Курсовая работа: Разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

 (72)

Пусть действительная индукция =1,85 Тл, соответствующая ей напряжённость =3330 А/м (таблица П – 17, [2, c. 330]). Полученные данные нужно подставить в следующие уравнения:

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора, А:

 (73)

Коэффициент насыщения зубцовой зоны рассчитываем по формуле 8.115 [1, c.328]:

 (74)

На следующем этапе рассматривается магнитное напряжение  ярма статора по формуле 8.116 [1, c.329]:

 (75)

где - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м; - напряжённость поля при индукции  по кривой намагничивания стали ярма, А/м.

Индукция в ярме статора, определяется по следующей формуле, Тл:

 (76)

где - расчётная высота ярма статора, м.

При отсутствии аксиальных вентиляционных каналов в статоре:

 (77)

Длина средней магнитной силовой линии в ярме статора:

 (78)

По таблице П – 16 [2, c. 460] для =1.1 Тл для стали 2212 =332 А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора, А по формуле 8.121 [1, c.329]:

 (79)

где - напряжённость поля в ярме при индукции  по кривой намагничивания;- длинна силовой линии в ярме, м.

Для двигателей с непосредственной посадкой ротора на вал (Dj=DB) без вентиляционных аксиальных каналов по формуле 8.123 [1, c.330]:

 (80)

Индукция в ярме ротора по формуле 8.122 [1, c.329]:

Для =0.44 Тл, =108 А/м.

Длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора, м:

 (81)

. (82)

Суммарное магнитное напряжение на пазу полюсов по формуле 8.128 [1, c.330]:

 (83)

Коэффициент насыщения магнитной цепи по формуле 8.129 [1, c.330]:

 (84)

3.2 Расчёт намагничивающего тока

Намагничивающий ток по формуле 8.130 [1, c.331]:

 (85)

Относительное значение намагничивающего тока определяется по формуле 8.131 [1, c.331]:

 (86)

 - находится в допустимых пределах

На следующем этапе рассчитываются параметры асинхронной машины для номинального режима.

3.3 Параметры рабочего режима

Для номинального режима АД активное сопротивление обмотки статора определяется по формуле 8.132 [1, c.332]:

 (87)

где  – общая длинна эффективных проводников фазы обмотки, м;  - площадь поперечного сечения эффективного проводника, м2;  – удельное сопротивление материала обмотки при расчётной температуре,Ом·м; -коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока.

Значение  для номинальных режимов принимается равным единице. Для класса изоляции F =(1/41)·10-6 Ом·м.

Общая длина проводников фазы обмотки определяется по формуле:

 (88)

где  - средняя длина витка обмотки статора, м;  - число витков фазы.

Средняя длинна витка есть сумма прямолинейных пазовых и изогнутых лобовых частей катушки:

 (89)

Длина пазовой части равна конструктивной длине сердечника, для всыпной обмотки статора длина лобовой части равна:

 (90)

Вылет лобовых частей, м:

 (91)

где - средняя ширина катушки, м, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов; B - длины вылета прямолинейной части катушек из паза, м.

, (92)

где - относительное укорочение шага обмотки статора. , – коэффициенты в зависимости от числа полюсов машины и наличия изоляции в лобовых частях (таблица 8.21[1, с.334]).

Для машин, обмотки которых укладываются после запрессовки сердечника в корпус, вылет прямолинейной части B=0,01 м. Из таблицы 8.21 [1, с. 334] =1,9, =0,72.

(м),

 (м),

 (м),

 (м),

 (м).

Активное сопротивление фазы статора:

(Ом).

Относительное значение:

 (93)

Далее рассчитывается активное сопротивление фазы ротора, Ом:

 (94)

где -сопротивление стержня; - сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями.

Сопротивление стержня:

 (95)

Сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями:

. (96)

Для дальнейших расчётов  должно быть приведено к числу витков первичной обмотки:

.          (97)

 ( Ом).

Относительное значение сопротивления:

 (98)

Далее рассчитываются индуктивные сопротивления, обмоток статора и ротора двигателя.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

 (99)

где  - расчётная длина магнитопровода, м; - коэффициенты магнитной проводимости пазового, лобового и дифференциального рассеяния соответственно.

При отсутствии вентиляционных каналов = , ==1, =0.024.

Коэффициент  рассчитывается для двухслойной обмотки в трапециидальном пазу.

 (100)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

 (101)

Коэффициенты магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

 (102)

 (103)

Из рисунка 8.51 [1, c. 340] =0,9 =1.

.

Относительное значение:

 (104)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по 8.177 [1, c.343]:

 (105)

где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора;  - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора;  - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора.

 (106)

 так как режим номинальный.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

 (107)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния для ротора с литыми обмотками при замыкающих кольцах, прилегающих к торцам сердечника ротора:

 (108)

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

 (109)

Приводим  к числу витков статора по формуле:

 (110)

Относительное значение:

 (111)

На следующем этапе проектирования рассчитываются потери и КПД.

3.4 Расчет потерь

Основные потери в стали определяются по формуле:

 (112)

где - удельные потери, Вт/кг; b - показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания, b=1,5;,- коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали, неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов;,- масса стали ярма и зубьев статора, кг. Для стали 2312 по таблице 8.26 [1, c. 348] принимается =1,3 Вт/кг. Для машины мощностью менее 250 кВт =1,6 и =1,8.

 (113)

 (114)

где = - расчётная высота зубца статора, м; - удельная плотность стали, =7800 кг/м3.

Затем рассчитываются добавочные потери в стали.

Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора и ротора, Тл:

 (115)

.

=0,16 из рисунка 8.53 [1, c.349].

По  и частоте пульсаций индукции под зубцами, равной , определяются удельные поверхностные потери для ротора. Для проектируемого двигателя n=600 мин-1.

          (116)

где  – коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности зубцов ротора на удельные потери.

Принимается =1,5.

Полные потери ротора, Вт:

 (117)

Для определения пульсационных потерь вначале находится амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов ротора, Тл:

 (118)

.

Пульсационные потери в зубцах статора и ротора, Вт:

 (119)

Масса стали зубцов ротора:

 (120)

Добавочные потери в стали, Вт:

, (121)

Полные потери в стали, Вт:

 (122)

Механические потери, Вт:

 (123)

 (124)

Добавочные потери, Вт при номинальном режиме:

 (125)

Суммарные потери в двигателе ,Вт:

 (126)

Коэффициент полезного действия двигателя:

 (127)

Рассчитываем холостой ход двигателя.

Электрические потери статора при холостом ходе, Вт:

 (128)

Ток холостого хода двигателя, А:

 (129)

где - активная составляющая тока, А; - реактивная составляющая тока, А.

 (130)

.

 - при холостом ходе:

 (131)

На следующем этапе необходимо рассчитать рабочие характеристики асинхронной машины.

3.5 Расчет рабочих характеристик

Методы расчёта характеристик основаны на системе уравнений токов и напряжений, которой соответствует схема замещения.

Рисунок 3.1- Cхема замещения.

Рассчитаем сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора:

 (132)

 (133)

Комплексный коэффициент  для машин мощностью более 3 кВт с большой точностью можно определить по формуле:

 (134)

 (135)

 (136)

 (137)

Активная составляющая тока синхронного холостого хода, А:

 (138)

Номинальное скольжение (предварительно) принимаем s=0,02

Для расчёта рабочих характеристик необходимы следующие формулы:

 (139)

 (140)

 (141)

 (142)

 (143)

 (144)

 (145)

 (146)

 (147)

 (148)

 (149)

 (150)

 (151)

 (152)

 (153)

 (154)

 (155)

 (156)

 (157)

Результаты расчёта рабочих характеристик представлены в таблице 3.4.1 и 3.4.2

Таблица 3.4.1

Таблица 3.4.2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7