Рассмотрены особенности проектирования асинхронного двигателя. Проведены электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчеты. Рассчитаны и выбраны обмотки статора и короткозамкнутого ротора

2. 
   Внутренний диаметр сердечника статора
   

где k_D = 0,52 по таблице 9.9[1]

2.1.3 Полюсное деление

2.1.4 Расчетная мощность

где К_Е = 0,99 - отношение ЭДС к напряжению.

2.1.5 Электромагнитные нагрузки (предварительно)

2.1.6 Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки)

2.1.7 Расчетная длина магнитопровода

где - синхронная угловая частота двигателя;

2.1.8 Определяем отношение λ

Значение λ=0,74 находится в допустимых пределах.

2. 
   Предельные значения t_Z1:
   

2.2.2 Число пазов статора

Принимаем Z₁=36, тогда Обмотка двухслойная всыпная концентрическая из прямоугольного провода.

2.2.3 Зубцовое деление статора (окончательно)

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

2.2.5 Принимаем а=1, тогда проводника.

2.2.6 Окончательные значения:

число витков в фазе

линейная нагрузка

магнитный поток

(для однослойной обмотки с q=7 по таблице 3.16 к_об1=к_р1=0,966; для D_a=0,35м по рис. 9.20 К_Е=0,99)[1];

индукция в воздушном зазоре

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах.

2.2.7 Плотность тока в обмотке статора (предварительно).

где по п. 2.2.6;

2.2.8 Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно), а=1.

2.2.9 Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл=5, я Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ (см. я d_эл=2,5мм, q_эл=4,91мм², q_э.ср=n_элq_эл=5.4,91=24,55мм².

(Для оксидированной стали марки 2013 К_с=0,97);

2.3.2 Размеры паза в штампе: b_ш=4мм; h_ш=1мм;b=45⁰

Паз статора показан на рисунке 1, а.

2.3.3 Размеры паза в свету с учетом припусков на сборку:

Площадь поперечного сечения для размещения проводников обмотки

Площадь поперечного сечения прокладок

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

где односторонняя толщина изоляции в пазу b_из=0,4мм).

2.3.4 Коэффициент заполнения паза

Полученное значение K_з допустимо для механизированной укладки обмотки.

3.2 Число пазов ротора Z₂=28.

3.3 Внешний диаметр ротора .

3.4 Длина магнитопровода ротора l₂=l₁=0,209м.

3.5 Зубцовое деление ротора

3.6 Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал

где К_В=0,23.

3.7 Ток в обмотке ротора

где

(пазы ротора выполняем без скоса - К_ск=1).

3.8 Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)

,

где плотность тока в стержне литой клетки принимаем J₂=2,7^.10⁶А/м² .

3.9 Паз ротора определяем по рис. 9.40, б [1]. Принимаем b_ш=1,5мм; h_ш=0,7мм; h_ш=1мм.

Допустимая ширина зубца

где B_Z2=1,8Тл.

Размеры паза





.

3.10 Уточняем ширину зубцов ротора

Принимаем (см. рис. 1) b₁=9.54мм; b₂=6.54мм; h₁=13.4мм.

Полная высота паза

3.11 Площадь поперечного сечения стержня

Плотность тока в стержне

Паз ротора показан на рисунке 1, б.

3.12 Короткозамыкающие кольца (см. рис. 9.37, б). Площадь сечения кольца

.

,

где

Размеры короткозамыкающих колец:

где ,

4.2 Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

где h_Z1=h_п=32.5мм (см. п. 2.3.2 расчета);

расчетная индукция в зубцах

,

где b_Z1=7,2мм по п.2.3.1;

индукция в зубце

по таблице П1.7[1] для B_Z2=1,79Тл находим H_Z2=1570А/м.

где ;

(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре ), для B_a=1,45Тл находим H_a=520А/м.

4.6 Магнитное напряжение ярма ротора



;

;

,

,

где для В_j=1,2Тл находим H_j=267А/м.

4.7 Магнитное напряжение на пару полюсов

.

4.8 Коэффициент насыщения магнитной цепи

4.9 Намагничивающий ток

Относительное значение

(для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура ν_расч=115⁰С; для медных проводников ).

Длина проводников фазы обмотки



;

;

,

где В=0,01; по таблице 9.23 К_л=1,2;

Длина вылета лобовой части катушки

Относительное значение r₁

5.2 Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора

где для литой алюминиевой обмотки ротора .

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора

, где К_с1=1.

Относительное значение

5.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

где ,

для и ; .

Относительное значение

5.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

где ; ; ; ; ; ;

так как при закрытых пазах .

Приводим X² к числу витков статора

.

Относительное значение

6.2 Поверхностные потери в роторе

где К_0,2=1,5;

для по рис. 9.53 [1] .

6.3 Пульсационные потери в зубцах ротора

;

,

где из п. 4.1.3 расчета; из п. 4.1.1 расчета;

где из п. 4.1.3 расчета; из п. 3.1.10 расчета.

6.4 Сумма добавочных потерь в стали

(Р_пов1 и Р_пул1 приближенно равны 0, см. параграф 9.11).

6.5 Полные потери в стали

.

6.6 Механические потери

(для двигателей с 2р=2 коэффициент ).

6.7 Холостой ход двигателя



;

;

.

7. Расчет рабочих характеристик
7.1 Параметры

;

;

,

используем приближенную формулу, так как :

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

7.2 Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений S=0,005; 0,01; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,0326, принимая предварительно, что . таблицу 1. Уточненное значение номинального скольжения: S_ном=0,0326.

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

№Расчетная формулаРазмерностьСкольжение SS_НОМ0,0050,010,0150,020,0250,03261Ом10,745,373,582,692,151,652Ом10,795,423,632,732,191,693Ом0,380,380,380,380,380,384Ом10,795,433,652,762,231,745А20,3840,5160,3379,7898,79126,776---1,0001,000,990,990,990,987---0,040,070,10,140,170,228А21,741,7561,3480,3598,68125,029А20,6422,7626,2130,9236,7947,710А29,9547,5566,786,09105,31133,8111А20,7141,1861,3281,08100,41128,8312кВт14,3227,5540,4853,0365,1382,5113кВт0,120,310,61,001,502,4214кВт0,070,260,591,031,572,5915кВт0,070,140,200,270,330,4116кВт2,442,883,574,475,577,6017кВт11,8924,6736,9248,5659,5574,9218---0,830,900,910,920,910,9119---0,720,880,920,930,940,93

Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором (Р₂=75кВт)

б) Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчет проводим для точек характеристик, соответствующих S=1; 0,8; 0,5; 0,1, при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учетом влияния вытеснения тока (см. табл. 2).

Таблица 3. Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

ностьСкольжение S10,80,50,20,10,191-1,351,301,201,101,051,102А7638726264584932334449323Тл1,061,061,061,061,061,064-4,524,303,822,921,982,925мм0,540,560,600,700,820,705^/5,475,254,733,572,083,576-2,662,662,662,662,662,667-0,300,300,280,240,160,248Ом1,151,151,171,211,291,219-0,630,650,700,820,960,8210мм0,150,150,150,160,160,1610^/1,0101,0101,0111,0111,0121,01111-8,608,257,445,613,275,61120,570,560,550,530,460,5313Ом1,541,581,651,731,811,7314Ом0,810,830,901,051,231,0515Ом0,120,120,130,140,150,1416А0,100,110,150,300,550,3017А0,270,270,280,300,320,3018-76774669352534652519-77475370053135153120-1,291,271,221,121,041,12

где К=0,84;

где Р_э1=2420Вт из таблицы 1 для S=S_ном;

9.2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

где ;

9.3 Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей

где ;

9.4 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя

9.5 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

где ;

9.7 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

9.8 Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

где для двигателя

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Введение
Асинхронной машиной называется двухобмоточная электрическая машина переменного тока, у которой только одна обмотка (первичная) получает питание от электрической сети с постоянной частотой, а вторая обмотка (вторичная) замыкается накоротко или на электрические сопротивления.

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющий в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их установленная мощность постоянно возрастает.

Асинхронные двигатели широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других станков, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.

Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.

В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.

К числу номинальных данных асинхронных двигателей относятся: механическая мощность, развиваемая двигателем; частота сети; линейное напряжение статора; линейный ток статора; частота вращения ротора; коэффициент мощности; коэффициент полезного действия.

Исполнение ротора……………………………………….Короткозамкнутый

Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт……………………………….75

Количество фаз статора m₁………………………………………………..….3

Способ соединения фаз статора.…………………………….….…….......Y/

Частота сети f, Гц…………………………….……….……………...….…..50

Высота оси вращения,мм…………………………………………………..220

Номинальное линейное напряжение U, В………………………....…380/220

Синхронная частота вращения n₁, об/мин…………….…….……..….…3000

Степень защиты от внешних воздействий………………….….…..……IP23

Способ охлаждения…..….……….………………………………….....IC01

Исполнение по способу монтажа…………………….……….……....IM1001

Климатические условия и категория размещения…….….…….….…..….У3

Форма выступающего конца вала……………………….....Цилиндрическая

Способ соединения с приводным механизмом……………..Упругая муфта

Количество полюсов 2р….….….….…….….….….…….……....…………..2

1. Заключение

Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины, удовлетворяющие своим показателям и характеристикам, весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.

Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование, изготовление и испытание. Под проектированием электрической машины понимается расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц, оценка технико-экономических показателей спроектированной машины, включая показатели надежности.

1. Список литературы

1. 
   Проектирование электрических машин (под редакцией Копылова И.П.), М.: Высшая школа, 2002. – 757с.: ил.
   
2. 
   Алиев И.И. Электротехнический справочник. - 3-е издание, испр. и доп. - М.: ИП РадиоСофт, 2000. - 384с.: ил.
   
3. 
   Проектирование электрических машин (под редакцией Гольдберга О.Д.), М.: Высшая школа, 2001. - 430с.: ил.
   
4. 
   Справочник по электрическим машинам. В2-х т. Т.1/Под ред. И.П.Копылова и Б.К.Клокова. М.-. Энергоатомиздат,1988, - 456с.: ил.
   
5. 
   Макаров Л.Н. Совершенствование серийных асинхронных машин в условиях массового производства./ Электротехника, 2004, №6. – с. 60-69.
   

а)


б)

Рис. 1. Пазы спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

(Р₂=75кВт):

а – статор; б- ротор