Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Введение

 

Асинхронные машины большее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,06 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается несколько млн. штук.

Серия 4А была спроектирована в 1969-1971гг. и внедрена в производство. Она базируется на рекомендациях МЭК (международной электротехнической комиссии) по шкале мощностей и установочным размерам, что обеспечивает взаимозаменяемость с электрическими машинами, изготавливаемыми другими фирмами. Благодаря применению электротехнической стали с улучшенными магнитными свойствами, реализации запасов по нагреву и усовершенствованию охлаждения, переходу на более высокие классы изоляции мощность двигателей серии 4А при заданных высотах оси вращения на 2-3 ступени шкалы мощностей больше по сравнению с двигателями серии А2. Это позволило уменьшить массу двигателей в среднем на 15-18%, сэкономить объемы обмоточной меди и электротехнической стали на 20-25%, при оставшихся неизменными энергетических показателях.

В данном курсовом проекте мы спроектируем машину, ориентируясь на следующий двигатель:

Исполнение по степени защиты: IP44 – по первой цифре соответствует защите от возможности соприкосновения инструмента, проволоки или других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими или движущимися частями внутри машины; по второй цифре – защите от водяных брызг любого направления, попадающих на оболочку.

Конструктивное исполнение по способу монтажа: IM1001 – по первой цифре – двигатель на лапах, с подшипниковыми щитами; по второй и третьей цифрам – с горизонтальным расположением вала и нижним расположением лап; по четвертой цифре – с одним цилиндрическим концом вала.

Климатические условия работы: У3 – по букве – для умеренного климата; по цифре – для размещения в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействия песка и пыли, солнечной радиации существенно меньше, чем на открытом воздухе (каменные, бетонные, деревянные и другие не отапливаемые помещения).

 

Таким образом, данному двигателю соответствует следующее условное обозначение:

А112МА6У3

где:

4 – порядковый номер серии;

А – род двигателя – асинхронный;

112– высота оси вращения;

М – установочный размер по длине корпуса (условная длина станины по МЭК);

А– условное обозначение длины сердечника статора;

6 – число полюсов;

У – климатическое исполнение – для умеренного климата;

З – категория размещения.

 

Задание на проект и исходные данные

1.1Расчет и конструирование элементов трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для питания от сети переменного тока промышленной частоты с техническими данными, представленными в таблице.

 

Таблица 1.1 Данные двигателя переменного тока серии 4А112МА6У3

Наименование Единицы измерения Величина
Номинальная мощность, Р2н кВт 3,0
Номинальное напряжение, U1н В 220/380
Число главных полюсов, –
КПД, h %
о.е. 0,76
Частота сети, Гц
Исполнение по степени защиты – IP44
Способ охлаждения – IC0141
Режим работы – Длительный
Назначение – Электродвигатель

 

Двигатели серии 4А с короткозамкнутым ротором имеют различные конструктивные исполнения по способу монтажа в зависимости от высоты оси вращения и степени защиты, по [3,таблица 1.3].

 

 

Составные части АД:

1.Остов двигателя

2.Подшипниковый щит

3.Вентилятор

4.Статор

5.Ротор

6.Вал

7.Кожух

8.Вентиляционные лопатки

9.Замыкающие кольца ротора

10.Подшипник

11.Подшипник

12.Крышка

13.Обмотка статора

 

 

Рисунок 1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

2.1 Выбор главных размеров

2.1.1По [1, рисунок 6-7,а] для данных кВт и предварительно определим высоту оси вращения h:

мм.

Из ряда высот оси вращения [1, таблица 6-6] возьмем наружный диаметр статора Dа, соответствующий выбранной высоте оси вращения:

м.

Из [1, таблица 6-7] берем значение коэффициента КD:

.

Определим внутренний диаметр статора D:

м.

 

2.1.2Полюсное деление

м.

 

2.1.3Расчетная мощность

кВт,

где – мощность на валу двигателя, кВт

где – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определенное по [1, рисунок 6-8].

η, cosφ определяем из графиков [1, рис. 6-9, 6-10]

 

2.1.4Предварительно выберем электромагнитную нагрузку и магнитная индукция в воздушном зазоре по [1, рис. 6-11]:

А=26800 А/м – линейная нагрузка;

Вδ=0,90 Тл – магнитная индукция в воздушном зазоре.

 

2.1.5Так как у нас h<160 мм – обмотка однослойная, значит предварительное значение обмоточного коэффициента Коб=0,96.

 

2.1.6Синхронная угловая скорость

рад/с.

 

2.1.7Расчетная длина воздушного зазора

м,

 

где КВ=1,11

2.1.8Для проверки правильности выбора главных параметров вычислим отношение:

 

Это отношение находится в допустимых пределах, изображенного на рисунке [2] для принятого к исполнению машины со степенью защиты IP44.

Рисунок 2. Значение двигателей серии 4А.

2.1.9Полная конструктивная длина и длина стали сердечника статора определим с учетом наличия радиальных вентиляционных каналов.

Но так как мм, то радиальных каналов не устраивают, т.е.

мм.

Длина сердечника ротора при этом принимается

мм.

Длина стали сердечника ротора

мм.

На этом выбор главных размеров заканчивается.

 

Расчет обмотки статора

 

2.2.1 Принимаем зубцовое деление по [1, рисунок 6-15].

Предельные значения : ;

Тогда возможность числа пазов статора, соответствующих выбранному диапазону ,

 

.

 

Тогда

 

2.2.2 Окончательно число пазов статора из выбранного диапазона , тогда . Обмотка двухслойная.

Зубцовое деление статора (окончательно):

.

 

Окончательное значение не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10% и любом случае для двигателей с h мм не должно быть менее 6-7 мм.

2.2.3 Число эффективных проводников в пазу (при условии наличия параллельных ветвей ):

 

где – принятое ранее значение линейной нагрузки, ;

– номинальный ток обмотки статора, А.

 

.

 

Тогда

.

 

.

 

Принимаем , тогда по[1,6-19] проводников.

Полученное число округляем до четного целого: .

Окончательное число витков в фазе обмотки:

 

.  

 

Имеем

.

 

Окончательное значение линейной нагрузки, :

 

.  

 

Получим

.

 

2.2.4 Далее определяем обмоточный коэффициент исходя из того, что общим аналитическим выражением для расчета большинства современных симметричных обмоток с фазной зоной, равной электрическому углу радиан, и с целым числом пазов на полюс и фазу является:

 

,  

 

где – номер гармоники ЭДС (для основной гармоники );

– число пазов на полюс и фазу;

– относительный шаг обмотки, в двухслойных обмотках асинхронных двигателей выполняют с укорочением, близким к .

 

Поэтому

.

 

2.2.5 После расчета уточняем значение потока :

 

.  

 

Тогда

.

 

2.2.6 Определяем индукцию в воздушном зазоре:

 

.  

 

Имеем

.

 

Значения и находятся в допустимых пределах по [1, рисунок 6-11].

 

2.2.7 Плотность тока в обмотке статора:

 

,  

 

где – по [1, рисунок 6-16].

.

 

2.2.8 Площадь поперечного сечения эффективных проводников, определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке:

 

.  

 

.

 

2.2.9 Сечение эффективного проводника (окончательно):принимаем число элементарных проводников , тогда

 

.

 

2.2.10 Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ по[1,прилож.3]:

;

;

.

 

тогда .

 

2.2.11 Плотность тока в обмотке статора:

 

.  

 

Окончательно

.

 

2.2.12 Выполняем равнение параметров проектируемого АД, полученных в данном разделе, с теми же параметрами аналога:

Величина
Проектируемый АД 0,937 0,63 0,69 6,85
Аналог 0,9 0,7 0,75 6,9