Проектирование электрического двигателя

 

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).

Данные расчета сведены в таблицу №3. Подробный расчет приведен для s = 1.

61. Определим индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора.

Принимаем k_нас = 1,35:

Определим среднюю МДС обмотки, отнесенную к одному пазу обмотки статора:

,

 

Рассчитаем фиктивную индукцию потока рассеяния в воздушном зазоре:

,

где ,

,

.

Пo рис. 9.61[1] для В_Фδ = 3,59 Тл находим k_δ = 0,66.

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

λ_п1нас = λ_п - Δλ_п1нас,

,

с_Э1 = (t_z1 – b_ш1)(1 – k_δ) = (13,1 – 3,6)(1 – 0,66) = 3,23;

h_к =

,

,

λ_п1нас = 1,16 - 0,27 = 0,89.

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

λ_Д1нас = λ_Д1 к_δ,

λ_Д1нас =2,03 • 0,66 = 1,34.

Индуктивное сопротивление  фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

,

 

 

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

λ_п2нас = λ_п2ξ - Δλ_п2нас,

,

с_Э2 = (t₂ - b_ш )(1 - k_δ) = (9,7 - 1)(1 - 0,66) = 2,96,

h_ш = h'_ш + h_ш = 1 + 0,5 = 1,5 мм,

,

λ_п2нас = 10,53 – 1,12 = 9,41.

Коэффициент магнитной  проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения:

λ_Д2нас = λ_Д2 к_δ,

λ_Д2нас = 1,67 • 0,66 = 1,1.

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

,

с_1П = 1 +

,

с_1П = 1 +

.

62. Расчет токов и  моментов с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния:

R_п.нас = r₁ + c_1п.нас

,

R_п.нас= 1,19 + 1,010 • 0,538 = 1,733 Ом;

Х_п.нас = Х_1нас + с_1п.нас х'_2ξнас,

Х_п.нас = 1,152 + 1,010·2,767 = 3,947 Ом;

 

 

 

,

,

Кратность пускового  тока с учетом влияния эффекта  вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния:

I_п* =

,

I_п* =

.

Кратность пускового  момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния:

М_п* =

,

М_п* =

.

 

Полученный в расчете коэффициент насыщения:

,

отличается от принятого k_нас =1,35 менее чем на 3 %.

Для расчета других точек  характеристики задаемся k_нас, уменьшенным в зависимости от тока I₁ (см. табл. 9.37);

принимаем при

s = 0,8  k_нас = 1,3;

s = 0,5 k_нас = 1,2;

 

s = 0,2 k_нас = 1,1;

s = 0,1 k_нас = 1,05.

Пусковые характеристики представлены на рис. 9.75.

63. Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений x_1нас и х'_2ξнас, соответствующим скольжениям s = 0,2... 0,1:

S_КР =

,

S_КР =

.

 

 

после чего рассчитываем кратность максимального момента: М_*max = 2,59 (см. табл. 9.38).

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

Р_2ном = 5,5 кВт; U₁ = 220/380/660 В; 2р = 2; I_1ном = 10,56 A; I'_2ном = 9,49 А;

х₁ = 1,452 Ом; х'₂ = 2,823 Ом; х_12п = 113,26 Ом; r₁ = 1,19 Ом;

r'₂ =0,476 Ом; s_ном = 0,0225; С_N = 0,971

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9.3. Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения токаи насыщения от полей рассеяния

№ п/п	Расчетная формула	Раз-мерность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,2	0,1	sкр= = 0,15
1	kнас	—	1,35	1,3	1,2	1,1	1,05	1,07
2	Fп.ср = 0,7	А	2233	2150	1985	1819	1737	1769
3	ВФδ = Fп.ср 10-6 / (1,6 δ CN)	Тл	3,59	3,46	3,19	2,93	2,80	2,85
4	kδ = f (ВФδ)	—	0,66	0,67	0,7	0,76	0,79	0,78
5	c1 = (tz1 - bш)(1 - kδ)	мм	3,23	3,14	2,85	2,28	2,00	2,09
6	λп1нас = λп1 - Δ λп1нас	—	0,89	0,9	0,91	0,95	0,97	0,96
7	λД1 = kδ λД1	—	1,34	1,36	1,42	1,54	1,60	1,58
8	х1нас = х1 ∑ λ1нас / ∑ λ1	Ом	1,017	1,030	1,062	1,135	1,172	1,158
9	с1п = 1 + х1нас / х12п	—	1,009	1,009	1,009	1,010	1,010	1,010
10	с2 =(tz2 – bш2)(1 - kδ)	мм	2,96	2,87	2,61	2,09	1,83	1,91
11	λп2ξнас = λп2ξ - Δλп2нас	—	9,41	9,49	9,60	9,70	9,76
12	λД2 = kδ λД2	—	1,10	1,12	1,17	1,27	1,32
13	х'2ξнас = х'2 ∑ λ2ξнас / ∑ λ2	Ом	1,622	1,634	1,659	1,689	1,706
14	Rп.нас = r1 + c1п.нас r'2ξ / s	Ом	1,733	1,851	2,189	3,665	6,099
15	Хп.нас = х1нас + с1п.нас х'2ξнас	Ом	2,654	2,679	2,736	2,841	2,895
16	I'2нас = U1 /	А	69,4	67,6	62,8	47,4	32,6
17	I1нас = I'2нас	А	70,4	62,6	63,8	48,1	33,1
18	k'нас = I1нас / I1п (сравнить с принятым в п.1 kнас)	—	1,37	1,33	1,28	1,15	1,09	1,08
19	I1* = I1нас / I1ном	—	6,6	6,5	6	4,5	3,1
20	М* =	—	1,34	1,60	2	2,89	2,71

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9.1. Пусковые характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

(Р2ном = 33 кВт, Uном = 220/380 В, 2р = 2, Мп*=0,75, Iп*=5,02, Мmax=2,41)

 

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

 

 

10 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

64. Определим превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя

Δυ_пов1 = К

,

где К — коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду, по табл. 9.35[1] К = 0,22;

Р'_э.п – электрические потери в пазовой части, Вт;

α₁ — коэффициент теплоотдачи с поверхности, определяемый по рис. 9.67[1] в зависимости от исполнения машины, α₁ = 158 .

Р'_э.п = k_p P_э1

,

где Р_э1 = 398 Вт из таблицы №1 для s = s_ном;

k_p = 1,07 - коэффициент увеличения потерь.

Р'_э.п =1,07•398•2•0,126/0,724 = 148 Вт,

Δυ_пов1 =

.

65. Рассчитаем перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

,

где где П_п1 — расчетный периметр поперечного сечения паза статора, м;

λ_экв — средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, для класса нагревостойкости F λ_экв = 0,16 Вт/(м°С);

λ'_экв, — среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки всыпной обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу, по рис. 9.69[1] для d/d_из = 1,5/1,585 = 0,95 находим   λ'_экв = 1,4 Вт/(м² °С).

П_п1 = 2h_пк + b₁ + b₂,

П_п1 = 2 • 10,9 + 9 + 11,8 = 42,6 мм = 0,0426 м

.

66. Находим перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

= 0,67 ºС,

где Р'_э.л1 - электрические потери в лобовых частях обмотки статора, Вт;

П_л1 — периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки, м, П_л1 = П_п1 = 0,724 м;

b_из.л1 — односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки,                     b_{из.л1 max} = 0,05 мм.

Р'_э.л1 = k_p P_э1

,

Р'_э.л1 =

.

67. Рассчитаем превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя:

,

.

68. Определим среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:

,

[(9,94 + 2,86) 2 0,126 + (0,04 + 10,85) 2 0,2336] / 0,724 = 11,55 ºС.

69. Найдём превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды:

,

где — сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт;

α_В — коэффициент подогрева воздуха, Вт/(м²•С), учитывающий теплоотдающую способность поверхности корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины, по рис. 9.67,а α_в = 22 Вт/(м² •°С) для D_а = 0,175 м;

S_кор -эквивалентная поверхность охлаждения корпуса, м².

 

∑Р'_в = ∑Р' - (1 - К)(Р'_э.п1 + P_ст.осн) - 0,9Р_мех,

,

где — сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме и расчетной температуре, ∑P = 869 Вт из таблицы №1 для s = s_ном.

869 + (1,07 - 1)(398 + 129) = 906 Вт,

∑Р'_в = 906 - (1 - 0,22)(148 + 134,7) - 0,9 • 84,4 = 609 Вт

s_кop = (πD_a + 8П_р)(l₁ + 2l_выл1),

где П_р—условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя; значение П_р может быть принято приближенно по кривой рис. 9.70[1], П_р = 0,32 м для h = 100 мм.

s_кop = (π 0,175 + 8 • 0,19)(0,126 + 2 • 0,0568) = 0,50 м²

= 609 / (0,50 22) = 55,4 ºС,

70. Рассчитаем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

,

= 11,55 + 55,4 = 66,9° С.

71. Проверка условий охлаждения двигателя.

Найдём требуемый для охлаждения расход воздуха:

= 0,13 м³/c,

где k_m — коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором.

k_m = m'

,

где m΄ -  коэффициент m' = 2,6 для двигателей с 2р = 2 при h ≤ 132 мм.

k_m = 2,6

.

 

 

Определим расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Q'_в =0,6 D³_а

,

Q'_в = 0,6•0,175³ ·

= 0,09 м³/c.

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах, т.к. расход воздуха, создаваемый вентилятором двигателя больше, чем требуемый для охлаждения расход воздуха.

 

12. ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ 3-ФАЗНЫХ СИММЕТРИЧНЫХ  ДВУХСЛОЙНЫХ ПЕТЛЕВЫХ  ОБМОТОК

 

Машины переменного  тока работают при синусоидальном изменении  напряжения, ЭДС и тока, а для  этого должны иметь гармоническое  распределение индукции магнитного поля в  зазоре вдоль окружности статора (рисунок 12.1). Магнитное поле должно быть вращающимся, для чего трёхфазная обмотка статора выполняется симметричной с пространственным углом сдвига фаз – 120 электрических градусов. Полуволна магнитной индукции соответствует одному полюсу магнитного поля.

 

 

 

         

 

 

                                                                                                          a                                                                     

                                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

Количество полюсов  поля 2р всегда четное число. Дугу окружности статора, соответствующую одному полюсу поля, называют полюсным делением t₁. Её можно измерить также количеством пазов, приходящихся на один полюс поля:

 

t_п1 = Z₁ / 2р=0,039

 

Эти q₁ катушек фазы на полюсном делении соединяют последовательно согласно и называют катушечной группой.

 В каждой фазе получается 2p катушечных групп. При соединении катушечных групп из них образуют а параллельных ветвей фазы так, чтобы в каждой ветви было одинаковое целое количество групп (2p / а =25.).

 

 

13 ОЦЕНКА СПРОЕКТИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

Эта часть проекта  является заключительной. Ниже сделан обобщенный вывод о качестве спроектированного двигателя

Таблица 13.1

Сравнение показателей  спроектированного двигателя

с требованиями ГОСТа 19523 – 81.

n₁ = 1000

,  исполнение IР44

 

Показатели	,   кВт	Скольжение Sн,  %	КПД hн, %
Спроектирован-ный двигатель	11	1,6	87	0,77	2.1	1,34	9,49
По стандарту	15	2,6	87,5	0,87	2,0	1,2	6,0