Расчет асинхронного двигателя

Содержание. Данные к расчётно – графической работе.___________________________ _____1 Содержание._________________________________________________________2 Введение. ______________________________________________________ _____3 1. Расчет параметров сердечника . ___________________________________ ____4 2. Выбор и определение магнитной индукции в элементах электродвигателя. __5 3. Определение обмоточных данных электродвигателя. _____________________6 4. Расчет номинальной мощности электродвигателя. _______________________7 5. Выбор типа обмотки статора и составление схемы обмотки. _______________7 6. Расчет геометрических размеров катушек и массы меди обмотки статора. ___8 7. Расчет магнитной цепи. ______________ ________________________________ 8 8. Расчет потерь мощности двигателя. ____________________________________9 8.1. Основные потери в стали. __________________________________________9 8.2. Расчет электрических потерь во всех фазах обмотки статора. ____________10 8.3. Расчет электрических потерь в обмотке ротора . _______________________11 8.4. Расчет механических потерь. _______________________________________12 8.5. Расчет коэффициента полезного действия. ___________________________12 8.6. Расчет тока холостого хода двигателя. _______________________________13 Заключение. _________________________________________________________13 Список используемой литературы. ______________________________________14 Введение Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время такие двигатели потребляют около половины всей вырабатываемой электроэнергии. При этом около 90% от общего потребления энергии асинхронными двигателями потребляют машины мощностью до 100 кВт. Единая серия асинхронных двигателей 4А, которая выпускалась с 1973 года, включала двигатели мощностью от 0,06 до 400кВт. В 1982 году создана новая унифицированная серия АИ (асинхронные, интерэлектро) с боле совершенными энергетическими показателями по сравнению с серией 4А. До последнего времени на заводах России выпускались в основном двигатели серии А4 и АИР. В настоящее время Владимирский электромоторный завод ( ВЭМЗ ) освоил выпуск серии 5А , в которой сохранены конструктивная и технологическая особенности серии АИ. Ярославский электромашиностроительный завод (ЯЭМЗ) освоил производство двигателей серии РА (Российская асинхронная) с высотой оси вращения 71 – 280 мм. Технико – экономические показатели двигателей серии РА соответствуют и даже превосходят аналоги зарубежных фирм, а цены ниже, чем у конкурентов. 1. Расчет параметров сердечника Полюсное деление сердечника статора, мм: , = 67,12 мм Чистая длина активной стали статора, мм: , где K - коэффициент заполнения сердечника сталью, учитывает наличие изоляции пластин (принять равным 0,96). = 163,2 мм Высота зубца статора, мм: , =33 мм. Высота ярма статора, мм: , = 38 мм. Площадь сечения ярма статора, мм : , = 6201,6 мм . Средняя расчетная ширина зубца статора, мм: , где , = 6,69 мм , = 7,77 мм = 7,23 мм . Площадь паза статора, мм : , = 335,99 мм . Высота зубца ротора, мм: , = 31,8 мм. Средняя расчетная ширина зубца ротора, мм: , где , = 8,0 9 мм , = 8,18 мм = 8,14 мм. Высота спинки ротора, мм: , где , = 169 мм - внутренний диаметр сердечника ротора, мм. = 17,7 мм 2. Выбор и определение магнитной индукции в элементах электродвигателя Магнитный поток машины, Вб: , где б – к оэффициент полюсного перекрытия (принять равным 0,7 ); - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл , [1 Р2 ] , = 0,79 ; - полюсное деление сердечника статора, мм; - длина сердечника статора, мм. = 6,3 Вб Магнитная индукция в зубцах статора, Тл: , где - зубцовое деление, , = 14,92 = 1,69 Тл Магнитная индукция в ярме (спинке) статора, Тл: , где - площадь сечения ярма статора, мм . = 0,51 Тл Магнитная индукция в зубцах ротора, Тл: , где - зубцовое деление, , = 19,18 , , = 1,88 Тл Магнитная индукция в ярме ротора, Тл: , где , = 2973,6 мм , = 1,06 Тл Полученные значения магнитной индукции сравниваем с допустимыми: в воздушном зазоре - = (0,3… 1) Тл, = 0,79 Тл ; в зубцах статора и ротора - = (1,3…2) Тл, 1,69 Тл, 1,88 Тл; в ярме (спинке) статора - = (1…1,6) Тл, = 0,51 Тл; в ярме (спинке) ротора - (0,9…1,3) Тл, 1,06 Тл. 3. Определение обмоточных данных электродвигателя Число витков в фазе обмотки статора: где - фазное напряжение, В, - коэффициент, учитывающий падение напряжения в статорной цепи( принять = 0,95); f – частота тока, 50 Гц; - обмоточный коэффициент ( принять равным 0,9). Число эффективных проводников на один паз: где a – число параллельных ветвей. Обычно для двигателей с короткозамкнутым ротором a = 1. Диаметр изолированного провода, мм: где - коэффициент заполнения паза (принять =0,7). Расчетный диаметр изолированного обмоточного провода получился значительно больше максимального табличного(2,095) , поэтому эффективный проводник выполняем из 2 – х элементарных проводов ( n =2) . Тогда число элементарных проводников в пазу : Диаметр изолированного провода для этого случая, мм: Полученное значение диаметра изолированного провода округляем до ближайшего стандартного диаметра согласно таблице [1 Т.1 ] , . Принимаем провод марки ПЭТВ с диаметром . Диаметр неизолированного провода, мм: где - 2-сторонняя толщина изоляции провода. Принять = 0,1 Сече ние неизолированного провода, : 4. Расчет номинальной мощности электродвигателя. Для определения номинальной мощности электродвигателя используем способ, учитывающий допустимую плотность тока в обмотке статора. Фазный ток статора, А: где а – число ветвей ( а =1); j – допустимая плотность тока [1 Т. 2] Полная мощность электродвигателя, кВА : где m – число фаз; - фазный ток, А; - фазное напряжение, В. Ориентировочная мощность на валу электродвигателя, кВт: где - номинальный КПД двигателя; КПД для двигателей мощностью от 1 до 100 кВт ориентировочно имеет значения 0,7…0,9; - номинальный коэффициент мощности; для двигателей от 1 до 100 кВт = 0,7…0,9. Используя справочные данные выбираем стандартный электродвигатель, ближайший к расчетной мощности Р . Выбираем электродвигатель серии 4А с соединением обмоток Y / 660/ 380, 4А180М8У3. Табличные данные: мощность P = 15кВт, I = 32 А при , частота вращения n = 750 об/мин, КПД – 87%, . 5. Выбор типа обмотки статора и составление схемы обмотки. Статорную обмотку электродвигателя выполняем петлевой, двухслойной, всыпной. Данные для обмотки: Шаг обмотки, выраженный числом пазов - , принимаем равным 4. Число пазов, приходящихся на полюс и фазу - , принимаем равным 2. 6. Расчет геометрических размеров катушек и массы меди обмотки статора. Средняя ширина катушки, мм: где y – шаг обмотки, выраженный числом пазов, . Длина лобовой части обмотки, мм: где и B – коэффициенты, значения их приведены в таблице [ 1Т.3 ] . Средняя длина полувитка обмотки статора, мм: Масса меди обмотки статора без изоляции, кг: где 8,9 – плотность меди. 7. Расчет магнитной цепи. Намагничивающая сила (магнитодвижущая сила МДС) воздушного зазора, А: где - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл; - коэффициент воздушного зазора, определяемый из выражения: где - см. задание. МДС в зубцах статора, А: где - напряженность магнитного поля в зубцах статора, определяемое по кривой намагничивания [ 1Т.4 ] с учетом значения . МДС в зубцах ротора, А: где - напряженность магнитного поля в зубцах ротора, определяемое по кривой намагничивания [ 1Т.4 ] с учетом значения . МДС в ярме статора, А: где - напряженность магнитного поля статора, определяемая по кривой намагничивания [ 1Т.5 ] с учетом значения ; - длина средней силовой линии в спинке (ярме) статора, мм: где - в задании. МДС в ярме ротора, А: где - напряженность магнитного поля ротора, определяемая по кривой намагничивания [ 1Т.5 ] с учетом значения ; - длина средней силовой линии в спинке (ярме) ротора, мм: где - в задании. Полная магнитодвижущая сила магнитной цепи двигателя на пару полюсов: Намагничивающий ток (ток холостого хода) электродвигателя, А: где P – число пар полюсов; m – число фаз; W – число витков; - обмоточный коэффициент ( =0,9). Ток холостого хода, %: где - ток холостого хода; - номинальный ток двигателя. 8. Расчет потерь мощности двигателя. 8.1 Основные потери в стали. Основные потери в стали находятся из выражения: где - удельные потери стали при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц, Вт/кг , принимаем =2,5 – 2,6 Вт/кг ; - показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания; для большинства сталей =1,3 – 1,5; - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения магнитного потока в ярме и зубцах статора; для двигателей < 250кВт следует принять , ; - индукция в ярме и зубцах статора; - масса стали ярма и зубцов статора, кг; где - удельная масса стали, = 7,8 ∙'95 кг/ ; Добавочные потери в стали: Полные потери в стали, Вт: 8.2 Расчет электрических потерь во всех фазах обмотки статора. Электрические потери: во всех фазах обмотки статора, кВт: где - число фаз обмотки статора; - ток обмотки статора; - активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом; , где - удельное сопротивление материала обмотки, ; L – общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м , - сечение эффективного проводника обмотки, , ; для медной обмотки статора при температуре 115 : , где - средняя длина витка обмотки, м; - число витков фазы, где - длина пазовой части витка , = ; для катушек всыпной обмотки статора: , где - длина лобовой части витка, м; - коэффициент лобовой части [1 Т.6 ] ; - средняя длина катушки, м: В – длина вылета прямоугольной части катушки от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м ( В = 0,015 м). 8. 3 Расчет электрических потерь в обмотке ротора. Ток в обмотке ротора, А: где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение , принять =0,9; - ток обмотки статора, из паспорта выбранного двигателя или определить из выражения: - коэффициент приведения токов: где - число фаз обмотки статора и ротора, для короткозамкнутого ротора: ; если пазы ротора не имеют скосов. Приведенный ток обмотки ротора, А: Активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом: где - сопротивление стержня, Ом; - сопротивление участка замыкающего кольца между двумя соседними стержнями, Ом; - длина стержня, м; - сечение стержня, ; - удельное сопротивление материала стержня и кольца при расчетной температуре, Ом∙'95м; ; - средний диаметр замыкающих колец, м , ; - число пазов (стержней) ротора; - сечение замыкающего кольца, ; - синус угла сдвига между векторами токов стержней обмотки ротора: Площадь сечения стержня, : где - плотность тока в стержне литой обмотки, принять равной Площадь сечения замыкающих колец, : где Приведенное значение к числу витков обмотки статора, Ом: Электрические потери в обмотке ротора, кВт: где - число фаз в обмотке статора ( =28 ). 8.4 Расчет механических потерь. Механические потери – потери на трение и мощность, расходуемые на вентиляцию. В двигателях с внешним обдувом (0,1≤ ≤0,5 м), Вт: где =1,3(1 - ) при 2Р ≥ 4. Добавочные потери , кВт, следует принять равными: 8.5 Расчет коэффициента полезного действия. Коэффициент полезного действия рассчитываем по формуле: где - суммарные потери мощности, кВт, 8.6 Расчет тока холостого хода двигателя. Ток холостого хода двигателя рассчитывается по формуле: где - активная составляющая тока холостого хода, А; - намагничивающий ток, А. Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя: Заключение. Выбранный электродвигатель серии 4А с соединением обмоток Y / 660/ 380, 4А180М8У3. Табличные данные: мощность P = 15кВт, I = 32 А при , частота вращения n = 750 об/мин, КПД – 87%, . Расчетные суммарные потери энергии составляют 6,75кВт . В зависимости от степени загрузки: ток обмотки статора изменяется от 1,87А до 32А; коэффициент полезного действия изменяется от 55% до 87%; коэффициент мощности изменяется от 0,2 до 0,82. Список используемой литературы 1. Лобанов В.С. Ремонт электрооборудования, методические указания по выполнению расчетно – графической работы. – Кострома, КГСХА, 2008. – 22 с. 2. Гайдукевич В. И. Справочное пособие электромонтера в строительстве. – М.: Стройиздат, 1986. – 254 с. 3. Копылов И. П. Электрические машины. – М.: ЭАИ, 1986.