РАСЧЁТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Кафедра «Автоматизация технологических процессов и систем»
Курсовой проект
по предмету «Электрические машины»
Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Вариант 1
Выполнил: Грац П. А
Проверил: Махорский Ю. Л
Группа: МС-39105-ЭАПУ
2011
Содержание.
|
Проектное задание··································································································
Введение··················································································································
1 Выбор главных размеров·······················································································
2 Определение , и сечения провода обмотки статора···································
|
|
3 Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора··························
4 Расчёт ротора··········································································································
5 Расчёт намагничивающего тока············································································
6 Параметры рабочего режима·················································································
7 Расчёт потерь··········································································································
8 Расчёт рабочих характеристик···············································································
9 Расчёт пусковых характеристик·······································································
10 Тепловой расчёт································································································
Заключение··············································································································
Библиография··········································································································
|
|
ПРОЕКТНОЕ ЗАДАНИЕ
Спроектировать трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором:
;
;
;
конструктивное исполнение IM1001;
исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44;
категория климатического исполнения У3.
ВВЕДЕНИЕ
Прогресс в развитии электромашиностроения зависит от успехов в области теории электрических машин. Глубокое понимание процессов электромеханического преобразования энергии необходимо не только инженерам-электромеханикам, создающим и эксплуатирующим электрические машины, но и многим специалистам, деятельность которых связана с электромеханикой.
Проектирование электрических машин – это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразование энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
При проектировании необходимо учитывать возможные изменения стоимости материалов и электроэнергии, спрос на международном рынке, затраты на технологическое оборудование и другие факторы. Выбор оптимального варианта определяется критерием, который определяется минимумом суммарных затрат, т.е. минимумом стоимости материалов, затрат на изготовление и эксплуатацию. Стоимость эксплуатации зависит от КПД, коэффициента мощности, ремонтоспособности и ряда других факторов.
|
|
В последние десятилетия благодаря широкому применению ЭВМ теория электрических машин получила дальнейшее развитие. Большая математизация позволяет более строго излагать теорию электрических машин и ввести более глубокие математические методы исследования.
В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина, а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин, что накладывает определённые требования на выполнение проекта новой электрической машины.
Основная серия асинхронных машин 4А включает в себя двигатели от 0,4 до 400 кВт. Выпускаются высоковольтные машины в виде единой серии А4 на мощности свыше 400 кВт. Разработана единая серия асинхронных машин АИ, АИР, 5A и RA.
При конструировании асинхронных двигателей единых серий обеспечивается максимальная унификация узлов и отдельных деталей.
|
|
Кроме асинхронных двигателей единой серии 4А промышленностью выпускаются двигатели серий А2 и А02. Асинхронные машины серий А2 и А02 имеют больший расход материалов и другие установочные размеры.
В последние годы Ярославский электромашиностроительный завод освоил новую серию RA — Российская асинхронная, а Владимирский электромоторный завод выпускает серию 5А, которая заменяет серию 4А.
Электротехнической промышленностью выпускаются высоковольтные асинхронные двигатели серий А, АК 12—13-го габаритов и их модификации на мощность свыше 100 кВт на напряжение 6000 В. Такие двигатели выпускаются с короткозамкнутым и фазным ротором. В двигателях с короткозамкнутым ротором применяется сварная клетка. Обмотки статора имеют изоляцию типа «монолит-2». Изоляция соответствует классу нагревостойкости F.
Для насосов и аэродинамических труб выпускаются асинхронные двигатели мощностью до 20 МВт. Одной из распространенных серий мощных асинхронных двигателей является серия АТД. Двигатели АТД выполняются с короткозамкнутым массивным ротором и водяным охлаждением обмотки статора.
Конструкции асинхронных микродвигателей отличаются от конструкций двигателей общего назначения. Это связано с особыми требованиями работы в системах автоматического управления, применением в бытовых приборах с однофазным питанием и функциональным использованием (тахогенераторы, датчики и другие устройства).
Конструкции асинхронных машин делятся на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и фазным ротором. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, которые в серии 4А выполняются на все мощности, включая 400 кВт.
Обмотки короткозамкнутых роторов выполняются литыми из алюминия или его сплавов. При заливке одновременно отливаются стержни, лежащие в пазах, и короткозамыкающие кольца с размещенными на их торцах вентиляционными лопатками и штырями для крепления балансировочных грузиков.
Короткозамкнутые роторы крупных машин и специальных асинхронных машин с улучшенными пусковыми характеристиками выполняются сварными. Стержни ротора из меди или латуни привариваются к короткозамыкающим кольцам, имеющим отверстия, куда перед сваркой вставляются стержни обмотки.
Асинхронные машины с фазным ротором имеют на роторе обмотку из круглых или прямоугольных проводов, которая выполняется так же, как и обмотка статора.
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А можно разделить на две разновидности по степени зашиты и способу охлаждения.
Электрические машины подразделяются по степени защиты от воздействия окружающей среды.
Машины закрытые, защищенные от попадания внутрь ее брызг любого направления и предметов диаметром более 1 мм, имеют внешний обдув вентилятором. По ГОСТ это исполнение имеет обозначение IР44.
Второй разновидностью конструкции являются машины с исполнением по степени защиты IР23. В этих машинах обеспечивается защита от возможности соприкосновения пальцев рук и твердых предметов диаметром более 12,5 мм с токоведущими вращающимися частями машины. Исполнение IР23 предусматривает защиту от попадания внутрь машины капель, падающих под углом 60° к вертикали. Иногда такое исполнение называют каплезащищённым.
Статор асинхронной машины с короткозамкнутым или с фазным ротором состоит из магнитопровода с обмоткой и станины. Магнитопровод статора набирается из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга и имеющих на внутренней поверхности пазы.
Сердечник статора состоит из отдельных пакетов, которые после сборки скрепляют скобами и укрепляют в станине. При сборке пакетов магнитопровода статора может быть выполнен скос пазов. Форма пазов и число пазов на статоре зависят от мощности и частоты вращения.
Климатическое исполнение У3 – двигатели, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах для макроклиматических районов с умеренным климатом, в закрытых помещениях, в которых колебания температуры и влажности, а также воздействие песка и пыли на машину существенно меньше, чем на открытом воздухе.
Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов (по ГОСТ 8865-70)
Класс нагрево-стойкости | Температура, °С | Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости |
Y | 90 | Не пропитанные и не погружённые в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шёлка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
A | 105 | Пропитанные ил погружённые в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шёлка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
E | 120 | Некоторые синтетически органические плёнки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
B | 130 | Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
F | 155 | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
H | 180 | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
C | >180 | Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими или элементоорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов. |
Принцип действия асинхронного двигателя.
Пусть на зажимы трёхфазной обмотки статора подано напряжение от трёхфазного симметричного источника сигнала. Под действием напряжения, в трёхфазной обмотке статора протекает ток, который создаёт вращающееся магнитное поле. Это поле в проводниках обмотки статора наводит ЭДС самоиндукции. А в проводниках – ЭДС взаимоиндукции. Под действие последней в обмотке ротора протекает ток, который в свою очередь создаёт собственное вращающееся магнитное поле. Это поле вращается в ту же сторону и с той же угловой скоростью, что и поле, созданное токами обмотки статора. Таким образом, в зазоре асинхронной машины вращается результирующее магнитное поле, обусловленное взаимным действием МДС обмоток статора и ротора.
При взаимодействии вращающегося магнитного поля и тока, в обмотке ротора, возникают электромагнитные силы и момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения магнитного поля. При вращении ротора, его скорость относительно вращающегося магнитного поля, уменьшается. Следовательно, уменьшаются амплитуды ЭДС и тока в обмотке ротора, а так же частота (ЭДС и тока). При номинальной скорости вращения ротора, частота ЭДС и тока в обмотке ротора составляет 2..4Гц.
Если под действием рабочей машины, скорость вращения ротора станет равной угловой скорости вращения магнитного поля, то будет иметь место режим идеального холостого хода, амплитуда и частота ЭДС и тока в обмотке ротора будут равны 0. Электромагнитный момент так же равен 0.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
1. Число пар полюсов
2. Предварительное определение высоты оси вращения ([1], рис. 6-7,а стр. 164)
За высоту оси вращения принимается расстояние от оси вращения до опорной плоскости машины, измеренное на машине в середине выступающего конца вала.
для 2p=2
Принимаем ближайшее меньшее значение и ([1], табл. 6-6)
– наружный диаметр статора.
3. Внутренний диаметр статора
,
где - коэффициент, характеризующий отношения внутренних и наружных диаметров сердечников статоров АД серии 4А при различных числах полюсов ([1], табл. 6-7 стр. 165)
4. Определение полюсного деления.
5. Определение расчётной мощности по формуле
,
где - мощность на валу двигателя, Вт
- приближённое отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению ([1], рис. 6-8 стр. 164)
- примерное значение КПД ([1], рис. 6-9,а стр. 165)
- примерный коэффициент мощности ([1], рис. 6-9,а стр. 165)
6. Определение электромагнитных нагрузок (предварительно) ([1], рис. 6-11,а стр.166)
,
где - линейная нагрузка двигателя,
- магнитная индукция в зазоре машины,
7. Выбор предварительного значения обмоточного коэффициента. Для однослойной обмотки примем ([1] стр. 167).
8. Определение расчётной длины воздушного зазора по формуле ([1], стр. 168):
,
где - синхронная угловая скорость вращения двигателя, ([1], стр. 168)
- коэффициент формы поля ([1], стр. 167)
Правильный выбор воздушного зазора во многом определяет энергетические показатели АД. Чем меньше воздушный зазор, тем меньше его магнитное сопротивление и магнитное напряжение, составляющее основную часть МДС магнитной цепи всей машины. Поэтому уменьшение зазора приводит к соответственному уменьшению МДС магнитной цепи и намагничивающего тока двигателя, благодаря чему возрастает его cosj и уменьшаются потери в меди обмотки статора. Но чрезмерное уменьшение воздушного зазора приводит к возрастанию амплитуды 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 меньшим.
В современных АД зазор выбирают, исходя из минимума суммарных потерь. Т. к. при увеличении зазора потери в меди возрастают, а поверхностные и пульсационные уменьшаются, то существует оптимальное соотношение между параметрами, при котором сумма потерь будет наименьшей.
9. Проверка правильности выбора главных размеров и ([1], стр. 168). Критерием правильности выбора служит отношение:
Это отношение также влияет на технико-экономические показатели машины (при увеличении l уменьшается относительная величина неактивных лобовых частей машины, однако ухудшаются условия охлаждения), поэтому существуют оптимальные пределы, полученные эмпирическим путем.
Значение находится в допустимых пределах 0,8÷1,2
2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ , И СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
10. Определение предельных значений зубцового деления ([1], рис. 6-15 стр. 170) ,
11. Определение числа пазов статора по формуле ([1], стр. 170)
,
Окончательное число пазов статора следует выбирать в полученных пределах с учётом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки, и желаемого для проектируемой машины числа пазов на полюс и фазу . Число пазов статора в любой обмотке АМ должно быть кратным числу фаз, а число должно быть целым.
Принимаем , тогда для однослойной обмотки.
12. Определение окончательного значения зубцового деление статора.
13. Определение предварительного числа эффективных проводников в пазу при условии отсутствия параллельных ветвей, т.е. ([1], стр. 171)
,
где - номинальный ток обмотки статора, А
14. Принимаем , тогда ([1], стр. 171)
15. Окончательное число витков в обмотке статора ([1], стр. 171)
Окончательное значение линейной нагрузки ([1], стр. 171)
Уточняем обмоточный коэффициент . Коэффициент укорочения для однослойной обмотки ([1], стр. 172). Следовательно, . Коэффициент распределения находим для первой гармоники с учётом ([1], табл. 3-13 стр. 71) . Отсюда
Уточняем значение потока ([1], стр. 172)
Окончательное значение индукции в воздушном зазоре ([1], стр. 172)
Значение индукции в зазоре не превышает рекомендованное ([1], рис. 6-11,а стр. 166) для . Максимальное значение рекомендованного значения .
Значение линейной токовой нагрузки не превышает максимально допустимого значения, равного примерно .
16. Предварительный расчёт плотности тока в обмотке статора ([1], стр. 172):
,
где - произведение линейной нагрузки на плотность тока ([1], рис. 6-16,а стр. 173)
17. Предварительное значение сечения эффективного проводника ([1], стр. 172):
Принимаем число элементарных проводников и выбираем обмоточный провод ПЭТВ ([1], табл. П-28, стр. 470):
- номинальный диаметр неизолированного провода,
- среднее значение диаметра изолированного провода,
- площадь поперечного сечения неизолированного провода.
По своему функциональному назначению изоляция обмоток подразделяется на корпусную (наружную изоляцию катушек, изолирующую их от стенок пазов в сердечниках (пазовая изоляция) и от других металлических частей машины (изоляция лобовых частей катушек)); межфазовую, изолирующую катушки каждой фазы обмотки от других фаз; витковую, изолирующую каждый виток катушки от других витков; проводниковую изоляцию каждого из проводов обмотки. Каждый из видов изоляции имеют свою специфическую конструкцию и к ним предъявляются различные требования.
18. Окончательное значение плотности тока в обмотке статора ([1], стр. 172):
РАСЧЁТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА.
Требования к пусковым характеристикам с короткозамкнутым ротором следует обязательно учитывать при выборе конфигурации пазов статора. Так, узкие и глубокие пазы с сужающейся верхней частью обеспечивают большое увеличение расчётного активного сопротивления при пуске и большие пусковые моменты, но при таких пазах возрастает индуктивное сопротивление рассеяния обмотки и уменьшается перегрузочная способность двигателя и коэффициент мощности при номинальном режиме.
Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется мощностью машины и типом обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора.
На рис. 1 изображён паз статора для всыпной обмотки с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.
19. Принимаем предварительно ([1], табл. 6-10 стр. 174):
- значение индукция в ярме статора,
- значение индукции в зубцах статора.
Тогда ширина зубца и высота ярма:
,
|
- коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора для оксидированных листов стали марки 2013 ([1], табл. 6-11, стр. 176)
20. Размеры паза в штампе:
- ширина шлица ([1], табл. 6-12, стр. 179),
- высота шлица ([1], стр. 178),
Высота паза ([1], стр. 178):
Ширина паза в нижней части ([1], стр. 178):
Ширина паза в верхней части для ([1], стр. 178):
Высота паза между наибольшей шириной и наименьшей для ([1], стр. 179):
21. Размеры паза в свету ([1], стр. 179) с учётом припуска на сборку , ([1], стр. 177):
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников ([1], стр. 180):
,
где - площадь поперечного сечения прокладок ([1], стр. 179), для однослойной обмотки
- площадь поперечного сечения корпусной изоляции ([1], стр. 179).
,
где - односторонняя толщина изоляции в пазу ([1], табл. 3-8, стр. 61)
22. Коэффициент заполнения паза ([1], стр. 180):
Полученное значение коэффициента заполнение не превышает ([1], табл. 3-12, стр. 66)
4 РАСЧЁТ РОТОРА
23. Воздушный зазор ([1], рис. 6-21 стр. 181) .
24. Число пазов ротора ([1], табл. 6-15 стр. 185) .
25. Внешний диаметр
26. Длина
27.
|
28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал ([1], стр. 191): , где ([1], табл. 6-16 стр. 191).
29. Ток в стержне ротора ([1], стр. 183):
,
где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение ([1], табл. 6-22 стр. 183);
- коэффициент приведения токов ([1], стр. 185):
30. Площадь поперечного сечения стержня ([1], стр. 186):
,
где - плотность тока в стержнях ротора ([1], стр. 186) при заливке пазов алюминием рекомендуется в пределах , причём для меньшей мощности нужно брать большее значение; ввиду очень малой мощности двигателя принимаем , иначе при расчёте будет очень малым или под корнем получится отрицательное число.
Выбираем полузакрытые грушевидные пазы ротора ([1], стр. 188), которые при высоте оси вращения h<100мм имеют узкую прорезь со следующими размерами: , .
Допустимая ширина зубца ([1], стр. 188):
,
где - допустимая индукция в зубцах ротора ([1], стр. 174)
Ширина паза в верхней части ([1], стр. 188):
Ширина паза в нижней части ([1], стр. 188):
Условия высококачественной заливки пазов алюминием в двигателях с h≤132мм требуют, чтобы диаметр закругления паза в нижней части был не менее 1,5-2мм. Данное условие выполнено.
Высота паза между центрами окружностей с диаметрами и ([1], стр. 188):
Принимаем , и больше, чтобы уменьшить плотность тока в стержнях.
Полная высота паза:
Сечение стержня ([1], стр. 188):
31. Плотность тока в стержне:
32. Расчёт замыкающих колец:
Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец ([1], стр. 186):
,
где - токи в кольце;
,
где - коэффициент, зависящий от угла сдвига между токами в стержнях ([1], стр. 186) ;
выбирают в среднем на 15-20% меньше, чем в стержнях, т.к. замыкающие кольца имеют лучшие условия охлаждения ([1], стр. 186).
Размеры замыкающих колец:
Средняя высота паза выбирается из условия ([1], стр. 187);
- средний диаметр замыкающего кольца.
РАСЧЁТ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА
33. Значения индукций:
Индукция в зубцах статора:
Индукция в зубцах ротора:
Индукция в ярме статора:
Индукция в ярме ротора: ,
где - расчётная высота ярма ротора ([1], стр. 194)
,
где - диаметр аксиальных вентиляционных каналов ротора,
- число аксиальных вентиляционных каналов ротора.
В роторе проектируемого двигателя вентиляционных каналов нет, т.к. мощность мала.
34. Магнитное напряжение воздушного зазора ([1], стр. 194):
,
где - коэффициент воздушного зазора ([1], стр. 106)
,
где - коэффициент ([1], стр. 106)
35. Магнитное напряжение зубцовых зон ([1], стр. 194)
статора: ,
ротора : ,
где - расчётная высота зубца статора,
- расчётная высота зубца ротора,
- напряжённость поля в зубцах статора ([1], стр. 461 табл. П-17)
- напряжённость поля в зубцах ротора ([1], стр. 461 табл. П-17)
Расчёт ведётся для стали 2013.
36. Коэффициент насыщения зубцовой зоны ([1], стр. 194):
Значение должно находиться в пределах 1,2÷1,5 ([1], стр. 194), т.е. зубцовая зона рассчитана правильно.
37. Магнитные напряжения ярм ([1], стр. 195)
статора: ,
ротора: ,
где - длина средней магнитной линии ярма статора,
- длина средней магнитной линии в ярме ротора,
- напряжённость поля при индукции для ярма статора марки стали 2013 ([1], стр. 460, табл. П-16),
- напряжённость поля при индукции для ярма ротора марки стали 2013 ([1], стр. 460, табл. П-16),
,
,
где - высота спинки ротора,
38. Магнитное напряжение на пару полюсов ([1], стр. 195):
39. Коэффициент насыщения магнитной цепи ([1], стр. 195):
40. Намагничивающий ток ([1], стр. 195):
;
относительное значение намагничивающего тока ([1], стр. 195):
Значение получилось достаточно большим, несмотря на правильно выбранные размеры и насыщение магнитопровода, находящееся в допустимых пределах. Это объясняется относительно большим значением магнитного напряжения воздушного зазора, характерным для двигателей малой мощности.
ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
41. Активное сопротивление фазы обмотки статора ([1], стр. 196):
,
где - общая длина эффективных проводников фазы обмотки ([1], стр. 196),
- коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока ([1], стр. 196); в проводниках статора асинхронных машин эффект вытеснения проявляется незначительно из-за малых размеров элементарных проводников, поэтому для статора ; для роторов при расчёте рабочих режимов в пределах изменения скольжения от холостого хода до номинального ,
- удельное сопротивление материала обмотки при расчётной температуре ([1], стр. 111, табл. 4.1); для класса нагревостойкости изоляции F расчётная температура 115°С, и для меди ,
,
где - средняя длина витка обмотки ([1], стр. 197),
,
где - длина пазовой части равна конструктивной длине сердечников машины ([1], стр. 197),
- длина лобовой части ([1], стр. 197),
,
где - коэффициент, значение которого выбирается в зависимости от числа полюсов машины и наличия изоляции в лобовых частях ([1], табл. 6-19, стр. 197); ,
- средняя ширина катушки, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов ([1], стр. 197),
- длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части ([1], стр. 197); для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус
,
где - относительное укорочение шага обмотки статора ([1], стр. 197); для однослойных обмоток ,
Длина вылета лобовой части обмотки ([1], стр. 197):
,
где - коэффициент, значение которого выбирается в зависимости от числа полюсов машины и наличия изоляции в лобовых частях ([1], табл. 6-19, стр. 197); ,
Относительное значение сопротивления:
42. Активное сопротивление фазы обмотки ротора ([1], стр. 202):
,
где - сопротивление стержня ([1], стр. 202),
- сопротивление участка замыкающего кольца, заключённого между двумя соседними стержнями ([1], стр. 202),
, ,
где , - удельные сопротивления материала стержня и замыкающих колец при расчётной температуре ([1], стр. 111, табл. 4.1); для класса нагревостойкости изоляции F расчётная температура 115°С, и для литой алюминиевой обмотки ,
- полная длина стержня, равная расстоянию между замыкающими кольцами, м
Приводим к числу витков обмотки статора ([1], стр. 202):
Относительное значение сопротивления:
43. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора ([1], стр. 114):
,
где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния фазных обмоток ([1], стр. 200, табл. 6-22); расчётную формулу берём для однослойной обмотки ([1], стр. 199, рис. 6-38,ж),
- коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ([1], стр. 199),
- коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ([1], стр. 202),
,
где и - коэффициенты, зависящие от шага обмотки; для всех однослойных обмоток ([1], стр. 199),
, , , берём из расчёта для рис. 3:
, , ,
|
где - относительное укорочение шага обмотки ([1], стр. 199); для однослойной обмотки ,
,
где - коэффициент ([1], стр. 203),
,
где - коэффициент скоса ([1], стр. 203); для пазов без скоса равен ,
- коэффициент скоса, определяемый по кривым ([1], стр. 201, рис. 6-39,д) в зависимости от и отношения ;
Относительное значение сопротивления:
44. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора ([1], стр. 203):
,
где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмоток короткозамкнутого ротора ([1], стр. 204, табл. 6-23); расчётную формулу берём для полузакрытых грушевидных пазов ([1], стр. 203, рис. 6-40,а),
- коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ([1], стр. 204),
- коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ([1], стр. 203),
,
где - коэффициент ([1], стр. 204, табл. 6-23, прим.); для рабочего режима равен ,
- рассчитывается по рис. 4
,
|
,
где - коэффициент ([1], стр. 203),
,
где - коэффициент ([1], стр. 201, рис. 6-39,а), зависящий от размерных соотношений и ; ,
Приводим к числу витков статора ([1], стр. 204):
Относительное значение сопротивления:
РАСЧЁТ ПОТЕРЬ
45. Потери в стали основные ([1], стр. 206):
,
где - удельные потери в стали ([1], стр. 206, табл. 6-24); для марки стали 2013 ,
- показатель степени ([1], стр. 206, табл. 6-24); для марки стали 2013 ,
и - коэффициента, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов ([1], стр. 206); для двигателей мощностью меньше 250 кВт и ,
и - массы стали ярма и зубцов статора ([1], стр. 206):
, ,
где - удельная масса стали ([1], стр. 206);
- расчётная высота зубца статора,
46. Поверхностные потери в роторе ([1], стр. 207):
,
где - потери, приходящиеся на поверхности головок зубцов ротора ([1], стр. 207)
где - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери ([1], стр. 207);
- амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора ([1], стр. 206),
,
где - коэффициент, зависящий от отношения ([1], стр. 207 рис. 6-41,а); для значения коэффициент ;
47. Пульсационные потери в зубцах ротора ([1], стр. 207):
,
где - амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении для зубцов ротора ([1], стр. 207),
- масса стали зубцов ротора ([1], стр. 208),
,
где - расчётная высота зубца ротора,
48. Сумма добавочных потерь в стали ротора ([1], стр. 208):
49. Полные потери в стали ([1], стр. 208):
50. Механические потери ([1], стр. 208):
,
где - коэффициент, определяемый для двигателей с ([1], стр. 208):
51. Добавочные потери при номинальном режиме ([1], стр. 209).
При нагрузке добавочные потери асинхронных двигателей возникают за счёт действия потоков рассеяния, пульсаций индукции в воздушном зазоре, ступенчатости кривых распределения МДС обмоток статора и ротора и ряда других причин. В короткозамкнутых роторах, кроме того, возникают потери от поперечных токов, т.е. токов между стержнями, замыкающихся через листы сердечников ротора. ГОСТ устанавливает средние расчётные добавочные потери при номинальной нагрузке, равные 0,5% от номинальной мощности.
52. Холостой ход двигателя:
Ток холостого хода двигателя ([1], стр. 209):
,
где - активная составляющая тока холостого хода ([1], стр. 209); принимают, что потери на трение и вентиляцию и потери в стали при холостом ходе двигателя такие же, как и при номинальном режиме,
- реактивная составляющая тока холостого хода ([1], стр. 209);
,
где - электрические потери в статоре при холостом ходе ([1], стр. 209),
Коэффициент мощности при холостом ходе ([1], стр. 209):
РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
53. Рассчитаем активное и реактивное сопротивление, учитывающее потери в стали статора ([1], стр. 205).
|
На рис. 5 приведена схема замещения асинхронной машины, где - главное сопротивление или сопротивление взаимной индукции. Активная составляющая этого сопротивления характеризует потери в стали, реактивная - потери на намагничивание.
Определим угол магнитных потерь ([1], стр. 210):
Т.к. , то реактивной составляющей тока можно пренебречь. Рассчитаем коэффициент по упрощенной формуле.
- коэффициент, равный отношению к при идеальном холостом ходе.
Определим - активная составляющая тока синхронного холостого хода ([1], стр. 211); - реактивная составляющая,
Определим коэффициенты , , и , необходимые для расчёта рабочих характеристик ([1], стр. 211).
Т.к. , то считаем по приближённым формулам:
Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:
Номинальное скольжение можно предварительно взять ([1], стр. 210).
Проведём расчёт характеристик ([1], стр. 211, табл. 6-26), задаваясь значениями скольжений в диапазоне
|
№ п/п | Расчётная формула | Еди-ница | Скольжение | ||||||
0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,04 | 0,06 | 0,075 | ||||
1 | Ом | 667,8 | 333,9 | 222,6 | 166,95 | 111,3 | 89,04 | 133,56 | |
2 | Ом | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | |
3 | Ом | 681,2 | 347,3 | 236 | 180,35 | 124,7 | 102,44 | 146,96 | |
4 | Ом | 24,32 | 24,32 | 24,32 | 24,32 | 24,32 | 24,32 | 24,32 | |
5 | Ом | 681,63 | 348,15 | 237,24 | 181,98 | 127,04 | 105,28 | 148,9587 | |
6 | А | 0,322 | 0,6319 | 0,9272 | 1,2089 | 1,7316 | 2,0895 | 1,476919 | |
7 | - | 0,999 | 0,9975 | 0,9947 | 0,9910 | 0,9815 | 0,9729 | 0,986582 | |
8 | - | 0,035 | 0,0698 | 0,1025 | 0,1336 | 0,1914 | 0,2309 | 0,163267 | |
9 | А | 0,377 | 0,6853 | 0,9774 | 1,2530 | 1,7545 | 2,0880 | 1,512102 | |
10 | А | 0,6315 | 0,6641 | 0,7150 | 0,7815 | 0,9514 | 1,1026 | 0,861132 | |
11 | А | 0,7357 | 0,9543 | 1,2110 | 1,4768 | 1,9959 | 2,3612 | 1,740115 | |
12 | А | 0,3334 | 0,6527 | 0,9578 | 1,2488 | 1,7887 | 2,1584 | 1,525657 | |
13 | кВт | 0,2491 | 0,4523 | 0,6450 | 0,8270 | 1,1580 | 1,3780 | 0,997987 | |
14 | кВт | 0,0210 | 0,0354 | 0,0571 | 0,0849 | 0,1551 | 0,2171 | 0,11791 | |
15 | кВт | 0,0021 | 0,0021 | 0,0021 | 0,0021 | 0,0021 | 0,0021 | 0,002101 | |
16 | кВт | 0,0008 | 0,0014 | 0,0023 | 0,0035 | 0,0064 | 0,009 | 0,004888 | |
17 | кВт | 0,0598 | 0,0748 | 0,0973 | 0,1263 | 0,1994 | 0,2640 | 0,160699 | |
18 | кВт | 189,32 | 377,50 | 547,71 | 700,67 | 958,56 | 1114,0 | 837,2883 | |
19 | - | 0,7597 | 0,8345 | 0,8490 | 0,8472 | 0,8277 | 0,8084 | 0,838977 | |
20 | - | 0,5131 | 0,7181 | 0,8070 | 0,8484 | 0,8790 | 0,8842 | 0,868967 |
Строим рабочие характеристики:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, , , , ,
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 526; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!