МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Югорский государственный университет»

Институт природопользования

Кафедра энергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине "Электрические машины"

на тему

"Проектирование асинхронного двигателя с

короткозамкнутым ротором"

Номер варианта 4

Студент группы ЗБ-2821:                                                                   Гильманов А.М.

Проверила:                                                                               
       

Ст. преподаватель                                                                   
             Дюба Е.А

Ханты-Мансийск

 2016 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Исходные данные для проектирования

ГЛАВА 1. Методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

1.1. Выбор главных размеров двигателя.

1.2. Расчёт параметров обмотки статора

1.3. Расчёт параметров воздушного зазора

1.4. Расчёт параметров обмотки ротора.

1.5. Расчёт тока намагничивания

1.6. Расчёт параметров рабочего режима двигателя

1.7. Расчёт активных потерь в двигателе

1.8. Расчёт рабочих характеристик двигателя

1.9. Расчет пусковых характеристик.

Заключение

ПРИЛОЖЕНИЯ

Список литературы

Введение.

Асинхронная машина – бесколлекторная машина переменного тока, у которой отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, к которой машина подключена, зависит от нагрузок. Как любая электрическая машина, асинхронная машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать как в двигательном, так и генераторном режимах. Однако на практике наибольшее распространение получил двигательный режим работы машины. На сегодняшний день асинхронный двигатель является основным двигателем большинства механизмов и машин. Более 60 % всей вырабатываемой электрической энергии потребляется электрическими машинами, при этом значительную долю в этом потреблении (примерно 75 %) составляют асинхронные двигатели. Достаточно широкое распространение асинхронные двигатели получили благодаря следующим своим достоинствам: небольшие габаритные размеры, простота конструкции, высокая надёжность, высокое значение КПД, относительно низкая стоимость. К недостаткам асинхронного двигателя относят: трудности при регулировании скорости вращения, большие пусковые токи, низкое значение коэффициента мощности при работе машины в режиме близком к холостому ходу. Первый и второй из недостатков могут быть компенсированы применением преобразователей частоты, использование которых расширило область применения асинхронных машин. Благодаря преобразователям частоты асинхронный двигатель широко внедряется в области, где традиционно использовались другие виды электрических машин, прежде всего машины постоянного тока.

Поскольку существующим асинхронным двигателям свойственны ряд недостатков со временем постоянно разрабатываются новые серии асинхронных двигателей, имеющих более высокие технико-экономические показатели по сравнению с предыдущими сериями асинхронных двигателей, лучшие по качественным показателям рабочие и механические характеристики. Кроме этого, часто возникают потребности в разработке и модернизации асинхронных двигателей специального исполнения. К таким двигателям можно отнести:

 погружные асинхронные двигатели (ПЭД) применяемые для привода установок электроцентробежных насосов (УЭЦН). Особенность конструкции таких двигателей – ограниченность в размерах наружного диаметра, размеры которого заданы диаметром насосно-компрессорной трубы, в которой двигатель располагается. Кроме этого, двигатель эксплуатируется при достаточно высоких температурах, что приводит к снижению его развиваемой мощности. Указанные обстоятельства требуют разработки специальной конструкции асинхронных двигателей;

двигатели, работающие совместно с частотными преобразователями, которые выполняют функции их регулирования. Поскольку преобразователи частоты приводят к генерации целого спектра гармонических составляющих в кривой напряжения питания двигателя, наличие гармонических составляющих приводит к появлению дополнительных потерь в двигателе и снижению его КПД ниже номинального. Конструкция асинхронного двигателя, работающего совместно с преобразователями частоты должна учитывать данную особенность и наличие в кривой напряжения питания высших гармоник не должно приводить к дополнительным потерям мощности.

Указанный список асинхронных двигателей специального исполнения может быть продолжен, и отсюда можно сделать следующие выводы:

 существует необходимость в разработке новых серий асинхронных двигателей;

 существует необходимость в освоении существующих методик проектирования асинхронных двигателей для решения указанной выше задачи;

существует необходимость в разработке новых методик проектирования асинхронных двигателей, позволяющих при меньших затратах времени на проектирование разрабатывать новую серию асинхронных двигателей с лучшими технико-экономическими показателями.

Цель выполнения задания на курсовое проектирование – разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющего заданные параметры, на основе существующей и широко применяемой на практике методике проектирования асинхронных двигателей.

Исходные данные для проектирования.

Разрабатываемый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором должен иметь следующие паспортные данные:

1.  Номинальное (фазное) напряжение питания  U_1нф, В;

2.  Частота напряжения питания сети f₁, Гц;

3.  Число фаз напряжения питания m₁

4.  Номинальная мощность Р₂, кВт;

5.  Синхронная скорость вращения n₁, об/мин;

6.  Номинальное значение КПД η (не менее), отн. ед.;

7.  Номинальное значение коэффициента мощности cos(φ) (не менее), отн. ед.;

8.  Конструктивное исполнение;

9.  Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды;

10.       Категория климатического исполнения.

	U1нф, В	f1, Гц	m	Р2, Вт	n1, об/мин	η, о.е. не менее	Cos(φ), о.е. не менее
	220	50	3	14000	1500	0,78	0,85

Конструктивное исполнение – IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44;

Категория климатического исполнения – У3.

ГЛАВА 1. Методика проектирования асинхронного двигателя с

короткозамкнутым ротором.

1.1.  Выбор главных размеров двигателя.

В первую очередь необходимо определить число пар полюсов проектируемого двигателя:

                                                ;                                          

где: f₁ –частота сети, Гц; n₁ – частота вращения, об/мин.

После определения числа пар полюсов принимаем высоту оси вращения двигателя h_пр,  предварительное значение которое определяют по табл.1, 2, 3 для заданных номинальной мощности Р₂ и числа пар полюсов 2р в зависимости от исполнения двигателя.         Из ряда высот осей вращения (таблица 4) необходимо принять ближайшее к предварительно найденному (по табл. 1,2,3) стандартное значение h_ст. Согасно ГОСТ 13267-73 определяет стандартные высоты осей вращения независимо от назначения и конструктивного исполнения асинхронных двигателей, поэтому высота оси вращения любого проектируемого двигателя должна быть равна одному из этих значений.

         Наружный диаметр статора D_a, выбираем из таблицы 4 в зависимости от выбранной оси вращения h_ст.

Внутренний диаметр статора D в общем случае может быть определен по наружному диаметру двигателя. Допуская, что размеры пазов не зависят от числа пазов в двгателе получаем:

где: k_D – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и наружного

диаметров сердечника статора (по табл. 5).

Полюсное деление двигателя τ находим из соотношения:

;

Расчетное значение мощности Р" согласно формуле:

;

где k_E - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое предварительно принимается, по табл. 6, 7, 8;   Р₂ - мощность на валу двигателя, Вт.

        К электромагнитным нагрузкам машины относят: А – линейную нагрузку, А/м; В_δ– индукцию в воздушном зазоре, Тл.         Предварительный выбор электромагнитных нагрузок А и В_δ должен быть проведен особо тщательно, так как они определяют как расчетную длину сердечника, так и практически все характеристики проектируемой машины. Рекомендации по выбору А и В_δ, представлены в табл. 9, 10, 11:

         Определяем значение обмоточного коэффициента k_об1, предварительное значение которого выбирают в зависимости от типа обмотки статора (табл. 12):

Находим синхронную угловую скорость вращения вала двигателя Ω по формуле:

здесь   n₁ - синхронная частота вращения;

Определяем расчетную длину воздушного зазора машины:

;

где k_В=1,11 - коэффициент формы поля, учитывает уплощение кривой индукции в воздушном зазоре (рис. 1).

Отношение длины воздушного зазора к полюсному делению λ:

.

Данное отношение должно находится в пределах, показанных в табл.13 для принятого исполнения машины. В случае если λ  оказывается слишком большим, то следует повторить расчет для ближайшей из стандартного ряда большей высоты оси вращения h. Если λ слишком мало, то расчет повторяют для следующей в стандартном ряду меньшей высоты h. Для расчета магнитной цепи помимо l_δ необходимо определить полученную конструктивную длину и длину стали сердечников статора (l₁ и l_ст1) и ротора (l₂ и l_ст2). В асинхронных машинах, длина сердечников которых не превышает 0,25 – 0,3 м: l₁=l_δ, l_ст1=l_δ и l_ст2=l_δ.

        На этом выбор главных размеров заканчивается. В результате проделанных вычислений получены значения высоты оси вращения h, внутреннего диаметра статора D, наружного диаметра статора D_а, расчетной длины воздушного зазора l_δ и полюсного деления τ.

1.2.                                   Расчёт параметров обмотки статора.

        В данном параграфе выполняем определение числа пазов статора Z₁, числа витков в фазе обмотки статора ω₁ и сечения провода обмотки статора. При определении Z₁, ω₁ необходимо учитывать, что число витков фазы обмотки статора должно быть таким, чтобы линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре как можно более близко совпадали с их значениями, принятыми предварительно при выборе главных размеров, а число пазов статора обеспечивало достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

        Чтобы выполнить эти условия, вначале выбирают предварительно зубцовое деление t₁ в зависимости от типа обмотки, номинального напряжения и полюсного деления машины. В процессе расчета целесообразно не ограничиваться выбором какого-то одного конкретного зубцового деления, а рассмотреть диапазон возможных значений t₁ в пределах указанных значений зубцовых делений, предварительно выбираем (по табл. 14).

        Диапазон возможных значений зубцового деления статора принимаем по табл. 14:

        Предварительные числа пазов статора, соответствующие выбранному диапазону t₁:

;   

;

Полученные значения необходимо округлить до целых.

Окончательное число пазов статора Z₁.

        Выбираем Z₁ в полученных пределах  с учетом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки (табл. 15). Число пазов статора в любой обмотки асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, тогда, значения числа пазов на полюс и фазу q (в большинстве асинхронных машин должно быть целым):

.

Окончательное значение зубцового деления статора t₁.

           Зубцовое деление не должно выходить за указанные выше пределы более чем на 10% и в любом случае для двигателей с h≥56 мм не должно быть менее 6 - 7 мм:

;

	t1, м	D, м	P	m	q
Расчет	0,012	0,180	2	3	4

Номинальный ток обмотки статора:

;

где η и cosφ соответствуют заданию на проект.

	P2, Вт	U1нф, В	M	cosφ	Η	I1н, А
Расчет	14000	220	3	0,85	0,78	31,99

Предварительное число эффективных проводников в пазу u_п.

         При определении числа эффективных проводников в пазу u_п руководствуются тем, что u_п должно быть целым. Поэтому полученные в расчете числа u_п приходится округлять до ближайшего целого числа. Чтобы это округление не было слишком грубым, вначале определяют предварительное число эффективных проводников в пазу u´_п, при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а=1):

;

где А - принятое ранее значение линейной нагрузки;

Число эффективных проводников в пазу u_п.

         Полученное значение u´_п не округляют до целого, а находят такое число параллельных ветвей обмотки а, при котором число эффективных проводников в пазу либо будет полностью удовлетворять отмеченным условиям, либо потребует лишь незначительного изменения. Принимаем число параллельных ветвей а=1, тогда: u_п=a·u´_п

Число а при этом может быть взято только из ряда возможных чисел параллельных ветвей для обмотки данного типа и заданного числа полюсов (табл.21).

         Полученное число u_п округляем до ближайшего целого числа.

             Принятое на данном этапе расчета число параллельных ветвей а в дальнейшем, при выборе размеров и числа элементарных проводников, может быть изменено. В этом случае пропорционально меняется также и u_п.

Окончательные значения витков в фазе обмотки ω₁:

;

Окончательные значения линейной нагрузки А:

;

	ω1	uпр	Z1	A	M	I1н, А	D, м	A, А/м
Расчет	96	12	48	1	3	31,99	0,180	32692

Полученное значение нужно сопоставить с рекомендуемым (см. табл. 18,19,20).

         Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. Обмоточный коэффициент k_об1 рассчитывается в зависимости от принятого укорочения шага обмотки β и числа q.

Предварительное значение обмоточного коэффициента k_об1.

         Для однослойных обмоток k_об1=0,95-0,96, для двухслойных и одно-двухслойных обмоток при 2р=2 k_об1=0,90-0,91 и при большей полюсности k_об1=0,91- 0,92.

Магнитный поток Ф:

;

	kоб1	Ф, Вб	kE	U1нф, В	kB	ω1	f1, Гц
Расчет	0,95	0,00105	0,975	220	1,111	96	50

Индукция в воздушном зазоре В_δ:

;

         Если полученное значение В_δ выходит за пределы рекомендуемой области (см. табл. 18,19,20) более чем на 5%, следует принять другое значение числа u_п и повторить расчет. Если линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре при принятом числе пазов и эффективных проводников в пазу находятся в рекомендуемых пределах, переходим к расчету сечения эффективного проводника и обмоточного провода.

Сечение эффективных проводников q_эф.  Для нахождения сечения эффективных проводников необходимо определить плотность тока J₁.

         С точки зрения повышения использования активных материалов плотность тока J₁ должна быть выбрана как можно большей, но при этом возрастают потери в меди обмотки. Увеличение потерь сказывается, во-первых, на повышение температуры обмотки и, во-вторых, на КПД двигателя. Но влияние плотности тока на нагрев обмотки более существенно, чем на КПД. Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения линейной нагрузки на плотность тока (AJ₁). Поэтому выбор допустимой  плотности тока производится с учетом линейной нагрузки двигателя предварительно:

;

где значение AJ₁ приведено в табл. 22, 23;

             Сечение эффективного проводника q_эф. Определяют, исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке (предварительно):

;

         Для всыпных обмоток при ручной укладке диаметр обмоточного провода берут не более 1,7·10^-3 м. Если расчетное сечение в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанному диаметру, то эффективный проводник разделяется на несколько элементарных. Для этого по табл. 24 подбирается сечение q_эл и число элементарных проводников n_эл, составляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр d_эл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника:

         Принимаем: n_эл=2, тогда ;

         Обмоточный провод ПЭТВ (по табл. 24): d_эл=1,90·10^-3 м; q_эл=2,83·10^-6 м²;    q_эф= q_эл·n_эл;    q_эф=5,654·10^-6 м²;

         Диаметр изолированного обмоточного провода: d_из=1,995·10^-3 м.

Плотность тока в обмотке.

         После окончательного выбора q_эл, q_эф и а следует уточнить плотность тока в обмотке, которая может несколько измениться по сравнению с предварительно выбранной при подборе сечений элементарных проводников:

;

           На этом расчет обмотки статора заканчивается. Некоторая корректировка, которая может потребоваться в ходе последующего расчета, как правило, не вносит существенных изменений в полученные данные.

1.3.      Расчёт параметров воздушного зазора.

             

         Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяется мощностью машины и типом обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и зубцах статора табл. 25.

         Для расчета магнитной цепи помимо длины воздушного зазора l_d необходимо определить полную конструктивную длину сердечника статора и длину стали сердечника статора (l₁ и l_ст1) и ротора (l₂ и l_ст2) В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250-300 мм принимаем

                                                l₁ = l₂ = l_d = l_ст1 = l_ст2

Допустимая индукция В_z1 в сечении зубца статора и значение допустимой индукции в ярме статора В_а:

Минимальная ширина зубца:

;

где k_с - коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора для оксидированных листов стали по табл. 26;

Высота ярма статора:

Высота и ширина шлица паза. Размеры  паза  вначале  определяем  без  учета  размеров и числа проводников обмотки, исходя только  из  допустимых  значений  индукций. Высоту  шлица  паза  h_ш1 в  двигателях  с h≤0,132   принимают h_ш1=0,5·10^-3 м , в  двигателях  с h>0,160 м  принимают  h=1·10^-3 м. Ширину  шлица  паза  принимают  равной b_ш1=3,7 мм. Размер b_ш1 должен обеспечивать  возможность  свободного  пропуска  проводников  обмотки  через  шлиц  паза  с  учетом  толщины  изоляционных  технологических  прокладок, устанавливаемых  при  укладке обмотки  для  предохранения  изоляции  проводников  от  повреждений  об  острые  кромки  шлица.

Принимаем:

Размеры паза в штампе:

;

;

;

;

Для расчета коэффициента заполнения паза необходимо определить  площадь  паза в  свету  и  учесть  площадь  сечения  паза, занимаемую  корпусной  изоляцией S_из и  прокладками  в  пазу S_пр. Размеры  паза в свету с учетом  припусков  на сборку и  шихтовку сердечников.

;

;

;

  где Db_п и Dh_п – припуски по ширине и высоте паза выбираются из таблицы 27.

	Δbп, м	Δhп, м	b´1, м	b1c, м	b´2, м	b2c, м	h´1c, м	h1c, м
Расчет	0,2·10-3	0,2·10-3	0,00936	9,56.10-3	0,00674	6,94·10-3	0,0198	0,02

Площадь корпусной изоляции в пазу S_из:

                          ;                                                              

где b_из - односторонняя толщина изоляции в пазу выбирается из таблицы 28.

         При однослойной обмотке площадь прокладок в пазу S_пр:

;

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников:

;

Коэффициента заполнения паза.

;

	kз	dиз, м	uпр	nэл	S´п, м2
Расчет	0,70	1,995·10-3	12	2	13,65·10-5

Должен находиться в пределах: k_з=0,70 – 0,75.                                                

         Если  полученное  значение  ниже  указанных  пределов, то площадь  паза  следует  уменьшить  за счет  увеличения h_a или b_1z или  обоих  размеров  одновременно  в  зависимости  от  принятого в  расчете   значения  допустимой  индукции. Индукция в зубцах или ярме статора при этом уменьшится.  Уменьшение  индукции  ниже  пределов, указанных  в  табл. 25, показывает, что главные  размеры  двигателя  завышены  и  активная  сталь  недоиспользована. В  этом  случае  следует  уменьшить  длину  сердечника  или  перейти  на  ближайшую  меньшую  высоту  оси  вращения.

         Если  полученное  значение k_з выше  указанных  пределов  и  его  не удается  уменьшить  до допустимых  пределов  даже  при  размерах h_a и b_1z рассчитанных  по  наибольшим  допустимым  значениям B_a и B_z1, или  перейдя  на  большее  сечение  элементарного  провода  при  уменьшении n_эл, то  следует  увеличить  длину  магнитопровода или просчитать другой вариант двигателя, изменив  главные  размеры.

1.4.      Расчёт параметров обмотки ротора.

Правильный  выбор  воздушного   зазора δ во  многом определяет энергетические  показатели асинхронного двигателя. В  современных  асинхронных  двигателях  зазор  выбирают, исходя  из  минимума  суммарных  потерь. Так  как  при  увеличении  зазора  потери  в  меди  возрастают, а  поверхностные  пульсационные  уменьшаются, то  существует  оптимальное  соотношение  между  параметрами,  при  котором  сумма  потерь  будет  наименьшей.

Зависимость  воздушного  зазора  от  внутреннего  диаметра  статора  у  двигателей  серии  4А  приведена  в табл. 29,30,31. Воздушный зазор и число пазов ротора.

         Исследования, проведенные  для  изучения  влияния  соотношений  числа  зубцов  на  статоре  и  роторе  на  кривую  момента, а  также  шумы  и  вибрации,  позволили  определить  наилучшие сочетания Z₁  и Z₂ для  короткозамкнутых  двигателей  с  различными  числами 2p. В двигателях малой мощности выполняют       Z₂ < Z₁. Это объясняется рядом причин технологического характера, а так же тем, что с увеличением Z₂ ток в стержнях ротора уменьшается и в двигателях малой мощности их сечения становятся очень малыми. В более крупных двигателях выполняют Z₂ > Z₁ c тем чтобы ограничить ток в стержнях ротора и увеличить равномерность распределения проводников по длине расточки.

 Рекомендации  по выбору Z₂ при  известных Z₁ и 2p сведены  в  табл. 32:

Внешний диаметр D₂.

D₂=D-2·δ;

Конструктивная  длина  сердечника ротора.    В  машинах  с h<0,25 м берут  равной  длине  сердечника статора,

         т.е. l₂= l_δ:

Зубцовое деление t₂:

;

Bнутренний диаметр сердечника ротора D_j. При непосредственной посадке  на вал равен диаметру вала и может быть определен:

;

(значение коэффициента k_в  приведены  в  табл. 33)

Коэффициент  приведения  токов.  Рассчитываем с  учетом  принятых  для  короткозамкнутой обмотки  числа  фаз  и  витков  в  фазе:

;

Предварительное значение тока в стержне ротора:

;

где k_i - коэффициент, учитывающий  влияние  тока  намагничивания  и  сопротивления обмоток  на  отношение  I_1н/I₂,  его приближенное значение может быть взято из  таблицы 34:

Площадь  поперечного сечения  стержня q_c:

;

          где J₂ - плотность  тока  в  стержнях  ротора  машин  закрытого  обдуваемого  исполнения  при  заливке  пазов  алюминием  выбирается  в  пределах J₂=(2,5 - 3,5 ´ 10⁶) А/м².

Размеры шлица и высота перемычки над пазом. В асинхронных  двигателях  с  короткозамкнутым  ротором  серии  4А  с  высотой  оси  вращения h0,25 м выполняют  грушевидные  пазы  и  литую  обмотку  на  роторе  (рис. 8, а). В  двигателях  с h<0,16м пазы  имеют узкую прорезь со следующими размерами: b_ш2=1·10^-3 м и h_ш2=0,5·10^-3 м при высоте оси вращения h<0,1 м; b_ш2=1,5·10^-3 м и h_ш2=0,75·10^-3 м при  высоте  вращения h=0,112 - 0,132 м. В  двигателях  с h=0,16 - 0,25 м выполняют  грушевидные  закрытые пазы (рис. 8, б) с  размерами  шлица b_ш2=1·10^-3 и h_ш2=0,75·10^-3 м. Высота перемычки  над  пазом  в  двигателях  с 2р≥4  выполняется  равной h^’_ш2=0,3·10^-3 м, в  двухполюсных  двигателях h^’_ш2=1-1,5·10^-3 м. Принимаем:

Допустимая ширина зубца. Ширина зубцов ротора определяется по допустимой индукции B_z2 (см. табл. 35):

;

Размеры паза b_1p, b_2p и h_1p. Рассчитывают, исходя из сечения стержня q_c и из условия постоянства ширины зубцов ротора:

;

;

;

После расчета размеры паза следует округлить до десятых долей миллиметра.

Полная высота паза h_п2:

;

	hп2, м	h´ш2, м	hш2, м	b1p, м	b2p, м	h1p, м
Расчет	0,021	0,3·10-3	0,75·10-3	8,314·10-3	5,960·10-3	0,0127

Уточняем площадь сечения стержня q_c:

;

Плотность тока в стержне J₂:

;

Определение тока в замыкающих кольцах I_кл короткозамкнутых роторов.   Короткозамыкающие кольца литой обмотки обычно выполняются с поперечным сечением в виде неправильной трапеции, прилегающей одним из оснований к торцу сердечника ротора (см. рис. 10):

;

где:            

.

Плотность тока в замыкающих кольцах J_кл.         выбирается в среднем на 15-20 % меньше, чем в стержнях. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, замыкающие  кольца,  имея  лучшие  условия охлаждения по сравнению со стержнями, являются своего рода радиаторами, которые отводят тепло стержней, усиливая их охлаждение. Во-вторых, в машинах, в которых для улучшения пусковых характеристик используют эффект вытеснения тока, большое сопротивление короткозамыкающих колец снижает кратность увеличения общего сопротивления обмотки ротора при пуске.

;

Площадь поперечного сечения замыкающих колец q_кл:

;

Размеры замыкающих колец.         Выбирают таким образом, чтобы: b_кл=(1,1 - 1,25)·h_п2 (рис. 10):

b_кл=1,2·h_п2;

Расчетное сечение замыкающих колец литой обмотки, м², принимают

                                                          q_кл=а_кл^. b_кл 

следовательно:

;

Средний диаметр замыкающих колец:

D_кл.ср=D₂-b_кл;

1.5.                     Расчёт тока намагничивания.

Индукция  в  зубцах статора B_z1.

;

	Bz1, Тл	Вδ, Тл	t1, м	lδ, м	bz1, м	lст1, м	kc
Расчет	1,9	0,764	0,011	0,153	5,148·10-3	0,153	0,97

Индукция в  зубцах ротора B_z2

;

	Bz2, Тл	Вδ, Тл	t2, м	lδ, м	bz2, м	lст2, м	kc
Расчет	1,8	0,876	0,017	0,153	7,23·10-3	0,153	0,97

Индукция в ярме статора В_а:

;

	Ва, Тл	Ф, Вб	ha, м	lcт1, м	kc
Расчет	1,5	10,5·10-3	0,0236	0,153	0,97

Расчетная высота  ярма  ротора h´_j.

         При посадке сердечника непосредственно на  вал, в двигателях  с 2p=2 и 2p=4, имеем:

;

Индукция в ярме ротора В_j:

;

Коэффициент воздушного зазора k_δ:

;

где γ рассчитывается по следующей формуле:

;

Магнитное напряжение воздушного зазора F_δ:

;

Значения напряженности поля в зубцах H_Z.

          Находят, в соответствии  с индукциями B_Z  для  принятой  марки  стали. По  табл. 37 , для  стали  2013:

- при  значении  индукции  статора B_Z1=1,8 Тл значение  напряженности    поля  в зубцах  статора H_Z1=1520 А/м;

- при  значении  индукции  ротора B_Z2=1,8 Тл значение  напряженности  поля  в зубцах  ротора H_Z2=1520 А/м;

- расчетная  высота  зубца  статора h_z1= h_п1;

- расчетная  высота  зубца  ротора h_z2=h_п2-0,1·b_2p.

	Вz1, Тл	Hz1, A/м	Вz2, Тл	Hz2, А/м	hz1, м	hz2, м	hп2, м	b2р, м
Расчет	1,9	2070	1,8	1520	0,023	0,020	0,021	5,9·10-3

Магнитное   напряжение  зубцовой  зоны  статора  F_z1 и ротора  F_z2:

,                ;

где   h_z1 - расчетная высота зубца статора;

        h_z2 - расчетная высота зубца ротора;

	Fz1, A	hz1, м	Hz1, А/м	Fz2, A	hz2, м	Hz2, А/м
Расчет	68,823	0,023	2070	61,837	0,020	1520

Коэффициент насыщения зубцовой зоны k_Z:

;

         Полученное  значение k_Z позволяет  предварительно  оценить правильность выбранных  размерных соотношений  и  обмоточных  данных  проектируемой  машины. Если k_Z>1,5 - 1,6,  имеет  место чрезмерное  насыщение зубцовой  зоны;  если k_Z<1,2, то  зубцовая  зона  мало  использована  или воздушный  зазор  взят  слишком  большим. В обоих  случаях  в  расчет  должны  быть  внесены соответствующие  коррективы.

Значения напряженности поля в ярме H_Z.         Находят, в соответствии с индукциями B_Z для принятой  марки  стали.

 По  табл. 38,  для  стали  2013:

- при  значении  индукции в ярме статора  B_a=1,5 Тл, значение  напряженности  поля Н_а=520 А/м,

-         при  значении  индукции в ярме  ротора В_j=0,423 Тл, значение  напряженности  поля Н_j=52A/м.

Длина  средней  магнитной  линии  ярма  статора L_a:

;

Высота спинки ротора h_j:

;

Длина средней магнитной линии потока в ярме ротора L_j.

          Для  всех двигателей, кроме двухполюсных с  непосредственной посадкой  на  вал:

;

Для  двигателей,  с 2р=2, сердечник  ротора  которых  непосредственно  насажен  на  вал, длина  средней  магнитной  линии  определяется  по  формуле:

L_j=2·h_j.

Магнитное напряжение ярма статора F_a и ярма ротора F_j:

                                       F_a=L_a·H_a,              F_j=L_j·H_j;

	Fa, А	La, м	Ha, А/м	Fj, А	Lj, м	Hj, А/м
Расчет	101,448	0,196	520	4,072	0,078	52

Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару   полюсов):

F_ц= F_δ+ F_z1+ F_z2+ F_a+ F_j;

Коэффициент насыщения магнитной цепи k_μ:

;

Намагничивающий ток I_μ:

;

Относительное значение намагничивающего тока I´_μ.

;

                   Относительное  значение I´_μ служит определенным критерием правильности проведенного выбора и  расчета  размеров  и  обмотки  двигателя. Так, если  при  проектировании  четырехполюсного  двигателя  средней  мощности  расчет  показал, что I´_μ<0,2 - 0,18, то  это  свидетельствует  о том, что  размеры  машины  выбраны  завышенными  и  активные  материалы  недоиспользованы.

                   Если  же в  аналогичном  двигателе I´_μ>0,3 - 0,35, то это означает, что  либо  его  габариты  взяты  меньшими, чем  следовало, либо  неправильно  выбраны  размерные  соотношения  участков     магнитопровода.

         В  небольших двигателях  мощностью  менее 2-3 кВт I´_μ может достигать значения 0,5-0,6,       несмотря  на  правильно  выбранные  размеры и малое насыщение магнитопровода. Это объясняется   относительно  большим  значением  магнитного  напряжения  воздушного  зазора, характерным  для  двигателей  малой  мощности.

1.6.                     Расчёт параметров рабочего режима двигателя.

Параметрами  асинхронной  машины  называют  активные  и  индуктивные  сопротивления  обмоток  статора r₁, x₁, ротора r₂, x₂, сопротивление  взаимной  индуктивности x₁₂ и  расчетное  сопротивление r₁₂,  введением   которого  учитывают   влияние  потерь   в   стали   статора   на  характеристики  двигателя.

Для  определения  активного  сопротивления  фазы  обмотки  статора  предварительно  необходимо  определить:

b_кт -  среднюю  ширину  катушки,

l_выл - длину  вылета  лобовой  части  катушки,

l_п1- длину  пазовой  части,

l_л1- длину  лобовой  части,

l_ср1 - среднюю  длину  витка,

L₁ - общую  длину проводников  фазы  обмотки.

Средняя  ширина  катушки b_кт:

;

         где β₁ - относительное укорочение шага обмотки статора;

Длина вылета лобовой части катушки l_выл:

;

где k_выл - коэффициент, значение которого  берут из табл. 39 в  зависимости от числа  полюсов  машины  и  наличия  изоляции  в  лобовых  частях.

В - длина  вылета  прямолинейной  части  катушек  из  паза  от  торца  сердечника до   начала  отгиба  лобовой  части.  Для  всыпной  обмотки,  укладываемой  в пазы   до  запрессовки  сердечника  в  корпус, принимаем В=0,01 м.

Длина  пазовой  части l_п1.

Равна  конструктивной  длине  сердечников  машины:

l_п1= l_cт1.

Длина лобовой части:

l_л1=k_л·b_кт+2·В;

где k_л - коэффициент, значение которого  берут из табл. 39 в  зависимости  от числа  полюсов  машины  и  наличия  изоляции  в  лобовых  частях.

b_кт – средняя ширина катушки;

Средняя длина витка l_ср1:

l_ср1=2·( l_п1+ l_л1).

Общая длина проводников фазы обмотки L₁:

L₁=l_ср1·ω₁;

Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура υ_расч=75⁰ С. Для меди удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре:

 Ом·м;

Активное сопротивление фазы обмотки статора:

	ρ115, ом·м	r1, Ом	L1, м	qэф, м2	а
Расчет	10-6/47	0,274	72,84	5,65·10-6	1

          Для удобства сопоставления параметров отдельных машин и упрощения  расчета  характеристик параметры  асинхронной  машины  выражают  в  относительных  единицах, принимая  за базисные значения  номинальное  фазное  напряжение  и номинальный  фазный  ток  статора.  

Относительное значение R₁:

;

         Относительные  значения  одних  и  тех  же  параметров  схемы  замещения  различных  асинхронных  двигателей  нормального  исполнения  незначительно  отличаются  друг  от  друга.

Активное сопротивление фазы обмотки ротора r₂.

Находим как сумму  потерь  в стержне  и  участках замыкающих  колец.

Для  литой  алюминиевой  обмотки  ротора  удельное  сопротивление  материала  при расчетной  температуре:

 Ом·м;

определяем  сопротивление  стержня r_c:

;

Сопротивление  участка  замыкающего  кольца, заключенного  между  двумя  соседними  стержнями  r_кл:

Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

;

Сопротивление r₂ для дальнейших расчетов должно быть приведено к числу витков первичной обмотки статора:

;

Относительное значение R₂:

;

Для определения индуктивного сопротивления фазы обмотки статора  необходимо определить коэффициенты  магнитной  проводимости.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

;

Коэффициент ξ.

Для определения магнитной проводимости  дифференциального  рассеяния  при  полузакрытых  или  полуоткрытых  пазах  статора  с  учетом  скоса  пазов:

;

где для β_ск=0, т.к. отсутствует скос пазов и =1,38 по табл. 38, 39 определяем k´_ск;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для обмоток статора λ_д1:

;

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для обмоток  статора  λ_п1.

Определяется в  зависимости  от  конфигурации  пазов  по  формулам  табл.  39:

h₃=h_1c;         h₂=0            ;

;

	h3, м	b2c, м	h2, м	h1, м	bш1, м	λп1,	kβ	hш1, м	k´β
Расчет	0,02	0,00694	0	0,0162	3,7·10-3	1,57	1	0,001	1

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

;

	х1, Ом	f1, Гц	ω1	l´δ, м	p	q	λп1	λд1	λл1
Расчет	0,709	50	96	0,153	2	4	1,57	2,312	1,211

Относительное значение х´₁:

;

Для  определения  индуктивного  сопротивления  фазы  обмотки  ротора х₂ необходимо  определить коэффициенты  магнитной  проводимости.

Коэффициент магнитной проводимости пазового  рассеяния обмотки короткозамкнутого  ротора λ_п2.

Рассчитывают  по  приведенным  в  табл. 43  формулам в зависимости от конфигурации паза  ротора  на  рис. 17.

;

где                       

.

	h1., м	hп2, м	hш2, м	h´ш2, м	b2p, м	bш2, м	λп2	b1p, м	qc	I2, А
Расчет	0,0162	21·10-3	0,75·10-4	0,3·10-3	5,9·10-4	1·10-3	2,374	8,8·10-3	1,341·10-4	462,136

         Для рабочего режима k_д=1.

Коэффициент магнитной  проводимости  лобового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора λ_л2.

В  роторах  с  литыми  обмотками  при  замыкающих  кольцах, прилегающих  к  торцам сердечника  ротора:

;

	λл2	Dкл.ср, м	Z2	l´δ, м	Δ	акл, м	bкл, м
Расчет	0,544	0,1556	34	0,153	0,367	0,0198	0,0230

Коэффициент магнитной  проводимости  дифференциального  рассеяния обмотки короткозамкнутого  ротора λ_д2.

Находим с  учетом  коэффициента ξ:

;

         Δ_z – находят по кривым рис. 18.

Тогда:

;

Суммарное значение коэффициентов магнитной проводимости обмоток и короткозамкнутого ротора Σλ₂:

;

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора х₂:

;

Сопротивление х₂ для дальнейших расчетов должно быть приведено к числу витков первичной обмотки статора:

;

Относительное значение Х₂:

;

1.7.                     Расчёт активных потерь в двигателе.

Потери  в  асинхронных  машинах  подразделяют  на потери  в  стали

(основные и добавочные), электрические  потери, вентиляционные, механические  и  добавочные  потери  при  нагрузке.

Основные  потери  в  стали    асинхронных  двигателей  рассчитывают  только  в  сердечнике  статора, так как частота перемагничевания ротора, в режимах, близких к номинальному, очень мала и потери в стали ротора даже при больших индукциях незначительны.

Масса стали ярма статора m_а:

;

         где γ_с - удельная масса стали; в расчетах принимают γ_с=7,8·10³ кг/м³;

Масса стали зубцов статора m_z1:

;

Потери в стали основные Р_{ст. осн}:

;

где: р_1.0.50 - удельные потери по табл. 44;

                           β - показатель степени по табл. 44;

k_да и k_дz - коэффициенты  ,  учитывающие  влияние  на  потери  в          стали  неравномерности  распределения  потока  по  сечениям  участков  магнитопровода и  технологических  факторов;

          Добавочные  потери  в  стали, возникающие  при  холостом  ходе, подразделяются  на  поверхностные  (потери  в  поверхностном  слое  коронок  зубцов  статора и ротора  от  пульсации  индукции в  воздушном  зазоре) и  пульсационные  потери  в   стали  зубцов  (от  пульсации  индукции  в зубцах).

Поверхностные потери в роторе:

Для определения поверхностных  потерь  вначале  находим  амплитуду  пульсации  индукции в воздушном зазоре  над коронками  зубцов  ротора В₀₂:

В₀₂=β₀₂·k_δ·B_δ;

          где для зубцов ротора β₀₂ зависит от отношения b_ш1/δ=7,5 и его значение находим из рис. 19:

Удельные поверхностные потери р_пов2. Рассчитывают по В₀₂ и частоте пульсаций индукции над зубцами:

;

где k₀₂ - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головки зубцов ротора на удельные потери;

Полные поверхностные потери в роторе Р_пов2:

;

Пульсационные потери в зубцах ротора:

Для  определения  пульсационных потерь вначале находим  амплитуду пульсации  индукции  в среднем сечении  зубцов  ротора  В_пул2:

;

Массу стали зубцов ротора m_z2:

m_z2=Z₂·h_z2·b_z2·l_cт2·k_c·γ_c;

Пульсационные потери в зубцах ротора Р_пул2:

;

          Поверхностные  и  пульсационные  потери  в  статорах  двигателей  с  короткозамкнутыми  роторами со  стержневой  обмоткой  обычно  очень  малы, так как  в  пазах  таких  роторов  мало b_ш2 и  пульсации  индукции  в  воздушном  зазоре  над головками зубцов статора  незначительны. Поэтому расчет этих  потерь  в статорах  таких  двигателей  не  производят.

Сумма добавочных потерь в стали Р_{ст. доб}:

;

Полные потери в стали Р_ст:

Р_ст= Р_{ст, осн}+ Р_{ст. доб};

Механические потери Р_мех. (для двигателей 2р=4 коэффициент k_Т=1 и k_Т=1,3·(1-D_a) при 2р>2. В нашем случае коэффициент k_Т=0,95):

;

Добавочные потери  при  номинальной нагрузке. Добавочные потери  при  номинальном режиме асинхронных двигателей возникают за счет действия потоков  рассеяния, пульсаций  индукции  в воздушном  зазоре, ступенчатости  кривых  распределения МДС  обмоток  статора и  ротора  и ряда  других  причин. В  короткозамкнутых  роторах, кроме того, возникают  потери  от поперечных  токов, т.е. токов между стержнями, замыкающихся через листы  сердечника ротора. Эти  токи особенно  заметны  при  скошенных  пазах ротора. В таких двигателях, как  показывает  опыт  эксплуатации, добавочные  потери  при  нагрузке  могут  достигать 1-2% (а  в  некоторых  случаях  даже  больше)  от  подводимой  мощности. ГОСТ  устанавливает  средние  расчетные  добавочные  потери  при  номинальной  нагрузке, равны 0,5% номинальной  мощности.

;

Холостой ход двигателя: При определении активной составляющей тока холостого  хода  принимают, что  потери  на  трение и  вентиляцию  и  потери  в  стали  при  холостом  ходе двигателя  такие же как и при  номинальном  режиме.  Электрические  потери  в  статоре  при холостом ходе Р_э1хх приближенно  принимаются  равными:

;

Активная составляющая тока холостого хода I_хха:

;

Реактивная составляющая тока холостого хода, равна намагничивающему току I_μ . Холостой ход двигателя I_хх:

;

Коэффициент мощности при холостом ходе cosφ:

;

1.8.                     Расчет рабочих характеристикдвигателя.

Методы  расчета характеристик базируются на системе уравнений токов и напряжений асинхронной машины, которой соответствует Г-образная  схема  замещения (рис. 23).

Активные  и  индуктивные  сопротивления  схемы  замещения  являются  параметрами  машины. Сопротивление r₁₂ и х₁₂ с достаточной для обычных расчетов точностью определяют по следующим формулам:

,

;

	r12, Ом	Pст.осн, Вт	U1нф, В	х1, Ом	m	Iμ, А
Расчет	1.746	244.301	220	0.709	3	6.829

Коэффициент с₁ представляет  собой  взятое с обратным  знаком  отношение вектора напряжения фазы U_1нф к  вектору  ЭДС. Для  расчета с₁  воспользуемся  приближенной  формулой, т.к. в асинхронных  двигателях  мощностью  более 2-3 кВт,  как  правило, [γ]≤1, поэтому реактивной составляющей  коэффициента c₁ можно  пренебречь, тогда приближенно:

,

           где                      ;

Активную составляющую тока синхронного холостого хода определяют из выражения:

;

Реактивную составляющую тока синхронного холостого хода принимаем равную току намагничивания

I_ор= I_m.

Так как [γ]≤1 и мы используем приближенный метод, то в этом случае необходимо ввести дополнительные расчетные величины:

а´=с₁²;

а=с₁r₁;

b´=0;

b=c₁(x₁+c₁x₂’)

В данном случае постоянные потери (не меняются при изменении скольжения):

ΣP=P_ст+Р_мех=435,740 Вт .

Принимаем s_н=R₂=0,049 и рассчитаем рабочие характеристики, задаваясь скольжением s.Результаты расчета сведены в таблицу

Таблица 1

Рис. 1 – Рабочие характеристики спроектированного асинхронного двигателя

I1, Cosф=f(P2), КПД=f(P2), P1, S(скольжение).

1.9.                     Расчет пусковых характеристик.

Данные необходимые для расчета пусковых характеристик.

Рассчитываем пусковые характеристики с учетом вытеснения тока и насыщения при рабочей температуре q=75⁰С, для значений скольжения S=1;0,8;0,5;0,2;0,15;0,1.Подробный расчет приведен для скольжения S=1.Остальные данные расчета сведены в таблицу 2.9.1..

Высота стержня в пазу h_c:

;

По полной высоте стержня и удельному сопротивлению материала стержня (для литой алюминиевой обмотки ротора ρ₁₁₅=10^-6/20,5 Ом·м) определяют:

функцию ξ:

;

В соответствии с функцией ξ находим по кривым рис.25 и рис.26 функции и

Глубина проникновения тока в стержень обмотки.

;

В расчете условно принимаем, что при действии эффекта вытеснения, ток ротора распределен равномерно, но не по всему сечению стержня, а лишь по его верхней части, ограниченной высотой h_r, имеющее сечение q_r, которое находим по следующей формуле:

,

где b_r рассчитывается по следующей формуле:

;

тогда сечение стержня q_r:

Коэффициент k_r через отношение площадей всего сечения стержня и сечения, ограниченного высотой h_r:

,

           где q_c - площадь поперечного сечения стержня (см. п. 2.4.8.).

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора.  Для расчета характеристик необходимо учитывать изменение сопротивления всей обмотки ротора r₂, поэтому удобно ввести коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока:

;

Приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока:

;

Индуктивное сопротивление обмотки ротора. Коэффициент магнитной прово­димости пазового рассеяния с учетом действия эффекта вытеснении тока λ_п2ξ:

;

где k_д - коэффициент демпфирования, показывает, как уменьши­лась проводимость участка паза, занятого проводником с током, при  действии эффекта вытеснении тока с проводимостью того же уча­стка, но при равномерной плотности тока в стержне.

         Изменение индуктивного сопротив­ления фазы обмотки ротора от действия  эффекта вытеснения тока K_x:

;

где l _п2 - коэффициент магнитной проводимости пазового рас­сеяния обмотки  короткозамкнутого ротора

        l_л2 - коэф­фициент магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки ко­роткозамкнутого ротора.

        l _д2 - коэффициент магнитной  проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамк­нутого ротора.

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора от  действия  эффекта вытеснения тока:

;

где x`_2x - приведенное индуктивное сопротивление. 

Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения :   

;

где r₁ - активное сопротивление обмотки статора, x₁=0.709Ом - индуктивное сопротивление фазы обмотки статора.

           Учет влияния насыщения на параметры. При расчете влиянии параметров предыдущих режимов можно было не учитывать влияния насыщения, так как токи в этих режимах относительно малы и потоки рассеяния не  создают заметного паде­ния напряжения в стали зубцов. При увеличении скольжении свыше  критического и в пусковых режимах токи возрастают, и потоки рас­сеяния увеличиваются. Поэтому в расчетах задаются предполагаемой кратностью увеличение тока, обусловленной уменьшением индук­тивного сопротивления из-за насыщения зубцовой зоны. Ориентировочно для расчета пусковых режимов, принимают К_нас=1,1-1,4.

Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу об­мотки статора:

;

где u_п - число эффективных  проводников в пазу (п.2.2.6.),

       а - число параллельных ветвей.

Коэффициент для определения фик­тивной индукции потока рассеяния в воздушном зазоре:

;

	СN	δ, м	t1, м	t2, м
Расчет	0.937	0,0004	0,011	0,017

где d - воздушный зазор;

       t₁ и t₂ - зубцовые деления статора и ротора.

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:

;

	СN	δ, м	Fп.ср, А	Вфδ, Тл
Расчет	0.937	0,0004	2.822·103	4.704

Коэффициент магнитной проводимости пазового рас­сеяния обмотки статора с учетом насыщения.

По полученному значению B_Fd и по таблице 46 находим отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния не насыщенной машины, характеризуемой коэффициентом х_δ:

;

	с1	t1, м	bш1, м	хδ
Расчет	3.944·10-3	0,011	0,0037	0.51

Вызванное насыщение от полей рассеяния уменьшение коэффициента проводимости рас­сеяния полузакрытого паза статора:

;

где h_ш1 - размер паза в штампе;

       h₁ - размер паза в свету с учетом припуска на сборку.

           Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом насыщения:

;

где l_п1 - проводимость, рассчитанная без учета насыщения (п.2.6.17.).

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

;

где l_д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциаль­ного рассеяния обмотки статора без учета влияния насыщения.

Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом влияния на­сыщения:

где l_л1 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассея­ния обмотки статора без учета влияния насыщения,

 x₁ - индуктивное сопротивление фазы обмотки статора.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рас­сеяния обмотки ротора с учетом насыщения:

;

	с2	t2, м	bш2, м	Хδ
Расчет	7.602·10-3	0,017	0,001	0.51

Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза ротора:

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом насыщения:

;

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

;

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

;

Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора в пусковом режиме:

;

где x₁₂ - сопротивление взаимной индукции обмоток ста­тора и ротора (п.2.8.1.);            F_ц - суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов) (п.2.5.16.);

        F_d - магнитное напряжение воздушного зазора (п.2.5.7.).

Коэффициент с_1пнас.

;

Активная составляющая сопротивления правой ветви Г-образной схемы замещения (см. рис.23 ).

;

Реактивная составляющая сопротивления правой ветви Г - образной схемы замещения.

;

Ток в обмотке ротора.

;

Ток в обмотке ротора с учетом коэффициента с_1пнас.

;

Ток в обмотке ротора в относительных единицах.

;

где I_1н – номинальный ток обмотки статора.

Относительное значение момента М_п*.

;

	Мп*	I´2п, А	I´2н, А	KR	sн	S
Расчет	1.629	160.283	29.754	1.126	0,049	1

Для определения тока  повторим расчет пунктов 1.9.2.-1.9.32. для s=s_н=0,049.

;

;

где  находим по рис.25

       находим по рис.26

;

;

;

;

;

;

;

;

Критическое скольжение

;

Построение рабочих и механической характеристик производится по расчетным данным пп. 1.1.1. – 1.9.32. с использованием программы описанной в главе 2.

№ Пп	Расчетная формула	Еди-ница	Скольжение
			0,0339	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
1	Ξ	-	0,2824	0,4	0,5658	0,693	0,8002	0,8947	0,98	1,0586	1,1317	1,20034	1,2653
2	Φ	-	0,02510	0,03557	0,0503	0,0616	0,07113	0,07953	0,12	0,14	0,18	0,2	0,233
3	kr=qc/qr	-	1,0079	1,0164	1,0283	1,0374	1,0451	1,052	1,085	1,10144	1,1345	1,1511	1,1786
4		-	1,0056	1,0116	1,02	1,02655	1,03203	1,03687	1,06032	1,07198	1,09544	1,1072	1,1267
5		Ом	0,3446	0,3467	0,3496	0,3518	0,3537	0,35536	0,3634	0,3674	0,37543	0,37947	0,38617
6	kд	-	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99
7		-	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997	0,997
8		-	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176	1,0176
9		-	0,9031	0,79243	0,76935	0,71429	0,70892	0,70463	0,70357	0,7009	0,69823	0,69557	0,6561
10		-	0,58121	0,6226	0,60864	0,57409	0,57066	0,56792	0,56723	0,56552	0,56381	0,5621	0,53655
11		-	1,0133	1,0142	1,01394	1,01314	1,01307	1,013	1,01299	1,01295	1,01291	1,01287	1,01285
12		Ом	7,2813	3,79068	2,04649	1,46228	1,16993	0,99408	0,88765	0,80576	0,74947	0,70118	0,66503
13		Ом	1,49638	1,4263	1,38871	1,29777	1,28884	1,28172	1,27994	1,27549	1,27106	1,26662	1,2006
14		А	29,5955	54,3191	88,9542	112,525	126,39	135,632	141,242	145,822	149,096	151,959	160,283
15		А	30,5974	55,4997	90,6145	114,426	128,485	137,854	143,545	148,186	151,5	154,398	162,709
16		-	0,95634	1,7346	2,8322	3,5764	4,016	4,3087	4,4866	4,6316	4,7352	4,8258	5,0855
17		-	0,99493	1,6804	2,2720	2,4391	2,3203	2,1476	1,9847	1,8332	1,7136	1,5993	1,6296

Таблица 2

 

Рис.  – Пусковые характеристики спроектированного асинхронного двигателя

                                                Заключение

4А160S4

В ходе выполнение курсового проектирования был разработан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Для реализации процесса проектирования потребовалось решения следующих задач: произвести выбор главных размеров двигателя, определить его линейную нагрузку; разработать конструкцию магнитопровода статора и ротора асинхронной машины, выбрать конфигурацию пазов для обмоток статора и ротора и определить параметры пазов; спроектировать конструкцию обмоток статора и ротора и рассчитать их параметры. Оценка качества разработанной конструкции двигателя проводилась с помощью рабочих и пусковых характеристик асинхронного двигателя для построения которых необходимо было определить активные потери, возникающие в двигателе и параметры его схемы замещения.

Разработанный в курсовом проекте асинхронный двигатель имеет следующие паспортные данные:

1.   Номинальное (фазное) напряжение питания  U_1нф, В – 220;

2.   Частота напряжения питания сети f₁, Гц – 50;

3.   Число фаз напряжения питания m₁ – 3

4.   Номинальная мощность Р₂, кВт –17,2;

5.   Синхронная скорость вращения n₁, об/мин – 1500;

6.   Номинальное значение КПД η (не менее), отн. ед. – 0,88;

7.   Номинальное значение коэффициента мощности cos(φ) (не менее), отн. ед. – 0,94;

8.   Кратность пускового момента, l_ПУСК=М_ПУСК/ М_НОМ, – 1,64;

9.   Кратность максимального момента, l_MAX=М _MAX / М_НОМ, – 2,28;

10.                      Кратность максимального тока, l_{I MAX}=I _MAX / I_НОМ, – 5,32;

11.                      Конструктивное исполнение – IM1001;

12.                      Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44;

13.                      Категория климатического исполнения – У3.

Разработанный в ходе курсового проектирования асинхронный двигатель 4А160S4УЗ  имеет паспортные данные, значения которых удовлетворяют заданию на курсовое проектирование и может быть введен в эксплуатацию.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: учебное пособие для вузов. / И.И. Алиев. – М: Изд-во "Высшая школа". – 2005. – 255 с.

2.     Алиев И. И. Электрические машины: учебно-справочное пособие / И. И. Алиев. – М: РадиоСофт. – 2011.

3.     Акимова Н.А.  Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования: уч.пос.3-е изд.,стер. / Н.А. Акимова.  – М: Академия -2005. – 296 с.

4.     Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты / В.Н. Андрианов. – М: Книга по требованию. – 2012.

5.     Белов М.П.  Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник.2-е изд. стер. /  М.П.  Белов.  – М: Академия -2004. – 576 с.

6.     Гусев В.Г, Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника: учебник для студентов вузов / В.Г Гусев, Ю.М. Гусев. – М: Изд-во"Высшая школа".  – 2005. – 790 с.

7.     Пивняк Г.Г.  Переходные процессы в системах электроснабжения : учебник для энергетических вузов. /  Г.Г.  Пивняк  – М: Энергоатомиздат. – 2003.

8.     Прохоров С. Г., Хуснутдинов Р. А. Электрические машины / Прохоров С. Г., Хуснутдинов Р. А. – М: Феникс. – 2012.

9.      Рихтер Р. Электрические машины: в 4-х томах /  Р. Рихтер. – М: Книга по требованию. – 2012.

10.              Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для студентов вузов. / И.П. Копылов. – М: Изд-во "Высшая школа". – 2001. – 327 с.