Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний технічний університет

«Харківський політехнічний інститут»

Кафедра «Електричні машини»

Курсовий проект

«ПРОЕКТУВАННЯ ТРИФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА

З КОРОТКОЗАМКНЕНОЮ ОБМОТКОЮ РОТОРА»

З курсу

«Електричні машини»

Виконав: ст. гр. ЕМБ – 19а

Юрша В. Д.

Прийняв: ас. Маслєнніков А.М.

Харків – 2013

ЗМІСТ

Исправить в соответствии с содержимым записки КП

Вступ

(Обязательно изменить!!! ниже приведен пример. Вступ написать на одну страницу.)

Асинхронні електричні машини застосовуються, головним чином, для перетворення електричної енергії на механічну, тобто як двигуни, хоча можуть працювати також й у інших режимах. В електроприводі промислових установок найбільшого розповсюдження набули трифазні асинхронні двигуни (ТАД). Причини винятково широкого розповсюдження ТАД – простота їхньої будови та відносно мала собівартість виробництва. У таких машинах відсутні електричні та механічні частини, які легко пошкоджуються або швидко зношуються.

ТАД мають найбільшу питому вагу у випуску електричних машин. Приміром, асинхронні двигуни потужністю від 0,12 до 400 кВт споживають більш 40% всієї електричної енергії, що виробляється у світі.

У теперішній час асинхронні двигуни проектуються у вигляді серій, які виготовляються на різних заводах за єдиною технічною документацією. У зв’язку з цим технічні вимоги до конструктивних виконань, розмірів і параметрів асинхронних машин, матеріалів і напівфабрикатів для їхнього виробництва встановлюються і визначаються стандартами.

ТАД можуть бути створені на номінальні потужності від частки вата до десятків тисяч кіловат. ТАД загальнопромислового призначення об’єднані в серії А2 і АО2 (потужність 0,6..100 кВт), 4А (0,06..400 кВт). Існує також низка спеціалізованих серій, приміром, вибухозахищені, крановометалургійні, тягові ТАД тощо. Відомі ще ТАД серії АИР (0,04..315 кВт), які мають показники, більш наближені до міжнародних стандартів, ніж у ТАД серії 4А. Зараз ТАД продовжують свій розвиток у межах серії 5А та інших загальнопромислових та спеціалізованих виконань.

Приклади параметрів і конструкцій ТАД минулої серії 4А, а також сучасних серій української та російської розробок надані у додатку А.

Метою даного посібника є методичне забезпечення курсового та дипломного проектування ТАД загальнопромислового призначення з висотою осі обертання до 160 мм. Це відбувається у межах курсу «Електричні машини» і, поперед усього, для студентів спеціальності «Електричні машині та апарати», а також і інших спеціальностей напрямку підготовки «Електромеханіка». Виконання проектів спрямовано на набуття студентами практичних навичок розробки цих двигунів. А саме, визначення головних розмірів двигунів, проектування їхнього статора і ротора, виконання перевірного розрахунку, до якого входять розрахунки магнітного кола, опорів обмоток, режимів неробочого ходу і номінального, робочих і механічних характеристик. Надані також розрахунки тепловий, вентиляційний, механічний вала, маси двигуна.

Основними першоджерелами для даного навчального посібника щодо проектування ТАД є [1, 2], питання його забезпечення можна знайти також у [3–7]. Для початкового ознайомлення з ТАД рекомендується [8], при подальшому більш глибокому вивченні – джерела [9, 10].

Зауважимо, що у даному виданні застосована оновлена система літерних позначень різних величин та параметрів, які необхідні для опису стану та процесів ТАД, їхньої ідентифікації. Ця система орієнтована на Державні стандарті України (ДСТУ), подана у [11] і введена у дію на кафедрі електричних машин «НТУ ХПІ» з 2007 року, а також запропонована для використання у інших установах і навчальних закладах України..

Завдання на проектування

Номінальні дані

Потужність, Р_N, кВт кВт

Напруга (лінійна), U 380 В

Напруга (фазна), U В

Частота живильної мережі, f 50 Гц

Кількість фаз обмотки статора m_s 3

Частота обертання (синхронна), n об/хв.

ступінь захисту від зовнішніх впливів IP 44

спосіб охолодження IC 0141

виконання за способом монтажу IМ 1001

кліматичні умови і категорія розміщення У4

1 ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ РОЗРАХУНОК

Пункты и подпункты исправляем с 3 на 1 и нумерацию формул так, как на стр.7

1.1 Визначення головних розмірів

1.1.1 Головними розмірами асинхронного двигуна є зовнішній d_se і внутрішній d_s діаметри статора, а також активна довжина його осердя . Ці розміри жорстко пов’язані з висотою осі обертання вала h.

Висота осі обертання h, обирається по [4], мм.

1.1.2 Зовнішній діаметр статора d_se, вибирається з урахуванням h та за рекомендаціями [4], d_se = 131 мм.

1.1.3 Внутрішній діаметр статора.

Попереднє значення внутрішнього діаметра осердя статора d_s, мм, визначається за співвідношенням

,

(1.1)

де ‑ коефіцієнт, значення якого вибирається по [4], = 0,64.

Підставляємо отримані значення у (1.1) мм.

1.1.4 Попереднє значення довжини осердя статора, мм,

,

(1.2)

де – розрахункова потужність, яка визначається по формулі (1.3);

А_s – лінійне навантаження, визначається по [4] А/см;

В_d – магнітна індукція в повітряному проміжку, визначається по [4], Тл;

K_Ws – обмотувальний коефіцієнт, що для одношарових обмоток статора приймається рівним 0,95.

Розрахункова потужність

,

(1.3)

де K_Е – коефіцієнт відношення ЕРС в фазі обмотки статора до номінальної фазної напруги, визначається по [4], K_Е = 0,95;

‑ номінальний ККД, визначається по [4], = 0,75;

‑ коефіцієнт потужності, визначається по [4], .

Підставляємо отримані значення у (3.3)

кВт,

а потім у (3.2)

мм.

Отримане в результаті розрахунку значення округляємо до цілого числа мм.

Оцінка правильності вибору головних розмірів проводиться за відношенням:

.

3.2 Проектування статора

У даному розділі розраховується обмотка статора, визначаються кількість пазів осердя статора , їхні конфігурація і розміри.

Осердя статора асинхронних двигунів з висотою осі обертання h £250мм збирають з листів завтовшки 0,5 мм, відштампованих з холоднокатаної ізотропної електротехнічної сталі марки 2312.

Ізолювання листів сталі проводиться шляхом оксидування: у цьому разі коефіцієнт заповнення осердя сталлю К_Fe= 0,97.

3.2.1 Кількість пазів статора

,

(3.4)

де 2 р ‑ кількість полюсів, 2 р = 4;

m _s ‑ кількість фаз статора, m_s = 3;

q _s – кількість пазів статора на полюс і фазу, вибирається по [4], q_s = 3.

Підставляємо отримані значення у (3.4) .

3.2.2 Тип обмотки статора

У асинхронних двигунах з висотою осі обертання h £160 ммзастосовують одношарові концентричні всипні обмотки статора, призначені для механізованого укладання в напівзакриті пази трапецеїдальної форми.

Одношарова концентрична обмотка виконується з кроком по пазах, еквівалентним діаметральному

.

Тоді коефіцієнт скорочення обмотки і обмотувальний коефіцієнт визначається тільки коефіцієнтом розподілу обмотки К_ds

.

3.2.3 Кількість витків у фазі обмотки статора

Спочатку визначається попередня кількість витків

,

(3.5)

де U_sN – номінальна фазна напруга, U_sN = 220 В;

f_s – частота напруги, f_s =50 Гц;

– попереднє значення магнітного потоку, яке знаходиться як

Вб.

Підставляємо отримані значення у (3.5)

.

Для уточнення кількості витків необхідно визначити кількість ефективних провідників в пазу

,

(3.6)

де а_s =1 − кількість паралельних віток обмотки статора.

Підставляємо отримані значення у (3.6)

.

Оскільки кількість ефективних провідників в пазу повинна бути цілим числом, то округлюємо до найближчого цілого числа z_Qs = 43.

Після визначення z_Qs уточнюються:

• кількість витків у фазі обмотки статора

,

• магнітний потік, Вб,

,

• магнітна індукція у повітряному проміжку, Тл,

.

Для оцінки правильності визначення кількості витків уточнюється лінійне навантаження А_s, А/см,

,

(3.7)

де − номінальний фазний струм обмотки статора, А, (при в кВт)

.

Підставляємо отримані значення у (3.7)

.

3.2.4 Розміри трапецеїдальних пазів статора

Для вибору параметрів дроту обмотки статора необхідно визначити розміри трапецеїдальних пазів статора (рис. 3.1), а саме: висоту паза статора h_s, велику і меншу ширину паза (b_{s 3}і b_{s 2}), висоту і ширину шліца (h_{s 1}і b_{s 1}).

Рисунок 3.1 − Зубцево-пазова структура осердя статора

Зубцевий крок статора на розточці його осердя, мм,

.

Висота паза статора h_s, мм,

,

(3.8)

де − висота спинки статора, мм,

,

(3.9)

де середнє значення магнітної індукції в спинці статора обирається по [4], = 1,65 Тл.

Підставляємо отримані значення у (3.8)

,

а потім у (3.9)

.

Ширина зубця статора b_ts, мм,

,

(3.10)

де − середнє значення магнітної індукції в зубцях статора обирається по [4], =1,85.

Підставляємо отримані значення у (3.10)

.

Висота шліца h_{s 1}приймається рівною 0,5 мм, ширина шліца , мм,

.

Тоді становляться визначеними для паза його менша ширина b_{s 2}, мм,

і більша ширина b_{s 3}, мм,

.

3.2.5 Діаметр елементарного ізольованого дроту

Для обмоток статора застосовуємо дріт ПЭТ-155 (клас нагрівостійкості F). При механізації обмотувальних робіт застосовують дріт з механічно міцнішою ізоляцією марки ПЭТМ-155.

Попереднє діаметр елементарного ізольованого дроту , мм,

,

(3.11)

де − коефіцієнт заповнення паза при механізованому укладанні, =0,72;

N_c − кількість елементарних провідників в одному ефективному, N_c = 1;

− площа поперечного перерізу паза, зайнята обмоткою, мм²,

,

(3.12)

− площа поперечного перерізу паза на просвіт, мм²,

;

− площа поперечного перерізу корпусної ізоляції, мм²,

,

(3.13)

де b_{is fr} − середнє значення односторонньої товщини корпусної ізоляції обирається за [4], b_{is fr} = 0,2 мм.

Підставляємо отримані значення у (3.13)

;

− площа поперечного перерізу прокладок на дні паза і під клином, мм².

Підставляємо отримані значення у (3.12)

,

а потім у (3.10)

.

Знаходимо найближчий стандартизований діаметр , відповідний йому діаметр неізольованого дроту і площу поперечного перерізу

=0,805 мм;

=0,74 мм;

=0,43 мм2.

Оскільки попереднє і остаточне значення не співпадають, тоді уточнюємо коефіцієнт заповнення паза і ширину шліца , мм,

;

.

Визначається густина струму в провіднику обмотки статора , А/мм²,

і проводиться оцінка правильності вибору за добутком лінійного навантаження А_s на цю густину струму , а саме, за , А²/(см·мм²):

.

3.2.6 Розміри елементів обмотки статора

Середній зубцевий (або пазовий) крок статора, мм,

.

Середня ширина котушки обмотки статора, мм,

.

Середня довжина однієї лобової частини котушки, мм,

.

Середня довжина витка обмотки, мм,

.

Довжина вильоту лобової частини обмотки, мм:

,

3.3 Проектування ротора

Основною ознакою ротора проектованого двигуна є те, що він є короткозамкненим, причому короткозамкненая обмотка ротора виконується у вигляді литої алюмінієвої клітки.

3.3.1 Повітряний проміжок між осердям статора і осердям ротора

Довжина повітряного проміжку має істотний вплив на розміри і характеристики асинхронного двигуна, що властиво і іншим електричним машинам.

При зменшенні проміжку зменшується МРС обмотки статора (зменшуються струм неробочого ходу, переріз провідників і втрати потужності в ній) і збільшується коефіцієнт потужності. З іншого боку, при зменшенні проміжку збільшуються амплітуди вищих просторових гармонік магнітного поля в проміжку, що, в свою чергу, приводить до збільшення додаткових втрат, додаткових (паразитних) моментів і магнітного шуму машини.

Надмірне зменшення проміжку потрібує якісніших обробки і складання деталей і вузлів машини з метою забезпечення концентричності поверхні розточування статора і зовнішньої поверхні осердя ротора. Визначення повітряного проміжку машини з урахуванням перерахованих чинників є дуже складною задачею. Тому його розрахунок проводиться за емпіричними формулами, які враховують основні розмірні співвідношення асинхронного двигуна, а також досвід виробництва і експлуатації двигунів з конструкцією, аналогічною конструкції проектованого двигуна.

Довжина повітряного проміжку обирається за [4], =0,25 мм.

3.3.2 Зовнішній діаметр ротора , мм

.

3.3.3 Довжина пакету осердя ротора , мм,

.

3.3.4 Кількість пазів короткозамкненого ротора

Вибрані для статора і ротора кількості пазів залежать від кількості полюсів і від діаметра осердя, а значить, і від висоти осі обертання. Вибір співвідношення кількості пазів статора (Q_s) і кількості пазів ротора (Q_r) повинен проводитися з урахуванням багатьох параметрів двигуна: мінімальні додаткові втрати потужності, відсутність провалів в механічній характеристиці, зменшені шуми і вібрації, необхідна перевантажувальна здатність, добрі пускові характеристики і ін.

Q_r = 28; пази ротора виконуються зі скосом.

3.3.5 Форма паза ротора

У двигунах загального призначення з висотою осі обертання h £250 мм звичайно застосовують напівзакриті пази ротора трапецеїдальної овальної форми, які показано на рис. 3.2. Радіуси r_{r 1}і r_{r 2}вибирають так, щоб ширина основної частини зубців впродовж висоти h_{r 2}була однаковою.

Рисунок 3.2 – Зубцево-пазова структура короткозамкненого ротора

Попереднє значення висоти паза обирається за [4], мм.

3.3.6 Внутрішній діаметр осердя ротора, мм

.

3.3.7 Рекомендована розрахункова висота спинки ротора визначається за емпіричними формулами, мм

.

3.3.8 Магнітна індукція в спинці ротора, Тл

.

3.3.9 Зубцевий крок ротора, мм

.

3.3.10 Магнітна індукція в зубцях ротора B_tr, обирається за [4], B_tr = 1,8Тл.

3.3.11 Ширина зубця ротора, мм

.

3.3.12 Розміри напівзакритого паза ротора:

1) висота і ширина шліца

h_{r 1} = 0,5 мм; b_{r 1} = 1,2 мм;

2) більший і менший радіуси, мм

;

;

3) відстань між центрами дуг радіусів r_{r 1}і r_{r 2}, мм

;

4) площа поперечного перерізу паза (і одночасно стрижня ), мм²

.

Радіуси r_{r 1}і r_{r 2}визначені, виходячи з умови, що b_tr= const. Перевірку правильності їх визначення здійснюють за допомогою виразу

.

3.3.13 Розміри короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки:

1) поперечний переріз кільця, мм²

;

2) висота кільця, мм

;

3) довжина кільця, мм

;

4) середній діаметр кільця, мм

.

3.3.14 Одночасно з кільцями відливаються вентиляційні лопатки в кількості

шт.

Рисунок 3.3 – Переріз короткозамикального кільця литої алюмінієвої клітки

3.4 Перевірочний розрахунок

Перевірний розрахунок дозволяє визначити відповідність характеристик проектованої машини вимогам технічного завдання і стандартам.

Вихідними даними до перевірного розрахунку є значення величин, які отримані при виборі головних розмірів, проектуванні статора і ротора.

3.4.1 Розрахунок магнітного кола

Мета розрахунку – визначення магніторушійної сили (МРС) і струму обмотки статора при неробочому ході для забезпечення намагнічування двигуна – створення необхідного магнітного поля. У подальшому це потрібно для визначення струму обмотки статора при номінальному навантаженні, а також при інших рівнях навантаження.

Оскільки магнітне коло асинхронної машини симетричне, можна обмежуватися розрахунком МРС на один полюс. При цьому магнітне коло розбивається на ряд ділянок: повітряний проміжок, зубці статора, спинка статора, зубці ротора і спинка ротора. При розрахунку приймається допущення, що в межах кожної ділянки магнітна індукція розподілена рівномірно і при цьому розрахунок на ділянках ведеться по умовній середній довжині силової лінії.

У зубцях статора і ротора правильно спроектованого двигуна магнітна індукція зазвичай вище, ніж в їхніх спинках. Унаслідок цього зубці насичуються більшою мірою, що викликає сплощення кривої розподілу магнітної індукції в повітряному проміжку. Крім того, довжина шляху магнітного потоку в спинці по краях і по середині полюсного кроку різна, відповідно нерівномірно розподіляється і індукція. Ці фактори враховані у відповідних таблицях залежності напруженості магнітного поля від індукції – H (B), які використовуються при розрахунку магнітного кола.

Наявність пазів на статорі і роторі збільшує магнітний опір повітряного проміжку, що враховується введенням поправочного коефіцієнта повітряного проміжку К_С (вихідна його назва – коефіцієнт Картера).

При значних індукція в зубцях (В> 1,8Тл) частина магнітного потоку проходить через паз, знижуючи дійсне значення індукції в зубці, тому напруженість магнітного поля в цьому випадку необхідно визначати з урахуванням зубцевого коефіцієнта.

Слід також відзначити, що для зубців статора і ротора з рівновеликим по всій висоті поперечним перерізом (при h= 50…160мм) напруженість магнітного поля знаходиться по індукції, розрахованій в перерізі зубця на його висоти, відраховуючи від повітряного проміжку.

Розрахунок магнітного кола асинхронного двигуна проводиться в наступному порядку.

3.4.1.1 Коефіцієнт повітряного проміжку

,

(3.14)

де і – коефіцієнти, які враховують зубчастість статора і ротора:

;

.

Підставляємо отримані значення у (3.14)

.

3.4.1.2 Магнітна напруга повітряного проміжку, А,

.

3.4.1.3 Напруженість магнітного поля в зубцях статора H_ts, обирається за [4] H_ts = 20 А/см.

3.4.1.4 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці статора, мм.

3.4.1.5 Магнітна напруга зубців статора, А,

.

3.4.1.6 Напруженість магнітного поля в спинці статора Н_уs, обирається за [4], Н_уs = 9,4 А/см.

3.4.1.7 Середня довжина шляху магнітного потоку в спинці статора, мм,

.

3.4.1.8 Магнітна напруга спинки статора, А,

.

3.4.1.9 Напруженість магнітного поля в зубцях ротора , обирається за [4], А/см.

3.4.1.10 Середня довжина шляху магнітного потоку в зубці ротора, мм,

.

3.4.1.11 Магнітна напруга зубців ротора, А,

.

3.4.1.12 Напруженість магнітного поля в спинці ротора Н_yr,обирається за [4], Н_yr = 3 А/см.

3.4.1.13 Середня довжина шляху магнітного потоку в спинці ротора, мм,

.

3.4.1.14 Магнітна напруга спинки ротора, А,

.

3.4.1.15 МРС обмотки статора на один полюс, А,

.

3.4.1.16 Коефіцієнт насичення магнітного кола

.

3.4.1.17 Складова намагнічувального струму статора, А,

,

у відносних одиницях

.

3.4.1.18 Головний індуктивний опір, Ом,

де В;

у відносних одиницях

.

3.4.2 Визначення активних і індуктивних опорів обмоток двигуна

3.4.2.1 Визначення активних і індуктивних опорів як параметрів схеми заміщення необхідне для розрахунку режимів неробочого ходу і навантаження, а також робочих і пускових характеристик двигуна.

Активні опори обмоток, Ом, розраховуються для температури q _a= 20°С

,

де – питомий електричний опір провідника при температурі 20°С;

для міді Ом·мкм;

для алюмінію Ом·мкм;

– довжина провідника, м;

– площа перерізу провідника, мм².

Потім активні опори приводять до стандартної робочої – розрахункової температури шляхом множення на температурний коефіцієнт .

Прийняті відповідно ГОСТ 183 розрахункові температури для класу ізоляції F:

допустима температура нагрівостійкості: 155°С;

розрахункова температура для активних опорів: 115°С;

температурний коефіцієнт для міді = 1,38;

температурний коефіцієнт для литого алюмінію = 1,41.

3.4.2.2 Активний опір фазної обмотки статора при 20°С, Ом,

.

3.4.2.3 Активний опір обмотки статора, приведений до робочої температури, Ом

.

3.4.2.4 Активний опір обмотки ротора

3.4.2.4.1 Активний опір стрижня клітки ротора, Ом,

.

3.4.2.4.2 Коефіцієнт зведення струму короткозамикального кільця до струму стрижня ротора

.

3.4.2.4.3 Опір короткозамкнених кілець, зведений до струму стрижня, Ом,

.

3.4.2.4.4 Центральний кут скосу пазів, рад,

,

(3.15)

де – відносний скіс пазів ротора в частках зубцового кроку статора, обирається за [4], =0,81.

Підставляємо отримані значення у (3.15)

.

3.4.2.4.5 Коефіцієнт скосу пазів ротора К_sq,обирається за [4], К_sq = 0,97.

3.4.2.4.6 Коефіцієнт зведення опору обмотки ротора до обмотки статора

.

3.4.2.4.7 Зведений активний опір обмотки ротора при 20°С, Ом,

.

3.4.2.4.8 Зведений активний опір обмотки ротора при робочій температурі, Ом

.

3.4.2.5 Індуктивний опір фази обмотки статора

3.4.2.5.1 Коефіцієнт провідності пазового розсіяння (рис. 3.4)

,

(3.16)

де , , - визначаються з рис. 3.4: мм, мм, мм.

Підставляємо отримані значення у (3.16)

.

Рисунок 3.4 – Ескіз паза статора до розрахунку пазового розсіяння

3.4.2.5.2 Коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

(3.17)

де – коефіцієнт, що враховує вплив відкриття пазів статора, обирається за [4], = 0,953;

− коефіцієнт диференціального розсіяння статора, обирається за [4], ;

− коефіцієнт, що враховує демпфувальну реакцію струмів, наведених в короткозамкненій обмотці ротора вищими гармоніками поля статора, обирається за [4], .

Підставляємо отримані значення у (3.17)

.

3.4.2.5.3 Коефіцієнт провідності розсіяння лобових частин обмотки статора

,

(3.18)

де – полюсний крок двигуна по розточці статора, мм

;

− скорочення кроку обмотки статора: при одношаровій обмотці з діаметральним кроком.

Підставляємо отримані значення у (3.18)

.

3.4.2.5.4 Сумарний коефіцієнт провідності розсіяння обмотки статора

.

3.4.2.5.5 Індуктивний опір розсіяння фази обмотки статора, Ом,

.

3.4.2.6 Індуктивний опір обмотки ротора.

3.4.2.6.1 Коефіцієнт провідності пазового розсіяння для овального напівзакритого паза

.

3.4.2.6.2 Кількість пазів ротора на полюс і фазу статора

.

3.4.2.6.3 Коефіцієнт провідності диференціального розсіяння

,

(3.19)

де - коефіцієнт диференціального розсіяння ротора, обирається за [4], .

Підставляємо отримані значення у (3.19)

.

3.4.2.6.4 Коефіцієнт провідності розсіяння короткозамикальних кілець

.

3.4.2.6.5 Коефіцієнт провідності розсіяння скосу пазів

,

(3.20)

де – відносний скіс пазів ротора в частках зубцового кроку ротора

.

Підставляємо отримані значення у (3.20)

.

3.4.2.6.6 Сумарний коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора,

.

3.4.2.6.7 Індуктивний опір обмотки ротора, Ом,

.

3.4.2.6.8 Зведений індуктивний опір обмотки ротора, Ом,

.

3.4.2.7 Опори обмоток перетвореної Г-образної схеми заміщення з винесеним намагнічувальним контуром (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Схема заміщення зведеного асинхронного двигуна

3.4.2.7.1 Коефіцієнт розсіяння статора

.

3.4.2.7.2 Коефіцієнт опору статора

.

3.4.2.7.3 Перетворені опори обмоток, Ом,

;

;

;

.

3.4.3 Режим неробочого ходу

У режимі неробочого хода повинні бути визначені струм і втрати потужності, а також коефіцієнт потужності, які потрібні для подальших розрахунків асинхронного двигуна.

3.4.3.1 Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні, А,

.

3.4.3.2 Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні, Вт

.

3.4.3.3 Магнітні втрати в окремих елементах (е) осердя статора (зубцях і спинці) визначаються на основі загального виразу, Вт,

,

де – поправочний коефіцієнт, враховуючий збільшення магнітних втрат через різні технологічні пошкодження листів осердя в процесі його виготовлення осердя, для машин змінного струму приймається;

– питомі магнітні втрати, які визначені експериментально при частоті 50 Гц і магнітній індукції 1 Тл;

– емпіричний показник ступеню;

, – магнітна індукція і маса стали конкретного елемента осердя.

3.4.3.3.1 Для сталі 2312 Вт/кг і .

3.4.3.3.2 Розрахункова маса сталі зубців статора, кг,

.

3.4.3.3.3 Розрахункова маса сталі спинки статора, кг,

.

3.4.3.3.4 Магнітні втрати в зубцях статора, Вт,

.

3.4.3.3.5 Магнітні втрати в спинці статора, Вт,

.

3.4.3.6 Сумарні магнітні втрати в осерді статора з урахуванням додаткових втрат, Вт,

.

3.4.3.7 Механічні втрати при ступені захисту IP44 і способі охолоджування IC0141, Вт,

,

(3.21)

де - коефіцієнт, якій обирається за [4], = 1,17.

Підставляємо отримані значення у (3.21)

.

3.4.3.8 Активна складова струму неробочого ходу, А,

.

3.4.3.9 Струм неробочого ходу, А,

.

3.4.3.10 Коефіцієнт потужності при неробочому ході

.

3.4.4. Параметри і характеристики номінального режиму роботи

У теперішній час переважним є аналітичний спосіб розрахунку номінального режиму і робочих характеристик асинхронних машин, заснований на використанні Г-образної схеми заміщення (рис. 3.5), що дозволяє широко використовувати ЕОМ в процесі проектування.

3.4.4.1 Активний опір короткого замикання, Ом,

.

3.4.4.2 Індуктивний опір короткого замикання, Ом,

.

3.4.4.3 Повний опір короткого замикання, Ом,

.

3.4.4.4 Додаткові втрати в номінальному режимі, Вт,

.

3.4.4.5 Механічна потужність двигуна, Вт,

.

3.4.4.6 Повний опір схеми заміщення, Ом,

,

(3.22)

де - опір схеми заміщення, який імітує навантаження двигуна, Ом,

.

Підставляємо отримані значення у (3.22)

.

3.4.4.7 Ковзання у номінальному режимі

.

3.4.4.8 Номінальна частота обертання, об/хв,

.

3.4.4.9 Активна складова струму статора при синхронному обертанні, А,

.

3.4.4.10 Зведений струм ротора, А,

.

3.4.4.11 Активна складова струму статора, А

.

3.4.4.12 Реактивна складова струму статора, А,

.

3.4.4.13 Фазний струм статора, А,

.

3.4.4.14 Коефіцієнт потужності

.

3.4.4.15 Лінійне навантаження статора, А/см,

.

3.4.4.16 Густина струму в обмотці статора, А/мм²,

.

3.4.4.17 Лінійне навантаження ротора, А/см,

,

(3.23)

де К_Wr – обмотковий коефіцієнт короткозамкненого ротора, обирається за [4], К_Wr = 1.

Підставляємо отримані значення у (3.23)

.

3.4.4.18 Струм в стрижні ротора, А,

.

3.4.4.19 Густина струму в стрижні ротора, А/мм²,

.

3.4.4.20 Струм в короткозамикальному кільці, А,

.

3.4.4.21 Електричні втрати в обмотці статора, Вт,

.

3.4.4.22 Електричні втрати в обмотці ротора, Вт,

.

3.4.4.23 Сумарні втрати потужності в двигуні, Вт,

.

3.4.4.24 Потужність (електрична), що підводиться до двигуна, Вт (, кВт),

.

3.4.4.25 Коефіцієнт корисної дії

.

3.4.4.26 Уточнене значення номінальної корисної потужності двигуна, Вт,

.

4. Розрахунок робочих характеристик

За робочі характеристики маємо залежності фазного струму статора I_s, ККД h, коефіцієнта потужності cosj, вхідної потужності , ковзання s і частоти обертання ротора n від корисної (вихідної) потужності Р.

Щоб отримати ці характеристики, задаємо різні значення потужності Р, які вказані в табл. 3.1 у відносної формі

,

і проводимо розрахунки за методикою, яка використовується для визначення параметрів номінального режиму роботи. При цьому замість номінальних значень потужності , фазного струму обмотки статора I_sN, ККД , коефіцієнта потужності cosj _N, ковзання s_N,частоти обертання n_N тощо треба оперувати з їхніми поточними значеннями, виключаючи індекс _N, тобто це Р, I_s, h, cosj, s, n тощо. У перший стовпчик при Р = 0 вносяться дані режиму неробочого ходу.

Результати основних етапів розрахунку механічних характеристик викладені в табл. 3.1. За цими результатами будуємо залежності I_s (Р), h(Р), cosj(Р), (Р), s (Р), n (Р).

Таблиця 3.1 – Розрахункові дані для побудови робочих характеристик асинхронного двигуна

Параметри	Корисна потужність , в.о.
	0,1	0,5	0,75		1,25
P, кВт		0,15	0,75	1,125	1,5	1,875
s, в.о.	0,002	0,048	0,25	0,398	0,569	0,776
cosj	0,1223	0,22	0,55	0,68	0,78	0,81
Is	0,2208	0,225	0,27	0,319	0,376	0,464
Рin, Вт	0,0358	0,067	0,199	0,291	0,393	0,509
		0,449	0,752	0,772	0,763	0,736

За даними таблиці 3.1 будуємо робочі характеристики, що приведені на рис. 3.6.

Рисунок 3.6 – Робочі характеристики асинхронного двигуна

4.1 Розрахунок максимального обертального моменту

Для розрахунку максимального моменту використовується перетворена схема заміщення асинхронного двигуна (рис.3.5), у якої для опору R_l треба взяти значення R_Mmax, яке відповідає роботі двигуна в режимі максимального моменту. Індуктивні опори визначаються з урахуванням насичення, яке відповідає навантаженню двигуна при максимальному моменті.

Розрахунок максимального моменту проводиться за умови використання напівзакритих трапецеїдальних пазів статора і овальних напівзакритих пазів ротора.

4.1.1 Змінна частина коефіцієнта провідності пазового розсіяння статора

,

(3.24)

де − коефіцієнт, що враховує укорочення кроку обмотки статора, обирається за [4], .

Підставляємо отримані значення у (3.14)

.

4.1.2 Складова коефіцієнта провідності розсіяння обмотки статора, залежна від насичення

,

4.1.3 Змінна частина коефіцієнта пазового розсіяння обмотки ротора у випадку напівзакритого паза овальної форми

.

4.1.4 Складова коефіцієнта провідності розсіяння обмотки ротора, залежна від насичення

,

4.1.5 Індуктивний опір розсіяння двигуна, залежний від насичення, Ом,

,

Поиск по сайту: