проектирования асин-хронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Поэтому расчет этих потерь в статорах таких двигателей не производят.Сумма добавочных потерь в стали Рст. доб:;Рст.доб, ВтРпов2, ВтРпул2, Вт290,1389,490,64Полные потери в стали Рст:Рст= Рст, осн+ Рст. доб;Рст.доб, ВтРст.осн, ВтРст, Вт290,13488,32578,45Механические потери Рмех. (для двигателей 2р=2 коэффициент kТ=1 и kТ=1,3·(1-Da) при 2р>2. В нашем случае коэффициент kТ=0,95):;Рмех, ВтKтn1, об/минDa, м2116,990,9515000,272Добавочные 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.;Рдоб.н, ВтР2, Втη285,2215·1030,88Холостой 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 Рэ1хх приближенно принимаются равными:;Рэ1хх, ВтIμ, Аr1, Ом220,544,8850,287Активная составляющая тока холостого хода Iхха:;Рст, ВтРмех, ВтРэ1хх, ВтmU1нф, ВIхх.а, А2578,45116,9920,5432201,084Реактивная составляющая тока холостого хода, равна намагничивающему току Iμ . Холостой ход двигателя Iхх:;Iхх.а, АIμ, АIхх, А21,0844,8855Коэффициент мощности при холостом ходе cosφ:;Iхх.а, АсosφххIхх, А21,0840,21651.8. Расчет рабочих характеристикдвигателя.Методы расчета характеристик базируются на системе уравнений токов и напряжений асинхронной машины, которой соответствует Г-образная схема замещения.Активные и индуктивные сопротивления схемы замещения являются параметрами машины. Сопротивление r12 и х12 с достаточной для обычных расчетов точностью определяют по следующим формулам:,;r12, ОмPст.осн, ВтU1нф, Вх1, ОмmIμ, А26,821488,322202,71134,885Коэффициент с1 представляет собой взятое с обратным знаком отношение вектора напряжения фазы U1нф 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:,c1х12, Омх1, Ом242,3242,711где;х12, Омх1, Омr12, Омγ, радr1, Ом242,3242,7116,8210,0380,287Активную составляющую тока синхронного холостого хода определяют из выражения:;Реактивную составляющую тока синхронного холостого хода принимаем равную току намагничиванияIор= I.Ioa, АРст.осн, ВтIμ, Аr1, ОмU1нф, В20,891488,324,8850,287220Так 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’)а´b´b, Омr1, Омх1х´221.06106,2540,2872,7112,781В данном случае постоянные потери (не меняются при изменении скольжения):ΣP=Pст+Рмех=476,492 Вт .Рст, ВтРмех, ВтΣР, Вт2578,45116,99695,441.9. Расчет пусковых характеристик.Данные необходимые для расчета пусковых характеристик.Р2, ВтU1нф, В2рI1н, Ах12, Омх´2, Омх1, Омr1, Омr´2, Омsн215000220430,38442,3242,7812,7110,2870,4020,025Рассчитываем пусковые характеристики с учетом вытеснения тока и насыщения при рабочей температуре =750С, для значений скольжения S=1;0,8;0,5;0,2;0,15;0,1.Подробный расчет приведен для скольжения S=1.. Высота стержня в пазу hc:;hc, мhп2, мh´ш2, мhш2, м20,01860,01970,3·10-30,75·10-3По полной высоте стержня и удельному сопротивлению материала стержня (для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115=10-6/20,5 Ом·м) определяют:функцию ξ:;ξhc,мs21,1830,01861В соответствии с функцией ξ находим по кривым рис. 9.57 и рис.9.58 функциии ξ21,1830,1250,95Глубина проникновения тока в стержень обмотки.;hr, мhc, м20,01650,1250,0186В 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 hr, имеющее сечение qr, которое находим по следующей формуле:,где br рассчитывается по следующей формуле:br, мb1р, мb2p, мhr, мh1р, м20,0085411,2·10-39,132·10-30,01650,0085тогда сечение стержня qr:qr·10-3, м2b1р, мbr, мhr, м21.568·10-411,2·10-30,008540,0165Коэффициент kr через отношение площадей всего сечения стержня и сечения, ограниченного высотой hr:,где qc - площадь поперечного сечения стержня.krqr, м2qc, м221,0771.568·10-41,69·10-4Коэффициент 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:;KRr2, Омkrrc, Ом21,0539,298·10-51,0776,479·10-5Приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока:;KR20,4230,4021,053Индуктивное сопротивление обмотки ротора. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом действия эффекта вытеснении тока λп2ξ:;λп2ξh1, мb1р, мqc, м2bш2, мhш2, мkД21,170,00711,2·10-31,69·10-41·10-30,75·10-30,66где kд - 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 Kx;λп2ξλл2λд2λп2Кх21,170,4398,331,830,937где п2 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора л2 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора. д2 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора.Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока:;х´2ξKхх´222,6050,9372,781где x`2- приведенное индуктивное сопротивление. Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения : ;I´2, AU1нф, Вr1, Oмr´2ξ, Oмsнx 1, Oмx´ 2ξ, Oм212,212200,2870,4230,0252,7112,605где r1 - активное сопротивление обмотки статора, x1- 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 Кнас=1,1-1,4.Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора:;, Аuпраkоб1Z1Z2Fп.ср, А212,2117110.953626403,7где uп - число эффективных проводников в пазу а - число параллельных ветвей.Коэффициент для определения фиктивной индукции потока рассеяния в воздушном зазоре:;СNδ, мt1, мt2, м20,7940,00020,0310,0215где - воздушный зазор;t1 и t2 - зубцовые деления статора и ротора.Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:;СNδ, мFп.ср, АВфδ, Тл20,7940,0002403,71,588Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом насыщения.По полученному значению B и по рис. 9.61 находим отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния не насыщенной машины, характеризуемой коэффициентом хδ:;с1t1, мbш1, мхδ22.216·10-30,0310,00330,92Вызванное насыщение от полей рассеяния уменьшение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого паза статора:;где hш1 - размер паза в штампе;h1 - размер паза в свету с учетом припуска на сборку.с1h1, мbш1, мhш1, м22.216·10-30,02050,00331,2071·10-3Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом насыщения:;λп1насλп1Δλп1нас23,0434,251,207где п1 - проводимость, рассчитанная без учета насыщения. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:;λд1насλд1хδ27,588,240,92где д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора без учета влияния насыщения. Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом влияния насыщения:х1насх1λп1насλд1насλп1λд1λл121,1232,7113,0437,584,258,240,4217где 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:;с2t2, мbш2, мХδ21.64·10-30,02151·10-30,92Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза ротора:с2hш2, мbш2, м21.64·10-30,75·10-31·10-30,465Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом насыщения:;λп2ξнасλп2ξΔλп2ξнас20,7051,170,465Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения:;λд2насλд2хδ27,668,330,92Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом насыщения и вытеснения тока:;х'2насх'2λп2ξнасλд2насλп2λд2λл221,2562,7810,7057,661,838,330,439Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора в пусковом режиме: ;х12п, Омх12, ОмFц, АFδ, А2114,142,324639,12237,07где x12 - сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора Fц - суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов) ;F - магнитное напряжение воздушного зазора.Коэффициент с1пнас.;с1пнасх1насх12п21,0091,123114,1Активная составляющая сопротивления правой ветви Г-образной схемы замещения.;с1пнасr1, Oмr'2ξsaп21,0090,2870,42310,713Реактивная составляющая сопротивления правой ветви Г - образной схемы замещения.;с1пнасx1нас, Oмx'2ξнасbп21,0091,1231,2562,39Ток в обмотке ротора.;I'2пU1нф, Oмапbп288,2082200,7132,39Ток в обмотке ротора с учетом коэффициента с1пнас.;I1п, АI´2п, Ax12пс1пнасапbп291,1088,208114,11,0090,7132,39Ток в обмотке ротора в относительных единицах.;I1п*I1п, АI1н, А22,99891,1030,384где I1н – номинальный ток обмотки статора.Относительное значение момента Мп*.;Мп*I´2п, АI´2н, АKRsнs20,22188,20830,3841,0530,0251Для определения тока повторим расчет для s=sн=0,025.;ξhc, мsн410,1910,0190,025;где находим по рис.25 находим по рис.26hr, мhc, мφφ´410,0190,0190.00180,99;qr, мb1p, мbr, мhr, м21.755·10-511,2·10-30,008540,0186;br, мb1p, мb2p, мh1p, мhr, м28.037·10-311,2·10-39,132·10-30,00850,0186;qr, мqс, мkr21.755·10-51,69·10-50,963;KRrc, Омr2, Омkr20,9496,479·10-59,298·10-50,963r´2ξKRr´220,3810,9490,402;λп2ξh1, мb1р, мqc, мbш2, мhш2, мkД21,2750,00711,2·10-31,69·10-51·10-30,75·10-30.66;λп2ξλл2λд2λп2Кх20,1530,4398,331,830,937;х´2ξKхх´222,6050,9372,781;I´2, AU1нф, Вr1, Oмr´2ξ, Oмsнx 1нас, Oмx´ 2ξнас, Oм212,212200,2870,4230,0252,7112,605Критическое скольжение;sкрr´2х1насс1насх´2ξнас20,530,4022,7111,0092,605ЗаключениеВ 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. На основании расчётов пояснительной записки был разработан чертёж двигателя, представляемый на формате А1.Разработанный в курсовом проекте асинхронный двигатель имеет следующие паспортные данные:Номинальное (фазное) напряжение питания U1нф, В – 220;Частота напряжения питания сетиf1, Гц – 50;Число фаз напряжения питания m1 – 3 Номинальная мощность Р2, кВт – 15;Синхронная скорость вращенияn1, об/мин – 1500;Номинальное значение КПД η (не менее), отн. ед. – 0,85;Номинальное значение коэффициента мощности cos(φ) (не менее), отн. ед. – 0,78;Кратность пускового момента, ПУСК=МПУСК/ МНОМ, – 0,9;Кратность максимального момента, MAX=МMAX / МНОМ, – 1,01;Кратность максимального тока, IMAX=IMAX / IНОМ, – 1.7;Конструктивное исполнение – IM1001;Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44;Категория климатического исполнения – У3.Разработанный в ходе курсового проектирования асинхронный двигатель имеет паспортные данные, значения которых удовлетворяют заданию на курсовое проектирование.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫАлиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: учебное пособие для вузов. / И.И. Алиев. – М: Изд-во "Высшая школа". – 2005. – 255 с.Алиев И. И. Электрические машины: учебно-справочное пособие / И. И. Алиев. – М: РадиоСофт. – 2011.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.Андрианов В.Н.Электрические машины и аппараты / В.Н. Андрианов. – М: Книга по требованию. – 2012.Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник.2-е изд. стер. / М.П. Белов. – М: Академия -2004. – 576 с.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.Пивняк Г.Г. Переходные процессы в системах электроснабжения : учебник для энергетических вузов. / Г.Г. Пивняк – М: Энергоатомиздат. – 2003.Прохоров С. Г., Хуснутдинов Р. А.Электрические машины / Прохоров С. Г., Хуснутдинов Р. А. – М: Феникс. – 2012. Рихтер Р. Электрические машины: в 4-х томах / Р. Рихтер. – М: Книга по требованию. – 2012.Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для студентов вузов. / И.П. Копылов. – М: Изд-во "Высшая школа". – 2001. – 327 с.