124807 (Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором мощностью 200 КВт)

Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором мощностью 200 КВт

Содержание

Введение

1. Расчет и конструирование двигателя

1.1 Выбор главных размеров

1.2 Расчет обмотки статора

1.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

1.4 Расчет ротора

1.5 Расчет магнитной цепи

1.6 Расчет параметров рабочего режима

1.7 Расчет потерь

1.8 Расчет рабочих характеристик

1.9 Расчет пусковых характеристик

1.10 Тепловой и вентиляционный расчет

1.11 Механический расчет

2. Моделирование двигателя

3. Конструкторская часть

4. Выбор схемы управления двигателем

Заключение

Список литературы

Введение

Электрические машины применяются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и в быту. Они выпускаются большими сериями и в индивидуальном исполнении. Во многих случаях электрические машины определяют технический уровень изделий, в которых они используются в качестве генераторов и двигателей. Проектирование электричесиких машин требует глубоких знаний и высокого профессионального мастерства.

Впервые электрические машины получили применение в промышленности более ста лет назад. Тогда же появились и первые рекомендации по их расчету. В конце прошлого века в Европе и Америке возникли крупные электротехнические фирмы «Сименс», «Вестингауз» и другие, на которых сложились крупные конструкторские и расчетные отделы.

Обычно электрические машины выпускают сериями. Серия – ряд машин возрастающей мощности, имеющих одну конструкцию и единую технологию производства на больших участках серии и предназначенных для массового производства. При проектировании серий машин важнейшее значение имеют вопросы унификации деталей, конструктивных узлов и нормализации ряда размеров. Все это связано с рациональной организацией производства как внутри завода, так и в объединении, выпускающем единую серию машин. При этом необходимо заботиться об экономической эффективности целой серии машин, а не одной машины.

При проектировании серий асинхронных машин выбирают внешние диаметры статора таким образом, чтобы при одном и том же внешнем диаметре при изменении длины машины получить несколько машин на различные мощности и частоты вращения. Для машин постоянного тока выбирают одинаковым диаметр якоря и, изменяя длину машины, проектируют на нем несколько машин различной мощности и на разные частоты вращения.

Такое построение серий приводит к сокращению количества штампов, уменьшению количества моделей для отливки станин и подшипниковых щитов, сохранению одних и тех же диаметров валов, унификации подшипниковых щитов, сокращению количества оснастки и измерительного инструмента. Широкая унификация облегчает применение гибких автоматизированных производств, облегчает кооперацию между заводами.

Начиная с 1950 г. асинхронные двигатели выпускаются в виде единых серий. Первой была серия А (АО), заменившая серии И2, АД, «Урал» и др.

В настоящее время выпускается единая серия асинхронных двигателей 4А и АИ. В серии 4А 17 габаритов, число ступеней мощности составляет 33, диапазон мощностей 0,06–400 кВт; высоты осей вращения 50–355 мм.

На базе единых серий изготовляются двигатели различных исполнений, предназначенные для работы в специальных условиях. Так, на базе арии 4А выпускаются следующие электрические модификации: с повышенным пусковым моментом, с повышенным скольжением, 10-полюсные и 12-полюсные, многоскоростные, на частоту сети 60 Гц, однофазные, с фазным ротором и другие, специализированные по таким конструкциям: встраиваемые, с встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, с встроенной температурой защитой, с повышенной точностью но установочным размерам, высокоточные; специализированные по следующим условиям окружающей среды: влагоморозостойкие, химостойкие, тропические; узкоспециализированного исполнения: для сельского хозяйства, для судов морского флота, для холодного климата, лифтовые, фреономаслостойкие, полиграфические, швейные и др.

Справочные данные.

Тип двигателя 4A315М4У3, где

4 – номер серии, А – серия, h = 315 мм – высота оси вращения, М – меньший,

Р = 200 кВт, Un =380/660 B, n = 1500 об/мин, s_ном = 0,013, X = 4,1, R₁=0,014, R₂=0,014, KПД = 94% сos() = 0,92, B = 0,79 Тл, A = 462 A/см, J = 3,8 A/мм², X₁=0,086, X₂=0,12

В абсолютных единицах:

X = 7,6799Ом, R₁= 0,02622Ом, R₂=0,02622Ом, X₁=0,161Ом, X₂= 0,22478Ом.

Перевод в абсолютные единицы:

X = 4,1 1,87316 =7,6799 Ом; R₁ = 0,014 1,87316 = 0,02622 Ом; R₂ = 0,014 1,87316 = 0,02622 Ом; Х₁ = 0,086 1,87316 = 0,161 Ом; Х₂ = 0,12 1,87316 = 0,22478 Ом

1. Расчет и конструирование двигателя

1.1 Выбор главных размеров

Все расчеты выполняем по формулам из [1].

Высота оси вращения h = 315 мм. Определяем внешний диаметр статора D_a по табл. 8.6 в зависимости от h: D_a=0,52 м.

Внутренний диаметр статора по (8.2.): , где k_D – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечника статора, определяем по табл. 8.7:

k_D=0.64423 D = 0.64423 0.52 = 0.335 м.

Полюсное деление по (8.3.): = D / (2p) = 0.335 / 4 = 0.263 м.

Расчетная мощность по (8.4.), где k_E – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определяем k_E = 0.9723 по рис. 8.20, = 0,94 и cos=0.92 по рис. 8.21, а.

P = (P₂ k_E) / ( cos) = (200 10³ 0,9723) / (0,94 0,92) = 2,249*10⁵ В А

Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 8.22, б).

А = 462 10² А/м B = 0,79 Тл.

Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки): k_об1=0.874.

Расчетная длина магнитопровода по (8.6.):

L = P / (k_b D² k_об1 А B) = 224900 / (1.11 0.335² 157,08 0.874 462 10² 0.79) = 0.36 м.

где синхронная угловая скорость по (8.5.):

= 2f / p = 2 50 / 2 = 157,08 рад/с

Число пакетов равно 3

Отношение = L / = 0,36 / 0,263 = 1,368. Значение = 1,368 находится в допустимых пределах по рис. 8.25.

1.2 Расчет обмотки статора

Предельные значения t_Z1 по рис. 8.26. в зависимости от высоты оси вращения и полюсного деления:

t_Z1min=0.017 м t_Z1max=0.022 м.

Число пазов статора по (8.16):

Z_1min =D / t_Z1max = 0.335 / 0.017 = 61,9;

Z_1max =D / t_Z1min = 0.335 / 0.022 = 47,8.

Принимаем Z₁ = 60, тогда q₁ = Z₁ / 2рm = 60 / 2*(2 3) = 5. Обмотка двухслойная.

Зубцовое деление статора (окончательно):

t_Z1 = D / 2рmq = 0,335 / (4 3 5) = 17,54*10^-3 м.

Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии а = 4) по (8.17):

u_п = D A / (I_1ном Z₁) = 0.335 46,2 10³ / (202,866 60) = 3,999;

по (8.18):

I_1ном = P₂ / (mU_1ном cos ) = 200 10³ / (3 380 0,92 0,94) = 202,866 A.

Принимаем а = 4, тогда u_п=а u_п = 16 проводников.

Окончательные значения:

число витков в фазе по (8.20.)

w₁ = (u_п Z₁) / 2аm = (16 60) / (2 4 3) = 40;

линейная нагрузка по (8.21.)

А = 2 I_1ном w₁m / D = (2 202,866 40 3) / ( 0,335) = 46,25 10³ А/м;

магнитный поток по (8.22)

Ф = (k_Е U_1ном) / (4k_B w₁ k_об1 f₁) = (0,97226 380) / (4 1,11 40 0,874 50) = 47,56 10^-3 Вб;

(для двухслойной обмотки k_об1=0,874);

индукция в воздушном зазоре по (8.23)

B = (p Ф) / (D L) = (3 47,56 10^-3) / (0.3335 0.36) = 0.79 Тл;

Значения А и В находятся в допустимых пределах.

Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (8.25):

J₁ = (AJ₁) / A = 180 10⁹ / 46,25 10³ = 3,892 10⁶ А/м²;

(AJ₁ = 180 10⁹ А/м² по рис. 8.27, б).

Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (8.24):

q_эф = I_1ном / а J₁ = 202,866/ 4 3,892 10⁶ = 13,03 10^-6 м².

Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл = 4, тогда q_эл = q_эф / n_эл = 13,03/ 4 = 3,257 мм². Принимаем обмоточный провод марки

ПЭМП, а*b = 1*3,55 мм, q_эл = 3,335 мм², q_элср = n_эл q_эл = 4 3,335 = 13,34 мм².

Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (8.27):

J₁ = I_1ном / а q_эл n_эл = 202,866/ 4 13,34 4 = 3,801 А/мм².

1.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис. 8.28, б с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

Принимаем предварительно по табл. 8.10: B_Z1=1,909 Тл; B_a=1,4985 Тл, тогда (8.37):

b_z1min = (B t_z1 L) / (B_z1 L_ст1 k_c) = (0,79 17,54 10^-3 0,36) / (1,909 0,36 0,95) = 7,64 10^-3 м = 7,64 мм.

(по табл. 8.11 для оксидированной марки стали 2312 k_c=0,95).

h_а = Ф / (2B_a L_ст1 k_c) = 47,56 10^-3 / (2 1,4985 0,36 0,95) = 46,4 10^-3 м = 46,1 мм.

Размеры паза в штампе: b_ш = 5,7 мм; h_ш = 1,1 мм; h_к = 1 мм.

По (8.38):

h_п = (D_a – D) / 2 – h_а = (0,52 – 0,335) / 2 – 0,0464 = 0,0461 м = 46,1 мм.

По (8.40):

bп = t_z1 – b_z1 = 17,54 – 7,64 = 9.9 мм.

Паз и зубец статора показан на рисунке 1.

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку по (8.42):

b_п = 0,3 мм, h = 0,3 мм.

Заполнение паза статора

Рис. 1 Паз и зубец статора

Минимальная и максимальная ширина зубца:

1.4 Расчет ротора

Воздушный зазор (по рис. 8.31) = 0,9 мм.

Число пазов ротора (по табл. 8.16) Z_Z2 = 50.

Внешний диаметр ротора: D₂ = D – 2 = 0,335 – 2 0,9 10^-3 = 0,3332 мм

Длина магнитопровода ротора: l₂ = 0,39 м.

Зубцовое деление ротора: t_Z2 = D₂ / Z₂= *0,3332 / 50 = 0,0209 = 20,9 мм.

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал D_j = D_B = k_B D_а = 0,23 0,52 = 0,120 м = 120 мм, k_B= 0,23 по табл. 8.17).