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:
Степень защиты – IP44 I. Выбор главных размеров. Определим число полюсов двигателя: 1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18 для 2p = 6 и
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. 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. 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)
13. Принимаем а= 1, тогда uп= аuп’= 16проводников 14. Окончательные значения: Число витков в фазе:
Линейная нагрузка:
Магнитный поток:
По табл. 3.16 kОБ1= kP1= 0,96; По рис. 9.20 kE = 0,96 Индукция в воздушном зазоре:
Значения А и Вd находятся в допустимых пределах 15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно): По рис. 9.27 определяем (AJ1)=190 А/м2.
16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно):
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): 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)
20. Размеры паза в штампе bШ = 3,5 мм (таблица 9.16 [1]) hШ = 0,5 мм т.к h < 132мм b = 45°
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:
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)
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
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)
32. Уточняем ширину зубцов ротора
33. Площадь поперечного сечения стержня
Плотность тока в стержне
34. Короткозамыкающие кольца (рис. 8.37б). Площадь поперечного сечения кольца
Плотность тока в замыкающих кольцах JКЛ выбирают на 15-20% меньше, чем в стержнях.
Размеры замыкающих колец: V. Расчет магнитной цепи.
Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм 35. Магнитное напряжение воздушного зазора:
36. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:
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
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:
39. Магнитное напряжение ярма статора:
[ где
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:
[ где
по табл. П1.6[2] Hj = 152А/м ] 41. Магнитное напряжение на пару полюсов:
42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:
43. Намагничивающий ток:
Относительное значение:
VI. Параметры рабочего хода.
44. Активное сопротивление обмотки статора
(для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура Длина проводников фазы обмотки
где для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус B=0,01м, КЛ=1,4 (по табл.9.23)
Длина вылета лобовой части катушки
где по табл.9.23[1] kВЫЛ = 0,5 Относительное значение 45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора
где для литой алюминевой обмотки ротора Приводим
Относительное значение
46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
по табл.9.26 и по рис 9.50е: где по рис.8.50е[1]:
[где
Относительное значение 47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
где по табл. 8.25[1] (для рис. 8.52a[1]):
по рис. 8.52а[1] и рис. 4.1:
по (9.178)
[ по (9.181) Приводим Относительное значение
VII. Расчет потерь. ,
48. Потери в стали основные
[
где
для машин мощностью <250кВт приближенно можно принять
49. Поверхностные потери В роторе
для двигателей мощностью до 160кВт
для В статоре
для двигателей мощностью до 160кВт
для
50. Пульсационные потери В зубцах ротора
в зубцах статора
51. Cумма добавочных потерь в стали
52. Полные потери в стали
53. Механические потери [для двигателей с 2p=6 и Da = 0,230 коэффициент 54. Холостой ход двигателя
VIII. Расчет рабочих характеристик. 55. Параметры
Более точно:
Активная составляющая тока синхронного холостого хода:
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)
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
т.к.
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
где [по п.47
59. Пусковые параметры
60. Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока: для s=1
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)
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 рис.9.61 для Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
[
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:
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
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения:
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения: по (9.276)
62. Расчет токов и моментов:
Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения
Кратность пускового момента с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:
Полученный в расчете коэффициент насыщения: отличается от принятого 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])
|