Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 

Коэффициент магнитной  проводимости дифференциального рассеяния:

- при полузакрытых или полуоткрытых  пазах статора 

для и   по рис. 9.51,д - коэффициент по расчёту проводимости дифференциального рассеяния

 

относительное значение:

Индуктивное сопротивление  фазы обмотки ротора:

.

Коэффициент магнитной  проводимости лобового  рассеяния короткозамкнутых роторов:

=

Коэффициент магнитной  проводимости лобового рассеивания  ротора:

λп2=1,34

; коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

Приводим x₂ к числу витков статора:

Относительное значение:

.

По заданию данного  курсового проекта необходимо увеличить  приведённое активное сопротивление  ротора. Это можно осуществить  путём изменения геометрических параметров.  Для этого уменьшим ширину паза ротора на 30%.

        

 мм.

Определим полную высоту паза:

 мм.

 мм;

 мм;

 мм.

 

Определим активное сопротивление фазы обмотки ротора:

,

Определим r_кл:

. 

Все входящие величины вычислены  ранее, итого получаем:

 Ом.

 Ом.

Приведем к числу  витков обмотки статора:

 Ом.

Относительное значение:

 Ом.

Сопротивление r₂’ увеличилось на 0,8%

 

3.2 Расчёт потерь

 

Потери в асинхронных  машинах подразделяют на потери в  стали, электрические потери, вентиляционные, механические и добавочные потери при нагрузке. Основные потери в стали в АД  рассчитывают только в сердечнике статора, так как частота перемагничивания ротора в режимах близких к номинальному, очень мала и потери в стали ротора при больших индукциях незначительны

Определяем основные потери в стали:

 р_1,0/50 – удельные  потери, Вт/кг, берутся из таблицы 9.28, р_1,0/50=2,5 Вт/кг;

k_ДА, k_ДZ -коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов. Для машин мощностью меньше 250 кВт принимается: k_ДА=1,6; k_ДZ=1,8.

m_a, m_Z1-масса стали ярма и зубцов статора, кг:

 где

γ_с-удельная масса стали, в расчетах принимаем γ_с=7,8·10³ кг/м³.

 .

Поверхностные потери в  роторе:

где p_пов2-удельные поверхностные потери, которые рассчитываются:

где k₀₂-коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери (k₀₂=1,5);

B₀₂-амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, Тл:

=0,32, по рис. 9.53 .

Пульсационные потери в  зубцах ротора:

где B_пул2-амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов:

,

m_Z2-масса зубца стали:

,

Определяем сумму добавочных потерь в стали:

8,568+28,994=37,561Вт

Определяем полные потери в стали:

Определяем механические потери:

для  2p=4, k_т=1,3(1-D_a)=1,3·(1-0,272)=0,945

Добавочные потери при  номинальном режиме:

Холостой ход двигателя:

активная составляющая тока холостого хода:

 электрические потери  в статоре при холостом ходе:

 

Вт .

Определяем коэффициент  мощности при холостом ходе:

.

4. Расчет и построение рабочих и пусковых характеристик

4.1 Расчет рабочих характеристик.

 

Расчет базируется на системе уравнений токов и  напряжений асинхронного двигателя, которой  соответствует Г-образная схема  замещения.

Рисунок 5.1 — Г-образная схема замещения асинхронного двигателя.

 

 

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

P_2Н = 11 кВт; 2p=4; P_СТ + P_МЕХ =346,18 Вт; P_ДОБ,Н = 62,857 Вт;

I_0A = 0,59 A; I_0P » I_m = 4,883 A; r₁ = 0,248 Ом; с₁ = 1,0314 Ом;

a’ = 1,07 Ом; a = 0,622 Ом; b’ = 0; b = 2,419 Ом;r’2=0,704

 

 

Рис. 8.1. Зависимость I1(P2) 

 

Рис. 8.2. Зависимость P1(P2) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8.3. Зависимость s(P2) 

Рис. 8.4. Зависимость кпд(P2) 

Рис. 8.4. Зависимость кпд(P2) 

.

 

4.2 Расчет и построение пусковых характеристик

 

Необходимо рассчитать точки характеристик, соответствующие  скольжениям 

s=1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1; 0,15;

  В связи с тем  что расчеты выполняются на  ЭВМ приводим подробный расчет  только для одного значения  скольжения (s=1). Данные расчета других точек сведены в таблице 5.2.

     Активное  сопротивление обмотки ротора  с учетом влияния эффекта вытеснения  тока ( °С):

Глубина проникновения  тока по формуле :

  

Глубина проникновения  тока в стержень :

Площадь сечения  ограниченного  высотой h_r :

Определим коэффициент k_r по отношению площадей всего сечения стержня и сечения, ограниченного высотой h_r:

k_r = q_C/q_r=120/111,5=1,0761.

      Введем  коэффициент общего увеличения сопротивления фазы      

         ротора под влиянием эффекта  вытеснения тока:

 Приведенное  активное сопротивление с учетом  эффекта вытеснения  

тока:

.

Коэффициент магнитной  проводимости пазового рассеяния

с учетом вытеснения:

где ;

,

где k_д=0,98 находим по таблице 9.58;

.

Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки   

ротора с  учетом вытеснения:    

 K_X = (l_П2x +l_Л2 +l_Д2)/( l_П2 +l_Л2 +l_Д2)= (1,3+0,533+2,977)/(1,34 +0,533 +2,977)= 0,99

 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом   вытеснения:

x^¢_2x = K_Xx^¢₂=0,99·0,74=0,74 Ом.

Пусковые параметры:

х_12п = k_μ х₁₂ =27,78·1,63=45,54 Ом

с_1п = 1+х₁/х_12п=1+0,859/45,54=1,019

Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока  для S=1:

R_п =r₁+ с_1пr’_2ξ/S=0,348+1,019·0,232/1=0,584 Ом

X_п =x₁+ с_1пx’_2ξ=0,859+1,019·0,74=1,613 Ом

Найдем относительные  значения тока и момента:

    3,65;

 

    2,28.

 

 

 

 

 

 

 

Данные расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя  с короткозамкнутым ротором

P_2Н = 18б5 кВт; 2p=4; x_12П =27,78 Ом; r₁ = 0,248 Ом;

_{—Расчет токов  в пусковом режиме АД с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока.}

Рассчитываем  пусковые характеристики для 

 

 

 

 

 

Пусковые  характеристики

Рис. 9.1. Зависимость Iп(s) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 9.2. Зависимость Mп(s) 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Тепловой расчет

Расчет нагрева  производят, используя значения потерь, полученных для номинального режима.

Превышение  температуры внутренней поверхности  сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

0,2 – коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передаётся через станину непосредственно в окружающую среду (по табл.9.35).

Электрические потери в  обмотке статора в пазовой  части:

Вт 

по рис.9.67, б   110 Вт/( ) – коэффициент теплоотдачи с поверхности

Коэффициент увеличения потерь для обмоток с изоляцией  класса нагревостойкости   .

Перепад температуры  в изоляции пазовой части обмотки статора:

для изоляции обладающей тепловой прочностью класса H:

- средняя эквивалентная теплопроводность  пазовой изоляции

по  0,9043 находим:

по рис. 9.69 находим  - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки.

Перепад температуры  по толщине изоляции лобовых частей:

где электрические потери в обмотке статора в лобовых  частях катушек:

 

примем 

 

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

,

где эквивалентная поверхность  охлаждения корпуса: .

Периметр поперечного  сечения рёбер  по рис.9.70.

Коэффициент подогрева  воздуха, учитывающий теплоотдающую  способность поверхности корпуса  и интенсивность перемешивания  воздуха внутри машины: для по рис.9.67

сумма потерь, отводимых  в воздух внутри двигателя:

 

где 

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой окружающей среды:

.

Расчет вентиляции. Требуемый  для охлаждения расход воздуха Q_в:

где k_m – коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором, определяется по формуле

,

где m’=3 для двигателей 2p=4и h_a>160 мм.

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

.

Расход воздуха должен быть больше требуемого для охлаждения машины:

; 0,181>0,0892

В нашем случае это  выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Определение расходов материалов и показателей их использования

Определим  заготовительный вес материалов, удельный вес материалов, показатели их использования.

Заготовительный вес  электротехнической стали:

;

где Δ_ст-припуск при штамповке (Δ_ст=10мм),

l=lст =0,1 м (определено ранее);

кг/см³-плотность стали.

Подставляя значения, получим:

 кг.

Определим вес обмотки  статора без изоляции:

;

где Z₁-число пазов статора (Z₁=48);

l_cp- средняя длина витка (l_cp=0,18233м);

γ_m-плотность меди (γ_m=8,9·10^-3кг/м³).

кг.

Вес обмотки статора  с изоляцией:

;

где d_из-диаметр изолированного провода;

d-диаметр неизолированного провода (значения указаны ранее в КП).

Тогда:

 кг.

Определим вес стержней роторной обмотки: