ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 34

по (9.263)

= 3668 А

по (9.265)

= 0,968;

по (9.264)

= 4,69 Тл

Пo рис. 9.61 для В_Фδ = 4,69 Тл находим k_δ = 0,5.

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

по (9.266)

с_Э1 = (t_z1 – b_ш1)(1 – k_δ) = (12,1 – 3,7)(1 – 0,5) = 4,2;

по (9.269)

= 0,25

[h_к = = 1,95мм (см. рис. 9.73)];

по (9.272)

λ_п1нас = λ_п - Δλ_п1нас = 1,42 - 0,25 = 1,18.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения по (9.274)

λ_Д1нас = λ_Д1 к_δ =1,74 • 0,5 = 0,87.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения по (9.275)

= 0,505 Ом

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

по (9.271) (см. п. 47 и 58 расчета)

= 0,55

где по (9.270)

с_Э2 = (t₂ - b_ш )(1 - k_δ) = (15,2 - 1,5)(1 - 0,5) = 6,85

(для закрытых пазов ротора h_ш2 = h'_ш + h_ш = 0,3 + 0,7 = 1 мм);

по (9.273)

λ_п2нас = λ_п2ξ - Δλ_п2нас = 2,33 - 0,55 = 1,78.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения по (9.274)

λ_Д2нас = λ_Д2 к_δ = 2,09 • 0,5 = 1,05.

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения по (9.276)

= 0,593 Ом;

по (9.278)

с_1П = 1 + = 1,013

здесь х_12п по (9.277).

62. Расчет токов и моментов:

по (9.280)

R_п.нас = r₁ + c_1п.нас = 0,355 + 1,013 • 0,246 = 0,604 Ом;

Х_п.нас = Х_1нас + с_1п.нас х'_2ξнас = 0,505 + 1,013.0,593 = 1,11 Ом;

по (9.281)

= 174,1 А

по (9.283)

= 176,7 А;

Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыще­ния

I_п* = = 6,2

Кратность пускового момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения по (9.284)

М_п* = = 1,43

Полученный в расчете коэффициент насыщения

= 1,31

отличается от принятого k_нас =1,35 менее чем на 3 %.

Для расчета других точек характеристики задаемся k_нас, уменьшенным в зависи­мости от тока I₁ (см. табл. 9.37);

принимаем при

s = 0,8 k_нас = 1,3;

s = 0,5 k_нас = 1,2;

s = 0,2 k_нас = 1,1;

s = 0,1 k_нас = 1,05.

Данные расчета сведены в табл. 9.38, а пусковые характеристики представлены на рис. 9.75.

63. Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 9.38) по средним значениям сопротивлений x_1нас и х'_2ξнас, соответствующим скольжениям s = 0,2... 0,1:

по (9.286)

S_КР = = 0,14,

после чего рассчитываем кратность максимального момента: М_*max = 2,59 (см. табл. 9.38).

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и сos φ), так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчет

64. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя по (9.315)

Δυ_пов1 = К = 44,62 ºС

[по табл. 9.35 К = 0,2; по (9.313) Р'_э.п = k_p P_э1 =1,07•861•2•0,14/0,742 = 348 Вт, где из табл. 9.36 для s = s_ном находим Р_э1 = 861 Вт; по рис. 9.67, б а₁ = 108 Вт/м² ºС; k_p = 1,07]

Рис. 9.75. Пусковые характе­ристики спроектированного

двигателя с короткозамкнутымротором

(Р₂ = 15 кВт, 2р=4, U_ном = 220/380 В, М_п* = 1,43, I_п* = 6,2, М_max = 2,59)

65. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора по (9.316)

= 3,15 ºС

[по (9.317) П_п1 = 2h_пк + b₁ + b₂ = 2 • 18,3 + 10 + 7,6 = 54,2 мм = 0,054 м; для изоляции класса нагревостойкости Fλ_экв = 0,16 Вт/м², по рис. 9.69 для d/d_из = 1,5/1,585 = 0,95 находим λ'_экв = 1,4 Вт/(м² °С)].

66. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей по (9.319)

= 0,67 ºС

[по (9.314)

Р'_э.л1 = k_p P_э1 = 574 Вт;

П_л1 = П_п1 = 0,742 м; b_{из.л1 max} = 0,05 мм].

67. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над темпе­ратурой воздуха внутри двигателя по (9.320)

= 12,23 ºС

68. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой возду­ха внутри двигателя по (9.321)

= [(44,62 + 3,15) 2 0,14 +

+ (0,67 + 12,23) 2 0,23] / 0,742 = 26,02 ºС

69. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окру­жающей среды по (9.322)

= 1293 / (0,99 20) = 65,3 ºС

[по (9.326)

∑Р'_в = ∑Р' - (1 - К)(Р'_э.п1 + P_ст.осн) - 0,9Р_мех = 1897 - (1 - 0,2)(348+276) - 0,9 • 1 17 = 1293Вт,

где по (9.324)

= 1812 + (1,07 - 1)(861 + 377) = 1897 Вт;

∑P = 1812 Вт из табл. 9.36 для s = s_ном; по (9.327) s_кop = (πD_a + 8П_р)(l₁ + 2l_выл1) = (π 0,272 +

+ 8 • 0,32)(0,14 + 2 • 0,0748) = 0,99 м², где по рис. 9.70 П_р = 0,32 м для h = 160 мм; по рис. 9.67, б а_в = 20 Вт/(м² •°С) для D_а = 0,272 м].

70. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окру­жающей среды по (9.328)

= 26,02 + 65,3 = 91,32° С.

1. Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха по (9.340)

= 0,13 м³/c

[по (9.341)

k_m = m' = 2,5 = 5,05

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, по (9.342)

Q'_в =0,6 D³_а = 0,6•0,272³ = 0,18 м³/c.

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом за­дании требованиям.

9.16.2. Расчет асинхронного двигателя с фазным ротором

Техническое задание

Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором: Р₂ = = 132 кВт; U = 380/660 В; 2р = 6; конструктивное исполнение IM1001; исполнение по способу защиты IP23; способ охлаждения IC01; климатическое исполнение и катего­рия размещения УЗ; класс нагревостойкости изоляции F.

Выбор главных размеров

1. По рис. 9.18, б принимаем h = 315 мм; по табл. 9.8 находим для данной оси вращения D_a = 590 мм = 0,59 м.

2. По (9.2)

D = К_D D_а = 0,72 • 0,59 = 0,425 м

(по табл. 9.9 для 2р = 6 находим K_D = 0,72).

3. По (9.4)

Р' = mIЕ = Р₂ = 132 =159,8 кВ•А

(k_E = 0,98 — по рис. 9.20; η = 0,92; cos φ = 0,88 — по рис. 9.21, в).

4. По (9.6)

= 0,193 ≈ 0,19 м;

5. По (9.5)

Ω = 2π = 2 π 50/3 = 104,7 рад/с;

по рис. 9.23,6 А = 51 • 103 А/м; В_δ = 0,84 Тл; принимаем предварительно k_об1 = 0,92.

6.

λ = l_δ / τ = 0,19/0,2225 = 0,85.

Окончательно принимаем

D_a = 0,59 м; D = 0,425 м; l₁ = l_δ = 0,19 м.

Расчет зубцовой зоны и обмотки статора

7. По (9.16)

= 60,7 ÷ 78,5

(по табл. 9.11 зубцовое деление при прямоугольных полуоткрытых пазах статора t_Z1 = 17...22 мм).

8. Принимаем

Z₁ = 72; q₁ = Z₁/(2pm) = 72/(6 • 3) = 4;

t_Z1 = = 18,54•10^-3 м = 18,54 мм.

9. По (9.17)

= 6,61

по (9.18)

= 143 А;

по (9.19)

u_п = а u'_п = 3 • 6,61 = 19,83.

Принимаем а = 3; u_п = 20.

10. По (9.20)

= 80

11.По (9.21)

А/м

12.k_oб = k_p1 k_y1 = 0,958 • 0,966 = 0,925

по табл. 3.16 для q = 4k_p1 = 0,958; по (3.11)

k_y1 = sin = sin = 0,966,

где β = y/τ = 10/12 = 0,833; τ = Z₁/2p = 72/6 = 12.

13. По (9.22)

Ф = 22,67•10^-3 Вб,

где k_Е = 0,98 — по рис. 9.20.

14. По (9.23)

В_δ = = 0,842 Тл.

15. По (9.24)

= 9,42•10^-6 м² = 9,42 мм²;

= 5,06 А/м²

где по рис. 9.27, д (AJ₁) = 260 •10⁹ А²/м²

Обмотку выполняем из подразделенных катушек; провод прямоугольный; n_эл = 2. Предварительно

q_эл = q_эф/n_эл = 9,42/2 = 4,71 мм²

Рис. 9.76. Пазы спроектированного двигателя с фазным ротором

(Р₂ =132 кВт, 2р = 6, U_ном=380/660 В)

16. По (9.29)

b_Z1min = = = 8,65 мм

(по табл. 9.12 B_Zmax = 1,9 Тл; по табл. 9.13 k_c1 = 0,95).

17. Предварительно

b_п = t_Z1 – b_z1min = 18,54 - 8,65 = 9,89 мм;

по (9.35)

b'_эл = 0,5(b_п – Δ_из) = 0,5(b_п – 2b_из - Δb_п) = 0,5(9,89 - 2 • 1,1 - 0,3) = 3,7 мм

(по табл. 3.9 b_из = 1,1 мм; по табл. 9.14 Δb_п = 0,3 мм).

18. По табл. П 3.2 выбираем провод ПЭТП-155 q_эл = 4,755 мм²;

q_эф1 = q_элn_эл = 4,755 • 2 = 9,51 мм².

19. Ориентируясь на табл. 3.9, составляем таблицу заполнения паза статора (табл. 9.39). Размеры паза в штампе (рис. 9.76, а) принимаем с учетом припусков Δb_п и Δh_п по (9.36).

20. По (9.27) уточняем

= 5,01•10⁶ А/м².

Таблица 9.39 Заполнение паза статора

21. По рис. 9.31 δ = 0,9 мм.

22. D₂ = D - 2δ = 0,425 - 2 • 0,9 • 10^-3 = 0,4232 м.

23. Принимаем l₂ = l₁ = 0,19 м.

24. Обмотку ротора выполняем стержневой волновой с q₂ = 4 тогда Z₂ = 2 p₂ m₂ q₂ = 2•3•4,5= 81.

25.t_z2 = = = 16,44 • 10^-3 = 16,44 мм

26. По (9.55)

w₂ = 2 p₂ q₂ = 6 • 4,5 = 27.

27. Напряжение на контактных кольцах ротора при соединении обмотки ротора в звезду по (9.56)

U_к.к = U_1ном = 222,1 ≈ 220 В.