Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора

Аннотация

Курсовой проект содержит 33 листа печатного текста, 4 иллюстрации, 5 таблиц, 2 использованных источника.

Приведен расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором АИР112М4У3 мощностью 5,5 кВт, включающий в себя:

· выбор главных размеров;

· расчет и построение рабочих и пусковых характеристик;

· упрощённые тепловые и вентиляционные расчеты.

Приведены: схемы замещения и круговая диаграмма.

Дан сборочный чертеж асинхронного двигателя.

 

 

Содержание

Аннотация. 2

Содержание. 3

Введение. 4

Задание. 5

1. Выбор главных размеров. 6

2. Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора. 7

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. 8

4. Расчет ротора. 9

5. Расчет намагничивающего тока. 13

6. Параметры рабочего режима. 14

7. Расчет потерь. 17

8. Расчет рабочих характеристик. 19

9. Расчет пусковых характеристик. 25

10. Тепловой расчет. 29

11. Расчет вентиляции. 31

Заключение. 32

Список использованных источников. 33

 

 

Введение

    Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу электропривода большинства механизмов, использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

    В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

    Средства на ремонт и обслуживание асинхронных двигателей, находящихся в эксплуатации, составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

    Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации, и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

    В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2 – 3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии 2А, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности.

Серия имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода.

Задание

Тип машины – асинхронный двигатель АИР112М4У3

1. Номинальная мощность                                        5,5 кВт

2. Номинальное фазное напряжение                        220 В

3. Число полюсов                                                       2 р = 4

4. Степень защиты                                                     IP44

5. Класс нагревостойкости изоляции                        F

6. Кратность начального пускового момента          2

7. Кратность начального пускового тока                 7

8. Коэффициент полезного действия                        η = 0,855

9. Коэффициент мощности                                        cos j = 0,85

10. Исполнение по форме монтажа                          М1001

11. Воздушный зазор                                                δ = 0,3 мм

12. Частота сети                                                         f ₁= 68 Гц

Выбор главных размеров

1. Синхронная скорость вращения поля:

2. Высота оси вращения h = 112 мм (двигатель АИР112М4У3)

3. Внутренний диаметр статора

[ K_d =0.565⋅(0.52÷0.57) по табл. П2А]

4. Полюсное деление

5. Расчетная мощность

[по рис. П4Б k_e = 0,96; η = 0,855 и cos φ = 0,85 – исходные данные]

6. Электромагнитные нагрузки  (по рис. П1Б)

7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем

8. Расчетная длина воздушного зазора:

при   k_B – коэффициент формы поля.

 

9. Отношение

 (значение λ  находится в рекомендуемых пределах).

 

Расчет ротора

23. Воздушный зазор: δ = 0,3мм.

24. Число пазов ротора (по табл. П9А при 2 p = 4 и Z ₁ = 36): Z ₂ = 48.

25. Внешний диаметр: .

26. Длина:

27. Зубцовое деление:

.

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник непосредственно насажан на вал:

[ k_B = 0,23 при h = 112 мм и 2 p = 4 по табл. П10А]

29. Ток в стержне ротора:

[ k_i = 0,89 при cos φ = 0,85 по рис. П6Б; ]

30. Площадь поперечного сечения стержня:

[плотность тока в стержне литой клетки принимаем  (алюминий)]

31. Паз ротора. Принимаем

Допустимая ширина зубца:

Размеры паза:

Полная высота паза:

Сечение стержня:

32. Плотность тока в стержне:

33. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

[

т.к. плотность тока в замыкающих кольцах J _кл выбирают в среднем на 15-20% меньше, то

]

 

Размеры замыкающих колец:

 

 

Рис. 1 – Пазы статора и ротора

Табл. 1

Паз	Материал	Толщина, мм	Число слоев	Односторонняя толщина
1	Имидофлекс	0.25	1	0.25
2	Имидофлекс	0.25	1	0.25
3	Провод ПЭТМ/ ТУ 16.50.5370-78	—	—	—

Параметры рабочего режима

42. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Для класса нагревостойкости изоляции расчетная ϑ _расч. = 115^○С

Для меди

Длина проводников фазы обмотки:

[где В = 0,01 м; k _л = 1,3, по табл. П13А]

Длина вылета лобовой части катушки:

где k _выл = 0,4 по табл. П13А.

Относительное значение:

43. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

[

 где для алюминиевой обмотки ротора ]

Приводим r ₂ к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

44. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где

где β = 1 – для однослойных обмоток

где

[  по рис. П14Б; ]

Относительное значение:

45. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

где

[

]

Приводим x ₂ к числу витков статора:

Относительное значение:

Расчет потерь

46. Основные потери в стали:

[  ;  для стали 2013 по табл. П14А]

47. Поверхностные потери в роторе:

 

где k ₀₂ = 1,5 [с. 207, 2].

 

 для     

 для

48. Пульсационные потери в зубцах ротора:

49. Сумма добавочных потерь стали:

50. Полные потери в стали:

 

 

 

51. Механические потери:

[для двигателей 2 р = 4: ]

52. Добавочные потери при номинальном режиме:

53. Холостой ход двигателя:

где ,

   

Табл. 2

№	Расчётная формула	Ед.	Скольжение
			0,0032	0,0064	0,0096	0,0128	s н=0,016
1		Ом	99,819	49,909	33,273	24,955	19,964
2		Ом	101,0035	51,16	34,545	26,238	21,254
3		Ом	101,12	51,39	34,89	26,69	21,8
4		А	2,18	4,28	6,31	8,24	10,09
5		—	0,999	0,996	0,990	0,983	0,975
6		А	2,486	4,571	6,555	8,408	10,146
7		А2	6,18	20,894	42,968	70,694	102,941
8		—	0,048	0,095	0,14	0,182	0,223
9	где      I0p =I 𝜇	А	2,531	2,833	3,309	3,926	4,676
10		А	3,548	5,378	7,343	9,279	11,172
11		А	2,248	4,413	6,506	8,495	10,403
12		Вт	1640,76	3016,86	4326,3	5549,28	6696,36
13		Вт	48,188	110,717	206,404	329,59	477,786
14		Вт	4,556	17,556	38,159	65,057	97,563
15		Вт	3,077	7,07	13,181	21,047	30,511
16		Вт	339,094	418,616	541,017	698,967	889,133
17		Вт	1301,666	2598,244	3785,283	4850,313	5807,227
18		—	0,793	0,861	0,875	0,874	0,867
19		—	0,701	0,85	0,893	0,906	0,908

 

Расчет и построение круговой диаграммы:

Масштаб тока:

где D _к – диаметр круговой диаграммы D _к = 200 ÷ 250 мм.

Масштаб мощности:

Круговая диаграмма приведена на рис. 3.

Рис. 2 – Рабочие характеристики

Рис.3 – Векторная диаграмма

Табл. 3

№ п/п	Расчётная формула	Ед.	Скольжение
			1	0,5	s кр = 0,118
1	ξ	—	0,943	0,667	0,324
2	φ (ξ)	—	0,1	0	0
3		—	1	1	1
4		—	1	1	1
5		Ом	0,3005	0,264	0,264
6		—	0,96	1	1
7		—	0,798	0,811	0,904
8		Ом	1,55	1,574	1,756
9		Ом	1,55	1,604	2,117
10		Ом	0,74	0,753	0,906
11		Ом	1,582	2,04	5,215
12		Ом	3,591	3,681	4,626
13		А	56,065	51,588	29,453
14		А	45,02	42,998	29,389
15		—	5,003	4,6	2,631
16		—	0,4	0,6	0,8

 

Пусковые характеристики приведены на рис. 4.

 

Рис. 4 – Пусковые характеристики

Тепловой расчет

57. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя.

[по табл. П15А, K = 0,2; по рис. П13Б, α ₁ = 100 Вт/(м²·^○С);

]

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

[где

для изоляции класса нагревостойкости F:  по рис. П11Б для ]

[

]

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

 

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:

 

где П _р = 0,27 м² для h = 112 мм по рис. П12Б;

    α _в = 23 Вт/(м²·^○С);

    D_a = 0,191 по рис. П13Б.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

Расчет вентиляции

58. Требуемый для охлаждения расход воздуха:

[ m = 1,8 для двигателя с 2 p = 4, тогда

]

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

 

Заключение

В данной работе проводилось исследование увеличения частоты питающего напряжения на характеристики асинхронного двигателя. В работе принята частота f = 68 Гц, что в 1,46 раза больше промышленной частоты сети, для которой даны справочные данные. При увеличении частоты возрастают индуктивные сопротивления, что приведет к уменьшению диаметра окружности круговой диаграммы . Для того, чтобы величина максимального момента при частоте 68 Гц осталась на уровне соответствующему 50 Гц, необходимо увеличить фазное напряжение так же в 1,43 раза до U _1н = 321 В.

В данной работе частота питающего напряжения f = 68 Гц, номинальное фазное напряжение U _1н = 220 В.

Для сравнения в табл. 4 и 5 представлены расчитанные в данной работе параметры спроектированного двигателя, а также справочные данные серийного асинхронного двигателя АИР112М4У3.

Табл.4

Двигатель АИР112М4У3	f, Гц	U 1ф, В	Bδ	η	cos φ	M к	M п	i п	s н	h п2, мм	b р1, мм	b р2, мм
серийный	50	220	0,87	0,855	0,85	2,2	2	7	0,036	22,3	5,3	1,8
расчетный	73	220	0,6	0,867	0,91	0,8	0,4	5	0,016	15,6	5,1	3,7

 

Табл.5

Двигатель АИР112М4У3	xμ*	I μ*	r 1*	r' 2*	x 1*	x' 2*
серийный	2,8	0,426	0,064	0,041	0,078	0,13
расчетный	2,721	0,426	0,066	0,016	0,14	0,101

 

При сопоставлении расчетных данных и данных серийного двигателя видно, что пусковой момент (М _п) расчетного меньше пускового момента серийного двигателя в 5 раз. Это связано с тем, что высота паза (h _п2) расчетной машины, меньше соответствующего размера серийной, что привело к уменьшению активного сопротивления роторной обмотки r ' _2*, к уменьшению скольжения (т.к. s _н ≈ r ' _2*), а также уменьшению пускового момента:

.

Кроме того, уменьшение М _п вызвано уменьшением пускового тока (i _п), в следствие, увеличения индуктивного сопротивления x _1*. Возрастание индуктивного сопротивления x _1*, главным образом, связано с существенным увеличением λ _д1 ≡ k ' _ск.

 

 

Аннотация

Курсовой проект содержит 33 листа печатного текста, 4 иллюстрации, 5 таблиц, 2 использованных источника.

Приведен расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором АИР112М4У3 мощностью 5,5 кВт, включающий в себя:

· выбор главных размеров;

· расчет и построение рабочих и пусковых характеристик;

· упрощённые тепловые и вентиляционные расчеты.

Приведены: схемы замещения и круговая диаграмма.

Дан сборочный чертеж асинхронного двигателя.

 

 

Содержание

Аннотация. 2

Содержание. 3

Введение. 4

Задание. 5

1. Выбор главных размеров. 6

2. Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора. 7

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. 8

4. Расчет ротора. 9

5. Расчет намагничивающего тока. 13

6. Параметры рабочего режима. 14

7. Расчет потерь. 17

8. Расчет рабочих характеристик. 19

9. Расчет пусковых характеристик. 25

10. Тепловой расчет. 29

11. Расчет вентиляции. 31

Заключение. 32

Список использованных источников. 33

 

 

Введение

    Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу электропривода большинства механизмов, использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

    В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

    Средства на ремонт и обслуживание асинхронных двигателей, находящихся в эксплуатации, составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

    Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации, и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

    В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2 – 3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии 2А, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности.

Серия имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода.

Задание

Тип машины – асинхронный двигатель АИР112М4У3

1. Номинальная мощность                                        5,5 кВт

2. Номинальное фазное напряжение                        220 В

3. Число полюсов                                                       2 р = 4

4. Степень защиты                                                     IP44

5. Класс нагревостойкости изоляции                        F

6. Кратность начального пускового момента          2

7. Кратность начального пускового тока                 7

8. Коэффициент полезного действия                        η = 0,855

9. Коэффициент мощности                                        cos j = 0,85

10. Исполнение по форме монтажа                          М1001

11. Воздушный зазор                                                δ = 0,3 мм

12. Частота сети                                                         f ₁= 68 Гц

Выбор главных размеров

1. Синхронная скорость вращения поля:

2. Высота оси вращения h = 112 мм (двигатель АИР112М4У3)

3. Внутренний диаметр статора

[ K_d =0.565⋅(0.52÷0.57) по табл. П2А]

4. Полюсное деление

5. Расчетная мощность

[по рис. П4Б k_e = 0,96; η = 0,855 и cos φ = 0,85 – исходные данные]

6. Электромагнитные нагрузки  (по рис. П1Б)

7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем

8. Расчетная длина воздушного зазора:

при   k_B – коэффициент формы поля.

 

9. Отношение

 (значение λ  находится в рекомендуемых пределах).

 

Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора

10. Предельные значения t ₁ по рис. П3Б:

11. Число пазов статора:

Принимаем Z ₁ = 36, тогда

 — однослойная обмотка.

12. Зубцовое деление статора:

13. Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии a =1)

14. Принимаем a = 1, тогда .

15. Окончательные значения:

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах

 

16. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

17.  Сечение эффективного проводника (предварительно):

Принимаем n _эл = 1 тогда

обмоточный провод ПЭТМ (табл. П4А)

18.  Плотность тока в обмотке статора (окончательно):