Расчет асинхронного электродвигателя

Введение.

 
На рис. 1 изображен асинхронный  двигатель серии 4А со степенью защиты 1Р23 с короткозамкнутым ротором ( а) – общий вид, б) – продольный и поперечный разрезы).

Жесткая, сварная из стального проката  станина 1 охватывает нижнюю половину сердечника статора 2, который крепиться в ней с помощью массивных нажимных колец 3. Корпус 4 выполнен из листовой стали. Подшипниковые щиты 5 также крепятся к станине нижней половиной. Подшипники 6 и 7 заключены в капсулы, монтируются крышками 8 и 9 до сборки двигателя и в собранном виде устанавливаются в подшипниковые щиты. Охлаждающий воздух засасывается в двигатель через жалюзи 10 на торцевых щитах, направляется диффузорами 11 на вентиляционные лопатки 12 ротора 13, омывает лобовые части обмотки 14 и сердечник статора и выбрасывается в жалюзи на боковых сторонах корпуса.

 

 

1. Выбор главных размеров  и расчет обмотки статора.

 

Высота оси вращения (предварительно)

h = 230 мм  (рис. 6-7,б)

Из таблицы 6-6 принимаем:

ближайшее меньшее значение h = 225 мм,  наружный диаметр статора Da = 0,392 м.

Внутренний диаметр статора 

Полюсное деление

Расчетная мощность

где Ке = 0,96 (рис. 6-8), (рис. 6-10)

 Электромагнитные нагрузки (предварительно (по рис. 6 – 12,а))

А = 40000 А/м  

Обмоточный коэффициент  для однослойной обмотки (предварительно)

К_об1 = 0,91

Расчетная длина воздушного зазора

где     -    синхронная угловая скорость вала двигателя

 

  

Полученное значение находится  в допускаемых пределах (рис.6-14,б)

Предельные  значения t₁ (рис.16-5 )

t_1max = 13 мм

t_1min = 11  мм

 

 

Число пазов  статора

Принимаем  Z₁ = 72, тогда

Обмотка двухслойная.

 

Зубцовое  деление статора (окончательно)

t₁ =

Число эффективных  проводников в пазу (предварительно, при условии а = 1)

Принимаем а = 4, тогда 

 

Число витков в фазе обмотки (окончательно)

Значение  линейной нагрузки (окончательно)

  А/м

Значение  потока

Индукция в воздушном зазоре

Значения А и В_б находятся в допускаемых пределах.

 

Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

 

Сечение эффективного проводника (предварительно)

Принимаем n_эл = 2 тогда q_эл = 0.5 q_эф = 1.23

По таблице П-28 подбираем обмоточный провод ПЭТВ

Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

 

2. Расчет размеров  зубцовой зоны статора.

Выбираем паз статора по рис. 6-19,а

Принимаем  B_z1 = 1,975 Тл   B_a = 1,375 Тл  (табл. 6-10)

Размеры паза в штампе принимаем:  b_ш= 3,7 мм    h_ш = 1 мм

Размеры паза в свету с учетом припусков на шихтовку и сборку сердечников:

 

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

3. Расчет ротора.

Воздушный зазор 

Полная высота паза:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 Пазы спроектированного двигателя, Р₂ = 30 кВт,  2р = 8,  U = 220/380 В

 

 

 

 

4. Расчет магнитной цепи.

 

Магнитные напряжения зубцовых зон:

 

По таблице  П-17 для стали 2013:

 

H_Z1 = 2520 А/м при B_Z1 = 1.975 Тл

 

H_Z2 = 1772  А/м при B_Z2 = 1.8   Тл

 

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитные напряжения ярм статора  и ротора:

Коэффициент насыщения магнитной  цепи:

 

5. Параметры рабочего режима.

Активное  сопротивление фазы обмотки статора:

Вылет лобовых  частей обмотки  ,

где К_ВЫЛ = 0,5 (табл.6-19).

 

Активное  сопротивление фазы обмотки ротора:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

 

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки  ротора:

 

Приводим х₂ к числу витков обмотки статора:

 

 

6. Расчет потерь.

Потери в стали основные:

 

 

 м

 

 

Поверхностные потери:

Пульсационные потери:

 

Сумма добавочных потерь в стали:

Механические потери:

 

Добавочные потери при номинальном  режиме:

Электрические потери в статоре  при холостом ходе:

 

Активная составляющая тока холостого хода:

 

 

 

7. Расчет рабочих характеристик.

 

Расчет  характеристик проводим в диапазоне 

Номинальное  скольжение предварительно берем

 

После построения кривых уточняем значение номинального скольжения s_H = 0,0252

 

Результаты  расчета сведены в таблицу 1.

Характеристики  представлены на рисунке 3.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

 

Данные расчета  рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Таблица 1.

№  п/п	Рачетная формула	Единица	Скольжение
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	sн = 0,0252
1		Ом	19,44	9,72	6,48	4,86	3,888	3,24	3,856
2		Ом	0	0	0	0	0	0	0
3		Ом	19,61	9,89	6,65	5,03	4,058	3,41	4,027
4		Ом	1,208	1,208	1,208	1,208	1,208	1,208	1,208
5		Ом	19,647	9,964	6,76	5,173	4,234	3,618	4,21
6		А	11,198	22,081	32,55	42,528	51,96	60,812	52,325
7		-	0,998	0,993	0,984	0,972	0,958	0,943	0,958
8		-	0,061	0,121	0,179	0,234	0,285	0,334	0,287
9		А	12,022	22,764	32,872	42,198	50,645	58,166	50,964
10		А	20,149	22,138	25,28	29,393	34,287	39,77	34,496
11		А	23,463	31,753	41,467	52,125	62,11	71,862	62,521
12		А	11,623	22,92	33,787	44,144	53,934	63,123	54,314
13		кВт	7,935	15,024	21,695	27,851	33,426	38,39	33,636
14		кВт	0,272	0,499	0,851	1,309	1,852	2,458	1,875
15		кВт	0,036	0,142	0,308	0,526	0,785	1,076	0,796
16		кВт	0,023	0,042	0,072	0,111	0,156	0,208	0,158
17		кВт	1,019	1,37	1,918	2,633	3,48	4,428	3,518
18		кВт	6,916	13,654	19,777	25,218	29,94	33,96	30,036
19		-	0,872	0,909	0,912	0,905	0,896	0,885	0,895
20		-	0,512	0,717	0,793	0,821	0,828	0,825	0,828

 

 

 

Рис.3

Рабочие характеристики асинхронного двигателя,

P₂ = 30 кВт,  2р = 8,  U = 220/380 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Расчет пусковых характеристик.

Подробный расчет для s = 1.

Параметры с учетом вытеснения тока:

Глубина проникновения тока:

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока:

Приведенное активное сопротивление  фазы обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:

 

Ток ротора без учета влияния  насыщения:

Влияние насыщения на параметры:

Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения k_нас = 1,35 и

Для по рис. 6-50 находим

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора  с учетом влияния насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки  статора с учетом влияния насыщения:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки  статора с учетом влияния насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения:

Приведенное индуктивное сопротивление  фазы обмотки ротора с учетом влияния  вытеснения тока и насыщения:

Сопротивление взаимной индукции обмоток  в пусковом режиме:

Расчет токов и моментов:

 

Полученное значение тока I₁ составляет 99,6%  принятого при расчете влияния насыщения на параметры, что допустимо.

 

Относительные значения:

4,9

Данные расчета других точек  сведены в таблицу 2.

Пусковые характеристики представлены на рис. 4.

 

 

9. Тепловой расчет.

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

Перепад температуры в пазовой  части обмотки статора:

Перепад температуры по толщине  изоляции лобовых частей:

 

 

 

Данные для расчета  пусковых характеристик двигателя.

Р₂ = 30кВт, 2р = 8, U_Н = 220/380 В, х_12П = 15,254 Ом, х₁ = 0,41 Ом,

x`<sub>2</sub> = 0,61 Ом, r`₂ = 0.09 Ом, I_1Н = 62,5 А, I`_2Н = 54,3 А, s_Н = 0,0252

 

Таблица 2.

№ п/п	Расчетная формула	Единица	Скольжение
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,05	Sкр = 0,13
1		-	2,134	1,909	1,509	0,95	0,675	0,477	0,76
2		-	1	0,75	0,32	0,07	0,018	0,0046	0,03
3		-	2,33	1,99	1,52	1,09	1,023	1,006	1,04
4		-	2,037	1,772	1,323	1,07	1,018	1,005	1,03
5		Ом	0,183	0,159	0,119	0,096	0,092	0,09	0,093
6	kД	-	0,72	0,78	0,9	0,96	0,98	1	0,97
7		-	0,808	0,827	0,864	0,883	0,889	0,895	0,886
8		Ом	0,493	0,504	0,527	0,538	0,542	0,546	0,54
9		Ом	0,335	0,354	0,38	0,396	0,431	0,487	0,42
10		Ом	0,304	0,31	0,312	0,316	0,34	0,379	0,33
11		-	1,02	1,02	1,02	1,021	1,022	1,025	1,022
12		Ом	0,352	0,368	0,408	0,656	1,102	2,018	0,922
13		Ом	0,645	0,671	0,7	0,721	0,78	0,88	0,763
14		А	299,27	287,25	271,65	225,65	162,98	99,95	183,9
15		А	305,92	294	278,5	231,7	168	103,95	189,2
16		-	4,9	4,7	4,46	3,71	2,69	1,66	3,03
17		-	1,559	1,562	1,669	2,328	2,311	1,715	2,378