Расчет асинхронного двигателя серии 4AН280М8

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................5
2 Анализ технического задания............................................................................. 7
3. Определение главных размеров.........................................................................8
3.1. Главные размеры.............................................................................................. 8
3.2 Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки
статора...................................................................................................................... 9
3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора...................13
4. Расчет ротора..................................................................................................... 16
4.1. Воздушный зазор............................................................................................16
5. Расчет магнитной цепи..................................................................................... 21
6. Параметры рабочего режима............................................................................25
7. Расчет потерь..................................................................................................... 31
8. Расчет рабочих характеристик......................................................................... 34
9. Расчет пусковых характеристик...................................................................... 37
10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и
насыщения от полей рассеяния............................................................................41
11. Тепловой расчет...............................................................................................46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................... 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................................51
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные машины являются наиболее широко применяемыми в
современных электроприводах, это самый распространенный вид
электрических машин переменного тока.
Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и
может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако
преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие
основу современного электропривода.
Области применения асинхронных двигателей очень впечатляющие – от
привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода
крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.п.).
Поэтому
мощность
асинхронных
двигателей,
выпускаемых
электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от
долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков
вольт до 10 кВ.
Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели,
рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц).
Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой
полый шихтованный цилиндр (сердечник статора) с продольными пазами на
внутренней поверхности, располагаемый внутри одного из элементов
оболочки машины, называемого станиной. В пазах сердечника статора
уложена обмотка статора. Сердечник статора изготовлен из листовой
электротехнической стали, которая в отличие от электротехнической стали
силовых трансформаторов является изотропной. Как и в трансформаторе,
листы электротехнической стали изолированы друг от друга.
В рамках данного курсового проекта мне предлагается спроектировать
асинхронный двигатель четвертой серии с характеристиками максимально
приближенным к приведенным в техническом задании
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Южно-Уральский государственный университет
(национальный исследовательский университет)»
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте
Факультет Техники и технологии
Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных
процессов»
З А Д А Н И Е
Студент ______________________________
факультет техники и технологии, группа _______________
направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
по курсовому проекту "Расчет АД серии 4A"
Вариант № _________
1. Тип и назначение машины 4AН280М8
2. Мощность 90 кВт
3. Напряжение: При мощности Р2Н  110 кВт напряжение U1Л = 220/380 В, /
Y.
4. Коэффициент мощности 0,86
5. Скорость вращения, частота 735 об/мин
6. КПД машины 92.5%
7. Перегрузочная способность
(Ммакс/ Мном )
1,9
8. Кратность пускового момента
(Мпуск/ Мном )
1,2
9. Кратность пускового тока
(Iпуск/ Iном )
5,5
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: Вигриянов П.Г.
Дата выдачи "
"__________________________
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
2 Анализ технического задания
В техническом задании приведено обозначение электрической машины
4AН280М8.Проведем подробный анализ этого типа для определения параметров
проектируемого двигателя.
Цифра 4 в обозначении типа электрической машины указывает, что серия
проектируемого двигателя - четвертая.
Буква А указывает, что необходимо спроектировать асинхронный двигатель.
Буква Н указывает исполнение по степени защиты (защищенное исполнение).
Исполнение двигателя по материалу станины и щитов: в обозначении
электрической машины буква отсутствует, что значит, что щиты и станина чугунные
или стальные.
Высота оси вращения двигателя 280 миллиметров.
Буква М означает, что выбирается средний установочный размер по длине
станины 419 мм, согластно ГОСТ 19523-74.
Цифра 8 в обозначении электрической машины означает, что выполняется
двигатель с восьмью полюсами.
Так как мы проектируем двигатель общего назначения, то выберем
климатическое исполнение для умеренного климата и категорию размещения 3.
Принимаем окончательно асинхронный двигатель четвертой серии,
защищенный с короткозамкнутым ротором, стальными щитами и станиной,
высотой оси вращения 280 миллиметров, со средним установочным размером,
восьмиполюсный, климатическое исполнение для умеренного климата и
категории размещения 3.
Так как исполнение проектируемого двигателя по способу защиты от
окружающей среды защищенное, то выбираем исполнение по способу защиты
IP23.
Проектирование двигателя серии 4А производится по расчетной методике,
приведенной в [1]. Ссылки на рисунки, таблицы, формулы произведены на [1].
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
3. Определение главных размеров
3.1. Главные размеры
Высота оси вращения из технического задания h=280 мм.
Для высоты оси вращения 280 мм наружный диаметр статора Da
принимают из таблицы 6-1 [1] равным 520-530 мм.
Внутренний диаметр сердечника статора:
(3.1)
uation.DSMT4
где
- коэффициент, характеризующий отношение
внутреннего и внешнего диаметра асинхронного двигателя
По таблице 6-7 [1] для двигателя с шестью полюсами выбираем
значение KD в диапазоне от 0,72 до 0,75 равное 0,73.
Полюсное деление:
(3.2)
Расчетная мощность
(3.3)
где
- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному
напряжению, определено по (6-8) [1];
- КПД двигателя по;
- коэффициент мощности по;
Электромагнитные нагрузки (предварительно)
А/м,
Тл. (6-12) [1],;
Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Расчетная длина магнитопровода:
(3.4)
(3.5)
рад/с.
м.
В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает
250...300 мм, радиальные вентиляционные каналы не делают.
Отношение
(3.6)
.
Полученное значение соответствует допускаемому
определенному по рисунке (6-14,б) [1] для принятого исполнения машины.
3.2 Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки
статора
–полная конструктивная длина статора;
– длина стали сердечника статора.
Сердечник
собирают
из
отдельных
отштампованных
листов
электротехнической стали марки 2312, толщиной 0,5 мм, с изолированием
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
листов лакировкой. Коэффициент заполнения сталью kС=0,95. Обмотка
двухслойная из жестких катушек.
Предварительные предельные значения зубцового деления:
– максимальная величина зубцового деления статора;
– минимальная величина зубцового деления (табл. 9.11 [1]).
Число пазов статора:
(3.7)
;
;
В пределах от 80 до 100 выбираем и принимаем Z1 =96, тогда число пазов на
полюс и фазу q, найдем по формуле
Число пазов на полюс и фазу:
(3.8)
где
- число фаз;
Принимаем двухслойную обмотку.
Зубцовое деление статора (окончательно)
(3.9)
м.
Номинальный ток в обмотке статора
(3.10)
- фазное напряжение.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
А.
Число эффективных проводников в пазу статора при условии, что
параллельные ветви в обмотке отсутствуют (
)
(3.11)
Число эффективных проводников в пазу статора
(3.12)
Принимаем
.
принимается значение
Окончательные значения:
Число витков в фазе
(3.13)
.
Линейная нагрузка (окончательно)
(3.14)
А/м.
Обмоточный коэффициент: по 3-4 [1] для двухслойной обмотки с
q=4;
;
Магнитный поток
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(3.15)
Вб.
Индукция в воздушном зазоре (окончательно)
(3.16)
Тл.
Значение магнитной индукции в воздушном зазоре Bδ =0,823 Тл расходится с
принятым ранее значением равным 0,81 Тл менее чем на 3%
Плотность тока в обмотке статора(предварительно)
(3.17)
А/м2.
где AJ1 - произведение линейной нагрузки на плотность тока и определяется
по рисунку 6-16, д [1],
А2/м3
Площадь поперечного сечения эффективного
предварительно определяется по формуле 6-24 [1]
проводникаqэф,
мм2,
(3.18)
где
- плотность тока в обмотке статора, А/м2.
мм2.
Сечение эффективного проводника. Принимаем число элементарных
проводников
, тогда
По приложению П.3.2 [1] находим стандартный провод:
;
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Плотность тока в обмотке статора (окончательно).
(3.19)
А/м2.
3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Принимаем форму паза прямоугольную полузакрытую. Обмотку
выполняем из подразделенных катушек; провод прямоугольный.
Предварительные значения индукции:
– среднее значение магнитной индукции в зубцах
статора. табл. 9.12 [1].
Ширина зубца
(3.20)
мм.
Высота ярма статора
(3.21)
мм.
– среднее значение магнитной индукции в зубцах
статора. табл. 9.12 [1].
Предварительная ширина паза:
(3.22)
мм
Предварительный размер провода по ширине паза:
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(3.23)
мм
Высота зубца статора
(3.24)
Рисунок 3.1 – Зубец и паз статора М5:1.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Расчетные размеры зубцов статора при полуотрытых пазах:
(3.25)
(3.26)
1 - проводниковая изоляция; 2 - катушечная изоляция; 3 - корпусная или
пазовая изоляция; 4 - прокладка на дно паза; 5 - прокладка под клин; 6 прокладка между слоями; 7 - клин;
Рисунок 3.2 - Паз статора с проводниками и изоляцией (М1:3)
Составляем таблицу заполнения паза статора. Размеры паза в штампе
(рис. 3.1) принимаем с учетом припусков Δbп=0,3мм и Δhп =0,3мм (табл. 9.14
[1]).
Наименование
Размер, мм
по ширине паза
по высоте паза
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Обмоточный провод изолированный 2,5х2 = 5,0
2,5x7,1
Пазовая изоляция и допуск на
2,9
укладку
Всего на паз без клина
8,0
7,1x4 =28,4
5,5
34,0
Таблица 3.1 Заполнение паза статора.
4. Расчет ротора
4.1. Воздушный зазор
Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов
электротехнической стали марки 2312 толщиной 0,5 мм.
Коэффициент заполнения сталью: кс=0,95
Воздушный зазор между статором и ротором:
(4.1)
мм.
Число пазов ротора (табл. 9.18):
Внешний диаметр
(4.2)
мм.
Длина магнитопровода
мм.
Зубцовое деление ротора
(4.3)
мм.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник ротора
непосредственно насаживается на вал
(4.4)
по (ф. 9.19, с 385);
мм.
Ток в обмотке ротора:
(4.5)
где ki=0,2+0,8cos=0,2+0,8·0,86=0,888 – коэффициент, учитывающий
влияние тока намагничивания на отношение I1/I2.
(4.6)
Площадь сечения стержней
(4.7)
где
- плотность тока в стержнях ротора.
мм2.
Паз ротора определяем по (рис. 9.40 б).
Принимаем
мм,
tion.DSMT4
мм,
мм –
размеры шлица.
Ширина зубцов ротора:
Тл. Выбираем по (т. 9.12);
(4.8)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
м.
Размеры паза
(4.9)
(4.10)
(4.11)
м.
м.
м.
Уточняем ширину зубцов ротора по формулам
(4.12)
(4.13)
(4.14)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Площадь сечения стержня (окончательно)
(4.15)
мм2.
Плотность тока в стержнях
(4.16)
А/м2.
Рисунок 4.1 – Паз и зубец ротора М5:1.
Ток в замыкающих кольцах
(4.17)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(4.18)
А.
Плотность тока в замыкающих кольцах
(4.19)
А/м2.
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
(4.20)
мм2.
Размеры короткозамкнутых колец
(4.21)
(4.22)
(4.23)
мм.
мм.
мм.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Рисунок 4.2 – Замыкающие кольца короткозамкнутого ротора
с литой обмоткой (2:1).
5. Расчет магнитной цепи
Рисунок 5.1 - Магнитная цепь двигателя для одной пары полюсов М1:4.
МДС для воздушного зазора.
(5.1)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
где коэффициент воздушного зазора:
(5.2)
(5.3)
;
Магнитное напряжение зубцовой зоны статора
(5.4)
где
мм - расчетная высота зубца статора;
А/м- напряженность поля в зубцах статора;
Определена по (п 1.10).
А;
(5.5)
Тл.
Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора
(5.6)
где
- расчетная высота зубца ротора, м.
А/м - напряженность поля в зубцах ротора.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Определена по (п 1.10).
мм.;
А;
(5.7)
Тл.
Коэффициент насыщения зубцовой зоны
(5.8)
.
Полученное значение
лежит в допускаемых пределах:
.
Магнитное напряжения ярма статора
(5.9)
длина средней магнитной линии ярма статора
(5.10)
А/м2 - напряженность поля в ярме статора.
Определена по (п 1.9).
(5.11)
Расчетная высота ярма статора
(5.12)
м;
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Тл;
м;
А.
Магнитное напряжение ярма ротора
(5.13)
Длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
(5.14)
Высота спинки ротора
(5.15)
мм;
А/м- напряженность поля в ярме ротора, определена по (п 1.9).
мм.
А.
(5.16)
Тл.
Магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов)
(5.17)
А.
Коэффициент насыщения магнитной цепи
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(5.18)
Намагничивающий ток
(5.19)
А.
Относительное значение тока намагничивания.
(5.20)
.
Относительное значение тока лежит в рекомендуемых пределах 0,2 – 0,4.
6. Параметры рабочего режима
Параметрами асинхронной машины называют активные и индуктивные
сопротивления обмоток статора и ротора, а также сопротивление взаимной
индуктивности и расчетное сопротивление r12 или r , введением которого
учитывается влияние потерь в стали статора на характеристики двигателя.
Схема замещения фазы обмотки приведенной асинхронной машины
показана на рисунке 6.1.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Рисунок 6.1 - Т-образная схема замещения фазы приведенной
асинхронноймашины.
Активное сопротивление обмоток статора
(6.1)
где
- удельное сопротивление меди для класса
нагревостойкости F;
- коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки
от действия эффекта вытеснения тока;
Общая длина эффективных проводников фазы обмотки
(6.2)
Средняя длина витка обмотки
(6.3)
м - длина пазовой части витка.
Длина лобовой части витка
(6.4)
Вылет лобовых частей обмотки
(6.5)
Средняя ширина катушки
(6.6)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
- для двухслойной обмотки;
м - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца
сердечника до начала отгиба лобовой части (с. 399);
- коэффициент по (т. 9.23);
м;
м;
м;
м;
Ом;
Относительное значение активного сопротивления обмоток статора
(6.7)
.
Активное сопротивление обмоток ротора
(6.8)
Сопротивление стержня
(6.9)
Сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя
соседними стержнями, Ом;
(6.10)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
м- полная длина стержня.
Ом*м - удельное сопротивление алюминия для изоляции
класса F.
- коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от
действия эффекта вытеснения тока;
Ом;
Ом;
Ом;
Приведенное значение активного сопротивления обмоток ротора
(6.11)
Ом.
Относительное значение
(6.12)
.
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора
(6.13)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:
(6.14)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:;
(6.15)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
(6.16)
- коэффициент по (ф. 6-151);
м;
мм;
мм;
м;
(1,ф. 9.176, с 407);
- коэффициент скоса пазов;
- коэффициент по (р. 9.51 д);
;
;
;
;
Ом.
Относительное значение индуктивного сопротивления
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(6.17)
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора
(6.18)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:
(6.19)
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
(6.20)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
(6.21)
мм;
мм;
.
При
без заметной погрешности можно принять ξ=1.
(6.22)
.
Ом.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора
(6.23)
Ом.
Относительное значение приведенного индуктивного сопротивления
(6.24)
.
7. Расчет потерь
Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали
(основные и добавочные), электрические потери, вентиляционные,
механические и добавочные потери при нагрузке. Основные потери в
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
стали рассчитываются только в сердечнике статора, так как частота
перемагничивания ротора в режимах, близких к номинальному, очень мала
и потери в стали ротора незначительны.
Основные потери в стали статора.
(7.1)
где
- коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали
неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода
и технологических факторов.
;
;
Вт/кг- удельные потери в стали по (т. 9.28);
- показатель степени по (с. 412);
Масса стали ярма статора
(7.2)
кг/м3 - удельная масса стали;
Масса зубцов статора
(7.3)
кг;
кг;
Вт.
Поверхностные потери в роторе
(7.4)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(7.5)
(7.6)
где
- коэффициент по (р. 9.53).
Тл.
=1,6
Вт.
Пульсационные потери в зубцах ротора
(7.7)
Тл.
(7.8)
Вт.
Масса стали зубцов ротора
(7.9)
кг;
Добавочные потери в стали
(7.10)
Вт.
Общие потери в стали
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(7.11)
Вт.
Механические потери
(7.12)
Вт
Для двигателей с 2р >4
.
Ток холостого хода двигателя
(7.13)
А.
Активная составляющая тока холостого хода
(7.14)
А
Электрические потери при холостом ходе двигателя
(7.15)
Вт;
Коэффициент мощности при холостом ходе
(7.16)
.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
8. Расчет рабочих характеристик
Рабочими
характеристиками
асинхронных
двигателей
называют
зависимости мощности, тока, коэффициента мощности и КПД от
скольжения.
Расчет характеристик базируется на системе уравнений токов и
напряжений асинхронного двигателя, которому соответствует Г-образная
схема замещения.
Активное сопротивление взаимной индукции
(8.1)
Ом.
Реактивное сопротивление взаимной индукции.
(8.2)
Ом.
(8.3)
Коэффициент
по (1,ф. 9.223, с 419);
(8.4)
(8.5)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(8.6)
(8.7)
По (1,ф. 9.226, с 420)
(8.8)
Потери не изменяющиеся при изменении скольжения
(8.9)
Задаваясь различными значениями скольжения рассчитываются рабочие
характеристики асинхронного двигателя. Для удобства анализа результатов,
расчет сводится в таблицу 8.1.
После построения рабочих характеристик уточняется номинальное
скольжение
.
Таблица 8.1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя.
№
П/
П
1
2
3
Расчетная формула
Скольжение s
0,005
0,01
0,015
0,020
0,025
0,030
Sн=0,02
74
Ом
Ом
7,884
3,959
2,651
1,997
1,605
1,343
1,467
0,214
0,214
0,214
0,214
0,214
0,214
0,214
Ом
7,887
3,965
2,66
2,008
1,619
1,36
1,482
4
А
27,895 55,484 82,1715 109,54 135,91
161,78
148,43
5
_
0,9999
0,999
0,997
0,994
0,991
0,88
0,990
6
_
0,027
0,054
0,08
0,106
0,132
0,157
0,144
7
А
29,59
57,109
84,153
110,62 136,42
161,48
148,59
8
А
54,04
56,27
59,92
64,93
71,21
78,69
74,67
61,61
80,17
103,31
128,27 153,89
179,63
166,3
28,59
165,82
152,13
90,039 106,576
2,414
3,289
98,067
2,819
9
А
10
А
56,87
84,78
112,27 139,30
11
кВт 19,529 37,692
кВт 0,387 0,655
55,541
1,088
73,01
1,677
12
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Продолжение таблицы 8.1
13
кВт
14
кВт
0,092
0,362
0,806
1,413
2,175
3,081
2,594
0,098
0,188
0,278
0,365
0,450
0,533
0,490
2,74
3,37
4,335
5,619
7,203
9,068
8,068
51,205
67,391 82,836
97,508
90,0
17
кВт 16,789 34,322
_
0,860
0,911
0,922
0,923
0,920
0,915
0,918
18
_
0,815
0,862
0,887
0,898
0,894
15
16
кВт
0,480
0,712
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
9. Расчет пусковых характеристик
Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта
вытеснения тока (
,
Ом м,
).
(9.1)
Приведенная высота стержня
(9.2)
Глубина проникновения тока
(9.3)
где
- коэффициент по (р. 9.57).
мм.
Коэффициент
(9.4)
Площадь сечения, ограниченного высотой
(9.5)
(9.6)
мм
мм2;
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
.
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
(9.7)
.
(9.8)
Ом.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом эффекта
вытеснения тока
(9.9)
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки
ротора от действия эффекта вытеснения тока
(9.10)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом
эффекта вытеснения тока.
(9.11)
- коэффициент приведенной высоты
;
;
Ом.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Пусковые параметры:
(9.12)
Ом.
(9.13)
.
Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока
(9.14)
Ом.
(9.15)
Ом.
(9.16)
А
(9.17)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Таблица 9.1 – Расчет токов в пусковом режиме с учетом влияния
эффекта вытеснения тока.
№
П/П
Расчетная формула
Размерность
Скольжение s
Sкр
1
0,8
0,5
0,2
0,1
0,183
_
1,365
1,221
0,965
0,748
0,611
0,584
2
_
0,233
0,161
0,077
0,028
0,012
0,010
3
мм
17,41
18,49
19,92
20,88
21,20
21,24
4
_
1,160
1,097
1,024 10,981
0,968
0,966
1,126
1,076
1,019
0,975
0,973
1
5
_
0,985
6
Ом
0,042 0,0402 0,0381 0,0368 0,0364 0,0363
7
_
0,902
0,925
0,961
0,970
0,976
0,977
8
_
2,672
2,705
2,758
2,770
2,778
2,78
9
_
0,9686
0,976 0,9877 0,9905 0,9922 0,9926
10
Ом
0,102 0,1027 0,1039 0,1042 0,1044 0,1045
11
Ом
0,077
0,220
0,236
12
Ом
0,204 0,2052 0,2065 0,2067 0,2069
0,207
13
А
1007,44
0,085
0,112
0,159
990,2 937,49 843,48 739,24 700,06
14
А
1027,2 1009,8 956,35 860,68 744,43 714,74
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и
насыщения от полей рассеяния.
Индуктивные сопротивления обмоток (принимаем
).
(10.1)
А.
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
(10.2)
(10.3)
По (р. 9.61) находим Кδ=0,620.
Дополнительное раскрытие пазов статора
(10.4)
Дополнительное раскрытие пазов ротора
(10.5)
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого
паза статора
(10.6)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния закрытого паза
ротора
(10.7)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для статора
(10.8)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для ротора
(10.9)
Коэффициент
проводимости
дифференциального
рассеяния
при
насыщении участков зубцов статора
(10.10)
Коэффициент
проводимости
дифференциального
рассеяния
при
насыщении участков зубцов ротора
(10.11)
Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения от
полей рассеяния
(10.12)
Ом.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом
насыщения от полей рассеяния
(10.13)
Коэффициент
(10.14)
Расчет токов и моментов
(10.15)
(10.16)
Ток в обмотке ротора
(10.17)
Ток обмотки статора
(10.18)
Относительное значение пускового тока
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
(10.19)
Относительное значение пускового момента
(10.20)
Таблица 10.1 – Расчет пусковых характеристик в пусковом режиме с
учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
Расчётные
формулы
Скольжение s
Размерность
1
0,8
0,5
0,2
0,1
sкр=
0,173
1
A
4461,63
4210,6
3821,6
3229,9
2845,4
2607,7
2
Тл
3,714
3,505
3,181
2,689
2,369
2,171
3
-
0,620
0,649
0,695
0,764
0,808
0,836
4
мм
2,738
2,528
2,201
1,704
1,381
1,181
5
-
1,372
1,377
1,385
1,399
1,408
1,414
6
-
0,646
0,676
0,724
0,795
0,842
0,871
7
Ом
0,085
0,087
0,088
0,091
0,093
0,094
8
-
1,0164
1,0166
1,0169
1,0174
1,0177
1,018
9
мм
3,56
3,286
2,861
2,215
1,795
1,536
10
-
2,344
2,385
2,452
2,492
2,524
2,544
11
-
0,598
0,626
0,669
0,736
0,779
0,806
12
Ом
0,086
0,087
0,090
0,092
0,094
0,095
13
Ом
0,077
0,085
0,111
0,159
0,219
0,236
14
Ом
0,173
0,175
0,180
0,185
0,189
0,191
15
А
1165,03
1128,9
1040,5
902,47
760,8
724,6
№
Продолжение таблицы 10.1
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
16
А
1184,27 1148,02
1058,7
918,84
775,15
738,48
17
-
7,122
6,904
6,366
5,525
4,661
4,441
18
-
1,81
2,03
2,61
3,17
3,34
3,31
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
11. Тепловой расчет
Электрические потери в пазовой части обмотки статора
(11.1)
- коэффициент увеличения потерь для класса изоляции F
находим по (с 449).
Превышение температуры внутри поверхности сердечника статора над
температурой воздуха внутри машины.
(11.2)
- коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике
статора
и
в
пазовой
части
обмотки
передается
через
станину
непосредственно в окружающую среду.
град С- коэффициент теплоотдачи с поверхности по (р. 9.68);
.
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора.
(11.3)
-
расчетный
периметр
поперечного
сечения
пазастатора, м.
м.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой
изоляции.
- средняя теплопроводность внутренней изоляции
катушек по (р. 9.69) .
.
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
(11.4)
где
м - периметр условной поверхности охлаждения
лобовой части одной катушки.
.
Превышение температуры обмотки наружной поверхности лобовых
частей над температурой воздуха внутри двигателя
(11.5)
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой
воздуха внутри двигателя
(11.6)
.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой
окружающей среды
(11.7)
- сумма потерь, отводимых в воздух
внутри двигателя, Вт.
(11.8)
Вт.
Вт.
-
эквивалентная
площадь
охлаждения
корпуса, м2.
м - условный периметр поперечного сечения ребер станины,
по (р. 9.70).
Вт/м2*0С - коэффициент подогрева воздуха, по (1,р. 9.68, с 450).
м2;
.
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой
окружающей среды
(11.9)
.
Требуемый расход воздуха для охлаждения
(11.10)
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
м3/с.
Расход воздуха, при данных размерах двигателя
(11.11)
м3/с.
Нагрев двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор
обеспечивает необходимый расход воздуха.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте был спроектирован трехфазный асинхронный
электрический двигатель 4АН280М8, которая имеет энергетические показатели
максимально приближены к заданным.
Показатели
Заданные
Полученные
Сравнение
показатели
показатели
показателей
h,%
92,5
91,8
92,5>91,8
cos(f)
0,86
0,894
0,86<0,894
Mпер/Mn
1,20
1,81
1,20<1,81
P2
90
90
90=90
Были также достигнуты следующие результаты:
а) Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах (см п. 11);
б) Вентиляционные лопатки обеспечивают необходимый расход воздуха
(см п. 11) ;
в) Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом
задании требованиям.
Курсовой проект содержит разделы, включающие, выбор главных размеров
двигателя,
выбор
определение
электромагнитных
параметров
асинхронной
нагрузок,
расчет
магнитной
машины,
коэффициента
цепи,
полезного
действия, расчет рабочих и пусковых характеристик, нагрев обмоток, расход
воздуха, тепловой расчет. Спроектированный электрический двигатель отвечает
поставленным в техническом задании требованиям. Технические показатели
данного двигателя выше показателей своего аналога, нагрев обмоток двигателя
находится в допустимых пределах. Расход воздуха, обеспечиваемый наружным
вентилятором, больше требуемого для охлаждения.
При выполнении данного курсового проекта были получены навыки,
которые пригодятся при дальнейшей профессиональной деятельности на
производстве и в промышленности.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов \
И. П. Копылов, Ф. А. Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков и др. ; Под редакцией И.
П. Копылова. М.: Энергия, 1980. – 496с., ил.
2 П. С. Дунаев, О. П. Леликов: Конструирование узлов и деталей
машин: Учебное пособие для вузов. – 5 –издание – М.: Высшая школа,
1998. – 447с., ил.
3 Шпаннеберг Х. Электрические машины: 1000 понятий для
практиков: Справочник: Пер. с. нем. – М.: Энергоатомоиздат, 1998. – 252с.:
ил.
4 Асинхронные двигатели серии 4A: Справочник / А. Э. Кравчик М.
М. Шпав В. И. Афонин и др. – М.: Энергоиздат, 1982. 504с.
5 Проектирование электрических машин: Учебное пособие для
вузов. В 2х кн.
И. П. Копылов, Б. К. Клопов, Б. Ф. Токарев и др.; Под ред. И. П.
Копылов. – 2-е издание., перераб. и доп. – М.: Энергоатомоиздат, 1993.
6 Вигриянов П. Г., Воронин С. Г.: Расчет характеристик
электрических машин: Учебное пособие к курсовому проектированию. Челябинск: ЧПИ, 1986. - 42с
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
1