Полный текст:
Введение
Асинхронные двигатели серии 5А открыли новый раздел асинхронных машин. Эта серия базируется на рекомендациях МЭК по шкале мощностей и размеров, и на рекомендациях СЭВ по увязке мощностей и установочных размеров. В результате использования новых электроизоляционных материалов позволивших в большинстве двигателей из серии 5А применить изоляцию класса нагревостойкости F, и детальной конструкторской и технологической разработки двигателя этой серии по своим технико-экономическим показателям не уступает лучшим зарубежным образцам, а по ряду показателей превосходят их.
Серия 5А охватывает диапазон мощностей от 0,006 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения. На каждую из высот, кроме h=225 мм, выпускаются двигатели двух разных длин. Коэффициент нарастания двигателей меняется от 1,5-1,4 у двигателей с высотой оси вращения h=50-80мм до 1,25-1,2 у двигателей с h=280-350мм.
Новые конструктивные решения ряда узлов позволили в двигателях этой серии несколько увеличить объем активной части за счет увеличения диаметра сердечника статора при той же высоте оси вращения. В тоже время применение изоляции класса нагревостойкости F и новых сортов электротехнической стали (2013 и 2312) дало возможность повысить электромагнитные нагрузки, что позволило увеличить мощность и улучшить энергетические показатели.1 Электромагнитный расчет
1.1 Выбор главных размеров
Выбирается высота оси вращения (из стандартного ряда), мм,
,
Внешний диаметр статора, м,
.
Внутренний диаметр статора, м,
, *) (1.1.1)
где - отношение внутреннего диаметра статора к внешнему
,
.
Число пар полюсов
, (1.1.2)
.
Полюсное деление, м,
, (1.1.3)
.
Расчетная мощность, В•А,
, (1.1.4)
где - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению
,
- предварительное значение КПД
,
- предварительное значение коэффициента мощности
,
.
Предварительно выбираются электромагнитные нагрузки
А/м;
Тл.
Предварительно принимается обмоточный коэффициент для однослойной обмотки
.
Расчетная длина магнитопровода, м,
, (1.1.5)
где - коэффициент формы поля
,
*) Расчет двигателя по /1/ - синхронная угловая частота двигателя, рад/с,
, (1.1.6)
,
.
Критерий правильности выбора главных размеров
, (1.6)
находится в допустимых пределах, значит размеры выбраны верно.
1.2 Определение , и сечения провода обмотки статора
Предельные значения зубцового деления статора , м,
,
.
Предельные значения числа пазов статора
, (1.2.1)
;
, (1.2.2)
.
Число пазов статора принимается равным
,
тогда число пазов на полюс и фазу
, (1.2.3)
.
Принимается обмотка с дробным числом пазов на полюс и фазу, схема которой приводится на рисунке 1.1.
Окончательно зубцовое деление статора, мм,
, (1.2.4)
.
Предварительно вычисляется число эффективных проводников в пазу
, (1.2.5)
где - номинальный ток в обмотке статора, А,
, (1.2.6)
,
.
Выбирается число параллельных ветвей в обмотке статора
.
Тогда число эффективных проводников в пазу окончательно равно
.
Окончательно принимаются значения
1) числа витков в фазе
, (1.2.7)
;
2) линейной нагрузки, А/м,
, (1.2.8)
;
3) магнитного потока, Вб,
, (1.2.9)
где - обмоточный коэффициент для однослойной обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу
, (1.2.10)
- коэффициент распределения обмотки статора
, (1.2.11)
,
- коэффициент укорочения обмотки статора
, (1.2.12)
- укорочение шага
,
,
,
;
4) индукции в воздушном зазоре, Тл,
, (1.2.13)
.
Предварительно рассчитывается плотность тока в обмотке статора, А/м2,
, (1.2.14)
где - произведение линейной нагрузки на плотность тока, А2/м3,
,
.
Предварительно вычисляется площадь поперечного сечения эффективного проводника, мм2,
, (1.2.15)
.
Принимается число элементарных проводников в одном эффективном
,
тогда сечение элементарного проводника, мм2,
.
Принимаем обмоточный провод марки ПЭТ-155, мм, мм2.
Окончательно рассчитывается плотность тока в обмотке статора, А/мм2,
, (1.2.16)
.
1.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Расчетная ширина зубца статора, мм,
, (1.3.1)
где - индукция в зубцах ротора, предварительно принимается равной, Тл,
,
- коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора
;
.
Высота ярма статора, мм,
, (1.3.2)
где - индукция в ярме ротора, предварительно принимается равной, Тл,
,
.
Высота паза, мм,
, (1.3.3)
.
Высота шлица принимается равной, мм,
.
Ширина шлица паза, мм,
, (1.3.4)
где - диаметр изолированного обмоточного провода, мм,
,
.
Размер , мм,
, (1.3.5)
.
Размер , мм,
, (1.3.6)
.
Размер , мм,
, (1.3.7)
.
Эскиз паза статора показан на рисунке 1.2. Спецификация паза представлена в таблице 1.1.
Рисунок 1.2 – Эскиз паза статора
Таблица 1.1 – Спецификация паза статора
Позиция
Наименование
Число слоев
Размер, мм
1
Изоляция паза - Имидофлекс
1
0,2
2
Прокладка - Имидофлекс
1
0,2
3
Прокладка - Имидофлекс
1
0,2
4
Провод ПЭТ-155,
-
0,53/0,585
Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку, мм,
, (1.3.8)
;
, (1.3.9)
;
, (1.3.10)
.
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки, мм2,
, (1.3.11)
где - площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу, мм2,
, (1.3.12)
- односторонняя толщина изоляции в пазу, мм,
;
;
- площадь поперечного сечения прокладок
;
.
Коэффициент заполнения паза
, (1.3.13)
.
Полученное значение находится в рекомендованных пределах.
1.4 Расчет ротора
Выбирается воздушный зазор, мм,
.
Число пазов ротора принимается равным
.
Рассчитывается внешний диаметр ротора, мм,
, (1.4.1)
.
Длина магнитопровода ротора, м,
.
Зубцовое деление ротора, мм,
, (1.4.2)
.
Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник ротора непосредственно насаживается на вал. Внутренний диаметр ротора, мм,
, (1.4.3)
где коэффициент
,
.
Ток в обмотке ротора, А,
, (1.4.4)
где коэффициент
, (1.4.5)
,
, (1.4.6)
,
.
Предварительно рассчитывается площадь поперечного сечения стержня, мм2,
, (1.4.7)
где - плотность тока в стержне литой клетки принимаем, А/мм2,
,
.
Размеры шлица паза принимаются равными, мм,
;
;
.
Индукция в зубцах ротора принимается равной, Тл,
.
По допустимой индукции определяется ширина зубца ротора, мм,
, (1.4.8)
где - коэффициент заполнения сталью сердечника ротора
,
.
Размеры паза, мм,
, (1.4.9)
;
, (1.4.10)
;
, (1.4.11)
.
Уточняется ширина зубцов ротора, мм,
, (1.4.12)
;
, (1.4.13)
где - полная высота паза, мм,
, (1.4.14)
,
.
Ширина зубца ротора принимается равной, мм,
, (1.4.15)
.
Эскиз паза ротора показан на рисунке 1.3.
Площадь поперечного сечения стержня, мм2,
, (1.4.16)
.
Плотность тока в стержне, А/мм2,
, (1.4.17)
.
Рисунок 1.3 – Эскиз паза ротора
Площадь поперечного сечения короткозамыкающего кольца (предварительно), мм2,
, (1.4.18)
где ток в кольце, А,
, (1.4.19)
, (1.4.20)
,
,
плотность тока в кольце, А/мм2,
, (1.4.21)
,
.
Размеры короткозамыкающих колец, мм,
, (1.4.22)
,
, (1.4.23)
.
Площадь поперечного сечения кольца, мм2,
, (1.4.24)
.
Средний диаметр кольца, мм,
, (1.4.25)
.
1.5 Расчет намагничивающего тока
Магнитопровод выполняется из стали 2013 ГОСТ 21427-83; толщина листов0,5 мм.
Магнитное напряжение воздушного зазора, А,
, (1.5.1)
где - коэффициент воздушного зазора
, (1.5.2)
, (1.5.3)
,
,
.
Магнитное напряжение зубцовой зоны статора, А,
, (1.5.4)
где - высота зубца статора, м,
,
расчетная индукция в зубцах, Тл,
, (1.5.5)
.
Этой индукции соответствует напряженность магнитного поля , А/м,
.
Полученное значение подставляется в формулу (1.5.4)
.
Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора, А,
, (1.5.6)
где - высота зубца, мм,
, (1.5.7)
.
Индукция в зубце, Тл,
, (1.5.8)
.
Для индукции находим напряженность магнитного поля в зубцах ротора, А/м,
;
.
Коэффициент насыщения зубцовой зоны
, (1.5.9)
.
Магнитное напряжение ярма статора, А,
, (1.5.10)
где - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м,
, (1.5.11)
высота ярма статора, м,
, (1.5.12)
,
.
Индукция в ярме статора, Тл,
, (1.5.13)
.
Для индукции находим напряженность магнитного поля в ярме статора, А/м,
;
.
Магнитное напряжение ярма ротора, А,
, (1.5.14)
где - длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора, мм,
, (1.5.15)
, (1.5.16)
,
.
Индукция в ярме ротора, Тл,
, (1.5.17)
.
Для индукции находим напряженность магнитного поля в ярме ротора, А/м,
;
.
Магнитное напряжение на пару полюсов, А,
, (1.5.18)
.
Коэффициент насыщения магнитной цепи
, (1.5.19)
.
Намагничивающий ток, А,
, (1.5.20)
.
Относительное значение намагничивающего тока
, (1.5.21)
.
1.6 Параметры рабочего режима
Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом,
, (1.6.1)
где - удельное сопротивление меди при рабочей температуре, Ом•м,
,
- длина проводников фазы обмотки, м,
, (1.6.2)
- средняя длина витка обмотки, м,
, (1.6.3)
- длина пазовой части обмотки равна конструктивной длине сердечников машины , м,
,
- длина лобовой части, м,
, (1.6.4)
- коэффициент
,
- средняя ширина катушки, м,
, (1.6.5)
,
- длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м,
,
;
;
;
.
Длина вылета лобовой части катушки, м,
, (1.6.6)
где коэффициент
,
.
Относительное значение активного сопротивления обмотки статора
, (1.6.7)
.
Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора, Ом,
, (1.6.8)
где - активное сопротивление стержня, Ом,
, (1.6.9)
- удельное сопротивление алюминиевой обмотки при рабочей температуре, Ом•м,
,
,
- активное сопротивление короткозамыкающего кольца, Ом,
, (1.6.10)
,
.
Сопротивление фазы обмотки ротора приводится к числу витков обмотки статора. Приведенное сопротивление , Ом,
, (1.6.11)
.
Относительное значение приведенного активного сопротивления ротора
, (1.6.12)
.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора, Ом,
, (1.6.13)
где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора
, (1.6.14)
, (1.6.15)
- толщина изоляции, м,
,
,
, (1.6.16)
,
т.к. проводники закрыты пазовой крышкой
,
, (1.6.17)
,
, (1.6.18)
,
,
- коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния статора
, (1.6.19)
,
- коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния статора
, (1.6.20)
, (1.6.21)
коэффициент
,
,
,
.
Относительное значение индуктивного сопротивления обмотки статора
, (1.6.22)
.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом,
, (1.6.23)
где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора
, (1.6.24)
, (1.6.25)
,
,
- коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора
, (1.6.26)
,
- коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора
, (1.6.27)
, (1.6.28)
коэффициент
,
,
,
- коэффициент проводимости скоса. Так как скос пазов отсутствует, то
,
.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора приводится к числу витков статора. Приведенное индуктивное сопротивление ротора, Ом,
, (1.6.29)
.
Относительное значение приведенного сопротивления ротора
, (1.6.30)
.
1.7 Расчет потерь
Основные потери в стали, Вт,
, (1.7.1)
где - удельные потери в стали, Вт/кг,
,
- коэффициент
,
- масса стали ярма, кг,
, (1.7.2)
- высота ярма статора, м,
, (1.7.3)
,
- удельная масса стали, кг/м3,
,
,
- коэффициент
,
- масса стали зубцов статора, кг,
, (1.7.4)
- средняя ширина зубца статора, м,
,
,
.
Поверхностные потери в роторе, Вт,
, (1.7.5)
где - удельные поверхностные потери, Вт/м2,
, (1.7.6)
- коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери
,
- амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, Тл,
, (1.7.7)
- коэффициент, зависящий от отношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору
,
,
,
.
Пульсационные потери в зубцах ротора, Вт,
, (1.7.8)
где - амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов ротора, Тл,
, (1.7.9)
,
- масса стали зубцов ротора, кг,
, (1.7.10)
,
.
Сумма добавочных потерь в стали, Вт,
, (1.7.11)
где - поверхностные потери в статоре
,
- пульсационные потери в статоре, Вт,
, (1.7.12)
- амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов статора, Тл,
, (1.7.13)
,
,
,
.
Полные потери в стали, Вт,
, (1.7.14)
.
Механические потери, Вт,
, (1.7.15)
где - коэффициент
, (1.7.16)
,
.
Холостой ход двигателя. Холостой ход двигателя, А,
, (1.7.17)
где - активная составляющая тока холостого хода, А,
, (1.7.18)
- электрические потери в статоре при холостом ходе, Вт,
, (1.7.19)
,
,
.
Коэффициент мощности при холостом ходе
, (1.7.20)
.
1.8 Расчет рабочих характеристик
Сопротивления схемы замещения, Ом,
, (1.8.1)
,
, (1.8.2)
.
Угол определяется по формуле
, (1.8.3)
.
Коэффициент рассчитывается по уточненной формуле
, (1.8.4)
где - активная составляющая коэффициента
, (1.8.5)
,
- реактивная составляющая коэффициента
, (1.8.6)
,
.
Активная составляющая тока синхронного холостого хода, А,
, (1.8.7)
.
Расчетные величины
, (1.8.8)
;
, (1.8.9)
; , (1.8.10)
Ом;
, (1.8.11)
Ом.
Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения, Вт,
.
Рассчитанные рабочие характеристики сведены в таблицу 1.2 Графики рабочих характеристик представлены на рисунке 1.4.
1.9 Расчет пусковых характеристик с учетом влияния эффекта вытеснения тока
Расчет для скольжения равного единице.
Приведенная высота стержня
, (1.9.1)
учитывая, что удельная проводимость, Ом•м,
,
отношение
,
то формула (1.9.1) записывается в виде
, (1.9.2)
Таблица 1.1 – рабочие характеристики
Расчетная формула
Размерность
Скольжение
0,005
0,01
0,03
0,05
0,1
0,2
Ом
4021,8
2010,9
670,3
402,2
201,1
100,5
265,3
Ом
4065,4
2054,5
713,9
445,8
244,7
144,2
308,9
Ом
-878,9
-407,6
-93,4
-30,5
16,6
40,2
1,5
Ом
4159,3
2094,5
720,0
446,9
245,3
149,7
308,9
А
0,053
0,105
0,306
0,492
0,897
1,47
0,712
-
0,977
0,981
0,992
0,998
0,998
0,963
1,0
-
-0,211
-0,125
-0,13
-0,068
0,068
0,268
0,005
А
0,198
0,249
0,449
0,637
1,041
1,562
0,858
А
0,939
0,93
0,91
0,916
1,011
1,344
0,954
А
0,959
0,962
1,015
1,116
1,451
2,061
1,283
А
0,061
0,121
0,351
0,566
1,031
1,69
0,819
кВт
0,13
0,164
0,296
0,421
0,687
1,031
0,566
кВт
0,076
0,077
0,085
0,103
0,174
0,352
0,136
кВт
0,000
0,001
0,006
0,015
0,049
0,134
0,036
кВт
0,001
0,001
0,001
0,002
0,003
0,005
0,003
кВт
0,103
0,104
0,119
0,146
0,254
0,518
0,197
кВт
0,027
0,06
0,178
0,274
0,433
0,513
0,37
-
0,209
0,365
0,599
0,652
0,63
0,498
0,652
-
0,206
0,259
0,442
0,571
0,717
0,758
0,669
Рисунок 1.3 - Графики рабочих характеристик
где - высота стержня в пазу, м,
,
,
.
Для
, (1.9.3)
.
Глубина проникновения тока, мм,
, (1.9.4)
.
Т.к. выполняется неравенство
, (1.9.5)
,
,
то площадь сечения , мм2,
, (1.9.6)
где
, (1.9.7)
,
.
Коэффициент
, (1.9.8)
.
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока
, (1.9.9)
.
Приведенное сопротивление ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока, Ом,
, (1.9.10)
.
Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока, Ом,
, (1.9.11)
где - коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока
, (1.9.12)
- коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока
, (1.9.13)
, (1.9.14)
,
,
,
.
Индуктивное сопротивление взаимной индукции, Ом,
, (1.9.15)
.
Коэффициент
, (1.9.16)
.
Сопротивления схемы замещения, Ом,
, (1.9.17)
,
, (1.9.18)
.
Ток в обмотке ротора, А,
, (1.9.19)
.
Ток в обмотке статора, А,
, (1.9.20)
.
Кратность пускового тока
, (1.9.21)
.
Кратность пускового момента
, (1.9.22)
.
Приближенное значение критического скольжения
, (1.9.23)
.
Расчет пусковых характеристик без учета насыщения сведен в таблицу 1.3.
1.10 Расчет пусковых характеристик с учетом влияния насыщения от полей рассеяния
Расчет для скольжения равного единице.
Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора, А,
, (1.10.1)
где - ток статора, соответствующий расчетному режиму, без учета насыщения, А,
,
- предполагаемая кратность увеличения тока, принимается равной
,
.
Рассчитывается фиктивная индукция полей рассеяния в воздушном зазоре, Тл,
, (1.10.2)
где - коэффициент, равный
, (1.10.3)
,
.
Таблица 1.3 – Пусковые характеристики с учетом влияния эффекта вытеснения тока
Расчетная формула
Размерность
Скольжение
1
0,8
0,5
0,2
0,1
-
0,967
0,865
0,684
0,432
0,306
0,454
-
0,778
0,498
0,195
0,031
0,008
0,038
мм
8,55
10,15
12,72
14,74
15,08
14,64
-
1,52
1,32
1
1
1
1
-
1,51
1,28
1
1
1
1
Ом
23,72
20,11
15,71
15,71
15,71
15,71
-
0,965
0,970
0,990
0,995
0,999
0,994
-
1,72
1,72
1,75
1,75
1,76
1,75
-
0,99
0,99
1
1
1
1
Ом
28,81
28,81
29,1
29,1
29,1
29,1
Ом
53,8
55,36
62,3
114,33
201,05
106,45
Ом
58,18
58,18
58,5
58,5
58,5
58,5
А
2,78
2,74
2,57
1,71
1,05
1,81
А
3,14
3,1
2,92
2,03
1,4
2,13
-
2,45
2,42
2,28
1,59
1,09
1,66
-
1,32
1,36
1,49
1,65
1,25
1,68
По полученному значению индукции определяется отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины, характеризуемое коэффициентом
.
Значение дополнительного эквивалентного раскрытия пазов статора, мм,
, (1.10.4)
.
Уменьшение коэффициента магнитной проводимости рассеяния полузакрытого паза, вызванное насыщением от полей рассеяния , (1.10.5)
где вычисляется по формуле
, (1.10.6)
,
.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния при насыщении
, (1.10.7)
.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
, (1.10.8)
.
Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения от полей рассеяния, Ом,
, (1.10.9)
.
Коэффициент
, (1.10.10)
.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока
, (1.10.11)
где - уменьшение коэффициента проводимости для полузакрытых пазов
, (1.10.12)
- дополнительное раскрытие пазов ротора, мм,
, (1.10.13)
,
,
.
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения
, (1.10.14)
.
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения
, (1.10.15)
.
62. Активное пусковое сопротивление схемы замещения с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния, Ом,
, (1.10.16)
.
Индуктивное пусковое сопротивление схемы замещения с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния, Ом,
, (1.10.17)
.
Приведенный ток в обмотке ротора, А,
, (1.10.18)
.
Ток в обмотке статора, А,
, (1.10.19)
.
Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения
, (1.10.20)
.
Кратность пускового момента с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения
, (1.10.21)
.
Полученный в расчете коэффициент насыщения
, (1.10.22)
отличается от принятого менее чем на 1%.
Критическое скольжение определяется после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений и .
Среднее сопротивление , Ом,
.
Среднее сопротивление , Ом,
.
Критическое скольжение
, (1.10.23)
Данные расчета пусковых характеристик с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния сведены в таблицу 1.4. Графики пусковых характеристик представлены на рисунке 1.4.
Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям как по энергетическим показателям (КПД и ), так и по пусковым характеристикам.
Рисунок 1.4 – Пусковые характеристики двигателя
Таблица 1.4 – Пусковые характеристики с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
Расчетная формула
Размерность
Скольжение
1
0,8
0,5
0,2
0,1
-
1,05
1,04
1,03
1,02
1,05
1,02
А
660,4
645,8
602,5
414,8
294,5
435,2
Тл
1,76
1,72
1,6
1,1
0,78
1,16
-
0,9
0,91
0,92
0,96
0,98
0,95
мм
0,5
0,45
0,4
0,2
0,1
0,25
-
1,56
1,56
1,57
1,59
1,61
1,59
-
2,28
2,3
2,33
2,43
2,48
2,4
Ом
24,55
24,67
24,9
25,61
26,02
25,43
-
1,097
1,098
1,099
1,101
1,103
1,101
мм
0,88
0,79
0,71
0,35
0,18
0,44
-
1,35
1,37
1,42
1,54
1,64
1,51
-
2,25
2,28
2,3
2,4
2,45
2,38
Ом
24,69
25,03
25,5
26,96
27,97
26,63
Ом
53,63
55,21
62,14
114,09
200,89
94,14
Ом
51,63
52,15
52,92
55,29
56,87
54,75
А
2,96
2,9
2,7
1,74
1,05
2,02
А
3,3
3,24
3,03
2,05
1,39
2,34
-
1,05
1,05
1,04
1,01
0,99
1,1
-
2,58
2,53
2,37
1,6
1,09
1,83
-
1,5
1,52
1,65
1,71
1,25
1,77
2 Тепловой и вентиляционный расчеты
2.1 Тепловой расчет
Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя, оС,
, (2.1.1)
где - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду. Принимается равным
,
- электрические потери в пазовой части обмотки статора, Вт,
, (2.1.2)
,
- коэффициент теплоотдачи с поверхности, Вт/(м2•оС),
,
.
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора, оС,
, (2.1.3)
где -расчетный периметр поперечного сечения паза статора, м,
, (2.1.4)
,
- односторонняя толщина изоляции в пазу, м,
,
- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, Вт/(м•оС),
,
принимается равным, Вт/(м•оС),
,
.
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей, оС,
, (2.1.5)
где - электрические потери в лобовых частях обмотки статора, Вт,
, (2.1.6)
,
- периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки, м,
,
- односторонняя толщина изоляции в лобовых частях
,
.
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя, оС,
, (2.1.7)
.
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя, оС,
, (2.1.8)
.
Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды, оС,
, (2.1.9)
где - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт,
, (2.1.10)
, (2.1.11)
,
,
- эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, м2,
, (2.1.12)
- условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя, м,
,
,
- коэффициент подогрева воздуха, учитывающий теплоотдающую способность корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины, Вт(м2•оС),
,
.
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, оС,
, (2.1.13)
.
2.2 Вентиляционный расчет
Требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с,
, (2.2.1)
где - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором
, (2.2.2)
- коэффициент
,
,
.
Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, м3/с,
, (2.2.3)
.
Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.
4 Механический расчет вала
4.1 Расчет вала на жесткость
Эскиз вала представлен на рисунке 4.1.
Сила тяжести ротора, Н,
, (4.1.1)
где масса ротора, кг,
, (4.1.2)
,
.
Поперечная сила, приложенная к выступающему концу вала, Н,
, (4.1.3)
где номинальный вращающий момент, Н•м,
, (4.1.4)
- коэффициент
,
– радиус по центрам пальцев муфты, м,
,
.
Прогиб вала под действием силы на участке, соответствующем середине пакета, м,
, (4.1.5)
где – модуль упругости, Па,
,
таблица 4.1 и 4.2;
.
Дополнительный прогиб вала под серединой магнитопровода ротора, м
, (4.1.6)
где таблица 4.3;
Таблица 4.1 – Расчёт
Участок
(левый)
1
30•10-3
3,98•10-8
16,5•10-3
4,49•10-6
4,49•10-6
112,8
2
37•10-3
9,2•10-8
48,5•10-3
1,14•10-4
1,1•10-4
1195,7
м-1
Таблица 4.2 – Расчёт
Участок
(правый)
2
37•10-3
9,2•10-8
48,5•10-3
1,14•10-4
1,1•10-4
1239,1
1
30•10-3
3,98•10-8
16,5•10-3
4,49•10-6
4,49•10-6
112,8
м-1
Таблица 4.3 – Расчёт
Участок
(левый)
1
2,7•10-4
2,7•10-4
6783,9
2
23,5•10-4
20,8•10-4
22608,7
Первоначальное смещение ротора, м,
, (4.1.7)
Сила одностороннего магнитного притяжения, Н,
, (4.1.8)
.
Прогиб от силы одностороннего магнитного притяжения, м,
, (4.1.9)
.
Установившийся прогиб вала от одностороннего магнитного притяжения, м,
, (4.1.10)
где m – коэффициент
, (4.1.11)
,
Суммарный прогиб вала посредине магнитопровода ротора, м,
, (4.1.12)
.
Прогиб в процентах длины воздушного зазора, %,
< 10 %.
Суммарный прогиб вала составляет 0,13 % от величины воздушного зазора, что допустимо.
Критическая частота вращения, об/мин,
, (4.1.13)
4.2 Расчет вала на прочность
Напряжение на свободном конце вала в сечении А, Па,
, (4.2.1)
где – момент сопротивления при изгибе, ,
, (4.2.2)
,
изгибающий момент в расчетном сечении, Н•м,
, (4.2.3)
,
– коэффициент перегрузки
,
.
Напряжение на свободном конце вала в сечении Б, Па,
, (4.2.4)
,
Напряжение на свободном конце вала в сечении В, Па,
, (4.2.5)
, (4.2.6)
где - диаметр шейки вала, м,
,
,
, (4.2.7)
, (4.2.8)
,
,
.
Напряжение на свободном конце вала в сечении Г, Па,
, (4.2.9)
(4.2.10)
,
.
Из сопоставления полученных данных следует, что наиболее нагруженным является сечение А, для которого
Таким образом, вал удовлетворяет всем требованиям механических расчётов.
Заключение
В спроектированном двигателе электромагнитные нагрузки и их расхождение с первоначально выбранными, находятся в установленных пределах.
В результате проведённого расчёта были получены следующие значения пускового тока и момента соответственно , , они находятся в рекомендуемых пределах.
В тепловом расчете перегрев обмотки статора не превышает допустимого перегрева для класса изоляции F и составляет , что соответствует данному классу нагревостойкости.
В целом спроектированный двигатель и его характеристики соответствуют данному классу машин.
Приложение Б (справочное).
Библиографический список.
1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. – в 2-х книгах:/Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф.; Под ред. Копылова И.П. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1993.
2. Кравчик А.Э. и др. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1982.
3. Присмотрова Л.К. Курсовое проектирование электрических машин: методические указания. – Киров, изд. ВятГТУ, 1998.
4. Присмотрова Л.К. Проектирование асинхронных двигателей: альбом чертежей для всех специальностей. – Киров, изд. ВятГТУ, 1998.