 |
б) Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.
|
|
|
|
Расчетно-пояснительная записка
К курсовому проекту
на тему:
«Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором»
Студент Мазуров П.Е.
Группа ЭЛ-11-09
Преподаватель Соколова Е.М.
Москва
-2012-
СОДЕРЖАНИЕ:
Техническое задание 3
I. Выбор главных размеров 3
II. Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора 3
III. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 5
IV. Расчет ротора 6
V. Расчет магнитной цепи 9
VI. Параметры рабочего хода 10
VII. Расчет потерь 13
VIII. Расчет рабочих характеристик 14
IX. Расчет пусковых характеристик 16
X. Тепловой расчет 20
XI. Литература 23
Техническое задание:
Спроектировать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором:
=5,5 кВт; f =50 Гц; n =1500 об/мин; 
=220 В
Степень защиты – IP44
I. Выбор главных размеров.
Определим число полюсов двигателя:
1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18 для 2p = 6 и = 7,5 кВт имеем:
h= 132 мм, ближайшее стандартное значение h= 132 мм.
Dа= 0,232 м по табл. 9.8
Dа- внешний диаметр статора.
2. Внутренний диаметр статора D=kDDa
kD= D/Da = 0,7 табл. 8.7
D= kDDa= 0,7×0,230= 0,161 м
3. Полюсное деление t=pD/(2p)= p× 0.161/6= 0.0843 м
4. Расчетная мощность по формуле
4. 
(8.4)
4. kE= 0,96 по рис. 9.20
4. h= 0,85 по рис. 9.21
4. cosj= 0,83 по рис. 9.21
4.
5. Электромагнитные нагрузки (предварительно)
5. А= 28*103 А/м Bd = 0,90 Тл по рис. 9.22
5. ad = 2/π ≈ 0,64 kB = π/2√2 = 1,11
6. Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки)
6. kоб1= 0,95
6.
7. Расчетная длина магнитопровода по (9.6)
7. 
м
W=2pf / p = 2 p× 50/3 = 104,72 рад/с
8. Отношение l= ld/t= 0,1415 / 0,0843 = 1,68. Значение l= 1,68 находится в допустимых пределах l по рис. 9.25
|
|
|
II. Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора.
9. Предельные значения tZ1 по рис. 9.26:
tZ1 max =0,012 м; tZ1 min =0,009 м
10. Число пазов статора:
Z1 принимаем 54, тогда q1= Z1/2pm = 54/6*3=3. Обмотка однослойная.
11. Зубцовое деление (окончательно):
12. Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии а=1)
по (9.16)
по (9.17)
13. Принимаем а= 1, тогда uп= аuп’= 16проводников
14. Окончательные значения:
Число витков в фазе:
по (9.20)
Линейная нагрузка:
по (9.21)
Магнитный поток:
по (9.22)
По табл. 3.16 kОБ1= kP1= 0,96;
По рис. 9.20 kE = 0,96
Индукция в воздушном зазоре:
по (9.23)
Значения А и Вd находятся в допустимых пределах
15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):
По рис. 9.27 определяем (AJ1)=190 А/м2.
по (9.25)
16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно):
по (9.24)
17. Сечение эффективного проводника (окончательно):
Принимаем nЭЛ= 3, тогда
qЭЛ= qЭФ/nЭЛ= 2,33/3 = 0,777 мм2 по (9.26)
Согласно табл.П3.1 принимаем dЭЛ = 1 мм; qЭЛ = 0,785 мм2;
dиз = 1,08 мм; qЭ.СР = nЭЛ* qЭЛ = 3×0,785 = 2,355 мм2
18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно): 
по (9.27)
III. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.
Паз статора определяем по рис 9.29, с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.
19. Принимаем предварительно по табл. 9.12 BZ1 =1,6<->1,9 = 1,8 Тл
Ba=1,4<->1,6 = 1,5 Тл
для оксидированной стали марки 2013 kС = 0,97 (таблица 9.11)
по (9.37)
по (9.28)
20. Размеры паза в штампе bШ = 3,5 мм (таблица 9.16 [1])
hШ = 0,5 мм т.к h < 132мм
b = 45°
по (9.38)
по (9.40)
по (9.39)
Паз статора показан на рисунке 8.76а [1] и 3.1
21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку
b1` = b1 - DbП = 4,6 – 0,1 = 4,5 мм
b2` = b2 - DbП = 6,2 – 0,1 = 6,1 мм по (9.36)
hП.К` = hП.К - DhП = 16,6– 0,1 = 16,5 мм
DbП = 0,1 мм; DhП = 0,1 мм; по таблице 9.14
Площадь поперечного сечения прокладок SПР = 0
Односторонняя толщина изоляции в пазу bИЗ = 0,25 мм - таблица 3.1
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу
|
|
|
SИЗ = bИЗ×(2×hП + b1 + b2) = 0,25×(2×17,6 + 4,6 + 6,2) = 11,5 мм2
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки:
по (9.48)
22. Коэффициент заполнения паза
В современном электромашиностроении плотность укладки обмотки следует выполнять такой, чтобы kЗ был в пределах 0,72-0,74 à kЗ=0,736 – верно.
IV. Расчет ротора.
23. Воздушный зазор d = 0,3 мм (рис. 9.31)
24. Число пазов ротора Z2 = 50, без скоса (табл. 9.18)
25. Внешний диаметр ротора D2 = D - 2×d = 161 - 2×0,3 = 160,4 мм
26. Длина магнитопровода ротора l2 = l1 = 0,1415 м
27. Зубцовое деление ротора
28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал
kB = 0,23 (табл. 9.19)
DB =kB×Da = 0,23×0,230 = 0,0529 м» 53 мм по (9.102)
29. Ток в обмотке ротора
ki = 0,2 + 0,8×cosj = 0,2 + 0,8×0,83 = 0,864 по (9.58)
по (9.66)
I2 = ki×I1×ni = 0,864×16,107×16,416 = 228,45 А по (9.57)
30. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)
Плотность тока в стержне литой клетки принимаем J2 = 3×106 
м2 = 76 мм2 по (9.68)
31. Паз ротора определяем по (рис. 8.40) -трапецеидальные
Принимаем bШ = 1,5 мм
hШ = 0,75 мм
Принимаем BZ2 = 1,8 Тл (табл. 9.12)
по (9.40)
по (9.77)
по (9.78)
32. Уточняем ширину зубцов ротора
по табл. 9.20
33. Площадь поперечного сечения стержня
по (9.78)
Плотность тока в стержне
по (9.68)
34. Короткозамыкающие кольца (рис. 8.37б). Площадь поперечного сечения кольца
по (9.71)
по (9.70)
Плотность тока в замыкающих кольцах JКЛ выбирают на 15-20% меньше, чем в стержнях.
по (9.72)
Размеры замыкающих колец:
V. Расчет магнитной цепи.
Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм
35. Магнитное напряжение воздушного зазора:
по (4.15)
по (9.103)
36. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:
по (9.104)
где hZ1 = hП1 = 17,6мм (см. п.20);
расчетная индукция в зубцах:
(bZ1 = 4,9мм по п.19; kC1 = 0.97)
Для BZ1 = 1,79Тл по табл. П1.7[2] HZ1=1480 А/м.
37. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора
по (9.108)
при зубцах по рис 4.1 из табл 9.18 для рис.9.40:
,
индукция в зубце
по табл. П1.7[2]: HZ2 = 1220А/м.
38. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
по (9.115)
39. Магнитное напряжение ярма статора:
по (9.116)
[ 
, по (9.119)
где
по (9.117)
при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре h’a=ha=0,0169м, по табл. П1.6[2] Ha = 492А/м. ]
|
|
|
40. Магнитное напряжение ярма ротора:
по (9.121)
[ 
где
по (9.152)
по табл. П1.6[2] Hj = 152А/м ]
41. Магнитное напряжение на пару полюсов:
по (9.128)
42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:
по (9.129)
43. Намагничивающий ток:
по (9.130)
Относительное значение:
.
VI. Параметры рабочего хода.
44. Активное сопротивление обмотки статора
по (9.132)
(для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура 
, для медных проводников 
)
Длина проводников фазы обмотки
по (9.134)
по (9.135)
, по (9.136)
где для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус B=0,01м, КЛ=1,4 (по табл.9.23)
по (9.138)
Длина вылета лобовой части катушки
, по (9.140)
где по табл.9.23[1] kВЫЛ = 0,5
Относительное значение
45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
по (9.168)
по (9.169)
по (9.170)
где для литой алюминевой обмотки ротора 
Приводим 
к числу витков обмотки статора
по (9.172)
Относительное значение
по (9.173)
46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
по (9.152)
по табл.9.26 и по рис 9.50е:
где по рис.8.50е[1]:
, т.к. проводники закреплены пазовой крышкой
т.к. 
по (9.159)
по (9.174)
[где 
по (9.178)
, 
, по рис.8,51д 
]
Относительное значение
47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
по (9.177)
где по табл. 8.25[1] (для рис. 8.52a[1]):
, где
по рис. 8.52а[1] и рис. 4.1:
,
, 
, 
, 
.
по (9.178)
по (9.180)
[ 
т.к Z2/p=16,6>10]
по (9.181)
Приводим 
к числу витков статора по 8.172[1] и 8.183[1]:
Относительное значение
VII. Расчет потерь.
,
48. Потери в стали основные
по (9.187)
[ 
для стали 2013 по табл. 9.28,
по (9.188)
где 
- удельная масса стали, в расчете принимаем 
по (9.189)
для машин мощностью <250кВт приближенно можно принять
и 
49. Поверхностные потери
В роторе
по (9.194)
по (9.192)
для двигателей мощностью до 160кВт 
по (9.190)
для 
по рис. 9.53 
В статоре
по (9.193)
по (9.191)
для двигателей мощностью до 160кВт 
по (9.190)
для 
по рис. 9.53 
50. Пульсационные потери
В зубцах ротора
по (9.200)
по (9.196)
из п.37, 
из п.35
по (9.201)
из п.37, 
из п.32
в зубцах статора
по (9.199)
по (9.195)
из п.36,
из п.49
|
|
|
51. Cумма добавочных потерь в стали
по (9.202)
52. Полные потери в стали
по (9.203)
53. Механические потери
[для двигателей с 2p=6 и Da = 0,230 коэффициент 
54. Холостой ход двигателя
по (9.217)
по (9.218)
по (9.219)
по (9.221)
VIII. Расчет рабочих характеристик.
55. Параметры
по (9.184)
по (9.185)
(приближенно)по (9.223)
Более точно:
по (9.224)
Активная составляющая тока синхронного холостого хода:
по (9.226)
;
; 
по (9.226)
Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:
56. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений s=0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07, принимая предварительно, что 
Результаты расчета сведены в табл.8.1. После построения рабочих характеристик (рис.8.1) уточняем значение номинального скольжения:
Номинальные данные спроектированного двигателя:
, 
,
, 
, 
.
Таблица 8.1 Рабочие характеристики асинхронного двигателя
(см. табл. 9.30)
; 
; 2p = 6; 
; 
А
; 
; 
;
; 
; 
; 
; 
| № | Расчетные формулы | Размер | Скольжение s | |||||||
| 0,005 | 0,01 | 0,015 | 0,02 | 0,025 | 0,03 | 0,035 | 0,038= sном | |||
| 1. | 
| Ом | 110,70 | 55,35 | 36,90 | 27,67 | 22,14 | 18,45 | 15,81 | 14,57 |
| 2. | 
| Ом | 110,97 | 55,62 | 37,17 | 27,94 | 22,41 | 18,72 | 16,08 | 14,83 |
| 3. | 
| Ом | 7,65 | 5,05 | 4,18 | 3,75 | 3,49 | 3,32 | 3,19 | 3,13 |
| 4. | 
| Ом | 111,23 | 55,85 | 37,40 | 28,19 | 22,68 | 19,01 | 16,40 | 15,16 |
| 5. | 
| А | 1,98 | 3,94 | 5,88 | 7,80 | 9,70 | 11,57 | 13,42 | 14,51 |
| 6. | 
| - | 1,00 | 1,00 | 0,99 | 0,99 | 0,99 | 0,98 | 0,98 | 0,98 |
| 7. | 
| - | 0,07 | 0,09 | 0,11 | 0,13 | 0,15 | 0,17 | 0,19 | 0,21 |
| 8. | 
| А | 2,40 | 4,35 | 6,27 | 8,16 | 10,01 | 11,82 | 13,59 | 14,63 |
| 9. | 
| А | 6,30 | 6,52 | 6,82 | 7,20 | 7,66 | 8,18 | 8,78 | 9,16 |
| 10. | 
| А | 6,74 | 7,84 | 9,27 | 10,89 | 12,61 | 14,38 | 16,18 | 17,26 |
| 11. | 
| А | 2,04 | 4,07 | 6,07 | 8,05 | 10,01 | 11,94 | 13,85 | 14,98 |
| 12. | 
| кВт | 1,58 | 2,87 | 4,14 | 5,39 | 6,61 | 7,80 | 8,97 | 9,65 |
| 13. | 
| кВт | 0,12 | 0,16 | 0,23 | 0,31 | 0,42 | 0,55 | 0,69 | 0,79 |
| 14. | 
| кВт | 0,01 | 0,03 | 0,06 | 0,10 | 0,16 | 0,22 | 0,30 | 0,35 |
| 15. | 
| кВт | 0,01 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,03 | 0,04 | 0,04 | 0,05 |
| 16. | 
| кВт | 0,48 | 0,54 | 0,65 | 0,78 | 0,95 | 1,15 | 1,38 | 1,53 |
| 17. | 
| кВт | 1,11 | 2,33 | 3,49 | 4,60 | 5,66 | 6,65 | 7,59 | 8,12 |
| 18. | 
| - | 0,70 | 0,81 | 0,84 | 0,85 | 0,86 | 0,85 | 0,85 | 0,84 |
| 19. | 
| - | 0,36 | 0,555 | 0,677 | 0,750 | 0,794 | 0,822 | 0,840 | 0,847 |
IX. Расчет пусковых характеристик.
а) Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния).
Данные расчета сведены в таблице ниже. Подробный расчет приведен для скольжения s=1.
57. Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока [ 
]
по рис. 4.1 
по рис 9.57 для 
находим 
по (9.246)
т.к. 
, то
по (9.246)
по (9.247)
по (9.257)
Приведенное сопротивление ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока
58. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока по рис.9.58 для 
; по табл.9.27, рис.9.52а (см. также п.47)
по (9.262)
где [по п.47 
]
по (9.261)
59. Пусковые параметры
по (9.277)
по (9.278)
60. Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока:
для s=1
по (9.280)
по (9.280)
по (9.281)
|
|
|
по (9.283)
Таблица 11.2 Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока (см. табл. 9.33) 
; 
; 2p = 6; 
; 
;
; 
; 
; 
;
; 
; 
.
| № п/п | Расчетная формула | Раз мер | Скольжение | |||||
| 0,8 | 0,5 | 0,4 | 0,2 | 0,1 | ||||
| 1. | 
| - | 1,62 | 1,45 | 1,14 | 1,02 | 0,72 | 0,51 |
| 2. |  (по рис.8.57[1])
| - | 0,45 | 0,30 | 0,13 | 0,10 | 0,08 | 0,06 |
| 3. | 
| мм | 17,55 | 19,58 | 22,52 | 23,14 | 23,56 | 23,98 |
| 4. | 
| - | 1,26 | 1,16 | 1,06 | 1,05 | 1,04 | 1,03 |
| 5. | 
| - | 1,21 | 1,13 | 1,05 | 1,04 | 1,03 | 1,02 |
| 6. | 
| Ом | 0,63 | 0,59 | 0,55 | 0,54 | 0,54 | 0,53 |
| 7. |  (по рис.8.58[1])
| - | 0,85 | 0,90 | 0,95 | 0,96 | 0,980 | 0,990 |
| 8. | 
| - | 2,22 | 2,32 | 2,42 | 2,44 | 2,48 | 2,50 |
| 9. | 
| - | 0,94 | 0,96 | 0,98 | 0,98 | 0,99 | 1,00 |
| 10. | 
| Ом | 1,15 | 1,18 | 1,21 | 1,21 | 1,22 | 1,23 |
| 11. | 
| Ом | 1,52 | 1,64 | 2,00 | 2,26 | 3,62 | 6,32 |
| 12. | 
| Ом | 2,27 | 2,29 | 2,32 | 2,32 | 2,34 | 2,34 |
| 13. | 
| А | 80,52 | 78,10 | 71,79 | 67,78 | 51,02 | 32,62 |
| 14. | 
| А | 83,22 | 80,78 | 74,33 | 70,21 | 52,99 | 34,15 |
б) Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.
Расчет проводим для точек характеристик, соответствующих
s=1; 0,8; 0,5; 0,4 0,2; 0,1, при этом используем значения токов и сопротивлений, для тех же скольжений с учетом влияния вытеснения тока (см. табл. 9.1).
Данные расчета в табл. 9.2. Подробный расчет приведен для s=1.
61. Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем 
.
по (9.263)
; 
по (9.265)
по (9.264)
по рис.9.61 для 
находим 
.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
по (9.266)
по (9.269)
[ 
(см. паз статора ]
по (9.272)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
по (9.274)
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения
по (9.275)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
Cм. пп.47,58
по (9.271)
по (9.270)
по (9.273)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения:
по (9.274)
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:
по (9.276)
по (9.278)
62. Расчет токов и моментов:
по (9.280)
по (9.280)
по (9.281)
по (9.283)
Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения
по (9.284)
Кратность пускового момента с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:
по (9.284)
Полученный в расчете коэффициент насыщения:
отличается от принятого 
менее чем на 5%.
Для расчета других точек характеристики задаемся kНАС , уменьшенным в зависимости от тока I1 (cм. табл.9.1) принимаем при
Данные расчета сведены в табл.9.2, а пусковые характеристики представлены на рис.9.1.
Таблица 9.2 Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния (см. табл. 8.30[1] и 8.36[1])
; ; 2p = 6; 
; ;
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
.
| № п/п | Расчетная формула | Раз мер | Скольжение | |||||
| 0,8 | 0,5 | 0,4 | 0,2 | 0.1 | ||||
| 1. | 
| - | 1,30 | 1,25 | 1,20 | 1,15 | 1,10 | 1,02 |
| 2. | 
| А
Воспользуйтесь поиском по сайту:  ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|