Расчёт асинхронного двигателя

Содержание

 

 

Введение……………………………………………………………….…………….....5

Анализ технического задания………………………..………………………….……7

1 Определение главных  размеров и выбор электромагнитных  нагрузок….………8

2 Выбор числа пазов и типа обмотки статора, расчёт обмотки и размеров зубцовой зоны статора………………………………………………………………..….…10

3 Выбор воздушного  зазора………………………………...………………….…….18

4 Расчет короткозамкнутого ротора……………….....…………………..……...…..19

5 Расчет магнитной цепи……………………………….……………………..……...25

6 Параметры рабочего режима…………………………….………………….……..31

6.1 Активные сопротивления обмоток ротора и статора …..……………….……..31

6.2 Индуктивные сопротивления рассеяния асинхронного двигателя …….……..34

7 Расчет потерь мощности в  режиме холостого хода….…..……………….……...39

8 Расчет рабочих характеристик…………………………….…………….….…..…44

9 Расчет пусковых характеристик………………………….………………….….....51

10 Тепловой и вентиляционный расчёт асинхронного двигателя……..……...…..62

11 Конструирование двигателя……………………………………………….……..67

Заключение…………………………………………….……….……………….…….69

Список использованных источников...…………………….………………..............70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Электротехническая наука и  электромашиностроение принадлежат  к молодым отраслям человеческого знания. Электромашиностроение насчитывает всего около ста лет. Но за этот относительно небольшой период времени проделана огромная работа, преобразившая техническое и экономическое лицо современной промышленности и общественной жизни. За последние 30-40 лет прогресс электротехники получил огромные размеры.

Электрическая машина, являющаяся основным преобразователем механической энергии в электрическую и наоборот играла на всем историческом пути развития ведущую роль, которая определяла движение всей электротехники и особенно электротехники больших токов.

Использование электрических машин, в наше время приобрело повсеместный характер. Каждый день требуется производство большого количества электрических машин (двигателей) с различными параметрами.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями  электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорта и в быту. Это объясняется простотой их конструкции, большей надёжностью и высоким значением КПД. Более 60 % всей электрической энергии, вырабатываемой в мире, преобразуется в механическую энергию с их помощью.

Асинхронные двигатели  общего назначения мощностью от 0.06 до 400 кВт на напряжение до 1000 В - наиболее широко применяемые электрические машины. На их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, электротехнической стали, изоляционных и конструкционных материалов. Затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5 % затрат на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание экономичных и надёжных асинхронных двигателей является важнейшей задачей.

Асинхронные двигатели  проектируются в виде серий. Серия  имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода.

Модификации и специализированные исполнения двигателей построены на базе основного исполнения и имеют  те же принципиальные конструктивные решения основных элементов. Такие двигатели выпускаются отдельными отрезками серии на определенные высоты оси вращения, и предназначены для применения в качестве приводов механизмов, предъявляющих специфические требования к двигателю или работающих в условиях, отличных от нормальных по температуре или чистоте окружающей среды.

По своим  энергетическим, пусковым, вибрационным и шумовым, механическим и эксплуатационным характеристикам асинхронные двигатели современных серий должны удовлетворять государственным стандартам, требованиям документов международной электротехнической комиссии (МЭК) и соответствовать современному уровню развития производства.

Важнейшее значение для международной торговли асинхронными двигателями имеет стандартизация шкалы мощностей и рядов установочных размеров, а также увязка шкалы мощностей с установочными размерами.

Целью курсового проекта является изучение внутреннего устройства асинхронного двигателя, исследование характеристик двигателя, расчет его основных параметров и сравнение полученных результатов со справочными данными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ технического задания 

 

 

Двигатель асинхронный 4А90L4У3 трехфазный с короткозамкнутым ротором. Его номинальная мощность  2,2 кВт, частота вращения 1800 об/мин, эксплуатируется при напряжении сети 230/400 В Δ/   , при частоте сети 60 Гц.

Двигатель может использоваться как вентилятор с вариантом монтажа IM1001. Степень защиты IP54 (полная защита от контакта, проникновения пыли, а также защищен от брызг, падающих в любом направлении). Способ охлаждения IC0141 осуществляется установленным на валу центробежным реверсивным вентилятором.

 

Расшифровка двигателя:

    4А 90   L 4 У3

Порядковый номер серии  

Высота оси вращения

Длина сердечника при определенном                         установочном размере

Число полюсов

Климатическое исполнение и категория        размещения

 

Двигатель имеет статорную обмотку  однослойную. Высота оси вращения определяется от оси вращения ротора до установочной поверхности. Основные данные двигателя 4А90L4У3 приведены в таблице 1.

 

Типоразмер двигателя	Мощность, кВт	Скольжение, %	КПД, %
4А90L4УЗ	2,2	5,4	80	0,83	2,2	2	6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Определение главных размеров и выбор электромагнитных

нагрузок

 

 

Проектирование асинхронного двигателя начинают с выбора базовой  модели, на которую ориентируются, выполняя все виды расчётов и разрабатывая конструкцию отдельных узлов машины. За базовую модель принимается асинхронный двигатель серии АИ.

Расчёт асинхронного двигателя начинают с определения  главных размеров машины (D и ), которые связаны с расчётной мощностью (Р) электромагнитными нагрузками (А и ) и коэффициентами ( ).

где   – коэффициент формы поля;

 – расчётный коэффициент  полюсного перекрытия;

 – обмоточный коэффициент.  В асинхронных двигателях с  однослойной обмоткой на статоре (высота оси вращения h 160 мм) предварительно ≈ 0,96.

А – линейная токовая  нагрузка, А/м;

 – магнитная индукция в  воздушном зазоре, Тл;

D – диаметр внутренней  поверхности статора, м;

 – расчётная длина машины, м;

 

Значения коэффициентов  принимают равными:

 

. (1.1)

 

Высота оси вращения (h) принимается равной высоте оси  вращения базовой модели, h=90 мм. По высоте оси вращения определяется внешний диаметр сердечника статора, D_a=0,149. Значение диаметра внутренней поверхности статора определяется по внешнему диаметру сердечника статора и коэффициенту k_d , равному отношению внутреннего диаметра к внешнему. Значения коэффициента k_d в зависимости от числа полюсов (2р=4) принимается, k_d=0,64.

 

,                                              (1.2)

 

м

 

Определяется полюсное деление:

 

,                                                   (1.3)

 

и расчетная мощность машины:

 

,                                           (1.4)

 

 

Вт

 

где k_e - коэффициент, равный отношению ЭДС к номинальному напряжению, k_e=0,965.

Номинальный коэффициент  мощности =0,83 и номинальный коэффициент полезного действия =80 выбираются по данным машины 4А90L4Y3.

Предварительные значения линейной токовой нагрузки и магнитной  индукции в воздушном зазоре определяется в зависимости от числа полюсов, внешнего диаметра магнитопровода статора и исполнения машины по степени защищённости, А=24180А/м, =0,87.

 

Расчетная длина машины:

 

 

,                                   (1.5)

 

 м

 

где п =1800 - частота вращения в об/мин.

 

Отношение   находится в допустимых пределах

 

В асинхронных двигателях, расчётная длина которых не превышает 250 мм (300 мм), магнитопровод статора  выполняется без радиальных каналов. В таких машинах:

 м.                                               (1.6)

 

На этом выбор главных  размеров двигателя заканчивается.

 

2 Выбор числа пазов и типа обмотки статора, расчёт обмотки

и размеров зубцовой зоны статора

 

 

Определение размеров зубцовой зоны статора начинают с выбора числа пазов z₁. Выбирая число пазов статора, определяют граничные значения зубцового деления t_zmax=0,01 и t_zmin=0,007.

Диапазон возможных значений чисел  пазов статора:

 

.       (2.1)

 

 

 

Из данного диапазона  значений z₁ выбирают такое, при котором число пазов на полюс и фазу q₁ будет целым числом (z₁=36):

 

                                                   (2.2)

 

 

Зубцовое деление статора:

                                                    (2.3)

 

 м

 

Номинальный ток обмотки статора:

 

                                       (2.4)

 

 А

 

 

Число эффективных проводников  в пазу статора U_n (предварительно) при отсутствии параллельных ветвей обмотки статора (а₁ = 1):

 

                                                    (2.5)

 

 

Число параллельных ветвей обмотки а₁ при целом q₁ должно удовлетворять условию 2р/а₁ = целое число. Его выбирают таким образом, чтобы ток параллельной ветви не превышал 15-20 А (I_1H /a₁ ≤ 15-20 А), число эффективных проводников в пазу максимально приближалось в однослойных обмотках - к целому ближайшему числу ( =42).

 

                                                (2.6)

 

 

В зависимости от типа обмотки число эффективных проводников  в пазу округляют до соответствующего целого числа.

 

Число витков в фазе:

 

                                               (2.7)

 

 

Уточнённое значение линейной токовой нагрузки:

 

                                                  (2.8)

 

 А/м

 

В асинхронных двигателях с высотой оси вращения h ≤ 160 мм находят применение однослойные концентрические обмотки.

В двигателях с высотой  оси вращения h ≤ 250 мм обмотка статора выполняется всыпной из провода круглого поперечного сечения.

Для однослойных обмоток статора применяют механизированную укладку в пазы.

 

 

Коэффициент распределения:

 

                                                 (2.9)

 

 

Обмоточный коэффициент:

 

k_об1=k_y∙k_p;                                             (2.10)

 

где k_y – коэффициент укорочения шага обмотки статора, принимается k_y=1;

 

 

Магнитный поток в  воздушном зазоре машины:

 

                                            (2.11)

 

  Вб

 

 

Уточнённое значение магнитной  индукции в воздушном зазоре:

 

                                         (2.12)

 

  Тл

Плотность тока в обмотке  статора:

 

                                               (2.13)