлаждения: ICA0141

12. Исполнение по способу монтажа: IM1001

13. Климатические условия и категория размещения: УЗ

14. Класс нагревостойкости изоляции: F

15. Форма выступающего конца вала: цилиндрическая

16. Способ соединения с приводным механизмом: упругая муфта

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Общие данные

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющих 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 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 общего 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.

Разработанное и внедренное в производство основное исполнение единой серии подразделяется на два основных ряда: серию с h = 50 - 355 мм (мощностью от 0,12 до 400 кВт при 2р = 4) и серию с h = 400 - 450 мм (мощностью от 400 до 1000 кВт при 2p = 4).

Серия 4А

Основное исполнение серии. Двигатели выполняются с короткозамкнутым (при h = 50 - 355 мм) и с фазным роторами (h = 200 - 355 мм). По степени защиты от внешних воздействий и по способу охлаждения различают: закрытое исполнение (IP44) с наружным обдувом от вентилятора, расположенного на валу двигателя (IC0141) при h = 50 - 355 мм; защищенное исполнение (IP23) с самовентиляцией (IC01) при h = 160 - 355 мм.

Двигатели мощностью от 0,12 до 0,37 кВт изготовляют на номинальные напряжения 220 и 380 В, со схемой соединения обмоток статора D или Y; эти двигатели имеют три выводных провода. Двигатели мощностью от 0,55 до 11 кВт, кроме того, выполняют на напряжение 660 В (при тех же схемах соединения и количестве выводных проводов). Двигатели мощностью от 15 до 110 кВт изготовляют на номинальные напряжения 220/380 и 380/660 В, а от 132 до 400 кВт - только на 380/660 В; эти двигатели имеют схему соединения Δ/Y и шесть выводных проводов. Двигатели h = 50 - 132 мм выполняют с изоляцией класса нагревостойкости В; остальные - с изоляцией класса F. Общие технические данные на указанные двигатели регламентированы ГОСТ 19523.

Модификации серии 4А при h = 50 - 355 мм. На базе основного исполнения серии изготовляются следующие электрические модификации: двигатели с повышенным пусковым моментом (h = 160 - 250 мм), предназначенные для привода механизмов, имеющих большие статические и инерционные нагрузки в момент пуска (компрессоры, конвейеры, насосы, поворотные круги и т. д.);

двигатели с повышенным скольжением (h = 71 - 250 мм) - для работы в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками или с пульсирующей нагрузкой (штамповочные прессы, молоты, поршневые компрессоры и т. д.);

многоскоростные двигатели (h = 56 - 355 мм) на две, три и четыре частоты вращения - для привода механизмов со ступенчатым регулированием частоты вращения. (металлообрабатывающие станки, механические колосниковые решетки, некоторые виды лебедок и т д.); двигатели на частоту 60 Гц (h = 50 - 355 мм) - для работы от сети с указанной частотой.

Серия охватывает следующие конструктивные модификации: малошумные двигатели (h = 56 - 160 мм) - для работы в приводах с повышенными требованиями к уровню шума; встраиваемые двигатели (h = 50 - 250 мм) - для встраивания в станки и механизмы (двигатели поставляются в виде обмотанного сердечника статора и ротора); двигатели со встроенной температурной защитой (h = 50 - 355 мм) - для привода механизмов, работающих со значительными перегрузками, частыми пусками и т.д.

Серия охватывает следующие модификации по условиям окружающей среды: двигатели тропического исполнения (h = 50 - 355 мм) - для работы в условиях влажного или сухого тропического климата при температуре окружающего воздуха от -10 до +45°С, относительной влажности до 100% (при температуре + 35°С), при воздействии солнечной радиации, песка, пыли и плесневых грибков; двигатели влагоморозостойкого исполнения (h = 50 - 355 мм) - для работы при температуре окружающей среды до -40°С и относительной влажности 100% (при температуре +25°С); двигатели химостойкого исполнения (h = 50 - 355 мм) - для работы при температуре окружающей среды в пределах ±40°С, относительной влажности 80% (при температуре +25°С), наличии химически активной невзрывоопасной среды.

Серия охватывает следующие исполнения по степени защиты от внешних воздействий и способу охлаждения: защищенное исполнение (IP23) с самовентиляцией (ICO1) при h = 400 и 450 мм; закрытое исполнение (IP44) с охлаждением с помощью воздухоохладителя (IC0161) при h = 400 и 450 мм.

Двигатели изготовляют с короткозамкнутым или фазным ротором и на номинальное напряжение 6000 В. Обмотка статора имеет шесть выводов, соединенных в звезду.

Рассматриваемый двигатель

А112М2У3

где:

4 - порядковый номер серии;

А - род двигателя асинхронный;

112 - высота оси вращения;

М - условная длина станины по МЭК;

2 - число полюсов;

У - климатическое исполнение для умеренного климата;

3 - категория размещения.

 

 

ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

Главные размеры

1.1.1.Определим по табл. 9-1 значение высоты вращения h, зная значение номинальной отдаваемой мощности P2:

h =112 мм

 

1.1.2. Определим по табл. 9-2 значение наружного диаметра сердечника Dн1, зная значение высоты вращения h:

Dн1 = 197 мм

1.1.3. Определим по табл. 9-3 значение внутреннего диаметра статора D1, зная значения числа полюсов 2p и наружного диаметра сердечника Dн1:

 D1= 0,61∙ Dн1- 4

D1= 116,7мм

 

1.1.4. Определим по рис. 9-1 значение k_H, зная значение номинальной отдаваемой мощности P2:

k_H =0,98

1.1.5. Определим по рис. 9-2а предварительное значение КПД η', зная значение номинальной отдаваемой мощности P2:

η' = 0,878

1.1.6. Определим по рис. 9-3а предварительное значение cosꞌφ, зная значение номинальной отдаваемой мощности P2:

cosꞌφ = 0,877

1.1.7. Определим по форм. 1-11 расчетную мощность P`:

E₁= k_Н ∙U1_ном = 215,6 в; Pꞌ = k_Н∙ P2/(η'∙ cosφ) = 9545 Вт

1.1.8. Определим значение электромагнитной нагрузки Aꞌ1, определив среднее значение по рис. 9-4а, зная значение наружного диаметра сердечника Dн1, и определив по табл. 9-5 значение поправочного коэффициента k1: 

Aꞌ1cp = 266 А/см; k1=0,93; Aꞌ1= Aꞌ1cp∙ k1 = 266∙0,93 = 247,38А/см

1.1.9. Определим значение электромагнитной нагрузки Вꞌδ определив среднее значение по рис. 9-4б, зная значение наружного диаметра сердечника Dн1, и определив по табл. 9-5 значение поправочного коэффициента k2:

В^ꞌδср=0,875; k2 = 1; Вꞌδ = Вꞌδср∙k2 = 0,856∙1 = 0,875 Тл

1.1.10. Определим из § 9-3 предварительное значение обмоточного коэффициента kꞌоб, зная значение числа полюсов 2p:

kꞌоб = 0,79

1.1.11. Определим по форм. 1-30 расчетную длину сердечника lꞌ1:

lꞌ1= 8,27∙10⁷∙ Pꞌ/((D1)²∙n1∙Aꞌ1∙ Вꞌδ∙kꞌоб) = 114 мм

1.1.12. Определим конструктивную длину сердечника статора l1, учитывая расчетную длину сердечника lꞌ1:

l1 = 115 мм        

1.1.13. Определим по форм. 9-2 отношение λ:

λ = l1/D1 = 115/116,17 = 0,9899

1.1.14. Определим по табл. 9-6 предельно допустимое отношение λmax, зная значения наружного диаметра сердечника Dн1 и поправочного коэффициента k4 определяемого из табл.9-7:

k4 = 0,95; λmax = (1,46-0,00071∙ Dн1) ∙ k4 = 1,254

Сердечник статора

1.2.1. Сердечник статора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов. Для данного сердечника рекомендуется применять следующую марку холоднокатаной изотропной электротехнической стали - сталь 2013 (для 50 < h < 250 мм). Для стали 2013 используют изолирование листов оксидированием.

1.2.2. Коэффициент заполнения kс заданного способа изолирования:

kс = 0,97

1.2.3. Определим по табл. 9-8 количество пазов на полюс и фазу q1, зная значения высоты вращения h и числа полюсов 2p:

q1= 4

1.2.4. Определим по форм. 9-3 количество пазов сердечника статора z1:

z1 = 2∙p∙m∙q1 = 24

Сердечник ротора

1.3.1. Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Марки стали и изоляционные покрытия такие же, как в статоре.

1.3.2. Коэффициент заполнения kс заданного способа изолирования:

kс = 0,97

1.3.3. Значение βск для двигателей с h < 1600 мм равно:

βск = 1

1.3.4. Определим по табл. 9-9 значение воздушного зазора между статором и ротором δ, зная значения высоты вращения h и числа полюсов 2p:

δ = 0,5

1.3.5. Найдем по форм. 9-5 наружный диаметр сердечника ротора Dн2:

Dн2 = D1-2∙ δ;  Dн2 = 115,17 мм

1.3.6. Определим по форм. 9-6 внутренний диаметр листов ротора D2, для случая h ≥71 мм:

D2 = 0,23∙Dн1 = 0,23∙197 = 45,31 мм

1.3.7. Определим из § 9-3 значение длины сердечника ротора l2, для случая h ≤ 250 мм:

l2 = l1 = 115 мм

1.3.8. Определим по табл. 9-12 количество пазов в сердечнике ротора z2, зная значения высоты вращения h и числа полюсов 2p:

z2 = 19

РАСЧЁТ СТАТОРА

 

Для рассчитываемого двигателя принимаем однослойную всыпную концентрическую обмотку (табл. 9-4) из провода марки ПЭТП - 155 (класс нагревостойкости F) (графические материалы: рис. 1), укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы (графические материалы: рис. 2).

РАСЧЁТ РОТОРА

Для рассчитываемого двигателя принимаем, что обмотка ротора укладывается в овальные полузакрытые пазы (графические материалы: рис. 3), и короткозамыкающее кольцо имеет литую конструкцию клетки (графические материалы: рис. 4).

РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

 

4.1. Определим по форм. 9-116 значение коэффициента, учитывающего увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора kδ1:

kδ1 = 1+ bꞌш1/(t1 - bꞌш1+ 5∙δ∙ t1/ bꞌш1) kδ1 = 1,1323

4.2. Определим по форм. 9-117 значение коэффициента, учитывающего увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора kδ2:

kδ2 = 1+ bꞌш1/(t2 - bꞌш2+ 5∙δ∙ t2/ bꞌш2) kδ2 = 1,033

4.3. Определим из § 9-7 значение коэффициента, учитывающего уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных каналов на статоре или на роторе kk:

kk = 1

4.4. Определим по форм. 9-120 значение общего коэффициента воздушного зазора kδ:

kδ = kδ1∙ kδ2∙ kk       kδ = 1,1696

4.5. Найдем по форм. 9-121 значение МДС для воздушного зазора Fδ:

Fδ = 0,8∙δ∙ kδ∙ Bδ∙10³  Fδ = 355,1398A

4.6. Определим по форм. 9-122 значение зубцового деления на 1/3 высоты зубца t1(1/3):

t1(1/3) = π∙(D1+(2/3)hп1)/z1  t1(1/3) = 16,3294 мм

 

4.7. Определим по форм. 9-123 значение коэффициента зубцов kз(1/3):

kз(1/3) = (t1(1/3)/(bз1∙kc))-1 kз(1/3) = 1,5464

 

 

4.8. Определим по приложению 8 справочника Гольдберга значение напряженности магнитного поля статора Hз1:

Hз1 = 15,2 А/см²

4.9. Определим по форм. 9-124 среднее значение длины пути магнитного потока статора Lз1:

Lз1 = hп1= 12,8664 мм

4.10. Определим по форм. 9-125 значение МДС для зубцов статора Fз1:

Fз1 = 0,1∙Нз1∙Lз1  Fз1 = 19,5569 А

4.11. Определим по приложению 8 справочника Гольдберга значение напряженности магнитного поля ротора Hз2:

Hз2 = 15,2 А/см²

4.12. Определим по форм. 9-139 среднее значение длины пути магнитного потока ротора Lз2:

Lз2 = hп2- 0,2∙r2 Lз2 = 19.5028 мм

4.13. Определим по форм. 9-140 значение МДС для зубцов ротора Fз2:

Fз2 = 0,1∙Нз2∙Lз2 Fз2 = 29,6442 А  

4.14. Определим по приложению 11 справочника Гольдберга значение напряженности магнитного поля спинки статора Hс1:

Hс1 = 9,4 А/см

4.15. Определим по форм. 9-166 среднее значение длины пути магнитного потока для спинки статора Lс1:

Lс1 =π∙(Dн1-hс1)/4р Lс1 = 133,0868 мм

4.16. Определим по форм. 9-167 значение МДС для спинки статора Fс1:

Fс1 = 0,1∙Нс1∙Lс1 Fс1 = 125,1016 А 

4.17. Определим по приложению 11 справочника Гольдберга значение напряженности магнитного поля спинки ротора Hс2:

Hс2 = 1,74 А/см²

 

 

4.18. Определим по форм. 9-168 среднее значение длины пути магнитного потока для спинки ротора Lс2:

Lс2 = hс2 + 2dk2/3  Lс2 = 46,7986 мм

4.19. Определим по форм. 9-170 значение МДС для спинки ротора Fс2:

Fс2 = 0,1∙Нс2∙Lс2 Fс2 = 327,5902 А

4.20. Определим по форм. 9-171 значение суммарной МДС магнитной цепи на один полюс Fс2:

F∑ = Fδ +Fз1 +Fз2 +Fс1 +Fс2 = 857,0327 А

4.21. Определим по форм. 9-172 значение коэффициента насыщения магнитной цепи kнас:

kнас = F∑ / Fδ kнас = 2.4132

4.22. Определим по форм. 9-173 значение намагничивающего тока Iм:

Iм = 2,22∙ F∑∙p /(m∙ω1∙kоб1) Iм = 6,6224 А

4.23. Определим по форм. 9-174 значение намагничивающего тока в относительных единицах Iмꞌ:

Iмꞌ = Iм /l1 Iм = 0,4487 о.е.

4.24. Определим по форм. 9-175 значение ЭДС холостого хода E:

E = kн∙Uном1 E = 215,6 В

4.25. Определим по форм. 9-176 значение главного индуктивного сопротивления χм:

χм = E / Iм χм = 32,5561 Ом

4.26. Определим по форм. 9-177 значение главного индуктивного сопротивления в относительных единицах χмꞌ:

χмꞌ = χм∙l1 / Uном1 χмꞌ = 2,1839 о.е.

Круговая диаграмма

7.1.1. Определим по форм. 9-301 значение масштаба тока С1:

Da min = 200 мм;    Da max= 300 мм

C1 min = Uном1/ (Da min∙ χк) C1 min = 0,3372

C1 max = Uном1/ (Da max∙ χк) C1 max = 0,2248

C1 = (C1 max+ C1 min)/2          C1 = 0,3

 

7.1.2. Определим по форм. 9-301 значение диаметра рабочего круга Dа:

Dа = Uном1/(C1∙ χк) Dа = 240 мм  

7.1.3. Определим по форм. 9-302 значение масштаба мощности Ср:

Ср = m∙ Uном1∙С1∙10^-3  Ср = 0,1855 кВт/мм

7.1.4. Найдем из § 9-10 значение длины отрезка О1_О2 (равного Iср):

О1_О2 = Iср/С1 О1_О2 = 23,2476 мм   

7.1.5. Найдем из § 9-10 значение длины отрезка О1_О3 (равного Iса):

О1_О3 = Iса/С1  О1_О3 = 1,9315 мм

7.1.6. Определим по форм. 9-303 значение длины отрезка ВС:

ВС = 2∙ρ1∙100     ВС = 7,8614 мм

7.1.7. Определим по форм. 9-303 значение длины отрезка ВЕ:

ВЕ = rꞌ1∙100/ χк     ВЕ = 40,5168 мм  

7.1.8. Определим по форм. 9-303 значение длины отрезка BF:

BF = rк∙100/ χк      BF = 81,1198 мм

 

7.1.9. Изобразим круговую диаграмму рассчитываемого двигателя

Рабочие характеристики

7.2.1. Табулируем результаты расчетов (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Условные обозначения

Единица измерения

Отдаваемая мощность в долях от номинальной P₂

0,25P₂ 0,5P₂ 0,75P₂ P₂ 1,25P₂ P₂ Вт 1875 3750 5625 7500 9375 P_д Вт 11,0294118 22,05882 33,08824 44,1176471 55,14706 P`₂ Вт 1888,74401 3774,773 5660,803 7546,83225 9432,862 R_н Ом 72,6500627 34,01707 20,94008 14,2079572 9,929672 Z_н Ом 74,5972638 35,89104 22,7329 15,9068996 11,51164 S о.е. 0,0130551 0,027474 0,043879 0,06335307 0,088241 I``2 А 2,94916983 6,129663 9,677602 13,8304764 19,1111 Iа1 А 3,88742236 7,115548 10,79975 15,2585255 21,21858 Iр1 А 11,5593134 12,31543 13,50783 15,3747327 18,48924 I1 А 12,1954819 14,22325 17,29439 21,6611404 28,14391 cosj б/р 0,31875923 0,500276 0,624465 0,7044193 0,753931 Pм1 Вт 470,417416 639,8571 946,0108 1484,04851 2505,27 Pм2 Вт 25,0751886 108,3223 270,0102 551,466232 1052,97 PS Вт 772,676905 1025,364 1493,205 2312,69904 3835,424 P1 Вт 2647,6769 4775,364 7118,205 9812,69904 13210,42

h

%

71%

77%

79%

79%

71%

 

7.2.2. Изобразим рабочие характеристики рассчитываемого двигателя (см. графические материалы: рис. 7).

Тепловой расчет

10.1.1. Определим по форм. 9-378 значение потерь в обмотке статора при максимальной допускаемой температуре Pꞌм1:

Pꞌм1 =m∙(I1)²∙mт∙rꞌ1    Pꞌм1 =1191,6 Вт  

10.1.2. Определим по форм. 9-379 значение условной внутренней поверхности охлаждения активной части статора Sп1:

Sп1 = π∙D1∙l1    Sп1 = 4,197∙10⁴ мм²

10.1.3. Определим по форм. 9-380 значение условного поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза П1:

П1 = 2∙hп1+b1+b2   П1 = 47,259 мм

10.1.4. Определим по форм. 9-382 значение условной поверхности охлаждения пазов Sи.п1:

Sи.п1 = z1∙П1∙l1      Sи.п1 = 1,3043∙10⁵ мм²

10.1.5. Определим по форм. 9-383 значение условной поверхности охлаждения лобовых частей обмотки Sл1:

Sл1 =4π∙ D1∙lв1         Sл1 = 1,0096∙10⁵ мм²

10.1.6. Определим из § 3-10 значение высоты ребра hр:

hр =0,6∙⁴√h³       hр = 20,6569 мм

10.1.7. Определим из § 3-10 значение числа ребер nр:

nр = 6,4∙³√h     nр = 30.8498

принимаем nр = 31

10.1.8. Определим по форм. 9-385 значение условной поверхности охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине Sмаш.р:

Sмаш.р = (π∙ Dн1+8∙np∙hp)∙(l1+2∙ lв1)   Sмаш.р = 1,4545∙10⁶ мм

 

10.1.9. Определим по форм. 9-386 значение удельного теплового потока от потерь в активной части обмотки и от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора, pп1, учитывая, что коэффициент k = 0,21 (табл. 9-25):

pп1 = k∙(Pꞌм1∙2∙l1/lср+Pc∑)/Sп1 pп1 = 2,6795∙10^-3 Вт/мм²  

10.1.10. Определим по форм. 9-387 значение удельного теплового потока от потерь в активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов, pип1:

pип1 = (Pꞌм1∙2∙l1/lср)/Sип1     pип1 = 2,6584∙10^-3 Вт/мм²

10.1.11. Определим по форм. 9-388 значение удельного теплового потока от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки, pл1:

pл1 = (Pꞌм1∙2∙l1/lср)/Sл1        pл1 = 3,4344∙10^-3 Вт/мм²

10.1.12. Определим по форм. 9-389 значение окружной скорости ротора υ2:

υ2 = π∙Dн2∙n1/60000     υ2 = 18,0909 м/с

10.1.13. Определим по форм. 9-390 значение превышения температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины Δtп1, учитывая, что коэффициент теплоотдачи поверхности статора α1=16∙10^-5 Вт/(мм²∙град) (по рис. 9-24а):

Δtп1 = pп1/ α1     Δtп1 = 16,7467ᵒС

10.1.14. Определим по форм. 9-391 значение перепада температуры в изоляции паза и катушек из круглых проводов Δtип1, учитывая, что эквивалентные коэффициенты: теплопроводности изоляции в пазу, учитывающий воздушные прослойки, λэкв =16∙10^-5 Вт/(мм∙град), и внутренней изоляции катушки, зависящий от отношения диаметров изолированного и неизолированного провода d/d` (0,937 о.е.), λꞌэкв = 112∙10^-5 Вт/(мм∙град) (по рис. 9-26):

Δtип1 = pип1(bи1/λэкв+(b1+b2)/(16∙λꞌэкв))  

    Δtип1 = 7,3471°С 

10.1.15. Определим по форм. 9-393 значение превышения температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя Δtл1:

Δtл1 = pл1/ α1   Δtл1 = 21,465°С 

 

10.1.16. Определим по форм. 9-394 значение перепада температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов Δtил1:

Δtил1 = pл1∙hп1/(12∙ λꞌэкв)      Δtил1 = 3,2878°С

10.1.17. Определим по форм. 9-396 значение среднего превышения температуры обмотки над температурой воздуха внутри двигателя Δtꞌ1:

Δtꞌ1 = (Δtп1+ Δtип1)∙2∙l1/lср1 + (Δtл1+ Δtил1) ∙2∙lл1/lср1

Δtꞌ1 = 24,5611°С

10.1.18. Определим по форм. 9-401 значение потерь в обмотке ротора при максимальной допустимой температуре Pꞌм2:

Pꞌм2 = m∙(Iꞌꞌ2)²∙mт∙rꞌꞌ2     Pꞌм2 = 1103,2 Вт

10.1.19. Определим по форм. 9-398 значение потерь в двигателе со степенью защиты IP44, передаваемых воздуху внутри двигателя Pꞌ∑:

Pꞌ∑ = 2100,5667 Вт

10.1.20. Определим по форм. 9-399 значение среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха с ребрами на станине Δtв, учитывая коэффициент подогрева воздуха           αв =2,0∙10^-5 Вт/(мм²∙град) (по рис. 9-25а):

Δtв = Pꞌ∑/(Sмашр∙ αв)     Δtв = 72,2086°С

10.1.21. Определим по форм. 9-400 значение среднего превышения температуры обмотки над температурой наружного воздуха Δt1:

Δt1 = Δtꞌ1+ Δtв     Δt1 = 96,7697°С 

Вентиляционный расчет

10.2.1. Определим по форм. 1-27 значение максимально допустимого наружного диаметра корпуса Dкорп:

Dкорп = 2∙(h-h1)        Dкорп = 201,8672 мм

 

 

10.2.2. Определим по форм. 5-43 значение коэффициента, учитывающего изменение теплопередачи по длине корпуса машины в зависимости от его диаметра и частоты вращения k2:

k2 = 2,2∙⁴√(n1/1000)³∙√(Dкорп/100)  k2 = 5,4752

10.2.3. Определим по форм. 5-42 значение необходимого расхода воздуха у машин со степенью защиты IP44 и способом охлаждения ICA0141 Vв, учитывая, что теплоемкость воздуха св = 1100 Дж/(град м3):

Vв = k2∙ Pꞌ∑/(св∙ Δtв)      Vв = 0,1448 м³/с

10.2.4. Определим по форм. 5-44 расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентиляционным устройством, Vꞌв:

Vꞌв = 0,6∙(n1/1000)∙(Dкорп/100)³∙10^-2   Vꞌв = 0,1481 м³/с 

Полученное значение больше полученного в пункте 10.2.3 (Vꞌв > Vв), следовательно расчет произведен верно.

10.2.5. Определим по форм. 5-45 значение напора воздуха, развиваемого наружным вентилятором, Н:

Н = 12,3∙(n1/1000)²∙(Dкорп/100)²     Н = 451,1068 Па

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 2001. - 430 с.

2. Кравчик А.Э., Шлаф В.И. и др. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 527 с.

3. Чертков М.А. Методические указания по курсовому проектированию «Расчет асинхронного двигателя». - Калининград: КТИРПиХ, 1984. - 57 с.

4. Якута С.А., Яговкин В.И. Электрические машины. Упрощенный расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя: Методические указания к расчетно-графической работе. - Калининград: КГТУ, 2001. - 16 с.

5. Гнатюк В.И. Интернетсайт "Техника, техносфера, энергосбережение". - М., 2000 - 2010. - http://www.gnatukvi.ru.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Работу выполнил студент

учебной группы 12 - ЗЭА

Романов Александр Александрович

«___» ___________ 2015 г.

 

Калининград   2015

Содержание

Исходные данные…………………………………………………………............3

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Выбор главных размеров………………………………………………………8

2. Расчёт статора…………………………………………………………………11

3. Расчёт ротора………………………………………………………………….17

4. Расчёт магнитной цепи……………………………………………………….19

5. Расчет активных и индуктивных сопротивлений обмоток………………...22

6. Расчет параметров режимов холостого хода и номинального…………….28

7. Расчет круговой диаграммы и рабочих характеристик…………………….33

8. Расчет максимального момента……………………………………………...35

9. Расчет начального пускового тока и начального пускового момента…….37

10. Тепловой и вентиляционный расчеты   ……………………………………..41

11. Расчет массы двигателя и динамического момента инерции ротора ……45

12. Расчет надежности обмотки статора……………………………………….47

13. Конструирование спроектированного асинхронного двигателя…………51

14. Список литературы…………………………………………………………52

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1. Номинальный режим работы - продолжительный (S1)

2. Исполнение роторы - короткозамкнутый (беличья клетка)

3. Номинальная отдаваемая мощность P2:=7500 Вт

4. Количество фаз статора: m:=3

5. Способ соединения фаз статора: Δ/Y

6. Частота рабочей сети: f1:=50 Гц

7. Номинальное напряжение в фазе: U1ном:=220 В

8. Синхронная частота вращения: n1:=3000 об/мин

9. Количество пар полюсов (по форм 9-1): p:=1

10. Степень защиты: IP44

11. Способ охлаждения: ICA0141

12. Исполнение по способу монтажа: IM1001

13. Климатические условия и категория размещения: УЗ

14. Класс нагревостойкости изоляции: F

15. Форма выступающего конца вала: цилиндрическая

16. Способ соединения с приводным механизмом: упругая муфта

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Общие данные

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющих 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 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 общего 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.

Разработанное и внедренное в производство основное исполнение единой серии подразделяется на два основных ряда: серию с h = 50 - 355 мм (мощностью от 0,12 до 400 кВт при 2р = 4) и серию с h = 400 - 450 мм (мощностью от 400 до 1000 кВт при 2p = 4).

Серия 4А

Основное исполнение серии. Двигатели выполняются с короткозамкнутым (при h = 50 - 355 мм) и с фазным роторами (h = 200 - 355 мм). По степени защиты от внешних воздействий и по способу охлаждения различают: закрытое исполнение (IP44) с наружным обдувом от вентилятора, расположенного на валу двигателя (IC0141) при h = 50 - 355 мм; защищенное исполнение (IP23) с самовентиляцией (IC01) при h = 160 - 355 мм.

Двигатели мощностью от 0,12 до 0,37 кВт изготовляют на номинальные напряжения 220 и 380 В, со схемой соединения обмоток статора D или Y; эти двигатели имеют три выводных провода. Двигатели мощностью от 0,55 до 11 кВт, кроме того, выполняют на напряжение 660 В (при тех же схемах соединения и количестве выводных проводов). Двигатели мощностью от 15 до 110 кВт изготовляют на номинальные напряжения 220/380 и 380/660 В, а от 132 до 400 кВт - только на 380/660 В; эти двигатели имеют схему соединения Δ/Y и шесть выводных проводов. Двигатели h = 50 - 132 мм выполняют с изоляцией класса нагревостойкости В; остальные - с изоляцией класса F. Общие технические данные на указанные двигатели регламентированы ГОСТ 19523.

Модификации серии 4А при h = 50 - 355 мм. На базе основного исполнения серии изготовляются следующие электрические модификации: двигатели с повышенным пусковым моментом (h = 160 - 250 мм), предназначенные для привода механизмов, имеющих большие статические и инерционные нагрузки в момент пуска (компрессоры, конвейеры, насосы, поворотные круги и т. д.);

двигатели с повышенным скольжением (h = 71 - 250 мм) - для работы в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками или с пульсирующей нагрузкой (штамповочные прессы, молоты, поршневые компрессоры и т. д.);

многоскоростные двигатели (h = 56 - 355 мм) на две, три и четыре частоты вращения - для привода механизмов со ступенчатым регулированием частоты вращения. (металлообрабатывающие станки, механические колосниковые решетки, некоторые виды лебедок и т д.); двигатели на частоту 60 Гц (h = 50 - 355 мм) - для работы от сети с указанной частотой.

Серия охватывает следующие конструктивные модификации: малошумные двигатели (h = 56 - 160 мм) - для работы в приводах с повышенными требованиями к уровню шума; встраиваемые двигатели (h = 50 - 250 мм) - для встраивания в станки и механизмы (двигатели поставляются в виде обмотанного сердечника статора и ротора); двигатели со встроенной температурной защитой (h = 50 - 355 мм) - для привода механизмов, работающих со значительными перегрузками, частыми пусками и т.д.

Серия охватывает следующие модификации по условиям окружающей среды: двигатели тропического исполнения (h = 50 - 355 мм) - для работы в условиях влажного или сухого тропического климата при температуре окружающего воздуха от -10 до +45°С, относительной влажности до 100% (при температуре + 35°С), при воздействии солнечной радиации, песка, пыли и плесневых грибков; двигатели влагоморозостойкого исполнения (h = 50 - 355 мм) - для работы при температуре окружающей среды до -40°С и относительной влажности 100% (при температуре +25°С); двигатели химостойкого исполнения (h = 50 - 355 мм) - для работы при температуре окружающей среды в пределах ±40°С, относительной влажности 80% (при температуре +25°С), наличии химически активной невзрывоопасной среды.

Серия охватывает следующие исполнения по степени защиты от внешних воздействий и способу охлаждения: защищенное исполнение (IP23) с самовентиляцией (ICO1) при h = 400 и 450 мм; закрытое исполнение (IP44) с охлаждением с помощью воздухоохладителя (IC0161) при h = 400 и 450 мм.

Двигатели изготовляют с короткозамкнутым или фазным ротором и на номинальное напряжение 6000 В. Обмотка статора имеет шесть выводов, соединенных в звезду.

Рассматриваемый двигатель