Проектирование электрических машин

 

Относительное значение r₁:

 

Активное сопротивление  фазы алюминиевой обмотки ротора по (9.168)[1]:

 

 

по (9.169)[1]:

 

(примем );

по (9.170)[1]:

 

где для литой алюминиевой  обмотки ротора

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора по (9.172)[1], (9.173)[1]:

 

Относительное значение:

 

Индуктивное сопротивление  фазы обмотки статора по (9.152)[1]:

 

где по табл.(9.26)[1]:

 

 

(проводники закреплены  пазовой крышкой)

 

 по (9.154)[1].

 

 

 

по (9.159)[1]:

 

по (9.174)[1]:

 

по (9.176)[1]:

 

для и :

Относительное значение:

 

Индуктивное сопротивление  фазы обмотки ротора по (9.177)[1]:

 

где по табл.(9.27)[1]:

 

В данной формуле:

 

 

 

 

по (9.178)[1]:

 

по (9.180)[1]:

 

по (9.181)[1]:

 

т.к. при закрытых пазах 

Приводим  к числу витков статора по (9.172)[1] и по (9.183)[1]:

 

Относительное значение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8) Расчет  потерь.

Потери в стали основные по (9.187)[1]:

 

Примем . ( для стали 2013 по табл.(9.28)[1] ).

по (9.188)[1]:

 

где - удельная масса стали.

по (9.189)[1]:

 

; .

 

Поверхностные потери в роторе  по (9.134)[1]:

 

по (9.192)[1]:

 

 

для

Пульсационные потери в зубцах ротора по (9.200)[1]:

 

по (9.196)[1]:

 

где ;

Масса стали зубцов ротора по (9.201)[1]:

 

Сумма добавочных потерь в  стали по (9.202)[1]:

 

 

Полные потери в стали  по (9.203)[1]:

 

Механические потери по (9.210)[1]:

 

(для двигателей с 2p=4 коэффициент )

Холостой ход двигателя:

по (9.217)[1]:

 

по (9.128)[1]:

 

где по (9.219)[1]:

 

где по (9.221)[1]:

 

 

9) Расчет  рабочих характеристик.

Параметры:

по (9.184)[1]:

 

по (9.185)[1]:

 

по (9.223)[1]:

 

Была использована приближенная формула, т.к.

 

Активная составляющая тока синхронного холостого хода по (9.226)[1]:

 

по (9.227)[1]:

;

 

 

Потери, не изменяющиеся при  изменении скольжения:

 

Рассчитываем рабочие  характеристики для скольжений , принимая предварительно, что .

Номинальные данные спроектированного  двигателя:

P_2ном=15 кВт    U_1ном=380/660 В I_1ном=16,8 А   сosφ_ном=0,912      η_ном=0,891

Рабочие характеристики асинхронного двигателя:

№ п/п	Расчетная формула	Раз- мер- ность	Скольжение
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	Sном= 0,0246
1		Ом	123,3	61,65	41,1	30,83	24,66	20,55	25,06
2		Ом	124,2	62,76	42,21	31,94	25,77	21,66	26,17
3		Ом	1,65	1,65	1,65	1,65	1,65	1,65	1,65
4		Ом	124,43	62,79	42,25	31,98	25,83	21,73	26,23
5		А	3,05	6,05	9	11,88	14,71	17,49	14,49
6		-	0,999	0,999	0,999	0,998	0,997	0,997	0,998
7		-	0,013	0,026	0,036	0,052	0,064	0,076	0,063
8		А	3,37	6,37	9,31	12,19	15	17,76	14,78
9		А	5,77	5,89	6,08	6,34	6,67	7,08	6,64
10		А	6,68	8,68	11,12	13,74	16,42	19,11	16,2
11		А	3,18	6,29	9,36	12,36	15,3	18,19	15,07
12		кВт	3,85	7,26	10,61	13,89	17,1	20,25	16,85
13		кВт	0,143	0,242	0,397	0,606	0,865	1,172	0,843
14		кВт	0,017	0,068	0,15	0,261	0,4	0,566	0,388
15		кВт	0,019	0,036	0,053	0,069	0,086	0,101	0,084
16		кВт	0,7	0,866	1,12	1,456	1,871	2,359	1,835
17		кВт	3,146	6,396	9,492	12,436	15,233	17,887	15,014
18		-	0,818	0,881	0,894	0,895	0,891	0,883	0,891
19		-	0,505	0,734	0,837	0,887	0,914	0,929	0,912

 

Уточним значение s_ном:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s_ном=0,0246

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10) Расчет  пусковых характеристик.

а) Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под  влиянием эффекта вытеснения тока (без  учета влияния насыщения полей  рассеяния)

№ п/п	Расчетная формула	Раз- мер- ность	Скольжение
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	sкр= 0,149
1	=63,58	-	2,08	1,86	1,47	0,93	0,658	0,8
2		-	0,9	0,7	0,31	0,067	0,017	0,037
3		мм	17	19	25	31	32	31,5
4		-	1,61	1,47	1,21	1,06	1	1
5		-	1,43	1,33	1,15	1,04	1	1
6		Ом	0,815	0,758	0,655	0,593	0,57	0,57
7		-	0,75	0,8	0,89	0,96	0,98	0,97
8		-	1,889	1,975	2,13	2,251	2,286	2,268
9		-	0,924	0,939	0,967	0,988	0,994	0,991
10		Ом	2,634	2,677	2,755	2,815	2,833	2,824
11		Ом	1,912	2,049	2,423	4,133	6,959	5,022
12		Ом	5,302	5,346	5,426	5,489	5,507	5,498
13		А	67,425	66,371	63,94	55,304	42,82	51,031
14		А	69,727	68,677	66,234	57,377	44,535	52,98

 

 

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

№ п/п	Расчетная формула	Раз- мер- ность	Скольжение
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	sкр=0,149
1		-	1,35	1,3	1,2	1,1	1,05	1,01
2		А	3292	3122	2780	2207	1635	2001
3		Тл	6,355	6,028	5,366	4,261	3,157	3,863
4		-	0,4	0,41	0,44	0,54	0,68	0,62
5		мм	4,92	4,838	4,592	3,772	2,624	3,116
6		-	1,35	1,352	1,358	1,382	1,432	1,404
7		-	1,008	1,033	1,109	1,361	1,714	1,562
8		Ом	1,776	1,788	1,826	1,953	2,135	2,057
9		-	1,023	1,023	1,023	1,025	1,027	1,026
10		мм	8,076	7,941	7,538	6,192	4,307	5,115
11		-	1,327	1,414	1,574	1,714	1,792	1,771
12		-	1,008	1,033	1,109	1,361	1,714	1,562
13		Ом	1,445	1,501	1,62	1,816	2,032	1,945
14		Ом	1,904	2,039	2,41	4,109	6,924	4,995
15		Ом	3,254	3,324	3,483	3,814	4,222	4,053
16		А	100,8	97,5	89,7	67,8	46,9	59,1
17		А	102,7	99,4	91,7	69,5	48,3	60,7
18		-	1,47	1,45	1,38	1,2	1,09	1,15
19		-	6,34	6,136	5,66	4,29	2,98	3,75
20		-	1,57	1,7	2	2,49	2,38	2,54

 

Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям  сопротивлений  и , соответствующим скольжениям s=0,2..0,1:

 

 

 

 

Рассчитываем кратность  максимального момента:

Спроектированный асинхронный  двигатель удовлетворяет требованиям  ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и cosφ), так и по пусковым характеристикам.

 

 

 

 

 

 

11) Тепловой расчет.

Превышение температуры  внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха  внутри двигателя по (9.135[1]):

 

по табл. 9.35[1]: К=0,2;

 по (9.313[1]): 

 

где из табл. 9.36[1] для s=s_ном=0,0246 находим Р_э1=843 Вт; по рис.9.67[1],б: α₁=109 ; ;

Перепад температуры в  пазовой части обмотки статора  по (9.316[1]):

 

В данной формуле:

по (9.317[1]): ;

для изоляции класса нагревостойкости F ; для находим ;

 

 

 

Перепад температуры по толщине  изоляции лобовых частей по (9.319[1]):

 

по (9.134[1]): 

 

,.

Превышение температуры  наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя по (9.320[1]): 

 

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой оздуха внутри двигателя по (9.321[1]):

 

Превышение температуры  воздуха внутри двигателя над  температурой окружающей среды по (9.322[1]):

 

 

 

В данной формуле:

по (9.326[1]): , где по (9.324[1]):

;

;

 

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой окружающей среды по (9.328[1]):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12) Вентиляционный  расчет.

Проверка условий охлаждения двигателя:

 

в данной формуле:

по (9.341[1]):

 

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором по (9.342[1]):

 

 

Нагрев частей двигателя  находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод: спроектированный двигатель  отвечает поставленным в техническом  задании требованиям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13) Механический  расчет.

Расчет вала на жесткость  и на прочность.

 

 

 

 

 

 

 

Выберем предварительно подшипники на обоих концах вала. На обоих концах вала разместим шарикоподшипник радиальный однорядный средней серии:

Условное обозначение: 309

d=45 мм

D=100 мм

B=25 мм

r=2,5 мм

с=37000 Н

С₀=26200 Н

n=6300

Принимая, что ротор асинхронного двигателя представляет собой сплошной цилиндр с плотностью 8300 кг/м³, его массу можно определить как:

 кг

Определим приведенную силу тяжести:

 Н

 

Определим номинальный вращающий  момент:

 

Определим S_a и S_b. Для этого найдем моменты инерции участков вала.

Для участка а:

 

 

 

Для участка b:

 

 

 

Определим прогиб вала под  действием силы G_p на участке, соответствующем середине магнитопровода (по (8.15[1])):

 

 

 

 

 

Определим дополнительный прогиб вала под серединой магнитопровода, вызываемый силой (по (8.19[1])):

 

Для этого определим :

 

 

Определим первоначальное смещение ротора по (8.21[1]):

 

Определим силу одностороннего магнитного натяжения, вызванную смещением  ротора:

 

Определим прогиб вала, вызванный  силой Т₀ (по(8.21[1])):

 

Установившийся прогиб под  действием сил магнитного притяжения (по(8.23[1])):

 

 

Результирующий прогиб вала (по(8.24[1])):

. Данное значение  входит в установленные пределы.

Критическая частота вращения (по(8.25[1])):

 

В расчете на прочность  принимаем коэффициент нагрузки

Напряжение на свободном  конце вала в сечении А:

 

 

 

Напряжение в сечении  В:

 

Нагрузка от установившегося  магнитного притяжения по (8.34[1]):

 

 

 

Напряжение в сечении  Г:

 

 

 

Напряжение в сечении  Е:

 

 

 

Напряжение в сечении  Д:

 

 

 

Из сопоставления полученных данных следует, что наиболее нагруженным  является сечение А, для которого:

 

Таким образом, вал удовлетворяет  всем требованиям механических расчетов.

13) Расчет  подшипников.

 

 

 

 

 

 

Определим радиальную нагрузку на подшипниках:

Из (8.36[1]) и (8.37[1]):

 

 

Примем  – для нагрузки с умеренными толчками

Также примем .

Рассчитаем по (8.35а[1]) и (8.35б[1])  динамическую нагрузку на подшипники:

 Н

 

Определим динамические грузоподъемности подшипников:

 

 

Выбранные подшипники удовлетворяют  поставленным требованиям.

 

 

Заключение.

В результате выполнения курсового  проекта был спроектирован асинхронный  двигатель мощностью 15 кВт, напряжением  питания   380/660 В. Номинальная частота  вращения двигателя составляет 1500 об/мин. В процессе выполнения курсового  проекта были изучены приемы проектирования асинхронных двигателей, особенности  конструкций двигателей различных  исполнений.

Спроектированный двигатель  предназначен для использования  в приводах общепромышленного назначения и удовлетворяет всем необходимым  требованиям и ГОСТам.