Проектирование асинхронного электродвигателя серии 4А мощностью 5.5 кВт

Оглавление

 

Задание 3

Введение 4

Выбор главных размеров 5

Определение и сечения провода обмотки статора 5

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 7

Расчет ротора 8

Расчет намагничивающего тока 11

Параметры рабочего режима 12

Расчет потерь 15

Расчет рабочих характеристик 16

Расчет пусковых характеристик 18

Тепловой расчет 22

Расчет вентиляции 23

Список использованной литературы 24

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – Спецификация 25

Задание

 

Тип машины –  асинхронный двигатель 4А100L2У3

    1. Номинальная мощность 5.5 кВт
    2. Номинальное фазное напряжение  264 В
    3. Число полюсов  2р=2
    4. Степень защиты IP44
    5. Класс нагревостойкости изоляции F
    6. Кратность начального пускового момента 2
    7. Кратность начального пускового тока 7.5
    8. Коэффициент полезного действия η=0.875
    9. Коэффициент мощности cosj = 0.91
    10. Исполнение по форме монтажа М1001
    11. Воздушный зазор
    12. Частота сети f1= 60 Гц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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, электротехнической стали  и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономичных  и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно–хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и людских 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 А2, что даёт большую экономию дефицитных материалов.

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

Серия имеет широкий ряд  модификаций специализированных исполнений для максимальных удовлетворительных нужд электропривода.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор главных размеров

 

  1. Синхронная скорость вращения поля: 
  2. Высота оси вращения h=100 мм [двигатель 4А100L2У3]

 

  1. Внутренний диаметр статора 

 

 [Kd =0.565⋅(0.52÷0.57)]   табл.6–7, 1

  1. Полюсное деление 
  2. Расчетная мощность 

 

[]

  1. Электромагнитные нагрузки [стр.166, 1]
  2. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем

 

  1. Расчетная длина воздушного зазора:

 

при  
 

  1. Отношение 
     

Определение и сечения провода обмотки статора

 

  1.  Предельные значения t1 [стр.170, 1]
  2. Число пазов статора

 

 

Принимаем , тогда

 

  1.  Зубцовое деление статора:

 

  1.  Число эффективных проводников в пазу [предварительно при условии a=1]

 

 

  1.  Принимаем a =1, тогда
  2. Окончательные значения:

 

 

 

 

Значения А и Вδ находятся в допустимых пределах

  1. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

 

 

  1.  Сечение эффективного проводника (предварительно):

 

принимаем тогда 

обмоточный провод  ПЭТМ (стр. 470 табл. П–28 , 1)

 

 

  1.  Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

 

 

 

 

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

 

Рис.1. К расчету размеров зубцовой зоны

 

  1.  Принимаем предварительно [стр. 174, 1]

, тогда

 

[по табл.6–11, 1 для оксидированных листов стали ]

 

  1.  Размеры паза в штампе принимаем по [стр. 179, 1]

 

 

 

 

 

  1.  Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

 

 

 

Площадь поперечного сечения  паза для размещения проводников

 

 

Площадь поперечного сечения  корпусной изоляции в пазу:

 

  1.  Коэффициент заполнения паза

 

Расчет ротора

 

  1.  Воздушный зазор: 
  2. Число пазов ротора [стр. 185, 1 при ]   
  3. Внешний диаметр
  4. Длина:
  5. Зубцовое деление: 
  6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник непосредственно насажан на вал:

 

[ по табл.6–16, 1]

  1. Ток в стержне ротора:

 

  1. Площадь поперечного сечения  стержня:

 

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

  1. Паз ротора

Принимаем

Допустимая ширина зубца:

 

Размеры паза:

 

 

 

Полная высота паза:

 

Сечение стержня:

 

  1. Плотность тока в стержне:

 

  1. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

 

 

 

Размеры замыкающих колец

 

 

 

 

Рис.2

Рис. 3. Пазы статора и ротора

 

Таблица 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

—

—

—


Расчет намагничивающего тока

 

  1. Значение индукции

 

 

 

 

[расчетная высота ярма ротора при ; стр. 194, 1

 

  1. Магнитное напряжение воздушного зазора:

 

 

 

  1. Магнитное напряжение зубцовых зон:

Статора

  

Ротора

  

[по табл. П–17, для стали 2013

 

 

  1. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

 

  1. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

 

 

[по табл. П–16

 

 

 

 

[ по стр. 191 табл. 6–16, 1]

 

  1. Магнитное напряжение на пару полюсов:

 

  1. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

 

 

  1. Намагничивающий ток:

 

Относительное значение:

 

Параметры рабочего режима

 

  1. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

 

Для класса нагревостойкости изоляции расчетная

 

Длина проводников фазы обмотки:

 

 

 

 

 

 

Длина вылета лобовой части  катушки:

 

Относительное значение:

 

  1. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

 

 

 

 

Приводим  к числу витков обмотки статора:

 

 

  1. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

 

 

 

 

 

 

где – для однослойных обмоток

 

 

 

 

Относительное значение:

 

 

Рис.4.

  1. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

 

где по табл. 6–23,1

 

 

 

 

 

 

 

Приводим  к числу витков статора:

 

 

Относительное значение:

 

Рис.5.

Расчет потерь

 

  1. Основные потери в стали:

 

 

 

 

 

 

  1. Поверхностные потери в роторе:

 

 

 

 

  1. Пульсационные потери в зубцах ротора:

 

 

 

  1. Сумма добавочных потерь стали:

 

  1. Полные потери в стали:

 

  1. Механические потери:

 

 

  1. Добавочные потери при номинальном режиме:

 

  1. Холостой ход двигателя:

 

 

 

Расчет рабочих характеристик

 

  1. Последовательно включенные сопротивления схемы замещения

 

 

 

 

 

Активная составляющая тока синхронного холостого хода

 

 

 

 

Потери, не меняющиеся при  изменении скольжения:

 

Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь скольжением

Результаты расчета приведены  в табл. 2.

Характеристики представлены на рис. 6.

Таблица 2

№ п/п

Расчетная формула

Единица изм.

Скольжение

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

1

  

Ом

134.190

67.095

44.730

33.548

26.838

2

  

Ом

0

0

0

0

0

3

  

Ом

135.190

68.095

45.730

34.548

27.838

4

  

Ом

6.663

6.663

6.663

6.663

6.663

5

  

Ом

135.354

68.420

46.213

35.184

28.624

6

  

А

1.950

3.859

5.713

7.503

9.223

7

  

—

0.999

0.995

0.990

0.982

0.973

8

  

—

0.049

0.097

0.144

0.189

0.233

9

  

А

2.180

4.072

5.885

7.600

9.202

10

  

А

2.959

3.239

3.687

4.284

5.010

11

  

А

3.675

5.203

6.944

8.724

10.477

12

  

кВт

2.013

3.982

5.896

7.743

9.518

13

  

кВт

1.727

3.225

4.661

6.019

7.288

14

  

кВт

0.048

0.096

0.171

0.269

0.388

15

  

кВт

0.008

0.030

0.066

0.114

0.172

16

  

кВт

3.876

7.768

13.837

21.837

31.495

17

  

кВт

0.357

0.432

0.549

0.703

0.890

18

  

кВт

1,369

2,793

4,112

5,316

6.398

19

  

—

0.793

0.866

0.882

0.883

0.878

20

  

—

0.593

0.783

0.847

0.871

0.878


Расчет и построение круговой диаграммы:

 

 

Масштаб тока:

 

где – диаметр круговой диаграммы

Масштаб мощности:

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет пусковых характеристик

 

  1. Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжению .

 

Параметры с учетом вытеснения тока :

 

Для [рис. 6–46, 1]; [рис. 6–47,1].

Активное сопротивление  обмотки ротора:

 

 

 

 

 

Приведенное сопротивление  ротора с учетом действия эффекта  вытеснения тока:

 

Индуктивное сопротивление  обмотки ротора:

 

 

 

Ток ротора приближенно без  учета влияния насыщения:

 

  1. Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для  коэффициент насыщения

 

 

 

 

 

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:

 

 

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

 

 

 

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки  статора с учетом влияния насыщения:

 

Приведенное индуктивное  сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения:

 

 

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

 

 

Расчет токов и моментов:

 

 

 

 

 

 

Критическое скольжение:

 

 

 

 

 

Таблица 3

№ п/п

Расчетная формула

Скольжение

1

0.5

  

1

  

1.181

0.835

0.419

2

  

0.17

0

0

3

  

0.94

1

1

4

  

1.17

1

1

5

  

1.14

1

1

6

  

0.723

0.634

0.634

7

  

0.601

0.611

0.681

8

  

2.102

2.135

2.381

9

  

2.068

2.103

2.532

10

  

1.579

1.634

2.157

11

  

1.913

2.467

6.306

12

  

3.671

3.763

4.729

13

  

63.769

58.677

33.5

14

  

49.786

47.55

32.5

15

  

1.3

1.9

2.5

16

  

6.2

5.7

3.26


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловой расчет

 

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

 

[по табл. 6–30, по рис.6–59, ;

 

Перепад температуры в  изоляции пазовой части обмотки  статора:

 

[где ;

для изоляции класса нагревостойкости  В по стр. 237,1 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:

 

 

 

 

 

 

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой окружающей среды:

 

Расчет вентиляции

 

  1. Требуемый для охлаждения расход воздуха:

 

 

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

  1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. – М.: Энергия, 1980.
  2. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Электрические машины». – Екатеринбург, Российский государственный профессионально-педагогический университет, 2002.
  3. Кацман М.М. Электрические машины. – М.: Высш.шк., 1990.– 463с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 – Спецификация

Формат

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол-во

Примечание

       

Документация

    

А1

      

Общий вид

    

А4

      

Расчетно-пояснительная 

    
       

записка

    
             
       

Сборочные единицы

    
   

1

  

Статор в сборе

    
   

2

  

Ротор в сборе

    
   

3

  

Коробка выводов

    
             
       

Детали

    
   

4

  

Вал

    
   

5

  

Подшипниковый щит

    
   

6

  

Станина

    
   

7

  

Вентилятор

    
   

8

  

Кожух вентилятора

    
   

9

  

Пружина

    
             
       

Стандартные изделия

    
   

10

  

Винт М4*10 ГОСТ 1481-72

    
   

11

  

Гайка М8 ГОСТ5915-70

    
   

12

  

Шарикоподшипник 205

    
       

ГОСТ 8338-75

    
   

13

  

Болт М8*180 ГОСТ7805-70

    
   

14

  

Шпонка 6*4*50 ГОСТ8788-68

    

 

 


Проектирование асинхронного электродвигателя серии 4А мощностью 5.5 кВт