Разработка трехфазный асинхрооный двигатель

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Марта 2013 в 13:18, контрольная работа

Описание

Спроектировать трехфазный асинхрооный двигатель с
короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения со
следующими параметрами

Работа состоит из  1 файл

Расчетка- Салюков.pdf

— 189.45 Кб (Скачать документ)
Page 1
Задание
Спроектировать трехфазный асинхрооный двигатель с
короткозамкнутым ротором общепромышленного назначения со
следующими параметрами
Мощность
10,5 кВт
Напряжение
220/380 В
Число полюсов
2р=6
Частота
50 Гц
Исполнение по способу защиты
IP23
Конструктивное исполнение
1М1001
КПД
85%
сos ф
0,87

Page 2

1 .Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18,а со степенью защиты IP23
h
0.160
=
м
D
a
0.272
=
м
Частота вращения магнитного поля статора
n
60 f
p
60 50

3
=
1000
=
=
об
мин
2. Внутренний диаметр статора
определим по эмпирической
зависимости , используя данные табл.9.9 для
числа пар полюсов 2р=6
K
d
0.7
=
D
K
d
D
a

0.7 0.272

=
0.19
=
=
м
3
.Полюсное деление
τ
π D
2 p
π 0.1904

2 3
=
0.1
=
=
м
4 .Расчетная мощность машины
при известных отношениях
k
e1
0.965
=
по рис. 9.20
Cosϕ
1
0.85
=
и
η
1
0.88
=
из рис. 9.21
P
1
P
н
k
e1

η
1
Cosϕ
1

10500 0.965

0.88 0.85

=
13546.123
=
=
Вт
5 .Электромагнитные нагрузки предварительно примем по рис. 9.22,в
A
31000
=
A/м
B
δ
0.79
=
Тл
6 .Обмоточный коэффициент (предварительно) для однослойной
k
об1
0.92
=
7 .Расчетная длина воздушного зазора с учетом коэффициента формы поля
k
в
π
2 2

1.111
=
=
и
синхронной частоте вращения поля
Ω
2 π
n
60


2 π
1000
60


=
104.72
=
=
рад/с
L
δ
P
1
D
2
Ω
k
в
k
об1

AB
δ

13546.123
0.1904
2
104.72

1.111

0.92

31000

0.79

=
0.143
=
=
м
8. Критерием правильности
выбора
главных размеров служит отношение
λ
L
δ
τ
0.143
0.1
=
1.43
=
=
Отношение λ находится в пределах, показанных на рис. 9.25 для принятого исполнения
машины
0,9 ...
1,7 .
Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора
9 Предельные значения зубцовых делений t1 в зависимости от величины полюсного деления
для двигателей с обмоткой из круглого провода из рис. 9.26

Page 3

t
1max
0.0145
=
м
t
1min
0.011
=
м
10.Число пазов статора
Z
1max
π
D
t
1min

π
0.1904
0.011

=
54.378
=
=
Z
1min
π
D
t
1max

π
0.1904
0.0145

=
41.252
=
=
Принимаем
Z
1
54
=
Число пазов статора на полюс и фазу
m
3
=
q
Z
1
2 pm

54
2 33
=
3
=
=
Обмотка однослойная
11. Зубцовое деление статора окончательное значение
t
1
π D

2 pm
q
π 0.1904

2 333
=
0.0111
=
=
м
12. Число эффективных проводников в пазу (предварительно при числе параллельных ветвей а=1 )
при U
ф
220
=
В
и номинальном токе статора
I
1н1
P
н
m U
ф

η
1

Cosϕ
1

10500
3 220

0.88

0.85

=
21.269
=
=
A
I

I
1н1
21.269
=
=
А
u'
п
π DA

I
1н1
Z
1

π 0.1904

31000

21.269 54

=
16.145
=
=
принимаем
u'
п
16
=
13.Принимаем число параллельных ветвей в фазе обмотки статора
a
1
=
u
п
a u'
п

16
=
=
14.Окончательные значения:
Число витков в фазах обмоток
статора
w
1
u
п
Z
1

2 am

16 54

2 3
=
144
=
=
Линейная нагрузка
A
2 I
1н1

w
1

m

π D

2 21.269

144

3
π 0.1904

=
30721.612
=
=
А/м
Значение
магнитного потока
Ф
k
e1
U
ф

4 k
в
w
1

k
об1

f
0.965 220

4 1.111

144

0.92

50

=
7.212 10
3

×
=
=
Вб
Индукция в воздушном
зазоре
B
δ
p Ф

D L
δ

3 0.007

0.1904 0.143

=
0.771
=
=
Тл
15 .Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
AJ
1
180 10
9

=
А
2

3
из рис. 9.27,г

Page 4

J
1
AJ
1
A
180 10
9

30721.612
=
5859067.552
=
=
А/м
2
16 .Сечение эффективного проводника (предварительно)
q
эф
I

a J
1

21.269
5859067.552
=
3.63 10
6

×
=
=
м
2
17
Принимаем число элементарных проводников в одном эффективном
n
эл
6
=
Тогда
q
эл
q
эф
n
эл
3.63E-06
6
=
6.05 10
7

×
=
=
м
2
По приложению 3 выбираем диаметр круглого медного эмалированного провода марки ПЭТ-155
d
из
0.965 10
3


=
м с поперечным сечением
q
.1
0.636
=
мм
2
19. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора проводим по допустимым
значениям индукций в ярме и зубцах.
B
a
1.6
=
Тл
B
z1
1.6
=
Тл
L
ст1
L
δ
0.143
=
=
м
Значение коэффициента заполнения сердечника сталью из табл.9.13 при оксидировании листов k
c
0.97
=
Ширина зубца статора
b
z1
B
δ
t
1
L
δ

B
z1
L
ст1

k
c

0.771 0.01108

0.143

1.6 0.143

0.97

=
5.504 10
3

×
=
=
м
Высота ярма статора
h
a1
Ф
2 B
a

L
ст1

k
c

0.007
2 1.6

0.143

0.97

=
0.016
=
=
м
20 .Размеры паза в штампе. Примем толщину изоляции в зависимости от номинального
напряжения и мощности машины
b
из
0.0004
=
м
припуск по ширине и высоте паза из табл. 9.14 ∆b
п
0.2 10
3


=
м
∆h
п
0.2 10
3


=
м
Ширина шлица паза
b
ш
3.7 10
3


=
м
Высота шлица паза
h
ш
1 10
3


=
м
Размеры
паза
в штампе
h
п1
D
a
D

2
h
a1

0.272
0.1904

2
0.016

=
0.025
=
=
м
b
1
D
2 h
п1

+
(
)
π
Z
1
b
z1

0.1904
2 0.0248

+
(
) π
54
0.006

=
7.963 10
3

×
=
=
м
b
2
D
2 h
ш

+
b
ш

(
)
π
Z
1
b
z1


Z
1
π

0.1904
2 10
3


+
3.7 10
3



(
)
π
54 0.006


54 π

=
5.286 10
3

×
=
=
м
h
1c
h
п1
h
ш
b
2
b
ш

2
+







0.0248
10
3

0.00529
3.7 10
3



2
+







=
0.023
=
=
м
21 . Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

Page 5

b'
1
b
1
∆b
п

0.00796
0.2 10
3



=
7.76 10
3

×
=
=
м
b'
2
b
2
∆b
п

0.00529
0.2 10
3



=
5.09 10
3

×
=
=
м
h'
1
h
1c
∆h
п

0.023 0.2 10
3



=
0.023
=
=
м
Площадь поперечного сечения прокладок
S
пр
0
=
м
2
Площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу
S
из
b
из
2 h
п1

b
1
+
b
2
+
(
)

0.0004 2 0.0248

0.00796
+
0.00529
+
(
)

=
2.514 10
5

×
=
=
м
2
Площадь поперечного сечения паза, остающаяся свободной для размещения проводников
обмотки
S'
п
b'
1
b'
2
+
2
h'
1

S
из

S
пр

0.00776
0.00509
+
2
0.023

2.514E-05

0

=
1.226 10
4

×
=
=
м
2
22.
Коэффициент заполнения паза
k
з
d
из
2
u
п
n
эл

S'
п
0.965 10
3


(
)
2
16

6
0.00012264
=
0.73
=
=
Рекомендуемое значение коэффициента заполнения паза для двигателей с 2*р=4 находится в пределах 0.7 - 0.74
18 .Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
А
м
2
J
1
I

a q
.1
( )

n
эл

10
6


21.269
0.636 610
6


=
5.574 10
6
×
=
=
Вывод: Определил Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора, коэффициент заполнения паза
находится в нужном диапазоне.

Page 6


Page 7

Расчет ротора
23
Выбор воздушного зазора
Окончательно принимаем величину воздушного зазора из рис. 9.31
δ
0.3 10
3


=
м
24 Число пазов ротора выбираем по рекомендации из табл. 9.18 при условии Z
1
>Z
2
Z
2
38
=
25.
Внешний диаметр
D
2
D
2 δ

0.1904
2 0.3 10
3




=
0.19
=
=
м
26 Длина
L
2
L
ст1
0.143
=
=
м
27.
Зубцовое деление
t
2
π D
2

Z
2
π 0.19

38
=
0.016
=
=
м
28. Внутренний диаметр ротора при непосредственной посадке на вал при
k
в2
0.23
=
из табл. 9.19
при высоте оси вращения h=71...250мм
D
в
k
в2
D
a

0.23 0.272

=
0.063
=
=
м
D
j
D
в
0.063
=
=
м
29. Ток в стержне ротора при коэффициенте, учитывающем влияние тока намагничивания на отношение I
1
/I
2
k
i
k
i
0.2
0.8 Cosϕ
1

+
0.2
0.8 0.85

+
=
0.88
=
=
коэффициент приведения токов
ν
i
2 m
w
1

k
об1

Z
2
2 3144

0.92

38
=
20.918
=
=
I
2
k
i
ν
i
I
1н1

0.88 20.918

21.269

=
391.516
=
=
A
30
.Площадь поперечного сечения стержня
Плотность тока в стержне литой обмотки, выполненной
из медных стержней
примем
J
2
2.5 10
6

=
А
м
2
q
c
I
2
J
2
391.516
2.5 10
6

=
1.566 10
4

×
=
=
м
2
31 Паз ротора выполним трапецеидальный сужающийся в верхней части при числе пар полюсов 2*р=4
По допустимой индукции (табл. 9.12) определяем ширину зубца ротора
B
z2
1.70
=
Тл
b
ш2
1.5 10
3


=
м
b
z2н
B
δ
t
2
L
2

B
z2
L
ст1

k
c

0.771 0.016

0.143

1.70 0.143

0.97

=
7.481 10
3

×
=
=
м
Высота перемычки над пазом для двигателей с 2р=4 равна h'
ш
0.3 10
3


=
м
Размеры
паза
h
ш
0.7 10
3


=
м
(
)
(
)

Page 8

b

π D
2
2 h'
ш


2 h
ш


(
)

Z
2
b
z2н


π
Z
2
+
π 0.19 2 0.3 10
3




2 0.7 10
3




(
)

38 0.0074809


π
38
+
=
7.446 10
3

×
=
=
м
b

b

2
Z
2
π
π
2
+







4 q
c


Z
2
π
π
2
+
0.0074461
2
38
π
π
2
+







4 0.00015661


38
π
π
2
+
=
3.1 10
3

×
=
=
м
h

b

b


(
)
Z
2
2 π

0.0074461
0.003

(
)
38
2 π

=
0.027
=
=
м
Уточняем площадь поперечного сечения
стержня
ротора
q
c
π
8
b

2
b

2
+





b

b

+
(
)
h

2

+
π
8
0.0074461
2
0.003
2
+
(
)

0.003
0.0074461
+
(
)
0.027
2

+
=
1.663 10
4

×
=
=
м
2
32. Высота паза ротора
h
п2
h

b

2
+
b

2
+
h'
ш
+
0.027
0.003
2
+
0.0074461
2
+
0.3 10
3


+
=
0.033
=
=
м
b
zBmax
π
D
2
2 h'
ш

b

+
(
)

Z
2

b


π
0.19
2 0.3 10
3



0.0074461
+
(
)

38

0.0074461

=
7.597 10
3

×
=
=
м
b
zBmin
D
2
2 h
п2


b

+
Z
2
π
b


0.19 2 0.033


0.003
+
38
π
0.003

=
7.5 10
3

×
=
=
м
b
z2ср
b
zBmax
b
zBmin
+
2
0.0076
0.0075
+
2
=
7.55 10
3

×
=
=
м
33 .Плотность тока в стержне
J
2
I
2
q
c
391.516
0.00016633
=
2.354 10
6
×
=
=
A/м
2
34. Короткозамыкающие кольца

2 sin
p π
Z
2







2 sin
3 π
38







=
0.491
=
=
ток в кольце
I
кл
I
2

391.516
0.491
=
797.385
=
=
А
плотность тока в замыкающем кольце
J
кл
0.85 J
2

0.85 2353850.779

=
2000773.162
=
=
А/м
2
площадь поперечного сечения
q
кл
I
кл
J
кл
797.385
2000773.162
=
3.985 10
4

×
=
=
м
2
размеры замыкающих колец
b
кл
1.25 h
п2

1.25 0.033

=
0.041
=
=
м

Page 9

a
кл
q
кл
b
кл
0.00039854
0.041
=
9.72 10
3

×
=
=
м
D
клср
D
2
b
кл

0.19 0.041

=
0.149
=
=
м
Вывод: Сделал расчет ротора, выбрал число пазов и пазы ротора.
Расчет магнитной цепи
35
Магнитное напряжение воздушного зазора
γ
b
ш
δ






2
5
b
ш
δ
+
3.7 10
3


0.3 10
3










2
5
3.7 10
3


0.3 10
3


+
=
8.776
=
=
k
δ
t
1
t
1
γ δ

0.01108
0.01108
8.776 0.3 10
3




=
1.312
=
=
F
δ
1.59 10
6

B
δ

k
δ
δ
1.59 10
6

0.771

1.312

0.3 10
3



=
482.51
=
=
A
36 .Значения индукций в зубцах и ярме статора и ротора
B
z1
B
δ
t
1
L
δ

b
z1
L
ст1

k
c

0.771 0.01108

0.143

0.006 0.143

0.97

=
1.468
=
=
Тл
B
z2
B
δ
t
2
L
δ

b
z2ср
L
2

k
c

0.771 0.016

0.143

0.00755 0.143

0.97

=
1.684
=
=
Тл
B
a
Ф
2 h
a1

L
ст1

k
c

0.007
2 0.016

0.143

0.97

=
1.577
=
=
Тл
Высота ярма ротора при непосредственной посадке сердечника ротора на вал и отсутствии
аксиальных вентиляционных
каналов
h'
j
2
p
+
3.2 p
D
2
2
h
п2








2
3
+
3.2 3
0.19
2
0.033








=
0.032
=
=
м
B
j
Ф
2 h'
j

L
ст1

k
c

0.007
2 0.032

0.143

0.97

=
0.789
=
=
Тл
37 .Магнитное напряжение для зубцовой зоны
для стали 2212
по приложению П1.10
H
z1
1210
=
A/м
H
z2
1390
=
A/м
h
z1
h
п1
0.025
=
=
м
h
z2
h
п2
0.033
=
=
м
статор
F
z1
2 h
z1

H
z1

2 0.0248

1210

=
60.016
=
=
А
ротор
F
z2
2 h
z2

H
z2

2 0.033

1390

=
91.74
=
=
A
38 Коэффицифент насышения зубцовой зоны
+

Page 10

k
z
F
z1
F
z2
+
F
δ
1
+
60.016
91.74
+
482.51
1
+
=
1.315
=
=
39 .Магнитные напряжения ярм статора и ротора
L
a
π D
a
h
a1

(
)

2 p
π 0.272
0.016

(
)

2 3
=
0.134
=
=
м
H
a
920
=
A/м
H
j
130
=
A/м
h
j
D
2
D
j

2
h
п2

0.19 0.063

2
0.033

=
0.031
=
=
м
L
j
π D
j
h
j
+
(
)

2 p
π 0.063
0.0305
+
(
)

2 3
=
0.049
=
=
м
40.
F
a
L
a
H
a

0.134 920

=
123.28
=
=
A
F
j
L
j
H
j

0.049 130

=
6.37
=
=
A
41. Магнитное напряжение на пару полюсов
F
ц
F
δ
F
z1
+
F
z2
+
F
a
F
j
+
+
482.51
60.016
+
91.74
+
123.28
6.37
+
+
=
763.92
=
=
А
42. Коэффициент насыщения магнитной цепи
k
μ
F
ц
F
δ
763.92
482.51
=
1.583
=
=
43. Намагничивающий ток
I
μ
p F
ц

0.9 m
w
1

k
об1

3 763.92

0.9 3144

0.92

=
6.407
=
=
А
Относительное значение
I'
μ
I
μ
I
1н1
6.407
21.269
=
0.3
=
=
Вывод: Выполнил расчет магнитной цепи. Относительное значение намагничивания находится в пределах
допустимого.
Параметры рабочего режима
44. Активное сопротивление фазы обмотки статора, выполненной без укорочения шага
β
1
=
b
кт
π D
h
п1
+
(
)

2 p
β
π 0.1904
0.0248
+
(
)

2 3
=
0.113
=
=
м
B
0.01
=
м
k
л
1.3
=
и k
выл
0.4
=
коэффициенты

из табл. 9.23
Длина лобовой части всыпной обмотки статора
L
л1
k
л
b
кт

2 B
+
1.3 0.113

2 0.01

+
=
0.167
=
=
м
Средняя длина витка обмотки
L
п1
L
ст1
0.143
=
=
м
L
ср1
2 L
п1
L
л1
+
(
)

2 0.143 0.167
+
(
)

=
0.62
=
=
м
Общая длина проводников фазы обмотки

Page 11

L
11
L
ср1
w
1

0.62 144

=
89.28
=
=
м
Удельное сопротивление материала обмотки
ρ
115с
10
6

41
=
Ом м
при коэффициенте увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта
вытеснения тока
k
r
1.0
=
r
1
k
r
ρ
115с

L
11
q
эф
a

1.0
10
6

41

89.28
3.63E-06

=
0.6
=
=
Ом
длина вылета лобовой части катушки
L
выл
k
выл
b
кт

B
+
0.4 0.113

0.01
+
=
0.055
=
=
м
относительное значение
r'
1
r
1
I
1н1
U
ф

0.6
21.269
220

=
0.058
=
=
45 .Активное сопротивление фазы обмотки ротора
ρ
115р
10
6

20.5
=
Ом м
удельное

сопротивление материала обмотки
r
c
ρ
115р
L
2
q
c

10
6

20.5
0.143
0.00016633

=
4.194 10
5

×
=
=
Ом
r
кл
ρ
115р
π D
клср

Z
2
q
кл


10
6

20.5
π 0.149

38 0.00039854


=
1.508 10
6

×
=
=
Ом
r
2
r
c
2 r
кл


2
+
4.194E-05
2 2E-06

0.491
2
+
=
5.853 10
5

×
=
=
приводим к числу витков обмотки статора
r'
2
r
2
4m

w
1
k
об1

(
)
2

Z
2
5.9E-05 43
144 0.92

(
)
2

38
=
0.327
=
=
Ом
r''
2
r'
2
I
1н1
U
ф

0.327
21.269
220

=
0.03161
=
=
Ом
k
β
k'
β
46 .Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
Из эскиза паза статора
принимаем
h
2
h
1c
2 b
из


0.0222
=
=
м
h
1
0
=
h
k
0.5 b
1
b
ш

(
)

0.5 0.00796
3.7 10
3



(
)

=
0.00213
=
=
м
Коэффициент
магнитной проводимости пазового рассеяния
λ
п1
h
2
3 b
1

k
β

3 h
k

b
1
2 b
ш

+
h
1
b
1
+
h
ш
b
ш
+






k'
β

+
0.0222
3 0.00796

3 0.00213

0.00796
2 3.7 10
3



+
0
0.00796
+
0.7 10
3


3.7 10
3


+








+
=
1.535
=
=
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

Page 12

λ
л1
0.34
q
L
δ

L
л1
0.64 βτ

(
)

0.34
3
0.143

0.167
0.64 0.1


(
)

=
0.735
=
=
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния
t
2
t
1
1.444
=
βск
0
=
k'
ск
1.3
=
из рис. 9.51,д
ξ
2 k'
ск

k
β

k
об1
2
t
2
t
1






2


2 1.3

0.92
2
0.016
0.01108






2


=
0.835
=
=
λ
д1
t
1
12 δk
δ

ξ
0.01108
12 0.3 10
3



1.312

0.835

=
1.959
=
=
Ом
x
1
15.8
f
100

w
1
100






2

L
δ
p q

λ
п1
λ
л1
+
λ
д1
+
(
)

15.8
50
100

144
100






2

0.143
3 3

1.535
0.735
+
1.959
+
(
)

=
1.101
=
=
Ом
относительное значение
x''
1
x
1
I
1н1
U
ф

1.101
21.269
220

=
0.106
=
=
47 .Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора
Коэффициент магнитной проводимости
пазового рассеяния
h
0
h
1
0.4 b
2

+
0
0.4 0.00529

+
=
0.002116
=
=
м
h
ш
7 10
4

×
=
м
h'
ш
3 10
4

×
=
м
λ
п2
h
0
3 b


1
π b

2

8 q
c










2

0.66
+
b
ш
2 b
1










k
д

h
ш
b
ш
+
1.12 h'
ш

10
6

I
2
+
=
λ
п2
1.547
=
λ
п2
0.002336
3 0.0065485

1
π 0.0065485
2

8 7.863E-05








2

0.66
+
3.7 10
3


2 0.00879










0.7 10
3


3.7 10
3


+
1.12 0.3 10
3



10
6

374.234
+
=
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния
λ
л2
2.3 D
клср

Z
2
L
δ


2

log 4.7
D
клср
2 b
кл

a
кл
+








2.3 0.149

38 0.143

0.491
2

log 4.7
0.149
2 0.041

0.01
+








=
0.231
=
=
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния принимаем
ξ
1
=
λ
д2
t
2
12 δk
δ

ξ
0.016
12 0.3 10
3



1.312

=
3.388
=
=
x
2
7.9 10
6


fL
δ

λ
п2
λ
л2
+
λ
д2
+
(
)

7.9 10
6


50

0.143

1.547
0.231
+
3.388
+
(
)

=
2.918 10
4

×
=
=
Ом
приводим к числу витков статора

Page 13

x'
2
x
2
4m

w
1
k
об1

(
)
2

Z
2
0.0002918 43
144 0.92

(
)
2

38
=
1.61727
=
=
Ом
относительное значение
x''
2
x'
2
I
1н1
U
ф

1.617
21.269
220

=
0.156
=
=
Вывод: Cделал расчет параметров рабочего режима.
Расчет потерь
48 .Потери в стали основные
γ
c
7.8 10
3

=
кг/м
3
удельное сопротивление стали
Масса зубцов статора
m
z1
h
z1
b
z1

Z
1

L
ст1

k
c
γ
c

0.0248 0.006

54

0.143

0.97

7.8 10
3


=
8.694
=
=
кг
Масса ярма статора
h
a
0.5 D
a
D

(
)

h
п1

0.5 0.272
0.1904

(
)

0.0248

=
0.016
=
=
м
m
a
π D
a
h
a

(
)

h
a
L
ст1

k
c
γ
c

π 0.272 0.016

(
)

0.016

0.143

0.97

7.8 10
3


=
13.922
=
=
кг
для стали 2212 примем удельные потери мощности по табл.9.28
p
10_50
2.2
=
Вт/кг
k
да
1.6
=
k
дz
1.8
=
для машин малой мощности
P
ст_осн
p
10_50
k
да
B
a
2

m
a

k
дz
B
z1
2

m
z1

+





2.2 1.6 1.577
2

13.922

1.8 1.468
2

8.694

+
(
)

=
196.067
=
=
Вт
49 Поверхностные потери в роторе
b
ш
δ
12.333
=
β
02
0.39
=
по рис.9.53,б
Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора
B
02
β
02
k
δ
B
δ

0.39 1.312

0.771

=
0.395
=
=
Тл
k
02
1.7
=
коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора
на удельные потери
Удельные поверхностные потери в роторе
p
пов2
0.5 k
02

Z
1
n
10000






1.5

t
1
B
02

10
3





2

0.5 1.7

54 1000

10000






1.5

0.01108 0.395

10
3

(
)
2

=
204.307
=
=
Вт/м
2
P
пов2
p
пов2
t
2
b
ш2

(
)

Z
2

L
2

204.307 0.016
1.5 10
3



(
)

38

0.143

=
16.098
=
=
Вт
50 .Пульсационные потери в зубцах ротора
Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов
B
пул2
γ δ
2 t
2

B
z2

8.776 0.3 10
3



2 0.016

1.684

=
0.139
=
=
Тл
Масса зубцов ротора

Page 14

m
z2
Z
2
h
z2

b
z2ср

L
2

k
c
γ
c

38 0.033

0.00755

0.143

0.97

7.8 10
3


=
10.243
=
=
кг
P
пул2
0.11
Z
1
n
1000
B
пул2







2
m
z2


0.11
54 1000

1000
0.139







2
10.243


=
63.48
=
=
Вт
51 .Сумма добавочных потерь в стали
Поверхностные и пульсационные потери в статорах двигателей с короткозамкнутыми роторами
со стержневой обмоткой обычно малы, так как паз проектируемого ротора закрытый и
пульсации индукции в воздушном зазоре над головками зубцов статора незначительны.
P
ст_доб
P
пов2
P
пул2
+
16.098
63.48
+
=
79.578
=
=
Вт
52 .Полные потери в стали
P
ст
P
ст_осн
P
ст_доб
+
196.067
79.578
+
=
275.645
=
=
Вт
53 .Механические потери
K
т
7
=
при 2р=4 для двигателей с D
a
>0.25 м
P
мех1
K
т
n
1000






2
10 D

(
)
3


7
1000
1000






2
10 0.1904

(
)
3


=
48.317
=
=
Вт
54 .Добавочные потери при номинальном режиме
P
доб_н
0.005
P
н
η
1

0.005
10500
0.88

=
59.659
=
=
Вт
55 .Холостой ход двигателя
P
э1хх
3 I
μ
2
r
1


3 6.407
2
0.6


=
73.889
=
=
Вт
I
хха
P
ст
P
мех1
+
P
э1хх
+
3 U
ф

275.645
48.317
+
73.889
+
3 220

=
0.603
=
=
А
Ток холостого хода
I
хх
I
хха
2
I
μ
2
+
0.603
2
6.407
2
+
=
6.435
=
=
А
Коэффициент мощности в режиме холостого хода
Cosϕ
хх
I
хха
I
хх
0.603
6.435
=
0.094
=
=
Вывод: Выполнил расчет потерь асинхронного двигателя, рассчитал механические потери и коэффициент мощности в
режиме х.х.
Расчет рабочих характеристик
Рабочими характеристиками асинхронных двигателей называют зависимости Р1,I1,соsφ,η,s=f(Р2). Часто к ним
относят зависимость М=f(P2).
Методы расчета характеристик базируются на системе уравнений токов и напряжений асинхронной машины,
которой соответствует Г-образная схема замещения.

Page 15

r
12
P
ст_осн
m I
μ
2

196.067
3 6.407
2

=
1.592
=
=
Ом
x
12
U
ф
I
μ
x
1

220
6.407
1.101

=
33.236
=
=
Ом
c
1
1
x
1
x
12
+
1
1.101
33.236
+
=
1.033
=
=
I
0a
P
ст_осн
3 I
μ
2

r
1

+
3 U
ф

196.067
3 6.407
2

0.6

+
3 220

=
0.409
=
=
А
a'
c
1
2
1.067
=
=
b'
0
=
a
c
1
r
1

1.033 0.6

=
0.62
=
=
b
c
1
x
1
c
1
x'
2

+
(
)

1.033 1.101
1.033 1.617

+
(
)

=
2.863
=
=
S
н
r''
2
0.032
=
=
Таблица №1
Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым
ротором
U
ф
220
=
В
U
л
380
=
В 2 p
6
=
I

21.269
=
А
P
ст
P
мех1
+
323.962
=
Вт
P
доб_н
59.659
=
Вт
I
0a
0.409
=
А I
0p
I
μ
=
I
μ
6.407
=
А r
1
0.6
=
r'
2
0.327
=
Ом
c
1
1.033
=
a' 1.067
=
a
0.62
=
b' 0
=
b
2.863
=

Page 16

Полученные данные таблицы
№1
0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,032
1
Ом
69,788 34,894 23,263 17,447 13,958 11,631 9,970 11,039
2
Ом
0
0
0
0
0
0
0
0
3
Ом
70,407 35,514 23,882 18,067 14,577 12,251 10,589 11,659
4
Ом
2,863
2,863 2,863
2,863
2,863 2,863 2,863 2,863
5
Ом
70,466 35,629 24,053 18,292 14,856 12,581 10,97 12,005
6
A
3,1221 6,1748 9,1463 12,027 14,809 17,487 20,055 18,326
7
0,9992 0,9968 0,9929 0,9877 0,9813 0,9738 0,9653 0,9712
8
0,0406 0,0804 0,119 0,1565 0,1927 0,2275 0,261 0,2385
9
A
3,5285 6,5638 9,4904 12,288 14,941 17,437 19,769 18,206
10
A
6,5338 6,9032 7,4956 8,2893 9,2608 10,386 11,641 10,777
11
A
7,4257 9,5256 12,093 14,822 17,578 20,296 22,942 21,157
12
A
3,2251 6,3785 9,4482 12,424 15,298 18,064 20,717 18,93
13
кВт
2,3288 4,3321 6,2636
8,11
9,8607 11,508 13,048 12,016
14
кВт
0,0993 0,1633 0,2633 0,3955 0,5562 0,7414 0,9474 0,8057
15
кВт
0,0102 0,0399 0,0876 0,1514 0,2296 0,3201 0,421 0,3516
16
кВт
0,0073 0,012 0,0193 0,029 0,0407 0,0543 0,0694 0,059
17
кВт
0,4407 0,5392 0,6941 0,8998 1,1505 1,4398 1,7618 1,5402
18
кВт
1,8881 3,793 5,5696 7,2102 8,7103 10,068 11,286 10,476
19
0,8108 0,8755 0,8892 0,889 0,8833 0,8749 0,865 0,8718
20
0,4752 0,6891 0,7848 0,829
0,85 0,8591 0,8617 0,8605
Еди
ница
Расчетная
формула

п/п.
Скольжение
2
2
X
R
Z
+
=
Z
U
I
н1
"
2
=
Z
R
cos
'
2
=
ϕ
Z
X
=
'
2
sin
ϕ
'
2
"
2
1
cos
ϕ
I
I
I
oa
a
+
=
'
2
"
2
op
p1
sin
I
I
I
ϕ
+
=
2
1
2
1
1
p
a
I
I
I
+
=
"
2
1
'
2
Ic
I =
3
1
1
1
10
3


=
a
н
I
U
P
3
1
2
1
1
10
3


= rI
P
э
3
'
2
2'
2
2
10
3


= r
I
P
э
2
1
1
.








=
н
н
доб
доб
I
I
Р
P
Р
Σ
Р
Р
Р
Σ

=
1
2
1
1
Р
Р
Σ

=
η
1
1
cos
I
I
a
=
ϕ
s
r
a
'
2
'
s
r
b
'
2
'
s
r
a
a
R
'
2
'
+
=
s
r
b
b
X
'
2
'
+
=
Рабочие характеристики представлены на рис.2
S
н
0.032
=

Page 17

0
5
10
0
10
20
30
40
50
0
0.01
0.02
0.03
0.04
I ( P )
S ( P )
P2, кВт
I
,
A
S
0
5
10
15
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
КПД ( P )
cosф ( Р )
P2, кВт
К
П
Д
c
o
s
ф
Рисунок2. Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором
Вывод: Выполнил расчет рабочих характеристик и построил графики спроектированного двигателя с
короткозамкнутым ротором
Расчет пусковых характеристик.
Расчет пусковых характеристик происходит при скольжении равном единице.

Page 18

Высота стержня в пазу:
hc
h
п2
0.5 10
3



0.033
0.5 10
3



=
0.0325
=
=
м
Приведенная высота:
ξ
63.61 hc

s

63.61 0.0325

1

=
2.067
=
=
По ([Л1], стр. 216, рис. 6-46) и по ([Л1], стр. 217, рис. 6-47) находим:
ϕ
0.484
=
,
ϕ'
0.97
=
Глубина проникновения тока:
hr
hc
1
ϕ
+
0.0325
1
0.484
+
=
0.0219
=
=
м
Площадь сечения стержня, ограниченного выстой hr:
br
b

b

b


h

hr
b

2









0.0074461
0.0074461
0.003

0.027
0.0219
0.0074461
2









=
0.004453
=
=
м
qr
π
b

2
8

b

br
+
2
hr
b

2








+
π
0.0074461
2
8

0.0074461
0.004453
+
2
0.0219
0.0074461
2








+
=
0.00013
=
=
м
2
Коэффициент kr:
kr
q
c
qr
0.00016633
0.00013
=
1.279
=
=
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием вытеснения тока:
KR
1
r
c
r
2
kr
1

(
)

+
1
4.194E-05
5.9E-05
1.279
1

(
)

+
=
1.198
=
=
KR
Активное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения:
r2ξ'
KR r'
2

1.198 0.327

=
0.3917
=
=
Ом
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом вытеснения:

ϕ'
=
λп2ξ
h

3 b
1

1
π b
1
2

8 q
c










2

0.66
+
b
ш2
2 b
1










1


(
)

0.027
3 0.00796

1
π 0.00796
2

8 0.00016633








2

0.66
+
1.5 10
3


2 0.00796










1
0.97

(
=
=
λп2ξ
0.042
=
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора с учетом вытеснения:
Kx
λп2ξ
λ
л2
+
λ
д2
+
λ
п2
λ
л2
+
λ
д2
+
0.0415
0.231
+
3.388
+
1.547
0.231
+
3.388
+
=
0.709
=
=
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения:
x2ξ'
Kx x'
2

0.709 1.617

=
1.15
=
=
Ток в обмотке ротора:
I2'
U
ф
r
1
r2ξ'
s
+






2
x
1
x2ξ'
+
(
)
2
+
220
0.6
0.3917
1
+






2
1.101
1.15
+
(
)
2
+
=
89.439
=
=
А
i

Page 19

Формуляррасчетапусковыххарактеристикасинхронногодвигателя
1,00
0,80
0,50
0,30
0,20
0,10
0,05
0,01
1
-
2,067
1,849
1,462
1,132
0,925
0,654 0,4623 0,2067
2
-
0,480
0,490
0,500
0,520
0,550
0,700
0,87
0,99
3
-
1,103
1,085
1,408
1,129
1,050
1,005 0,9944 0,991
4
-
1,073
1,061
1,290
1,092
1,035
1,004
0,996 0,9936
5
Ом
0,351 0,34685 0,4219 0,3571 0,33854 0,32818 0,3257 0,3249
6
-
0,92
0,95
0,97
0,98
0,985
0,99
0,997 0,999
7
-
0,5938 0,60289 0,609 0,61202 0,61354 0,61507 0,6172 0,6178
8
Ом
0,96010 0,97487 0,98471 0,98964 0,99210 0,99456 0,998 0,999
9
Ом
1,0949 1,11521 1,1316 1,15264 1,18029 1,31128 1,4628 1,574
10
Ом
0,7446 0,75073 0,7569 0,76927 0,78797 0,88437 1,0018 1,093
11
-
1,0142 1,01427 1,0144 1,01462 1,01497 1,01681 1,019 1,0208
12
Ом
0,9559 1,03974 1,4559 1,80773 2,31804 3,93691 7,2379 33,765
13
Ом
1,855 1,88186 1,9048 1,93876 1,98593 2,2177 2,4925 2,6997
14
А
105,42 102,326 91,763 82,9942 72,074 48,688 28,739 6,4948
15
А
107,63 104,514 93,77 84,8587 73,7571 50,0298 29,792 7,8367
16
-
5,0606 4,9139 4,4088 3,98978 3,46782 2,35224 1,4007 0,3685
17
-
0,8335 0,97007 1,5183 1,75204 1,87897 1,66239 1,1497 0,2929
Еди
ница
Расчетная
формула

п/п.
Скольжение
r
c
r
q
q
k =
(
)
1
k
r
r
1
K
r
2
c
R

+
=
'
2
R
'
2
r
K
r

=
ξ
2
2
x
K
λΣ
λΣ
=
ξ
'
2
x
'
2
x
K
x

=
ξ
2
нас
2
'
2
'
нас
2
x
x
λΣ
λΣ
=
ξ
ξ
1
нас
1
1
нас
1
x
x
λ
Σ
λ
Σ
=
п
12
нас
1
нас
.п1
х
х
1
с
+
=
s
r
c
r
а
'
2
нас
.п
1
1
п
ξ
+
=
нас
2
1п.нас

п
х'
с
х
b
ξ

+
=
2
п
2
п
н
1
'
2
b
а
U
I
+
=
(
)
п
12
нас
.п
1
2
п
12
п
2
п
'
2
1
х
с
х
b
a
I
I

+
+
=
н
I
I
I
1
1
*
1
=
s
s
K
I
I
М
М
М
н
R
2
'

'
2п
н
*








=
=
ξ
ϕ
`
ϕ
=
д
k
Пусковые характеристики представлены на рис.3

Page 20

0
0.2
0.4
0.6
0.8
0
2
4
6
0
0.5
1
1.5
2
I* ( S )
M* ( S )
S
I
*
M
*
Рисунок 3. Пусковые характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Вывод: Выполнил расчет пусковых характеристик и построил графики спроектированного двигателя с
короткозамкнутым ротором
10. Тепловой расчет
64 .Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над
температурой воздуха внутри двигателя.
- коэффициент увеличения потерь для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F
k
ρ
1.07
=
P
э1
805.691
=
Вт электрические потери в обмотках статора в номинальном режиме
Электрические потери в пазовой части катушки
P'
эп1
k
ρ
P
э1

2L
ст1
L
ср1

1.07 805.691

2 0.143

0.62

=
397.67
=
=
Вт
K
0.2
=
по табл. 9.35 при 2р=4
α
1
110
=
Вт
м
2
град

коэффициент теплоотдачи с поверхности по рис. 9.67,б
°C
∆ν
пов1
K
P'
эп1
P
ст_осн
+
π D
a

α
1

L
ст1


0.2
397.67
196.067
+
π 0.272

110

0.143


=
8.8344
=
=
65 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора
Средние значения коэффициентов теплопроводности внутренней изоляции катушек

Page 21

λ
экв
0.16
=
Вт
м град

λ'
экв
1.1
=
Вт
м град

Расчетный периметр поперечного сечения паза статора
П
п1
h
п1
b
1
+
(
)
2
0.0248
0.00796
+
(
) 2
=
0.06552
=
=
м
Односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки
b
из1
0.1 10
3


=
м
°C
∆ν
изп1
P'
эп1
Z
1
П
п1

L
ст1

b
из1
λ
экв

397.67
54 0.06552

0.143

0.1 10
3


0.16

=
0.49125
=
=
66 Перепад температуры в толщине изоляции лобовых частей
Электрические потери в лобовой части катушки статора
P'
эл1
k
ρ
P
э1

2 L
л1

L
ср1

1.07 805.691

2 0.167

0.62

=
464.42
=
=
Вт
П
л1
П
п1
0.066
=
=
м
b
изл1
0.1 10
3


=
м
°C
∆ν
изл1
P'
эл1
2 Z
1

П
л1

L
л1

b
изл1
λ
экв

464.42
2 54

0.06552

0.167

0.1 10
3


0.16

=
0.24563
=
=
67 Превышение температуры наружной поверхности над температурой воздуха внутри машины
°C
∆ν
повл1
K P'
эл1

2 πDL
выл

α
1

0.2 464.42

2 π0.1904

0.055

110

=
12.833
=
=
68 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, градусов
∆ν'
1
∆ν
пов1
∆ν
изп1
+
L
ср1
L
ст1

2
∆ν
изл1
∆ν
повл1
+
L
ср1
2L
л1

+
8.8344
0.49125
+
0.62
0.143

2
0.24563
12.833
+
0.62
20.167

+
=
=
=
69 Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды
α
b
20
=
из рис.9.67,б
Среднее значение периметра поперечного сечения ребер корпуса асинхронной машины
Π
р
0.32
=
м
из рис. 9.70 при высоте оси вращения h 0.16
=
мм
Поверхность ребер станины
S
кор
D
a
π

р
+
(
)
L
ст1
2 L
выл

+
(
)

0.272 π
8 0.32

+
(
) 0.143
2 0.055

+
(
)

=
0.8639
=
=
м
2
Суммарные потери мощности в номинальном режиме
SP
1540
=
Вт
P
э2
352
=
Вт
SP'
SP
k
ρ
1

(
)
P
э1
P
э2
+
(
)

+
1540
1.07 1

(
) 805.691
352
+
(
)

+
=
1621.0
=
=
Вт
Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя
SP'
в
SP'
1
K

(
)
P'
эп1
P
ст_осн
+
(
)


0.9 P
мех1


1621.0
1
0.2

(
) 397.67
196.067
+
(
)


0.9 48.317


=
1103.0
=
=
Вт

Page 22

°C
∆ν
в
SP'
в
S
кор
α
b

1103.0
0.8639 20

=
63.84
=
=
70 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды
°C
∆ν
1
∆ν'
1
∆ν
в
+
11.35
63.84
+
=
75.2
=
=
Расчет вентиляции.
71
Требуемый для охлаждения расход воздуха.
k
m
2.5
n
100
D
a


2.5
1000
100
0.272


=
4.123
=
=
Q
в
k
m
SP'
в

1100 ∆ν
в

4.123 1103.0

1100 63.84

=
0.064759
=
=
м
3
с
72 Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Q'
в
0.6 D
a
2

n
100

0.6 0.272
2

1000
100

=
0.4439
=
=
м
3
с
Таким образом,
Q'
в
Q
в
>
.
Вывод: Выполнил расчет вентиляции.
Используемая
литература
1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин. / Под редакцией И. П. Копылова,
М: Энергия, 2005.

Page 23

Мощность 12 кВт
число пар полюсов 4
федоров
U=220|380 В

Информация о работе Разработка трехфазный асинхрооный двигатель