Проектирование электрического двигателя

Содержание
Содержание
Иллюстрации
Исходные данные
Размеры, конфигурация и материал
Главные размеры
Сердечник статора
Обмотка статора
Размеры элементов обмотки
Конструкция изоляции обмотки статора
Обмотка короткозамкнутого ротора
Сердечник ротора
Расчет размеров овальных закрытых пазов
Короткозамыкающее кольцо ротора
Расчет магнитной цепи
МДС для воздушного зазора
МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора
МДС для зубцов при овальных закрытых пазах ротора
МДС для спинки статора
МДС для спинки ротора
Параметры магнитной цепи
Активные и индуктивные сопротивления обмоток
Сопротивление обмотки статора
Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами
Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя (с вынесеннымна зажимы намагничивающим контуром)
Режимы холостого хода
Расчет режима холостого хода
Расчет параметров номинального режима работы
Круговая диаграмма и рабочие характеристики
Расчет и построение круговой диаграммы
Максимальный момент
Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент
Расчет активных и индуктивных сопротивлений, соответствующих пусковому режиму, при овальных закрытых пазах ротора
Тепловой и вентиляционный расчеты








Тепловой расчет обмотки статора асинхронного двигателя
Вентиляционный расчет асинхронного двигателя с радиальной вентиляцией
Масса двигателя и динамический момент инерции ротора
Расчет надежности обмотки статора
Расчет надежности всыпных обмоток статора асинхронного двигателя
Механический расчет вала
Расчет вала на жесткость
Определение критической частоты вращения
Расчет вала на прочность
Расчет подшипников
Заключение
Литература
Приложени

Проектирование электрического двигателя

Количество слоев
Односторонняя толщина изоляции, мм
Двухслойная
180 – 280
1
0,40
1
0,40
2
0,40
1
0,40
3
0,50
1
0,50
Марка пленкостеклопласта – "Имидофлекс" (для класса нагревания F). Прокладки в лобовых частях обмотки выполняют из материала поз. 1.
Обмотка короткозамкнутого ротора
Сердечник ротора
Сердечник ротора набирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Материал стали и изоляционные покрытия такие же, как в статоре.
По таблице 9-9 [1] выбираем среднее значение воздушного зазора δ:
δ=0,5мм
Наружный диаметр сердечника ротора:
.
Внутренний диаметр листов ротора:
.
Аксиальные каналы в конструкции ротора отсутствуют (), поэтому .
Длина сердечника ротора:
,
т.к. .
Пазы ротора обычно имеют овальную закрытую форму, причемрадиусы r1 и r2 принимают такими, чтобы стенки зубцов были параллельны () на протяжении расстояния h1 (см. рис. 12). Примерные значения высот пазов короткозамкнутого ротора hп2 принимаем из диаграммы рис. 13:
Рисунок 12. Геометрия овальных закрытых пазов короткозамкнутого ротора
Рисунок 13. Средние значения hп2 для короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами
Чем больше принимаемое значение hп2, тем меньше высота спинки ротора hс2, и, соответственно, больше магнитная индукция в спинке Bс2.
.
Расчетная высота спинки ротора для и :
.
Для закрытого паза (см. рис.12.) принимаем, что:
;
;
.
Магнитная индукция в спинке ротора:
,
т.е. высота паза подобрана верно.
Расчет размеров овальных закрытых пазов
Зубцовое деление по наружному диаметру ротора:
.
Среднее значение магнитной индукции в зубцах ротора по таблице 9-18 [1]:
.
Ширина зубца равна:
.
Меньший радиус паза:
.
Больший радиус паза:
.
Расстояние между центрами радиусов:
.
Проверка правильности определения r1 и r2 ():
.
Площадь поперечного сечения стержня, равная площади поперечного сечения паза в штампе:
.
Короткозамыкающее кольцо ротора
Рисунок 14. Короткозамыкающее кольцо ротора
Для рассматриваемого случая обмотка ротора будет получена путем заливки пазов собранного сердечника алюминием А5 в специальной машине литья под давлением.
Поперечное сечение кольца литой клетки:
.
Высота кольца литой клетки:
.
Длина кольца:
.
Средний диаметр кольца литой клетки:
.
Длина лобовой части стержня:
.
Коэффициент учета изгиба стержня:
.
Вылет лобовой части обмотки:
.
Расчет магнитной цепи
Асинхронные двигатели относятся к электрическим машинам с симметричной магнитной цепью, поэтому можно ограничиться расчетом МДС на полюс. Магнитная цепь асинхронного двигателя состоит из пяти последовательно соединенных однородных участков: воздушный зазор между ротором и статором, зубцов ротора, зубцов статора, спинки статора, спинки ротора. При расчете каждого из участков считается, что магнитная индукция на участке распределена равномерно.
МДС для воздушного зазора
Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора:
.
Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора:
.
Радиальные каналы на статоре и роторе отсутствуют, вследствие этого:
.
Общий коэффициент воздушного зазора:
.
МДС для воздушного зазора:
.
МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора
При Bз1 ≤ 1,8 Тл напряженность магнитного поля определяем по приложению 8 [1]:
.
Средняя длина пути магнитного потока:
.
МДС для зубцов:
.
МДС для зубцов при овальных закрытых пазах ротора
При Bз2 ≤ 1,8 Тл напряженность магнитного поля определяем по приложению 8 [1]:
.
Средняя длина пути магнитного потока:
.
МДС для зубцов:
.
МДС для спинки статора
Напряженность магнитного поля при 2p≥4 и Bс1=1,5 Тл: определяем из приложения 11 [1]:
.
Средняя длина пути магнитного потока:
.
МДС для спинки статора:
.
МДС для спинки ротора
Напряженность магнитного поля при 2p≥4 и Bс2=0,71 Тл: определяем из приложения 5 [1]:
.
Средняя длина пути магнитного потока:
.
МДС для спинки ротора:
.
Параметры магнитной цепи
Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс:
.
Коэффициент насыщения магнитной цепи:
.
Намагничивающий ток:
.
Намагничивающий ток в относительных единицах:
.
ЭДС холостого хода:
.
Главное индуктивное сопротивление:
.
Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах:
.
Активные и индуктивные сопротивления обмоток
Сопротивление обмотки статора
Активное сопротивление обмотки фазы при 20°С:
.
Активное сопротивление обмотки фазы при 20°С в относительных единицах:
.
Проведем проверку правильности определения r1*:
.
Рассчитаем коэффициенты, учитывающие укорочение шага для β1 = 0,8:
;
.
Согласно таблицы 9-21 [1] для полузакрытой формы паза статора:
;
;
.
Коэффициент проводимости рассеяния для трапецеидального полузакрытого паза:
.
Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния:
.
Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора, определяем по таблице 9-22 [1]:
.
Коэффициент дифференциального рассеяния статора определяют по таблице 9-23 [1]:
.
Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:
.
Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки:
.
Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора:
.
Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора:
.
Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора (в относительных единицах):
.
Проверка правильности определения x1* (в относительных единицах):
.
Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами
Активное сопротивление стержня клетки при 20°С:
.
Коэффициент приведения тока кольца к току стержня:
.
Сопротивление короткозамыкающих колец, приведенное к току стержня при 20°С:
.
Центральный угол скоса пазов:
.
По рис. 15 определим значение коэффициента скоса пазов ротора:
Рисунок 15. График зависимости kск=f(αск)
.
Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора:
.
Активное сопротивление обмотки ротора при 20°С приведенное к обмотке статора:
.
Активное сопротивление обмотки ротора при 20°С приведенное к обмотке статора (в относительных единицах):
.
Ток ротора для рабочего режима:
.
Коэффициент проводимости рассеяния для овального закрытого паза ротора:
Количество пазов ротора на полюс и фазу:
.
Коэффициент дифференциального рассеяния ротора определяем по рис. 16
Рисунок 16. График зависимости kд2=f(q2)
.
Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния:
.
Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих колец литой клетки:
.
Относительный скос пазов ротора, в долях зубцового деления ротора:
.
Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов:
.
Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора:
.
Индуктивное сопротивление обмотки ротора:
.
Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора:
.
Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора в относительных единицах:
.
Проверка правильности определения :
.
Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя (с вынесенным на зажимы намагничивающим контуром)
Активные сопротивления статора и ротора приводим к расчетной рабочей температуре, соответствующей классу нагревостойкости примененных изоляционных материалов и обмоточных проводов.
Коэффициент рассеяния статора:
.
Коэффициент сопротивления статора:
.
Найдем преобразованные сопротивления обмоток:
Так как и необходимость пересчета магнитной цепи отсутствует.
Режимы холостого хода
Расчет режима холостого хода
Так как при расчете режимов считаем, что .
Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении:
.
Электрические потери в обмотки статора при синхронном вращении:
.
Расчетная масса стали зубцов статора при трапецеидальных пазах:
.
Магнитные потери в зубцах статора (для стали 2013):
.
Масса стали спинки статора:
.
Магнитные потери в спинке статора (для стали 2013):
.
Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали:
.
Механические потери при степени защиты IP44 и способе охлаждения IC0141 без радиальных вентиляционных каналов:
.
Активная составляющая тока ХХ:
.
Ток ХХ:
.
Коэффициент мощности при ХХ:
.
Расчет параметров номинального режима работы
Активное сопротивление КЗ:
.
Индуктивное сопротивление КЗ:
.
Полное сопротивление КЗ:
.
Добавочные потери при номинальной нагрузке:
.
Механическая мощность двигателя:
.
Эквивалентное сопротивление схемы замещения:
Полное сопротивление схемы замещения:
.
Проверка правильности определения и :
Скольжение (в относительных единицах):
.
Активная составляющая тока статора при синхронном вращении:
.
Ток ротора:
.
Ток статора, активная составляющая:
.
Ток статора, реактивная составляющая:
Фазный ток статора:
.
Коэффициент мощности:
.
Линейная нагрузка статора:
.
Плотность тока в обмотке статора:
.
Линейная нагрузка ротора:
.
Ток в стержне короткозамкнутого ротора:
.
Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора:
.
Ток в короткозамыкающем кольце:
.
Электрические потери в обмотках статора и ротора соответственно:
.
Суммарные потери в электродвигателе:
Подводимая мощность:
.
Коэффициент полезного действия:
.
Проверка правильности вычислений (с точностью до округлений):
;
.
Круговая диаграмма и рабочие характеристики
Рабочими характеристиками называются зависимости:
Эти характеристики рассчитываются как аналитически, так и определяются по круговой диаграмме, которая дает представление об особенностях спроектированного электродвигателя.
Расчет и построение круговой диаграммы
Диаметр рабочего круга принимаем в пределах:
.
Масштаб тока :
.