Расчёт трёхфазного АД с коротко замкнутым ротором

Содержание 
 
 

Введение…………………………………………………………………………4

Техническое задание……………………………………………………………6

Определение размеров двигателя……………………………………………....6

Определение числа  пазов статора, числа витков в  фазе и площади поперечного сечения провода обмотки статора……………………………………………………………………………7

Определение размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора……….8

Расчет ротора…………………………………………………………………...10

Расчет магнитной  цепи………………………………………………………...12

Параметры рабочего режима…………………………………………………..14

Расчет потерь…………………………………………………………………...17

Расчет рабочих  характеристик………………………………………………...18

Расчет пусковых характеристик……………………………………………….20

Тепловой расчет………………………………………………………………...26

Заключение……………………………………………………………………...28

Литература………………………………………………………………………28

 

Введение

    Данная  серия двигателя 4А была спроектирована в 1969-1971 гг. Она базируется на рекомендации МЭК по шкале мощностей и установочных размеров и на рекомендациях СЭВ по увязке мощностей и установочных размеров. В результате использования новых электроизоляционных материалов, позволивших в большинстве типоразмеров серии 4А применить изоляцию класса нагревостойкости F, и детальной конструкторской и технологической разработки двигатели этой серии по своим технико-экономическим показателям не уступают лучшим зарубежным образцам, а по ряду показателей превосходят их.

    В основу построения серии положены не габаритные диаметры сердечников статора, как в прежних сериях, а высоты оси вращения h, т. е. Расстояние от оси вращения ротора до установочной поверхности. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности.

    Серия 4А охватывает диапазон мощностей  от 0,06 до 400 кВт и выполнена на        17 стандартных высотах оси вращения. На каждой из высот, кроме h = 225 мм, выпускаются двигатели двух разных длин, различные по мощности. С высотой оси вращения      h = 225 мм выпускают двигатели только одной длины. Таким образом, шкала мощностей серии содержит 33 ступени.

    Основными исполнениями являются закрытое обдуваемое (4А) и защищенное (4АН). Закрытые обдуваемые двигатели выпускаются во всём диапазоне высот оси вращения от 50 до 355 мм; двигатели защищенного исполнения – в диапазоне высот от    160 до 355 мм. Новые конструктивные решения ряда узлов позволили в двигателях этой серии несколько увеличить объём активной части за счёт увеличения наружного диаметра сердечника статора при той же высоте оси вращения по сравнению с двигателями предыдущих серий. В то же время применение изоляции класса нагревостойкости F и новых сортов электротехнической стали (серия рассчитана на стали 2013 и 2312) дало возможность повысить электромагнитные нагрузки. Это позволило увеличить мощность двигателей при тех же высотах оси вращения, что и в прежних сериях, и улучшить их технико-экономические показатели. В последнее время сталь 2013 не изготавливается из-за сложности технологии изготовления.

    Двигатели выполняются на следующие номинальные  напряжения 220 / 380 В -  при мощностях от 0,06 до 0,37 кВт, 220 / 380 и 380 / 660 В - при мощностях от 0,55 до       110 кВт, 380/660 В - при мощностях более 132 кВт. Большой диапазон мощностей, охватываемых серией, и два основных исполнения обусловили различную конструкцию отдельных узлов двигателей в зависимости от мощности.

    Двигатели с высотами оси вращения 50 и 63 мм (мощность 0,06 - 0,37 кВт) выполняются с литыми алюминиевыми станинами и подшипниковыми щитами. Более мощные двигатели выполняются с литыми чугунными станиной и щитами, а двигатели 4АН с                 h ³ 280 мм (мощностью 132 кВт и больше) - со сварной стальной станиной и литыми чугунными щитами. Имеются также различия в конструкции крепления сердечников статора и ротора, подшипниковых узлов, обмотки и т. п.

    В статорах всех двигателей с h £ 160 мм выполняют однослойную обмотку. В остальных двигателях всей серии обмотки двухслойные. Во всех двигателях с h £ 250 мм и в двигателях с 2р ³ 10 при h ³ 280 мм  обмотка статора выполняется из круглого обмоточного провода. В двигателях с h ³ 280 мм при 2р £ 8 обмотка полужесткая из прямоугольного провода, укладываемая в полуоткрытые пазы.

    Потребность народного хозяйства в двигателях данной серии очень велика. И в  связи с ростом автоматизации  производства с каждым днём возрастает. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчет  асинхронного двигателя  с короткозамкнутым ротором 

Техническое задание 

Спроектировать  асинхронный трехфазный двигатель  с короткозамкнутым ротором:

Р₂ = 3 кВт,

U = 220/380 В,

2р = 4;

конструктивное  исполнение IM 1001;

исполнение по способу защиты IP44;

способ  охлаждения IC0 141;

климатическое исполнение и категория размещения УЗ, класс нагревостойкости изоляции F. 

Определение размеров двигателя 

1.  Высота  оси вращения (предварительно) по  рис. 9.18, a:

h = 0,08 – 0,1 (м).

Принимаем ближайшее стандартное значение h = 100(мм);

D_a = 0,168 (м) (см. табл. 9.8).

2.  Внутренний  диаметр статора:

D = k_D D_a = 0,63 • 0,168 = 0,105 (м), k_D =0,62÷0,68 по табл. 9.9.

3.  Полюсное  деление: τ = π D/(2p) = π 0,105/4 = 0,082 (м).

4.  Расчетная  мощность по (9.4):

P' =

=   = 4128,07 (В А)

(k_E — по рис. 9.20; η и cos  φ— по рис. 9.21, а).

5. Электромагнитные  нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б):

А = 25,2 • 10³ А/м; В_δ = 0,75 (Тл)

6.   Обмоточный   коэффициент  (предварительно  для   однослойной   обмотки): k_об1 = 0,95.

7.  Расчетная  длина магнитопровода по (9.6):

= = 0,102 ≈ 0,1 (м)

 (по (9.5) Ω = 2nf / p = 2n • 50/2 = 157 рад/с].

8. Отношение  λ = l_δ /τ = 0,1/0,082 = 1,21. Значение λ = 1,21 находится в допустимых пределах (см. рис. 9.25). 
 
 
 

Определение Z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора 

9.  Предельные  значения t_z1 (по рис. 9.26): t_z1max = 12 мм; t_z1min = 9 мм.

10.  Число  пазов статора по (9.16)

Z_1min =

      Z_2max =

Принимаем Z₁ = 36, тогда q₁ = Z₁/(2pm)=36/(4 • 3) = 3. Обмотка однослойная.

11 . Зубцовое деление статора (окончательно)

м

12. Число  эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии а = 1 по (9.17)]

 

(по 9.18)

 А 

13.  Принимаем  а = 1, тогда по (9.19)  u_п = а u'_п = 35 проводников.

14. Окончательные  значения:

число витков в фазе по (9.20)

линейная  нагрузка по (9.21)

А/м

магнитный поток по (9.22)

Ф =

4,8 10^-3 Вб

индукция  в воздушном зазоре по (9.23)

В_δ =

Тл

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.22, б).

15. Плотность  тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25). А по п. 14  25,2 10³ А/м

 А/м²

(AJ₁ = 180 10⁹ по рис. 9.27, б). 

16. Площадь  поперечного сечения эффективного  проводника (предварительно) по (9.24),             а = 1.

м² =0,92 мм².

17.Сечение  эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл = 1, тогда                      q_эл = q_эф/n_эф  = 0,92 мм². Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (см. приложение 3), d_эл = 1,12 мм, d_из= 1,2 мм²

18.  Плотность  тока в обмотке статора (окончательно) по (9.27)

 А/мм². 

Определение размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 

Паз статора  определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

h=100 (мм), тогда β=45°

19. Принимаем  предварительно по табл. 9.12

В_z1 = 1,6 Тл; В_а = 1,6 Тл, тогда по (9.37)

b_Z1 =

= = 5,3•10^-3 м = 5,3 мм

(по  табл. 9.13 для оксидированной стали  марки 2013 k_c = 0,97);

по (9.28)

высота  ярма статора:

м = 15,4 мм.

20. Размеры  паза в штампе: b_ш = 3,5 мм; h_ш = 0,5 мм; 45° (см. рис. 9.29, а);

по (9.38)

высота  паза:

м = 16,1 мм;

по (9.40)

= мм

 
 

Рис. 9.73. Пазы спроектированного двигателя     с     короткозамкнутым

ротором      (Р₂ =3 кВт,      2р = 4, U_ном =220/380 В) 
 

по (9.39) ширина паза:

=6,7 мм;

 по (9.42)—(9.45)

= 15,4 мм

Паз статора  показан на рис. 9.73, а.

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

b'₁ = b₁ – Δ b_п = 4 – 0,1 = 3,9 мм

b'₂ = b₂ – Δ b_п = 6,4 – 0,1 = 6,5 мм

b'_п.к = h_п.к – Δh = 15,4 – 0,1 = 15,3 мм.

Площадь поперечного сечения паза для  размещения проводников обмотки по (9.48)

= 69,63 мм²

[площадь  поперечного сечения прокладок  S_пр = 0; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

S_из = b_из(2h_п + b₁ + b₂) = 0,25(2•16,1 + 4 + 6,7) = 10,7 мм²,

гдe односторонняя толщина изоляции в пазу b_из = 0,25 мм — по табл. 3.1].

22. Коэффициент  заполнения паза по (3.2):

= 0,72

Полученное  значение k_з допустимо для механизированной укладки обмотки. 
 

Расчет  ротора 

23.  Воздушный зазор (по рис. 9.31)

δ = (0,25+0,105)*10^-3 мм.

24. Число  пазов ротора (по табл. 9.18) Z₂ = 26.

25. Внешний  диаметр ротора:

D₂ = D - 2δ = 0,105 - 2 • 0,35 • 10^-3 = 0,104 м.