Проектування двошвидкісного асинхронного двигуна для приводу деревообробних верстатів

Випускна кваліфікаційна робота (Дипломний проект)

Підготував студент ЗФ, 6-ого курсу, групи 1801, Полукаров О.М.

Самарський державний технічний університет

Кафедра: "Електромеханіка і нетрадиційна енергетика"

Самара 2006р.

Мета розробки

Розрахувати і сконструювати двошвидкісний асинхронний двигун з полюсопереключаемой обмоткою статора.

Вихідні дані

Частоти обертання: велика при

менша при

Схема з'єднання фаз обмотки статора: Y / YY

Виконання: а) за ступенем захисту - IP44

б) за сист. охолодження - ICO141

в) за способом монтажу - IM20

Номінальна напруга: Uном = 220В

Частота мережі: f = 50Гц

Основні джерела для розробки

«Проектування електричних машин», під ред. Копилова.

«Обмотки електричних машин», Г.К. Жерве

«Технологія виробництва асинхронних двигунів», В.Г. Костромін

«Шуми і вібрація електричних машин», Н.Г. Шубова

Зміст розрахунково-пояснювальної записки

Введення.

Електромагнітний розрахунок.

Тепловий розрахунок.

Механічний розрахунок валу.

Технологія виготовлення обмоток статора.

Питання стандартизації.

Питання екології. Шум і вібрація електричних машин.

Економічна частина.

Питання охорони праці.

Введення

Асинхронні двигуни в силу ряду переваг (відносна дешевизна, високі енергетичні показники, простота обслуговування) є найбільш поширеними серед всіх електричних машин. Вони - основні двигуни в електроприводах практично всіх промислових підприємств.

Розглянутий в даній дипломній роботі двигун - багатошвідкісний, а саме - двошвидкісний. Багатошвидкісні двигуни зазвичай виконуються з короткозамкненим ротором. Асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором простіше із пристрою й обслуговування, а так де дешевше і легше в роботі, щодо двигунів з фазним ротором.

Багатошвидкісні двигуни застосовуються в металоріжучих та деревообробних верстатах, у вантажних і пасажирських ліфтах, для приводів вентиляторів і насосів, і в ряді інших випадків. Область застосування таких двигунів дуже широка. Проектований двигун використовується в деревообробному виробництві в приводах деревообробних верстатів. Деревообробні виробництва відносяться до приміщень II класу з вогнестійкості категорії В (До категорії В належать виробництва пов'язані з обробкою твердих горючих речовин і матеріалів, а так само рідин з температурою спалаху вище 120 º С.), тому двигун має закрите виконання IP44.

Найбільш часто застосовуються на практиці полюснопереключаемие обмотки співвідношенням числа полюсів 1:2. Полюснопереключаемая обмотка для швидкостей 1:2 виконується, як правило, у вигляді двошарової петлевий обмотки, так як одношарова обмотка дає менш сприятливі криві полів.

Кожна фаза обмотки з перемиканням кількості пар полюсів у відношенні 1:2 складається з двох частин, або половин, з однаковою кількістю котушкових груп у кожній частині.

Крок обмотки при 2p1 полюсах, як правило, вибирається рівним полюсному поділу при 2p2 полюсах.

Подвійну кількість полюсів виходить при зміні напрямку струму в одній з двох частин кожної фази, що робиться шляхом перемикання цих частин. Полюсний поділ при цьому дорівнюватиме половині полюсного поділу при меншій кількості полюсів.

При перемиканні багатошвідкісний обмотки магнітні індукції на окремих ділянках магнітного ланцюга в загальному випадку змінюються, що необхідно мати на увазі при проектуванні двигуна, щоб, з одного боку, домогтися по можливості більш повного використання матеріалів двигуна, а з іншого боку - не допустити надмірного насичення ланцюга.

Маса і вартість багатошвидкісних двигунів дещо більше, ніж маса і вартість звичайних одношвидкісних асинхронних двигунів.

Електромагнітний розрахунок

1.1. Вибір головних розмірів

Висота осі обертання h = 112мм

Da = 0,197 м (див. табл. 9.8 «Проектування електричних машин», під ред. І. П. Копилова)

Внутрішній діаметр статора:

D = kd * Da = 0,55 * 0,197 = 0,1084 м,

де kd = 0,55 (за табл. 9.9)

Полюсний поділ τ:

τ = πD/2p = π * 0,1084 / 2 * 1 = 0,1703 м

Розрахункова потужність:

kE = 0,97 за рис. 9.20; η = 0,86; Cos φ = 0,86 за рис. 9.21a

Електромагнітні навантаження (попередньо) за рис. 9.22а:

А = 24 * 103 А / м; Bδ = 0,75 Тл.

Обмотувальний коефіцієнт для двошарової обмотки:

;

Розрахункова довжина магнітопровода:

[Ω = 2πf / p = 2π * 50 / 1 = 314,2]; kB = 1,11.

Ставлення

трохи перевищує рекомендований значення.

1.2. Визначення Z1, W і площі поперечного перерізу проводу обмотки статора

Граничне значення tz1 (за рис. 9.26):

tz1max = 0,016 м

tz1min = 0,013 м

Число пазів статора:

Приймаються Z1 = 24, тоді q1 = Z1/2pm = 24 / 2 * 1 * 3 = 4

Зубцеву поділ статора (остаточно):

Число ефективних провідників у пазу (попередньо, за умови а = 1):

Приймаються а = 2, Uп = 2 * 22 = 44

Остаточні значення:

число витків у фазі

лінійне навантаження

магнітний потік

для двошарової обмотки двошвидкісного асинхронного двигуна

індукція в повітряному зазорі

Значення А і Bδ знаходяться в допустимих межах (див. рис. 9.22, a).

Щільність струму в обмотці статора (попередньо)

A по п.14 23,814 * 103; (AJ1) = 140 * 109 за рис. 9.27, а

16. Площа поперечного перерізу ефективного провідника (попередньо),

Перетин ефективного провідника (остаточно):

приймаємо nел = 1, тоді qел = qеф / nел = 1,306 мм2

приймаємо обмотувальний дріт марки ПЕТВ (див. додаток 3)

dел = 1,32; qел = 1,368; qеф = nел * qел = 1 * 1,368 = 1,368 мм2; dел.із. = 1,405 мм

Щільність струму в обмотці статора (остаточно):

1.3. Розрахунок розмірів зубцеву зони статора і повітряного зазору

Приймаються попередньо по табл. 9.12

Bz1 = 1,9; Ba = 1,55; тоді

kc = 0,95 за табл. 9.13 для оксидированной сталі марки 2013.

Розміри паза в штампі:

bш1 = 3,5; hш1 = 0,545 про

Розміри паза у просвіті з урахуванням припуску на збірку:

площа поперечного перерізу паза для розміщення провідників обмотки:

Коефіцієнт заповнення паза

Отримане значення kз припустимо для механізованого укладання.

1.4. Розрахунок ротора

Повітряний зазор

приймаємо δ = 0,5 * 10-3м (за рекомендацією табл. 9.9; Гольдверг «Проектування електричних машин")

Число пазів ротора.

Z2 = 18 по табл. 9.18 з скосом пазів.

Зовнішній діаметр ротора

Довжина муздрамтеатру

Зубцеву поділ ротора

Внутрішній діаметр ротора дорівнює діаметру валу, тк сердечник ротора безпосередньо насаджується на вал

(За табл 9.19)

Струм в обмотці ротора.

де

пази виконуються з скосом

; Bск-скіс пазів = tZ2

Площа поперечного перерізу стрижня (попередньо)

Щільність струму J2 приймаємо J2 = 3 * 106 A/м2

Паз ротора визначаємо за рис. 9.40a

приймаємо bш2 = 1,5 мм; hш2 = 0,75 мм; h'ш2 = 0

- Приймаємо за табл. 9.12

; - Додаткова ширина зубця

Розміри паза

Уточнюємо ширину зубців ротора

b / / 2 = π - B2 = π - 6,8 = 7,8 мм

hn2 = hш2 + + H1 + = 0,75 + + 6,6 + = 15,3 мм

b / / Z2 = b/Z2 = 7,8 мм

Приймаються b1 = 9,1 мм; b2 = 6,8 мм; h1 = 6,6 мм

Площа поперечного перерізу стержня:

qc = = (9,12 +6,82) + (9,1 +6,8) ∙ 6,6 = 103,15 ∙ 10-6 м2

Щільність струму в стержні

J2 = I2/qc = 310,26 / 103,15 ∙ 10-6 = 3 ∙ 106 А / м

Щільність струму не змінилася.

Короткозамикающіе кільця. Площа поперечного перерізу кільця.

qкл = = = 350,33 мм2

Iкл = = = 893,35 А

Δ = 2sin = 2sin = 2sin = 0,3473

Iкл = 0,85 ∙ I2 = 0,85 ∙ 3 ∙ 106 = 2,55 ∙ 106 А/м2

Розміри короткозамикающіх кілець

hкл = 1,25 hn2 = 1,25 ∙ 15,3 = 19,125 мм

bкл = qкл / hкл = 350,33 / 19,125 = 18,32 мм

qкл = hкл ∙ bкл = 19,125 ∙ 18,32 = 350,37 мм2

Dк.ср = D2 - hкл = 107,4-19,125 = 88,275 мм

1.5. Розрахунок магнітного кола для 2р = 2

Муздрамтеатр зі сталі 2013; товщина листів 0,5 мм.

Магнітне напруга повітряного зазору

Fδ = = = 724,62 А

Кδ = Кδ1 ∙ Кδ2 = 1,168 ∙ 1,031 = 1,204

Кδ1 = = = 1,168

j1 = = = 4,083

Магнітне напруга звукової зони статора

FZ1 = 2hZ1 ∙ HZ1 = 2 ∙ 16,46 ∙ 10-3 ∙ 1950 = 68,14 А

де hZ1 = hn1 = 16,46 (див. п. 20 розрахунку)

HZ1 = 1950 А / м

Розрахункова індукція в зубцях

В/Z1 = = = 1,9

Знайдемо розрахункову напруженість методом послідовних наближень за формулами:

В / ZХ = ВZХ + М0НZX ∙ Knx = ВZХ + 4π ∙ 10-7 ∙ НZX ∙ Knx

Knx = = = 1,915

де bnx = = = 10,825 мм

bzx = bz1 = 5,95 мм

1,9 = 1,88 +2,41 ∙ 10-6 ∙ 1950 = 1,885

Отримана точність розрахунку задовольняє вимогам, тому приймаємо НZX = 1950А / м.

Магнітне напруга зубцеву зони ротора.

FZ2 = 2hz2 ∙ НZ2 = 2 ∙ 14,62 ∙ 10-3 ∙ 1980 = 57,9 А

hz2 = hn2 -0,1 b = 15,3-0,1 ∙ 6,8 = 14,62

ВZ2 = = = 1,9

КС2 = 0,95

В/Z2х = ВZ2х + М0НZ2X ∙ Kn2x = ВZ2Х + 4π ∙ 10-7 ∙ НZ2X ∙ Kn2x

Knx = = = 1,073

bn2x = = = 7,95 мм

bz2x = bz2 = 7,8 мм

В / Zх = ВZх + 1,35 ∙ 10-6 ∙ НZX

1,9 = 1,885 +1,35 ∙ 10-6 ∙ 1980

НZ2X = 1980 А / м

Отримана точність розрахунку задовольняє вимогам, тому приймаємо НZX = 1950 А / м.

Коефіцієнт насичення зубцеву зони

Кz = 1 + = 1 + = 1,174

39. Магнітне напруга ярма статора

Fa = La ∙ Ha = 265,7 ∙ 10-3 ∙ 630 = 167,391 А

La = π = Π = 265,7 ∙ 10-3 м

На = 630 А / м; Ва = 1,55 Тл

Ва = = = 1,55 Тл

Магнітне напруга ярма статора

Fa = La ∙ Ha = 265,7 ∙ 10-3 ∙ 630 = 167,391 A

La = π = Π = 265,7 ∙ 10-3 м

Ha = 630A / м

Магнітне напруга ярма ротора

Fj = Lj ∙ Hj = 95,9 ∙ 10-3 ∙ 440 = 42,2 А

Lj = π = Π = 95,9 ∙ 10-3 м

hj = = = 15,745 мм

hj = = = 30 мм

Вj = = = 1,44 Тл

Нj = 440 А / м по табл. П1 .. 6.

Магнітне напруга на пару полюсів.

Fц = Fδ + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 724,62 +68,14 +57,9 +167,391 +42,2 +1060,251 А

Коефіцієнт насичення магнітного кола.

Кμ = Fц / Fδ = 1060,251 / 724,62 = 1,463

Намагнічує струм

= = = 5,873 А

Відносне значення

Iμ * = Iμ / I1ном = 5,873 / 15,36 = 0,3824

1.6. Параметри робочого режиму для 2р = 2

Активний опір обмотки статора

r1 = KRρ115 = = 0,522 Ом

KR = 1; ρ115 = 10-6/41 Ом ∙ м для мідних провідників;

для класу непревостойкості ізоляції Fυрасч = 1150С.

Довжина провідників фази обмотки:

L1 = ср ∙ W1 = 0,6654 ∙ 88 = 58,86 м

ср = 2 ( n1 + Л1) = 2 (0,1754 +

n1 = 1 = 0,1754 м; n1 = Кл ∙ bкт ∙ 2В = 1,2 ∙ 0,11441 + 2 ∙ 0,01 = 0,1573 м;

bкт = π = Π = 114,41 мм

вив = Квил ∙ bкт + В = 0,26 ∙ 0,11441 +0,01 = 39,747 мм

де В = 0,01 м по табл. 9.23; Кл = 1,2

Відносне значення r1

r1 * = r1 = 0,522 = 0,0364

Активний опір фази алюмінієвої обмотки ротора:

r2 = rс + = 82,95 ∙ 10-6 +2 = 118,6 ∙ 10-6 Ом

rс = ρ115 = = 82,95 ∙ 10-6Ом

KR = 1; ρ115 = 10-6/20, 5 (Ом ∙ м) для алюмінієвої обмотки ротора.

rкл = ρ115 = = 2,15 ∙ 10-6 Ом

Наводимо r / 2 до числа витків обмотки статора

r / 2 = r2 = 118,6 ∙ 10-6 ∙ = 0,3682

Відносне значення

r / 2 * = r / 2 = 0,3682 = 0,0257

Індуктивний опір фази обмотки статора.

X1 = 15,8 = 15,8 ∙ ∙ (0,9926 +0,7266 +2,544) = 1,144 Ом

λn1 = = ∙ 0,625 = 0,9926

h2 = h / n.к - 2bіз = 13,06-2 ∙ 0,3 = 12,46 мм;

hк = 0,5 (b1 - bш1_ = 0,5 (9,1-3,5) = 2,8 мм

β = урасч / τ = 7 / 12; при вкороченні 1 / 3 ≤ β ≤ 2 / 3

К / β = 0,25 (6β-1) = 0,25 (6 -1) = 0,625

Кβ = 0,25 (1 +3 ∙ К / β) = 0,25 (1 +3 ∙ 0,625) = 0,7187

ℓ / δ = ℓ δ = 0,1754 м; h1 = 0 (провідники закріплені пазової кришкою)

λл1 = 0,34 = 0,34 = 0,7266;

де ℓ Л1 = 0,1573 м

λд1 = ∙ ξ = = 2,544

ξ = 2К/ск ∙ Кβ - К2об1 ( ) 2 ∙ (1 + β2ск) = 2 ∙ 2,3 ∙ 0,71875-0,75982 ∙ 1,322 (1 +12) = 1,2944

(TZ2/tZ1 = 18,74 / 14,2 = 1,32 за рис. 9.51 (д) К / ск = 2,3; βск = 1)

Відносне значення

Х1 * = Х1 = 1,144 = 0,08

Індуктивний опір фази обмотки ротора.

X2 = 7,9 f1 ∙ ℓ / δ = 7,9 ∙ 50 ∙ 0,1754 ∙ (1,2376 + 0,1387 + 2,6 + +0,8866) = 337 ∙ 10-6 Ом

де відповідно до табл. 9.27 (див. рис. 9.52а)

λn2 = [ ] ∙ Kд + = [ ] ∙ 1 + = 1,2376

h0 = h1 + 0,4 b2 = 6,6 + 0,4 ∙ 6,8 = 9,32 мм;

qc = 103,15 мм2

Кд = 1

λл2 = = = 0,1387

λд2 = ∙ ξ = = 2,6

При Z2 / p ≥ 10 можна прийняти ξ = 1

γск = βск = 1 ∙ = 0,69813

Кск = = = 0,9798

λск = (tZ2 ∙ β2cк) / (12Кδ ∙ Кμ) = (18,74 ∙ 12) / (12 ∙ 1,204 ∙ 1,463) = 0,8866

βcк = 1; Кμ = 1,463

Наводимо Х2 до числа витків статора

Х / 2 = Х2 = 337 ∙ 10-6 ∙ = 1,046 Ом

Відносне значення

Х / 2 * = Х / 2 = 1,046 = 0,073

1.7. Розрахунок втрат для 2р = 2

Втрати в сталі основні

РСТ. осн = ρ1, 0 150 ( ) Β ∙ (Kда ∙ В2а ∙ ma + KдZ ∙ В2Z1 ∙ mZ1) = 2,5 ∙ ( ) 1,6 ∙ (1,6 ∙ 1,552 ∙ 19,23 +1,8 ∙ 1,92 ∙ 3,055) = 234,43 Вт

[Ρ1, 0 150 = 2,5 Вт / кг для сталі 2013 по табл.9.28]

ma = π (Da-ha) ∙ ha ∙ ℓ ст1 ∙ КС1 ∙ γс = π (0,197-0,02784) ∙ 0,02784 0,1754 ∙ 0,95 ∙ 7,8 ∙ 103 = 19,23 кг.

γс = 7,8 ∙ 103 кг/м3 - питома маса стали

Kда = 1,6; KдZ = 1,8; ВZ1 = 1,9 Тл; Ва = 1,55 Тл

mZ1 = hZ1 ∙ bZ1ср ∙ Z1 ∙ ℓ ст1 ∙ КС1 ∙ γс = 16,46 ∙ 10-3 ∙ 5,95 ∙ 10-3 ∙ 24 ∙ 0,1754 ∙ 0,95 ∙ 7,8 ∙ 103 = 3,055 кг

де bZ1ср = 5,95 мм = bZ1

Поверхневі втрати в роторі

Рпов2 = рпов2 (tZ2-bш2) ∙ Z2 ∙ ℓ ст2 = 518,831 ∙ (18,74-1,5) ∙ 10-3 ∙ 18 ∙ 0,1754 = 28,24 Вт

рпов2 = 0,5 К0, 2 ( ) 1,5 (В0, 2 ∙ tZ1 ∙ 103) 2 = 0,5 ∙ 1,5 ( ) 1,5 (0,4214 ∙ 0,0142 ∙ 103) 2 = 518,831 Вт/м2,

де К0, 2 = 1,5 Вδ = 0,7563 Тл

В0, 2 = β0, 2 ∙ Кδ ∙ Вδ = 0,35 ∙ 1,204 ∙ 0,7563 = 0,4214 Тл

β0, 2 = f (bШ1 / δ) = 50 (3,5 / 0,5) = 350 мм = 0,35 м

Поверхневі втрати в статорі.

Рпов1 = рпов1 (tZ1-bш1) ∙ Z1 ∙ ℓ СТ1 = 61,67 ∙ (14,2-3,5) ∙ 10-3 ∙ 24 ∙ 0,1754 = 2,78 Вт

рпов1 = 0,5 К0, 1 ( ) 1,5 (В0, 1 ∙ tZ2 ∙ 103) 2 = 0,5 ∙ 15 ( ) 1,5 (0,1366 ∙ 0,01874 ∙ 103) 2 = 61,67 Вт/м2

В0, 1 = β0, 1 ∙ Кδ ∙ Вδ = 0,15 ∙ 1,204 ∙ 0,7563 = 0,1366 Тл

β0, 1 = f (bШ2 / δ) = 50 (13,5 / 0,5) = 150 мм = 0,15 м

Пульсаційні втрати в зубцях ротора.

Рпул2 = 0,11 ( ) 2mZ2 = 0,11 ( ) 2 ∙ 2,668 = 16,3 Вт/м2

Впул2 = = = 0,1035 Тл

ВZ2ср = 1,9 (п.37 розрахунку); γ1 = 4,083 (п.35 розрахунку)

mZ2 = Z2 ∙ hZ2 ∙ bZ2ср ∙ ℓ ст2 ∙ КС2 ∙ γ2 = 18 ∙ 14,62 ∙ 10-3 ∙ 7,8 ∙ 10-3 ∙ 0,1754 ∙ 0,95 ∙ 7,8 ∙ 103 = 2,668 кг

Пульсаційні втрати в зубцях статора.

Рпул1 = 0,11 ( ) 2mZ1 = 0,11 ( ) 2 ∙ 3,055 = 1,385 Вт

Впул1 = = = 0,0376

γ2 = = = 1,125

Сума додаткових втрат в сталі

РСТ. доб. = Рпов1 + Рпул1 + Рпов2 + Рпул2 = 2,78 +1,385 +28,24 +16,3 = 48,705 Вт

Повні втрати в сталі

РСТ. = РСТ. осн. + РСТ. доб = 234,43 + 48,705 = 283,135 Вт

Механічні втрати

Рмех = Кт ( ) 2 ∙ (10 ∙ Dвент) 3 = 2,9 ( ) 2 ∙ (10 ∙ 0,197) 3 = 199,544 Вт

Кт = 2,9 (для двигунів з аксіальної системою вентиляції),

де Dвент ≈ Dа, Dвент - зовнішній діаметр вентилятора.

Холостий хід двигуна.

IХ.Х. = = = 5,93 А

IХ.Х.а = = = 0,8132 А

Ре1хх = m ∙ I2μ ∙ r1 = 3 ∙ 5,8732 ∙ 0,522 = 51,0146 Вт

IХ.Х.р ≈ Iμ = 5,873 А

Cosφx.x. = IХ.Х.а / IХ.Х. = 0,8132 / 5,03 = 0,1371

1.8. Розрахунок магнітного кола для 2р = 4

Магнітне напруга повітряного зазору.

Fδ = = = 681,314 А

Вδ = = = 0,7111

= = = 6,76 ∙ 10-3 Вб

Магнітне напруга зубцеву зони статора

FZ1 = 2h1 ∙ HZ1 = 2 ∙ 16,46 ∙ 10-3 ∙ 1450 = 47,73 А

HZ1 = 1450 А / м

В/Z1 = = = 1,786

Приймаються ВZ1 = 1,786 Тл, перевіряємо співвідношення В/Z1 і ВZ1

1,786 = 1,784 +2,41 ∙ 10-6 ∙ 1450 = 1,787

Отримана точність розрахунку задовольняє вимогам, тому приймаємо HZх = 1450 А / м

Магнітне напруга зубцеву зони ротора.

FZ2 = 2hZ2 ∙ HZ2 = 2 ∙ 14,62 ∙ 10-3 ∙ 1500 = 43,86 А

HZ1 = 1500 А / м

ВZ2 = = = 1,798 ≈ 1,8

1,8 = 1,795 + 1,35 ∙ 10-6 ∙ 1500 = 1,797

Отримана точність розрахунку задовольняє вимогам, тому приймаємо HZ1 = 1500 А / м

Коефіцієнт насичення зубцеву зони.

Кz = 1 + = 1 + = 1,14

Магнітне напруга ярма статора.

Fa = La ∙ Ha = 132,858 ∙ 10-3 ∙ 106 = 14,083 А

La = π = Π = 132,858 ∙ 10-3 м

На = 106 А / м;

Ва = = = 0,73

Магнітне напруга ярма ротора.

Fj = Lj ∙ Hj = 47,95 ∙ 10-3 ∙ 231 = 11,076 А

Lj = π = Π = 47,95 ∙ 10-3 м

hj = 15,745 ∙ 10-3 м

h / j = = = 18 ∙ 10-3 м

Вj = = = 1,127 Тл

Нj = 231 А / м

Магнітне напруга на пару полюсів.

Fy = Fδ + FZ1 + FZ2 + Fa + Fj = 681,314 +47,73 +43,86 +14,083 +11,076 = 798,063 А.

Коефіцієнт насичення магнітного кола.

kм = Fy / Fδ = 798,063 / 681,314 = 1,1714

Намагнічує струм.

Iм = = = 4,157 А.

Відносне значення.

Iм *= = = 0,5413

1.9. Параметри робочого режиму для 2р = 4

Активний опір обмотки статора.

r1 = kR ∙ ρ115 = 1 ∙ ∙ = 2,088 Ом.

kR = 1

L1 = lep ∙ w1 = 06654 ∙ 176 = 117,11 м.

lсp1 = 0,6654 м; ln1 = l1 = 175,4 мм = 0,1757 м; lл1 = 0,1573 м

Відносне значення

r1 *= r1 = 2,088 = 0,073.

Активний опір фази алюмінієвої обмотки ротора.

r2 = rс +2 = 82,65 ∙ 10-6 +2 = 92,14 ∙ 10-6 Ом.

rс = 82,65 ∙ 10-6 Ом; rкл = 2,15 ∙ 10-6 Ом

Δ2 = 2 sin = 2sin = 0,684

Наводимо r2 до числа витків обмотки статора

r / 2 = r2 = 92,14 ∙ 10-6 = 1,294

Відносне значення

r / 2 *= r / 2 = 1,294 = 0,0452

Індуктивний опір фази обмотки статора.

Х1 = 15,8 = 15,8 (1,121 + 0,2337 + 4,57) = 3,18 Ом

λn1 = = = 1,121

h2 = 12,46 мм; hк = 2,8 мм; h1 = 0; Кβ = К / β = 1

λл1 = 0,34 = 0,34 = 0,2337

λД1 = ξ = = 4,57

ξ = 2 ∙ = 2 ∙ 2,3 ∙ 1-0,8082 ∙ (1,32) 2 (1 +12) = 2,325;

К / ск = 2,3; βск = 1; tZ2 / tZ1 = 1,32

Відносне значення

Х1 *= х1 = 3,18 = 0,111

Індуктивний опір фази обмотки ротора.

Х2 = 7,9 = 7,9 ∙ 50 ∙ 0,1754 (1,2376 + 0,0358 + 2,6 + 1,1073) = 345,08 Ом

λn2 = 1,2376 λД2 = 2,6

λл2 = = = 0,0358

λск = (tZ2 ∙ β2cк) / (12 ∙ Кδ ∙ К ∙ μ) = (18,74 ∙ 12) / (12 ∙ 1,204 ∙ 1,1714) = 1,1073

До ∙ μ = 1,1714

Наводимо Х2 до числа витків статора

Х / 2 = х2 = 345,08 ∙ 10-6 = 4,846

Відносне значення

Х / 2 *= х / 2 = 4,846 = 0,17

1.10. Розрахунок втрат для 2р = 4

Втрати в сталі основні

РСТ. осн = ρ1, 0 150 ( ) Β ∙ (Kда ∙ В2а ∙ ma + KдZ ∙ В2Z1 ∙ mZ1) = 2,5 ∙ ( ) 1,6 ∙ (1,6 ∙ 0,732 ∙ 19,23 + 1,8 ∙ 1,7862 ∙ 3,055) = 84,78 Вт

[Ρ1, 0 150 = 2,5 Вт / кг для сталі 2013 по табл.9.28]

ma = 19,23 кг; Kда = 1,6; KдZ = 1,8; ВZ1 = 1,786 Тл; Ва = 0,73 Тл

m1 = 3,055 кг

Поверхневі втрати в роторі

Рпов2 = рпов2 (tZ2-bш2) ∙ Z2 ∙ ℓ ст2 = 92,8 ∙ (18,74-1,5) ∙ 10-3 ∙ 18 ∙ 0,1754 = 5,05 Вт

рпов2 = 0,5 К0, 2 ( ) 1,5 (В0, 2 ∙ tZ1 ∙ 103) 2 = 0,5 ∙ 1,5 ( ) 1,5 (0,2997 ∙ 0,0142 ∙ 103) 2 = 92,8 Вт/м2,

В0, 2 = β0, 2 ∙ Кδ ∙ Вδ = 0,35 ∙ 1,204 ∙ 0,7111 = 0,2997 Тл

β0, 2 = f (bШ1 / 0,5) = 50 (3,5 / 0,5) ∙ 10-3 = 0,35 м

Поверхневі втрати в статорі.

Рпов1 = рпов1 (tZ1-bш1) ∙ Z1 ∙ ℓ СТ1 = 19,273 ∙ (14,2-3,5) ∙ 10-3 ∙ 24 ∙ 0,1754 = 0,87 Вт

рпов1 = 0,5 К0, 1 ( ) 1,5 (В0, 1 ∙ tZ2 ∙ 103) 2 = 0,5 ∙ 15 ( ) 1,5 (0,13 ∙ 0,01874 ∙ 103) 2 = 19,273 Вт/м2

В0, 1 = β0, 1 ∙ Кδ ∙ Вδ = 0,15 ∙ 1,204 ∙ 0,7111 = 0,13 Тл

β0, 1 = f (bШ2 / δ) = 0,15 м

Пульсаційні втрати в зубцях ротора.

Рпул2 = 0,11 ( ) 2 mZ2 = 0,11 ( ) ∙ 2,668 = 3,653 Вт

Впул2 = = = 0,098 Тл

ВZ2ср = 1,8 (п. 59 розрахунку); γ1 = 4,083 mZ2 = 2,668 кг

Пульсаційні втрати в зубцях статора.

Рпул1 = 0,11 ( ) 2 mZ1 = 0,11 ( ) 2 ∙ 3,055 = 0,307 Вт

Впул1 = = = 0,0354

γ2 = = 1,125

ВZ1ср = 1,786 з п. 58 розрахунку mZ1 = 3,055 кг

Сума додаткових втрат в сталі

РСТ. доб. = Рпов1 + Рпул1 + Рпов2 + Рпул2 = 0,87 +0,307 +5,05 +3,653 = 9,88 Вт

Повні втрати в сталі

РСТ. = РСТ. осн. + РСТ. доб = 84,78 + 9,88 = 94,66 Вт

Механічні втрати

Рмех = Кт ( ) 2 ∙ (10 ∙ Dвент) 3 = 2,9 ( ) 2 ∙ (10 ∙ 0,197) 3 = 49,886 Вт

Холостий хід двигуна.

IХ.Х. = = = 4,168 А

IХ.Х.а = = = 0,301 А

Ре1хх = m ∙ I2μ ∙ r1 = 3 ∙ 4,1572 ∙ 1,044 = 54,123 Вт

Cosφx.x. = IХ.Х.а / IХ.Х. = 0,301 / 4,168 = 0,0722

1.11. Розрахунок робочих характеристик для 2р = 2

Параметри:

r12 = = = 2,266 Ом

Х12 = = - 3,18 = 34,28 Ом

С1 = 1 + = 1 + = 1,093

Використовуємо наближену формулу, тому що <10

γ = arctg = Arctg = <10

Активна складова струму синхронного холостого ходу.

I0a = = = 0,5108 А

а / = С21 = 1,0932 = 1,195

а = з1 ∙ r1 = 1,093 ∙ 0,522 = 0,5705

b = с1 (х1 + с1х / 2) = 1,093 (3,18 +1,093 ∙ 1,046) = 4,725 Ом

Втрати, які не змінюються при зміні ковзання.

РСТ + Рмех = 283,135 + 199,544 = 482,679 Вт

Розраховуємо робочі характеристики для ковзання 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,0275; 0,03. Після побудови уточнення значення номінального ковзання SНОМ = 0,0234.

Розрахунки зведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1.

1.12. Розрахунок пускових характеристик для 2р = 2

а) розрахунок струмів з урахуванням впливу зміни параметрів під впливом ефекту витіснення струму (без урахування впливу насичення від полів розсіювання).

81. Активний опір обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

ξ = 2πhc = 63,61 hc = 63,61 ∙ 14,55 ∙ 10-3 = 0,9255

hc = hn2 - (hШ2 + h / Ш) = 15,3 - (0,75 +0) = 14,55 мм

за рис. 9.57 для ξ = 0,9255 знаходимо φ = 0,89 ∙ ξ4, тому що ξ <1

r / a = rc = 82,95 ∙ 10-6 Ом

φ = 0,89 ∙ 0,92554 = 0,65306

Глибина проникнення струму

hr = = = 8,8 мм

КД = φ / = 0,96 (за рис. 9.58 для ξ = 0,9255 φ / = 0,96)

так як (0,5 ∙ 9,1) ≤ 8,8 ≤ (6,6 +9,1 ∙ 0,5)

qr = = = 68,05 мм2

br = b1 - = 9,1 - = 7,62

Кr = qc / qr = 103,15 / 68,05 = 1,516

Кr = 1 + = 1 + = 1,361

r2 = 118,6 ∙ 10-6 Ом; rс = 82,95 ∙ 10-6 Ом;

r/2ξ = Кr ∙ r / 2 = 1,361 ∙ 0,3682 = 0,5011 Ом

Індуктивний опір обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

(За рис. 9.58) для ξ = 0,9255 φ / = КД = 0,96

Кх = = = 0,9926

λn2ξ = λn2-Δλn2 ξ = 1,2376-0,029506 = 1,208

Δλn2 ξ = λ/n2 (1-КД) = [ ] (1-КД) =

= [ ] (1-0,96) = 0,029506

Х/2ξ = Х / 2 ∙ Кх = 1,046 ∙ 0,9926 = 1,03826

Пускові параметри

Х12n = Kμ ∙ X12 = 1,463 ∙ 36,316 = 53,13

Х12 = -Х1 = -1,144 = 36,316

С1n = 1 + = 1 + = 1,0215

Розрахунок струмів з урахуванням впливу ефекту витіснення струму для S = 1

Rn = r1 + c1n ∙ r/2ξ / S = 0,522 +1,0215 ∙ 0,5011 / 1 = 1,034

Хn = X1 + c1n ∙ X/2ξ = 1,144 +1,0215 ∙ 1,03826 = 2,2046

I/2n = = = 90,35 А

I1n = I / 2 = 90,35 = 92,135

Результати розрахунків для S = 1 та інших ковзань зведені в табл. 1.2., 1.3

Таблиця 1.2

Таблиця 1.3

1.13. Розрахунок пускових характеристик з урахуванням впливу витіснення струму та насичення полів розсіювання для 2р = 2

Розрахунок проведено для точок характеристик відповідних

S = 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1; Sкр = 0,3449

Sкр = = = 0,3449

Індуктивний опір обмоток.

Приймаються Кнас = 1,3

Fn.ср = =

= 0,7 (0,625 + 0,7343 ∙ 0,7598 ) = 2524,985 А

СN = 0,64 +2,5 = 0,64 +2,5 = 0,948

ВФδ = = = 3,33 Тл

за рис. 9.61 для ВФδ = 3,33 Тл Кδ = 0,66

Се1 = (tZ1 + bШ1) (1-Кδ) = (14,2-3,5) (1-0,66) = 3,638 мм

Δλn1нас = = = 0,2484

[Hк = = = 2,8 мм]

Δλn1нас = λn1-Δλn1нас = 0,9926 - 0,2484 = 0,7442

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

λД1нас = λД1 ∙ Кδ = 2,544 ∙ 0,66 = 1,679

Х1нас = Х1 = Х1 =

= 1,144 = 0,8452

Х1нас - індуктивний опір фази обмотки статора з урахуванням впливу насичення.

Коефіцієнт магнітної провідності пазової розсіювання обмотки ротора з урахуванням впливу насичення і витиснення струму:

Δλn2нас = = = 0,3981

Се2 = (tZ2 + bШ2) (1-Кδ) = (18,74 - 1,5) (1-0,66) = 5,8616 мм

λn2насξ = λn2ξ - Δλn2нас = 1,21 - 0,3981 = 0,8119

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання ротора з урахуванням впливу насичення:

λД2нас = λД2 ∙ Кδ = 2,6 ∙ 0,66 = 1,716

Наведене індуктивний опір фази обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму та насичення:

Х/2ξ = Х / 2 = Х / 2 =

= = 0,7015

С1nкас = 1 + = = 1,016

Розрахунок струмів і моментів.

Rn = r1 + C1nнас ;

Rn = 0,522 + 1,016 = 1,0311 Ом

Хn = Х1 нас + С1nнас ∙ Х/2насξ = 0,8452 + 1,016 ∙ 0,7015 = 1,558 Ом

I/2нас = = = 117,754 А

I1nнас = I/2нас =

= 117,754 = 119,32 А

Кратність пускового струму з урахуванням впливу витіснення струму та насичення.

In *= = = 7,965

Кратність пускового моменту з урахуванням впливу витіснення струму та насичення.

μn * = ( ) 2 ∙ Кr = ( ) 2 ∙ 1,361 = 2,605

Отриманий в розрахунку коефіцієнт насичення

К / нас = = = 1,29

Відрізняється від прийнятого від 0,77%, що задовольняє вимогам.

Приймаються при

S = 0,8 Кнас = 1,25

S = 0,5 Кнас = 1,2

S = 0,2 Кнас = 1,15

S = 0,1 Кнас = 1,1

S = 0,3449 Кнас = 1,18

Розрахунки зведені в таблиці 3.

Розрахунок робочих характеристик для 2р = 4.

Розраховуємо робочі характеристики для ковзань

S = 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; SНОМ = 0,038

Результати розрахунку зведені в таблицю 1.4

Таблиця 1.4

1.14. Розрахунок пускових характеристик для 2р = 4

Розрахунок струмів в пусковому режимі з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

Активний опір обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

[Υрасч = 115 0С, ρ115 = 10-6 / 20,5 Ом ∙ м, f1 = 50 Гц]

ξ = = 63,61 ∙ hc = 63,41 ∙ 14,55 ∙ 10-3 = 0,9255

hc = 14,55 мм; r / c = rc = 82,95 ∙ 10-6 Ом

φ = 0,89 ∙ 0,92554 = 0,65306, так як ξ <1

hr = = = 8,8 мм

КД = φ / = 0,96 (за рис. 9.58 для ξ = 0,9255).

qr = 68,05 мм2,

де br = b1 - (Hr - ) = 9,1 - (8,8 - ) = 7,62 мм

qr = = = 68,05 мм2

Кr = qc / qr = 103,15 ∙ 10-6 / 68,05 ∙ 10-6 = 1,516

Кr = 1 + ∙ (Кr-1) = 1 + (1,516-1) = 1,4645,

де r2 = 92,14 ∙ 10-6 Ом

Приведений опір ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

r/2ξ = Кr ∙ r / 2 = 1,465 ∙ 1,294 = 1,896

Індуктивний опір обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

Кх = = = 0,9924

λn2ξ = λn2 - Δ λn2ξ = 1,238 - 0,0295 = 1,2085

Δ λn2ξ = λ/n2 (1-КД) = [ ] (1 - КД) = 0,0295

х/2ξ = х / 2 ∙ Кх = 4,85 ∙ 0,9924 = 4,813

С1n = 1 + = 1 + = 1,0546

Х12 = - Х1 = -3,18 = 49,743 Ом

Х12n = Х12 = Кμ ∙ х12 = 1,1714 ∙ 49,743 = 58,27 Ом

Sкр ≈ = = 16,46

Розрахунок струмів з урахуванням впливу витіснення струму.

Rn = r1 + C1n ∙ r/2ξ / S = 2,088 + 1,0546 ∙ 1,294 / 1 = 2,903

Хn = х1 + C1n ∙ х/2ξ = 3,18 + 1,0546 ∙ 4,813 = 8,256

I/2n = = = 25,14 А

I1n = I/2n = 25,14 = 27,242 А

Докладний розрахунок наведений для S = 1.

Дані розрахунку інших точок зведені у таблиці 1.5.

1.15. Розрахунок пускових характеристик з урахуванням ефекту витіснення струму та насичення від полів розсіювання для 2р = 4

Індуктивний опір обмоток.

Приймаються Кнас = 1,05.

Fпр. СР = (К / β + Ку ) =

= ∙ (1 +1 ) = 1027,841 А

СN = 0,64 +2,5 = 0,948

ВФδ = = = 1,355

за рис. 9.61 для В = 1,355 Кδ = 0,95

Коефіцієнт магнітної провідності пазової розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

Се1 = (tZ1 - bш1) (1-Кδ) = (14,2-3,5) (1-0,95) = 0,535

Δ λn1нас = ∙ = = 0,08255,

де hк = 2,8 мм

λn1нас = λn1-Δ λn1нас = 1,121 -0,08255 = 1,038455

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

λД1нас = λД1 ∙ Кδ = 4,57 ∙ 0,95 = 4,3415

Індуктивний опір фази обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

Х1нас = Х1 = 3,18 = 3,013051

Коефіцієнт магнітної провідності пазової розсіювання обмотки ротора з урахуванням впливу насичення і витиснення струму:

Δ λn2нас = ∙ = = 0,1825

Се2 = (tZ2 - bш2) (1-Кδ) = (18,44 - 1,5) (1-0,95) = 0,862

λn2насξ = λn2ξ - Δ λn2нас = 1,21 - 0,1825 = 1,02753

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання ротора з урахуванням насичення:

λД2нас = λД2 ∙ Кδ = 2,6 ∙ 0,95 = 2,47

Наведене індуктивний опір фази обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму та насичення:

Х/2насξ = Х / 2 = 4,846 = 4,42054

С1nнас = 1 + = 1 + = 1,05171

де Х12 = 58,27

Розрахунок струмів і моментів:

Rnнас = r1 + C1nнас = 2,088 +1,05171 = 4,082

Хnнас = Х1нас + C1nнас ∙ Х/2насξ = 3,013051 +1,05171 ∙ 4,42 = 7,662

I/2нас = = = 25,341 А

I1nнас = I/2нас = 25,341 = 27,316

Стислість пускового струму з урахуванням впливу ефекту витіснення струму та насичення:

In *= = = 3,6

Кратність пускового моменту з урахуванням впливу витіснення струму та насичення.

μn * = ( ) 2 ∙ Кr = ( ) 2 ∙ 1,465 = 1,1265

Отриманий в розрахунку коефіцієнт насичення

К / нас = = = 1,025

Відрізняється від прийнятого К / нас = 1,05 на 0,5%, що задовольняє вимогам.

Для розрахунку інших точок характеристики задаємося Кнас зменшеним в залежності від струму I1.

Приймаються при

S = 0,8 Kнас = 1,04

S = 0,5 Kнас = 1,03

S = 0,2 Kнас = 1,02

S = 0,1 Kнас = 1,01

S кр = 0,1646 Kнас = 1,0165

Дані розрахунку зведені в таблицю 1.6.

2. Тепловий розрахунок

102. Перевищення температури внутрішньої поверхні осердя над температурою повітря всередині двигуна.

Δυпов1 = К = 0,22 = 9,430 З

[За табл. 9.35 К = 0,22; Р/еп1 = Кр ∙ Ре1 ] = 1,07 ∙ 351,5 = 198,3 Вт, де з табл. 1 для S = SНОМ Ре1 = 0,3515 кВт, по (ріс.9.67а) α1 = 169 Вт / (м2 ∙ 0С); Кр = 1,07 (клас F)].

103. Перепад температури в ізоляції пазової частини обмотки статора:

Δγіз.n1 = = ∙ 10-3 = 2,860 З

[Пп1 = 2hnк + b1 + b2 = 2 ∙ 13,16 +9,1 +12,55 = 47,97 мм]

λекв = 0,16 Вт / (м2 ∙ 0С) для ізоляції класу нагрівостійкості F;

знаходимо λ / екв (за рис.9, 69) для d / dіз = 1,32 / 1,405 = 0,9395

λ / екв = 1,3 Вт / (м2 ∙ 0С);

104. Перепад температури по товщині ізоляції лобових частин:

Δυіз.л1 = = ∙ 10-3 = 0,5180 З

[Р/ел1 = Кр ∙ РЕ1 = 1,07 ∙ 351,5 = 177,82 Вт

Пл1 = пп1 = 0,04797 м; bіз.л1 max = 0].

105. Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин над температурою повітря всередині двигуна:

Δυпов.л1 = = = 8,550 З

106. Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою повітря всередині двигуна.

Δυ / 1 = =

= = 10,770 З

107. Перевищення температури повітря всередині двигуна над температурою навколишнього середовища:

ΔυВ = = = 54,80 З

[ΣР / в = ΣР / - (1-К) (Р/еп1 + Рст.осн) - 0,9 Рмех = 1101,89 - (1-0,22) (198,3 +234,43) = 764, 36Вт.

ΣР = 1064,173 з табл.1 для S = SНОМ; Sкор = 0,6064 м2

Sкор = (πD +8 Пр) (1 +2 ℓ вив) =

= (Π ∙ 0,197-8 ∙ 0,22) (0,1754 +2 ∙ 0,039747) = 0,6064 м2

де (за рис. 9.70) Пр = 0,22 м для h = 112 мм;

(За рис. 9.67 а) αВ = 23 В / (м2 ∙ 0С) для Da = 0,197 м].

Ре2 = 187,3 Вт з табл. 1 для S = SНОМ

ΣР / = ΣР-(Кр-1) (Ре1 + Ре2) = 1064,173 - (1,07-1) (351,5 +187,3) = 1101,89 Вт

108. Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою навколишнього середовища:

Δυ1 = Δυ / 1 + ΔυВ = 10,77 +54,8 = 65,570 З

109. Перевірка умов охолодження двигуна.

Необхідний для охолодження витрата повітря:

Qв = = = 0,0801 м3 / с

Км = m / = 2,6 = 6,32

Витрата повітря, що забезпечується зовнішнім вентилятором:

Q / У = 0,6 D3A = 0,6 ∙ 0,1973 = 0,1376 м3 / с

Нагрівання частин двигуна знаходиться в допустимих межах.

Вентилятор забезпечує необхідний витрата повітря.

Висновок: спроектований двигун відповідає поставленим в технічному завданні вимогам.

Примітка: вище наведені розрахунки наведені лише для більшої частоти обертання.

3. Механічний розрахунок валу

Самим навантаженим в механічному відношенні елементом проектованого асинхронного двигуна є вал. Нижче представлені результати механічного розрахунку вала на міцність і жорсткість, проведені за методикою, викладеною в § 8.3 [1]

На малюнку представлений ескіз розглянутого валу. Ескіз повністю аналогічний рис. 8.14 [1]. Геометричні розміри валу наведено в міліметрах. Розрахунок параметрів ділянок вала, що входять у формулу 8.16 / 1 /, виконаний відповідно до табл. 8.3 [1] і зведені в табл. 3.1.

1. Прогин валу посередині муздрамтеатру під тиском сили тяжіння ротора.

fG = (Sb ∙ a2 + Sa ∙ b2) = ∙ (468,414 ∙ 102 ∙ 182 ∙ 10-4 + 327,408 ∙ 102 ∙ 20,62 ∙ 10-4) = 413 ∙ 10-8 м

[Sb = 468,414 ∙ 102м-1 і Sa = 327,408 102 м-1взяти з табл. 3.1

Gp = 9,81 ∙ mp = 9,81 ∙ 13,15 = 129Н; mp = 6500 ∙ D22 ∙ ℓ 2 = 6500 (107,4 ∙ 10-3) 2 ∙ 175,4 ∙ 10-3 = 1,15 кг ]

2. Прогин валу посередині муздрамтеатру ротора від поперечної сили муфти:

fn = [( ℓ ∙ S0-Sв) ∙ а + Sab] = ∙ [( 38.8 ∙ 10-2 ∙ 25,4 ∙ 104 - 468,414 ∙ 102) ∙ 18,4 ∙ 10-2 +327,408 ∙ 102 ∙ 20,6 ∙ 10-2] = 668,5 ∙ 10-8 м

[Fn = Kn ∙ Mком / R = 0,3 ∙ 23,875 / 0,5 ∙ 84 ∙ 10-3 = 170,536 Н]

Dм - діаметр по центрах пальців муфти = 84 мм

Мком = 9550 Рном / nном = 9550 = 23,875 Н ∙ м

3. Первісне зсув ротора.

е0 = 0,1 ∙ δ + fc1 + fn = 0,1 ∙ 0,5 ∙ 10-3 + 413 ∙ 10-8 + 668,5 ∙ 10-8 = 0,0060815 ∙ 10-2м

4. Початкова сила одностороннього магнітного тяжіння:

Т0 = 2,94 D2 ∙ ℓ 2 ∙ 105 = 2,94 ∙ 107,4 ∙ 10-3 ∙ 175,4 ∙ 10-3 ∙ 105 = 673,631 Н

D2 - діаметр ротора; ℓ 2 - довжина ротора без радіальних каналів.

5. Прогин від сили Т0.

fт = fa ∙ T0 / Gp = = 0,00215666 ∙ 10-2 м

6. Сталий прогин валу від одностороннього магнітного притягання

FМ = = = 0,00334172 ∙ 10-2 м

де m = fT/e0 = 0,00215666 ∙ 10-2/0, 0060815 ∙ 10-2 = 0,35462633

7. Сумарний прогин посередині муздрамтеатру ротора.

f = FМ + fa + fn = 0,00334172 +413 ∙ 10-8 + 668,5 ∙ 10-8 = 4423,22 ∙ 10-8 м

тобто становить 8,85%, що допустимо.

8. Критична частота обертання.

nкріт = 30 = 30 = 11859,103

11860> 1,3 nном

9. У розрахунку на міцність приймаємо коефіцієнт перевантаження К = 2, α = 0,6.

Напруга на вільному кінці валу в перетині А.

Міа = К ∙ Fn ∙ Zi = 2 ∙ 170,536 ∙ 6,7 ∙ 10-2 = 22,865 Нм

Wa = 0,1 ∙ d3 = 0,1 ∙ (2,8 ∙ 10-2) 3 = 2,2 ∙ 10-6 м3

GпрА = = = 166,616 ∙ 105 Па

10. Напруга в перетині Б.

МІБ = К ∙ Fn ∙ Zi = 2 ∙ 170,536 ∙ 13,5 ∙ 10-2 = 46,072 Нм

Wa = 0,1 ∙ d3 = 0,1 ∙ (3 ∙ 10-2) 3 = 2,7 ∙ 10-6 м3

GпрА = = = 200,94 ∙ 105 Па

11. Напруга в перетині Є.

Міє = К ∙ Fn ∙ З ∙ (1 - ) + (Ср + Т) = 2 ∙ 170,536 ∙ 18 ∙ 10-2 (1 - ) + (129 +1043,784) = 78,14 Нм;

де Т = Тс / (1-m) = 673,631 / (1-0,3546) = 1043,784 Н

WЕ = 0,1 ∙ d3 = 0,1 ∙ (3,7 ∙ 10-2) 3 = 5,0653 ∙ 10-6 м3

GпрЕ = = = 164,3075 ∙ 105 Па

12. Напруга в перетині Д.

МЗС = 2 ∙ 170,536 ∙ 18 ∙ 10-2 (1 - ) + (129 +1043,784) = 60,198 Нм

Wд = 0,1 ∙ (4,1 ∙ 10-2) 3 = 6,8921 ∙ 10-6 м3

GпрД = = 96,731 ∙ 105 Па

13. Напруга в перетині Г.

МіГ = [K ∙ Fn ∙ C + (Gp + T) b] = [2 ∙ 170,536 ∙ 18 ∙ 10-2 (129 +1043,784) ∙ 20,6 ∙ 10-2] = 23,427 Нм

Wг = 0,1 ∙ (4 ∙ 10-2) 3 = 6,4 ∙ 10-6 м3

GпрД = = 57,826 ∙ 105 Па

14. Напруга в перетині Ж.

МіЖ = [K ∙ Fn ∙ C + (Gp + T) b] = [2 ∙ 170,536 ∙ 18 ∙ 10-2 (129 +1043,8) ∙ 20,6 ∙ 10-2] = 71,842 Нм

WЖ = 0,1 ∙ (4,1 ∙ 10-2) 3 = 6,8921 ∙ 10-6 м3

GпрЖ = = 112,221 ∙ 105 Па

Для сталі марки 45 межа плинності дорівнює 3600 ∙ 105 Па.

З зіставлених даних випливає, що найбільш навантаженим є перетин А, для якого

Gпр = 166,616 ∙ 105 Па <0,7 ∙ 3600 ∙ 105 Па.

Таким чином, вал задовольняє всім вимогам механічних розрахунків.

Таблиця 3.1.

4. Технологічний процес виготовлення обмотки статора

4.1. Основні технологічні операції

Фактично технологічний процес виготовлення обмотки статора зводиться до наступних основних операцій:

1. Пазоізоліровка.

2. Намотування або укладання в пази котушкових груп.

3. Заклеювання обмотки в пази.

4. Бандажування лобових частин.

5. Просочення.

6. Сушка.

7. Випробування.

Нижче ці операції описані докладно.

Крім перерахованих основних є заготівельні процеси. До них належать: порізка рулонів ізоляційного матеріалу на ролики для подальшого виготовлення з них пазових коробів, кришок та інших деталей; виготовлення міжфазних прокладок; порізка трубчастих ізоляційних матеріалів; виготовлення висновків обмотки з монтажних проводів.

При ручній укладанні обмотки до заготівельних процесів відносять також намотування котушок.

У серії 4А весь комплекс статорообмоточних операцій для двигунів потужністю до 100 кВт механізований. Перша операція - ізолювання пазів статора здійснюється на верстатах напівавтоматах моделей ІПС-3-4; ІПС-5М; ІПС-8; ІПС-4 вітчизняного виробництва конструкції ВНІІТелектромаш. У верстаті матеріал формується за формою паза і подається в паз статора. Зусилля подачі коробочки у паз контролюється запобіжною муфтою. Верстати легко перебудовуються на різні частини пазів і на різні виконання статорів.

Найбільш часто застосовується конструкція пазової ізоляції, розроблена з урахуванням вимог машинних процесів, показана на рис. 4.1, а. Так як пазовий

Рис. 4.1 Конструкція пазової ізоляції з основними розмірами.

короб 3 відкритий, тобто бічні кромки його розімкнуті, всередину короби поверх котушки 2 встановлюють пазову кришку 1 таким чином, щоб бічні сторони короба і кришки взаємно перекривалися. Значення цього перекриття вибирають з умов забезпечення необхідної електричної міцності ізоляційної конструкції. Якщо в одному пазу знаходяться боку двох котушок, їх поділяють міжшарової прокладкою 4.

У розглянутій конструкції ізоляції пазова кришка одночасно з функціями ізоляційної деталі виконує роль клина, закріплювального котушку в пазу, тому її називають кришкою-клином, а процес установки - заклинюванням обмотки. Пазовий короб має манжети 5 (рис 4.1, б), що фіксують його в пазу в поздовжньому напрямку. Частіше за інших застосовують просту конструкцію з одинарними манжетами. На рис. 4.1 б, в зазначені основні розміри короби, а на рис. 4.1 г - кришки.

Наступна операція-укладання обмотки в пази статора. Верстати для укладання обмотки працюють за двома різними схемами: 1) безпосередня укладання провідників у паз, 2) роздільна намотування секції і пересипання їх у пази статора. На верстатах безпосереднього укладання провід простягається через ролики в фильеру проводоводітеля. На ньому встановлені спеціальні кільця, за допомогою яких провід протягують в паз і закидається на пластини і гаки, що утворюють лобові частини. Проводоводітель робить складні зворотно-поступальні рухи уздовж осі (провід проводиться через паз) і обертальні навколо осі статора (утворюється лобова частина). Приклад такого верстата серії WST-600 («Електромат» Німеччина).

Більш ефективними є верстати роздільної намотування. Комплекс цього верстата складається з двох агрегатів. На першому намотуються на шаблони секції, які на спеціальній оправці переносяться на другий агрегат з встановленим на ньому сердечником статора. Тут секції втягуються в паз на один хід, після чого проводиться закліновка рулонним синтетичним матеріалом. Прикладом такого обладнання служить комплекс верстатів НК-7 і ЗСР-3, розроблених ВНІІТелектромаш. Далі виробляється намотування котушкових груп електродвигуна. Шаблон розміщується на планшайбі шпинделя верстата. За допомогою розкладчика здійснюється однорідна намотування. Всі операції (намотка, обрізка, пересипання на знімач і т.д.) виробляються автоматично від гідросистеми. Котушки укладають на оправлення, куди встановлюється статор, закріплений на рухомий каретці. Відбувається одночасне всмоктування і заклинювання в пазах. Рухома каретка переходить на формувальну позицію, де відбувається віджимання лобових частин. Для всмоктування другого ярусу котушок цикл повторюється.

Опресування статори бандажіруются на верстатах типу БС, розроблених ВНІІТелектромаш. Бандажування проводиться лавсановий шнуром підвищеної міцності, при цьому голка проходить в просвіти між котушками, робить петлю і затягує її. Після бандажування статор відчувають і посилають на просочення.

Технологічний процес просочення обмоток: електричних машин є невід'ємною частиною процесу виготовлення електродвигунів. Стосовно до сучасних електричним машинам він повинен забезпечувати:

цементацію провідників обмотки, що попереджає вібрацію окремих провідників і стирання ізоляції;

підвищення теплопередачі від провідників, що лежать в пазах, до сердечника;

створення додаткового захисту від зволоження ізоляції провідників і дії; агресивних середовищ.

Ці умови задовольняються при використанні сучасних просочувальних складів основою яких є головним чином синтетичні смоли. Існують різні способи введення просочувального складу в обмотки. Вибір способу диктується конструктивними особливостями просочуємо виробів, застосовуваним просочувальним складом, характером виробництва виробів.

Просочення статорів двигунів з висотами осі обертання до 180 мм здійснюється крапельним (струменевим) методом просочувальними складами без розчинників на спеціальних роторних установках УПС конструкції ВНІІТелектромаш. До основних переваг крапельного методу відносяться:

значне скорочення тривалості процесу просочення й термообробки обмоток;

* Відсутність необхідності в зачистці поверхонь пакетів від напливів просочувального складу;

* Дуже малі втрати просочувального складу;

* Хороше заповнення обмотки смолою при одноразовому просочення;

* Хороша цементація витків обмотки;

* Компактне технологічне обладнання, що вимагає невеликих виробничих площ; * можливість автоматизації процесу просочення й термообробки;

* Зниження трудомісткості процесу просочення й термообробки;

* Зниження витрати електроенергії, особливо при струмового нагріванні обмоток;

* Мале виділення летких, відсутність вибухонебезпечного середовища, що дає можливість вбудовувати технологічне обладнання в поточно-механізовані лінії виготовлення сердечників статорів або якорів.

Основна перевага складів без розчинників в тому, що процес їх полімеризації протікає протягом 15-30 хв, в той час як полімеризація основи лаків з розчинниками вимагає 8-10 ч. Оскільки лаки з розчинниками містять до 50% (основи) смоли, а без розчинників - близько 100%, заповнення обмоток смолою при застосуванні останніх у 2 рази більше, ніж при просочення лаками з розчинниками, тобто поліпшується якість просочення, збільшується теплопровідність системи ізоляції, підвищується надійність обмотки. При просочуванні лак подається регульованою цівкою з сопла на лобову частину обмотки, статор в цей момент повільно обертається, вісь його нахилена у вертикальній площині. Лак розтікається по провідниках лобовій частині, затікає в паз. Статор при цьому нагрівається пропускається по обмотці струмом промислової частоти, що сприяє спочатку процесу підвищення жидкотекучести лаку, зменшенню його в'язкості, а потім - отверждению. Після просочення обмотку сушать. Чим вище температура сушіння, тим швидше видаляється волога з обмотки, проте не можна перевищувати температуру, яка визначається нагревостойкость ізоляції, щоб уникнути її прискореного старіння. Значно швидше відбувається сушіння під вакуумом. Перед вакуумної сушкою обмотки прогрівають при атмосферному тиску. Після сушіння обмотку піддають контрольним випробуванням.

При випробуваннях обмотка піддається дії підвищених напруг, струмів, швидкостей обертання. Обмотки контролюють і відчувають після виготовлення елементів обмотки, після укладання обмотки в пази, після складання машини і в процесі експлуатації.

Після виготовлення елементів обмотки їх контролюють і відчувають, щоб не допустити укладання в пази завідомо негідних котушок. Уклавши обмотку в пази, виявляють ослаблення і порушення ізоляції, що відбуваються в процесі укладання обмоток в пази, так як це не можна перевірити у зібраній машині. При випробуваннях зібраної машини перевіряють надійність обмоток при підвищених швидкостях обертання і під навантаженням.

4.2. Стандартизація

На сучасному рівні промислового розвитку без широкого застосування уніфікації і стандартизації неможлива організація рентабельного виробництва та експлуатації електричних машин. Стандартизацією вирішуються завдання зменшення витрат на виробництво та експлуатацію електричних машин, а також завдання мінімізації витрат суспільної праці на генерування, передачу електричної енергії та її перетворення в механічну. Для досягнення цієї мети з позицій споживача бажано для кожного конкретного механізму мати спеціальну електричну машину. З позицій виробника бажано в максимальній мірі зберегти номенклатуру електричних машин і отримати мінімум витрат праці при їх виробництві, а також експлуатаційному обслуговуванні та ремонті.

Виходячи з цього, стандартизація електричних машин має ряд особливостей. Споживачеві стандартизація повинна забезпечити можливість отримання електричних машин з необхідними електромеханічними характеристиками, можливість підключення електричної машини до електричних мереж, її сопрягаемость з виробничими механізмами і можливість її заміни при необхідності іншої однотипної машиною, виготовленої іншими фірмами або заводами.

Виробникові електричних машин стандартизація повинна забезпечити можливість випуску більшого різноманіття машин при мінімальній перебудові технології та обладнання для збереження при цьому масового або великосерійного характеру виробництва.

Для задоволення цих вимог стандартизація електричних машин будується за ієрархічним принципом. Основу цієї системи складають групи стандартів верхнього, середнього і нижнього рівнів.

Група стандартів верхнього рівня, так звані, основоположні, поширюється на всі види і типи машин. Ряд груп стандартів, що поширюються на окремі види машин, відносяться до середнього рівня, і ряд стандартів на конкретні сукупності машин - до нижнього рівня.

До групи основних стандартів входять ГОСТ, забезпечують конструктивну сумісність з виробничими механізмами і взаємозамінність машин, ряди номінальних напруг, частот струму і частот обертання, з якими дозволяється проектувати і виготовляти електричні машини. У цю ж групу входять ГОСТ, визначають єдину термінологію, єдині методи випробувань, єдині вимоги стійкості до зовнішніх впливів.

Стандартизація електричних машин базується на кількох принципах:

1) повинно бути згруповано для уніфікації і подальшої стандартизації все те, що прямо не перешкоджає отриманню будь-яких необхідних споживачам характеристик електричних машин;

2) повинні бути стандартизовані конструктивні параметри, що забезпечують максимальну вигоду як виробникові, так і споживачеві за рахунок конструктивної взаємозамінності складових частин і машини в цілому;

3) повинні бути створені обмежувальні стандарти, що виключають можливість створення електричних машин з дуже близькими чи збігаються за основними параметрами характеристиками.

Розробка та встановлення технічних нормативів і норм на конкретні групи і види електричних машин здійснюється на основі об'єднання їх у групи однорідної народногосподарської продукції - продукції, що володіє однаковими принципами дії і властивостями, загальними значеннями основних конструктивно - технологічних параметрів і однаковим чи подібним цільовим (функціональним) призначенням .

5. Шум і вібрація електричних машин

Людський організм піддається впливу змішаних навантажень, а в традиційних електричних машинах - шуму і вібрації. Вплив шуму підвищеного рівня гучності на людський організм може негативно позначається на нервовій системі людини в цілому, а також може пошкодити слуховий апарат. Сильна короткочасна вібрація робить фізична і фізіологічний вплив на людину. численні спостереження показують, що робота, і особливо відпочинок, при підвищених рівнях гучності шуму призводить до підвищення кров'яного тиску і дратівливості. Загальне самопочуття погіршується, а працездатність, особливо при розумовій праці, знижується.

Джерелами є:

а) Електромагнітні сили. Ці сили діють в повітряному зазорі між статором і ротором і мають характер обертових або пульсуючих силових хвиль. Їх величина залежить від електромагнітних завантажень і деяких конструктивних і розрахункових параметрів активного ядра машини. Викликаючи електромагнітними силами вібрація залежить від характеристик статора як коливальної системи. У більшості типів електричних машин значення магнітної вібрації в діапазоні 100-4000 Гц.

б) Підшипники кочення. Інтенсивність звуку цього джерела залежить від наступних чинників: від якості виготовлення самих підшипників; від точності обробки місць під посадку підшипників і замків у щитах для їх фіксації щодо корпусу машини; від властивостей підшипникових щитів, які при невдалих конструктивних формах можуть бути інтенсивними випромінювачами шуму, збуджуваного підшипниками;

в) Аеродинамічні сили. Інтенсивність звуку вентиляторів і вентиляційних каналів електричної машини залежить від того, наскільки добре з точки зору аеродинаміки та акустики вони сконструйовані. Особливу увагу тут приділяється також конструювання тонкостінних повітроводів, які можуть бути інтенсивними випромінювачами шуму. Добре виконана в аеродинамічному відношенні електрична машина не містить в спектрі шуму дискретних складових;

г) Механічна незбалансованість роторів. Ротор збуджує відчутні вібрації особливо у швидкохідних машинах з частотами обертання 3000 об / хв і вище. Зменшення небалансу ротора досягається динамічним зрівноважуванням ротора на балансувальному верстаті або, в особливих випадках, у зібраній машині. Надзвичайно важливим є процес виготовлення ротора, при якому була б досягнута максимальна монолітність обертових обмоток;

д) Тертя щіток про колектор або контактні кільця. Порушуваний тертям шум є переважно високоякісним, особливо проявляється в великих машинах постійного струму з великим щітковим апаратом.

Методика розрахунку вібрації електричної машини багато в чому залежить від характеру сил і місць їх застосування. Наприклад, причинами низькочастотної вібрації (від 1 до 100 Гц) в машинах з частотою обертання до 3000 об / хв є: небаланс ротора; неспіввісність приводів окремих агрегатів; порушення геометрії цапф; подвійна жорсткість ротора. Динамічна модель для дослідження таких коливань складається звичайно з 2-3 зосереджених мас, пов'язаних між собою пружними безінерційні елементами. Вся машина розглядається як єдина пружна система, дослідження властивостей якої здійснюється зазвичай методами прикладної теорії коливань.

У діапазоні середніх і високих частот вібрація збуджується електромагнітними силами і підшипниками кочення. Динамічна модель представлена ​​у вигляді сукупності радіальних каналів, по яких коливання поширюються від точок докладання зусиль до обраних точках спостереження. Найбільшу інтенсивність має вібрація, порушувана основний хвилею обертового магнітного поля. Частота цієї вібрації дорівнює подвоєній частоті живильної мережі.

Вібрація окремих елементів конструкції електричної машини може бути розрахована методом електромеханічної аналогії. Суть методу в тому, що будь-які механічні коливальні системи можуть бути замінені еквівалентними електричними ланцюгами. В якості основи для побудови аналогії між механічними та електричними системами використовуються диференціальні рівняння, що описують коливальні процеси, що відбуваються у системах.

Вібрація статорів асинхронних машин, порушувана електромагнітними силами

Основним джерелом магнітного шуму є не коливання зубців або полюсів, безпосередньо до яких докладено електромагнітні сили, а коливання ярма статора. При розрахунках ярмо статора представляється у вигляді циліндричної оболонки, на яку впливає система з r числом хвиль, які періодично змінюються в часі і симетрично розподілених по колу радіальних і тангенціальних сил.

При r = 0 статора вібрує, як пульсуючий циліндр (розтягнення-стиснення). Частота власних коливань кільця статора ω0 = .

При r = 1 всі сили, що збуджують цей вид коливань, приводяться до однієї обертається результуючої силі, прикладеної в центрі ваги машніх.

ω0 = f (α) .

При r ≥ 2 (найбільш часто зустрічаються в практиці) частота власних коливань ярма статора машин змінного струму може бути розрахована за формулами:

при ≤ 1,0;

ω0 = r (r2 -1) при > 1,0;

де Х = h2 / (12R2c)

m - маса, яка припадає на 1 см2 середньої циліндричної поверхні ярма;

h - висота спинки статора, см;

Rc - середньої радіус ярма, см;

Е - модуль пружності, Н/см2.

Параметри коливальної системи, еквівалентній статора: коливається маса (в кг).

mc = мc / (2πRc ∙ ℓ t),

де мc - повна маса пакета заліза статора з обматкой або станини з полюсами;

ℓ t - активна довжина ярма;

наведена податливість статора дорівнює:

для коливань при r = 0 λс = R2c / (Eh);

для коливань при r ≥ 2

при ≤ 1,0;

λс =

(1 +3 r2X) при > 1,0

Повне механічний опір статора при частоті ω збуджуючих сил Zc = ω mc -1 / (ωλc).

Швидкість коливань на поверхні осердя статора в = р0/Zc, тут р0 = р01R0 / Rc,

де Р01 - питома сила, що діє в повітряному зазорі, Н/см2;

R0 - радіус розточки статора, див.

При жорсткому кріпленні машини до фундаменту просторові форми коливань статора спотворюються. Тому при дослідженнях віброакустичних характеристик машин прийнята методика, при якій машина встановлюється на амортизатори, чим виключається вплив фундаментів.

У машинах змінного струму пакет заліза статора переважно жорстко кріпиться в корпусі, тому необхідно врахувати опір корпусу:

Zк = ω mc -1 / (ωλк).

При цьому коливальна швидкість на поверхні корпусу

2 = р0 / (Zc + Zк).

Величини Mк і λк розраховуються аналогічно розрахунку mс і λс.

Вплив режиму роботи на рівень гучності магнітного шуму.

Розрахунок радіальних сил в режимі холостого ходу може бути проведений за формулами:

Р1 = 20В2δ і Рυμ = 40Вυ ∙ Вμ

1) Основна хвиля магнітного поля при переході від навантаження до режиму холостого ходу практично не змінює свою величину;

2) Вищі гармоніки обмотки статора Вυ і ротора Вμ змінюють свою величину пропорційно I1/I0r і I/2/I0r відповідно. Тому рівень вібрації, порушуємо цими гармоніками полів, при переході від навантаження до режиму холостого ходу повинен знизитися на значення

ΔL = 20lg -20lg

Аеродинамічний шум

Основні причини виникнення:

1. Шум вентилятора, обумовлений зривистим вихорами від розсічення повітряного струменя крайками лопаток та дисками вентилятора.

2. Шум обертання ротора, обумовлений зривом вихорів з його поверхні від розсічення повітряного струменя головками обмоток ротора або виступаючими кінцями стрижнів білячої клітини короткозамкнених роторів.

3. Шум повітряних потоків, що викликаються зривом вихорів з нерухомих перешкод у вентиляційних шляхах. Наприклад, на решітках вхідних і вихідних вікон, з ребер статора, лобових частин обмоток статора і ін

4. Звуки, що викликаються тим, що повітряний потік на виході з вентиляторного колеса зустрічає на своєму шляху перешкоди у вигляді ребер, прохідних шпильок і ін деталей.

5. Тональні звуки дискретної частоти, викликані періодичними коливаннями тиску на окремих ділянках аеродинамічній ланцюга. Наприклад, при пульсаціях потоку повітря, що виходить з радіальних вентиляційних каналів ротора і входить в радіальні вентиляційні канали статора.

Загальні рівні гучності шуму електричних машин на відстані 0,5 м від корпусу в точці з максимальним рівнем розраховують за наступними наближеним формулами: L = 10lgP +20 lgn +5, машини захищеного виконання з самовентиляцією, де Р - потужність машини, кВт; n - частота обертання, об / хв;

машини з замкнутою самовентиляцією:

L = 10lgP +20 lgn;

машини закриті з водяним охолодженням:

L = 10lgP +20 lgn -10;

машини з незалежною вентиляцією, шум яких визначається шумом вентилятора:

L = 14lgP +80, де Р - потужність вентилятора, кВт.

Коливання ротора.

Коливання валу з одного зосередженої масою сердечника ротора викликають додаткові навантаження на підшипникові опори і відповідно шум і вібрацію.

Проблема математичного опису коливання роторів надзвичайно складна, тому тут не розглядається.

Зрівноважування роторів

Однією з основних причин вібрації ротора і всієї машини в цілому є неврівноваженість ротора (небаланс). Три можливі випадки його небалансу:

Статичний - відцентрова сила небалансу викликає на опорах однакові за значенням і співпадаючі по фазі вібрації: А1 = А2;

Динамічний - пара відцентрових сил небалансу викликає на опорах однакові за значенням і протилежні по фазі вібрації: А1 =-А2;

Змішаний - залишковий небаланс ротора призводить до пари сил і до радіальної силі, прикладеної в центрі ваги ротора; вібрації опор тут різняться як за значенням, так і по фазі: А1 ≠ А2.

Найбільш поширений у практиці - змішаний. Ці види небалансу можуть бути усунені шляхом установки додаткових вантажів, які призвели б до компенсації. Зазвичай вантажі встановлюють у двох площинах ротора, у спеціальних кругових канавках з радіусом r. Наприклад, при статичному небалансу mнеб = (e / r) М,

де М - маса ротора, е - зсув центру ваги ротора.

= Мω2е / ​​Zм - швидкість коливання опор.

А1 = Мωе / Zм = mнеб (ω r / Zм) = mнеб ∙ К - амплітуда вібрації,

де Zм = механічне сопротівленііемашіни.

Величина ω r / Zм = К характеризує балансуючу чутливість машини.

Тепловий небаланс викликається нерівномірним нагрівом або охолодженням активної зони ротора і зустрічається в турбогенераторах з повітряним і безпосереднім водяним охолодженням.

Вібрація машин, порушувана небалансів

Ротори різних типів електричних машин мають свої конструктивні особливості, тому піддаються врівноважування з різним ступенем тяжкості.

Найвища точність може бути досягнута в асинхронних двигунах з короткозамкненим ротором. Ротори цих машин термічно стабільні в часі і практично не змінюють свій небаланс в експлуатації.

Якорі машин постійного струму і явно полюсні ротори синхронних машин мають більш високий залишковий небаланс. Стабільність вібрації зазначених машин досягається особливою технологією формування й запічку колекторів і обмоток роторів.

Найвищі вібрації спостерігаються в машинах із гнучкими роторами, у яких робоча частота обертання вище першої та другої критичної. Ротори цих машин особливо чутливі до теплової несиметрії і вимагають додаткової балансування ротора у зібраній машині.

При розробці норм на допустимий залишковий небаланс роторів електричних машин і викликані їм вібрації виходять з необхідності виконання наступних вимог:

1) забезпечити відсутність втомних руйнувань протягом інсталяційного терміну служби машини;

2) рівень вібрації електричних машин не має відбиватися на якості технологічних процесів;

3) вібрація машин при їх експлуатації не повинна мати шкідливого фізичного впливу на людину.

У залежності від розмірів і вимог до виконання машини її відносять до одного з класів вібрації, які позначаються індексами, відповідними максимально допустимої для даного класу вібраційної швидкості Vеф. max (в мм за сек): 0,28; 0,45; 0,71; 1,12; 1,8; 2,8; 4,5; 7,1. За стандартом НСО-2372-74 двигуни потужністю до 15 кВт, що вбудовуються в основний механізм, відносять до класу вібрації 18,, великі машини на важких фундаментах - 4,5.

Вібрація машини, порушувана небалансів, практично не піддається розрахунку через неможливість визначити розподіл залишкової неврівноваженості у всьому обсязі ротора. У самому простому випадку, коли в роторі є чисто статичний небаланс, центр тяжіння машини збігається з центром ваги амортизуючого кріплення, розрахунок вібрації виробляють як для одномасової системи, в якій розрахунковими елементами є маса машини і жорсткість амортизації. При гнучкому роторі, жорсткість якого порівнянна з жорсткістю амортизації, розрахунок виробляють як для двухмассовой системи, в якій розрахунковими елементами є маси статора і ротора, а так само жорсткість ротора при вигині і жорсткість амортизації. Вібрація машини в дБ, виміряна щодо прискорення, буде тим вище, ніж швидкохідні машина.

Джерела вібрацій підшипників кочення.

При виготовленні деталей підшипників мають місце відхилення в межах допусків, нормованих відповідними ГОСТ. Цими відхиленнями в значній мірі обумовлені вібрація і шум підшипників. Найбільш істотні: радіальний і осьової бій кілець, овальність, гранность і конусность кілець; разномерность, овальність і гранность кульок; допуски в гніздах сепараторів; хвилястість і шорсткість доріжок кочення.

Класи точності виконання підшипників: Н - нормальної, П - підвищеного, В - високого, А - особливо високої, З-надвисокої.

1. Радіальний бій внутрішнього кільця підшипника викликає вібрації, подібні залишковим небалансу ротора. Радіальний бій зовнішніх кілець порушує співвісність в підшипникових вузлах. Бічне биття торців внутрішніх і зовнішніх кілець викликано їх непаралельністю величина зазначеного бою тим менше, чим вище прецизійність підшипника.

2. Овальність і конусність кілець допускається в межах 0,5 допуску на діаметр для підшипників класу Н і 0,25 для класу С. Овальність кілець є причиною вібрації з подвійною частотою f = 2n/60.

3. Вібрація, порушувана разномерность кульок, залежить від кутової швидкості сепаратора і конкретного розподілу разномерность кульок в підшипнику.

f = , Де r1 і r2 - радіуси доріжок кочення внутрішнього і зовнішнього кілець.

Z - кількість тіл кочення.

4. Овальність і гранность тіл кочення залежить від класу точності підшипників. Для класу С вона в 5 разів менше, ніж для класу Н. Частота вібрації, викликана гранность тіл кочення:

f = , Де D0 - діаметр центрів тіл кочення,

dш - діаметр тіл кочення,

К-число граней.

5. Зазори в гніздах сепараторів - істотне джерело вібрації підшипників. Надмірно великі зазори призводять до зміщення сепаратора на величину зазору і появі вібрації частотою: f = .

Малі зазори можуть бути причиною залягання кульок і порушення кінематики обертання підшипника, що також викликає підвищений шум.

6. Виникаючі в підшипникових вузлах динамічні імпульси від хвилястості не мають періодичного характеру. Спектр вібрацій нестабільний. Хвилястістю вважають поглиблення, що перевищують 0,1 мкм з довжиною хвилі, сумірною з радіусом кульки. Частота, обумовлена ​​хвилястістю:

f = , Де m - число волнистостей по колу доріжки кочення внутрішнього або зовнішнього кільця.

Шорсткість поверхонь кочення має менше значення в шумоутворення підшипників через малу відстань між окремими виступами в порівнянні з радіусами кульок.

Крім зазначених причин, можливі локальні дефекти на доріжках кочення: при транспортуванні - місцевий наклеп доріжок кочення. Частота цієї вібрації: f = , Де К2 - число дефектів на доріжках кочення. Вібрація підшипників порушується також періодичними змінами жорсткості підшипника, при перекочування тіл кочення.

Частота: f = . На рівень вібрації крім жорсткості кілець впливають радіальний зазор і навантаження на підшипник.

Віброізоляція машин

Припустимо, неврівноважена машина встановлюється на фундамент, коливання якого небажані. Завдання полягає в установці машини так, щоб на фундаменті, з яким вона пов'язана, коливання були малими. Рішення зводиться до установки машини на амортизаторах та правильного їх вибору.

Ефективність віброізоляції (в дБ)

ВН = 20lg = 10 lg

При низьких частотах обертання (n = ω/ω0 <<1) віброізоляція амортизаторів = 0, при резонансній частоті ВН негативна і визначається ≈ 10 lg [ω20M2 / (Zф + ω0М2)], тобто при резонансній частоті вібрація фундаменту при пружному кріпленні машини більше, ніж при жорсткому; на високих частотах, тобто за умови n>> 1, ВН = 10 lg [Z2ф n2 + ω20M2 / (Z2ф + ω20М2n2)]. Якщо повний опір фундаменту у багато разів більше повного опору віброізоліруемого механізму, тобто виконується умова ω20М2n2 / Z2ф <<1, то віброізоляція обчислюється:

ВН ≈ 20 lg n = 20 lg (ω / ω0).

При виборі амортизуючого кріплення керуються наступним:

1. Великі машини з малою опорною поверхнею встановлюють переважно на пластинчасті амортизатори. В інших випадках застосовують амортизатори типу АКСС. При особливо жорстких вимогах до віброізоляції машини застосовують амортизатори типу АПС.

2. Кількість опорних амортизаторів визначають з умови забезпечення номенклатурної навантаження на кожен амортизатор і стійкості встановлення. Потрібно мати на увазі, що при недовантаження збільшується число амортизаторів, отже, і жорсткість амортизуючого кріплення. При перевантаженнях скорочується термін служби амортизаторів. При визначенні кількості амортизаторів необхідно враховувати кількість і розташування отворів в опорних лапах.

3. Для зниження вібрації, порушуємо небалансів, необхідно опорні лапи розташувати так, щоб центр жорсткості амортизуючого кріплення був по можливості ближче до центру тяжіння машини.

4. При виборі схеми розташування амортизаторів не слід враховувати зручності монтажу і заміни амортизаторів.

Вимірювання шуму електричних машин

Вимірювання шумових характеристик виробляються будь-яким із чотирьох методів:

1) У вільному звуковому полі; 2) у відбитому звуковому полі; 3) за допомогою зразкового джерела; 4) на відстані 1м від зовнішнього контуру машини.

1. Перший метод можна вважати найбільш точним. Він дозволяє визначити всі шумові характеристики машин, у всьому контрольованому діапазоні частот. Недолік: необхідність мати заглушену камеру з гарним звукопоглинальні властивості.

2. Другий метод вимагає ревербераційній камери - приміщення з гарним звукоотраженіем. У порівнянні з заглушеній її конструкція простіше, дешевше і зручніше в експлуатації. Але в ревербераційній камері дуже важко забезпечити необхідну звукоотраженіе на низьких частотах, тому вимірювання в ній можливі тільки в діапазоні частот не нижче 124 Гц. Незручність: не дозволяє виміряти рівень гучності звуку в (дБ), хоча саме ця величина - основна при контрольних випробуваннях. Недолік: неможливість визначення характеристики спрямованості випромінювання, т.к. У всіх точках дифузного поля рівні гучності шуму однакові. Перевага: відпадає необхідність дотримання точного відстані від точок вимірювання шуму до випробуваної машини.

3. Знаючи істинні шумові характеристики зразкового джерела, заздалегідь зняті в умовах вільного поля, і фактично того ж зразкового джерела, виміряного в даному приміщенні, можна судити про те, наскільки ці характеристики відрізняються від умов вільного поля. В даний час немає достатнього досвіду в застосуванні методу зразкового джерела.

4. Четвертий метод вимірювання - основний. Для машин розміром до 0,75 м він забезпечує точність визначення всіх шумових характеристик. Для більш великих машин відстань 1 м не гарантує виходу за межі «ближнього» звукового джерела.

Цей метод дозволяє визначити нормовану характеристику шуму, спрощує вибір точок вимірювання. Для великих машин дозволяє мати менші розміри заглушеній камери.

Проведення вимірювань та обробка результатів

Отримані результати вимірювань обробляються в наступному порядку:

1. Якщо різниця між рівнем гучності звуку, виміряним при працюючій машині і рівнем гучності перешкод складає 6-9 дБ, то поправка, що враховує вплив перешкод, буде 1дБ, якщо різниця 4-5 дБ, то поправка буде 2дБ. Ця поправка віднімається від рівня гучності звуку, виміряного при працюючій машині. При різницях більше 9 дБ, поправка не вноситься.

2. Проводиться усереднення рівнів гучності звуку виміряних в декількох точках всередині машини. Якщо усереднені рівні відрізняються один від одного менше ніж на 5 дБ, то за середній рівень береться їх середнє арифметичне значення, якщо більш ніж на 5 дБ, усереднення проводиться за формулою: La = 10 lg ( ) -10 Lg n,

де La - рівень гучності шуму в i-ої точці вимірювання на відстані 1 м від корпусу,

n - число точок вимірювання.

При типових випробуваннях додатково вимірюються рівні звукового тиску в точці з максимальним рівнем звуку.

6. Питання техніки безпеки та охорони праці

6.1 Техніка безпеки при виробництві статорної обмотки АТ

При виробництві обмотки статора АД відбуваються такі технологічні операції: ізолювання пазів, намотування котушок, укладання котушок у пази; заклинювання котушок в пазах, разжим лобових частин; осадку котушок в пазах для двошарових обмоток; установку міжфазних ізоляції; з'єднання пайкою або зварюванням кінців котушкових груп фаз ; освіта висновків обмотки; ізолювання, місць з'єднань; ув'язку і закріплення висновків і міжгрупових переходів; формування, бандажування і калібрування лобових частин, випробування обмотки, просочення обмотки.

Наявність рухаються з великою швидкістю деталей верстатів при виконанні операцій ізолювання пазів, намотування котушок і т.д. пред'являє такі вимоги до робітників:

вони повинні мати відповідну кваліфікацію для роботи на даному устаткуванні;

у жінок на голові повинна бути пов'язана косинка, рукави у всіх робочих необхідно підв'язати тасьмами, шарфи і краватки зняти;

персонал повинен користуватися лише справним інструментом, не нехтувати захисними стеклами і окулярами.

Також необхідно з особливою ретельністю стежити, щоб всі обертові частини верстатів (зубчасті передачі, муфти, шківи) були огороджені спеціальними щитами, кожухами або гратами.

При операціях пайки потрібно передбачити витяжну вентиляцію, тому що пари свинцю є сильною отрутою, а також видалити з зони робіт всі легкозаймисті матеріали і забезпечити робочі місця засобами пожежогасіння. При пайку електродуговим паяльником слід захистити очі від сліпучого дії дуги, а також використовувати рукавички, щоб уникнути опіку рук.

На етапах просочення і сушіння обмотки одним з основних шкідливих факторів є наявність в повітрі отруйних випарів від просочувальних матеріалів. Згідно з вимогами санітарії в повітрі робочої зони виробничих приміщень встановлюють гранично допустимі концентрації (ГДК, мг/м3) шкідливих речовин, затверджені Мінздравом РФ перевищення яких не допускається.

Гранично допустимими концентраціями шкідливих речовин в повітрі робочої зони є такі концентрації, які при щоденній роботі протягом 8 годин протягом усього робочого стажу не можуть викликати в працюючих захворювань або відхилень у стані здоров'я, що виявляються сучасними методами дослідження, безпосередньо в процесі роботи або у віддалені терміни. Гранично допустимі концентрації шкідливих речовин у повітрі робочої зони є максимально разовими. Робочою зоною слід вважати простір висотою до 2 м над рівнем підлоги або майданчика, на якій знаходяться місця постійного або тимчасового перебування працюючих.

Контроль за складом повітря повинен здійснюватися постійно в терміни, встановлені санітарною інспекцією. Визначення концентрації газів виконують різноманітними стандартизованими методами, заснованими на хімічних, дифузійних і електричних принципах. Найбільш швидкі з них отримали назву експрес-методів. Експресний лінійно-колористичний метод визначення вмісту шкідливих речовин у повітрі заснований на бистропротекающих кольорових реакціях в високочутливої ​​спеціальної поглинальної рідини або твердій речовині, наприклад силікагелі або фарфоровому порошку, просякнутому індикатором, Порошок, просочений індикатором, поміщають в скляну трубочку, через яку пропускають певний обсяг досліджуваного повітря. У залежності від кількості шкідливої ​​речовини в повітрі порошок забарвлюється на певну довжину, інтенсивність забарвлення також може бути різною. Порівнюючи результати досвіду зі шкалою, визначають зміст шкідливої ​​речовини в повітрі.

Захист людини від впливу шкідливих речовин здійснюється за допомогою заходів, які в ряді випадків слід застосовувати комплексно. Основні з них:

автоматизація і механізація процесів, що супроводжуються виділенням шкідливостей;

вдосконалення технологічних процесів та їх раціоналізація (заміна токсичних речовин нетоксичним, відмова від застосування матеріалів, які пилять, перехід з твердого палива на газоподібне тощо);

вдосконалення конструкцій обладнання, при яких виключаються або різко зменшуються шкідливі виділення в навколишнє середовище, що можливо, наприклад, при герметизації.

Захист від шкідливих газів, паро - і пиловиділення передбачає влаштування місцевої витяжної вентиляції для відсмоктування отруйних речовин безпосередньо від місць їх утворення. Місцеві відсмоктувачі влаштовують конструктивно вбудованими та зблокованими з обладнанням так, що агрегат не можна пустити в хід при вимкненому отсосе.

Особливі вимоги пред'являються також до пристрою приміщень, у яких ведуться роботи із шкідливими і пилять речовинами. Так, підлоги, стіни, стелі повинні бути гладкими, легко миються. У цехах з великими виділеннями пилу виробляють регулярну мокру або вакуумну прибирання.

Індивідуальні засоби захисту. При роботі з отруйними та забруднюючими речовинами користуються спецодягом - комбінезонами, халатами, фартухами тощо, для захисту від лугів і кислот - гумовими взуттям та рукавичками. Для захисту шкіри рук, обличчя, шиї, застосовують захисні пасти: антитоксичні, маслостойкие, водостійкі. Очі від можливих опіків і подразнень захищають окулярами з герметичною оправою, масками і шоломами.

Органи дихання захищають фільтруючими і ізолюючими приладами. Фільтруючі прилади - це промислові протигази та респіратори. Респіратор складається з гумової напівмаски і фільтрів, що очищають вдихаємо повітря від пилу або газів. Ізолюючі дихальні прилади (шлангові або кисневі) застосовують у випадках високих концентрацій шкідливих речовин.

Також необхідно приділити особливу увагу пожежній безпеці:

не застосовувати відкритого вогню та не курити;

обладнати приміщення установками для подачі пари й пінними вогнегасниками;

не допускати ударів металевих предметів один про одного, щоб уникнути іскріння;

ретельно стежити за справністю технологічного обладнання, уникати відхилень від номінальних режимів роботи;

періодично перевіряти працездатність протипожежного інвентарю.

У процесі випробування обмотки статора на електричну міцність необхідно дотримуватися обережності при роботі з високою напругою, користуватися засобами індивідуального захисту та дотримуватися загальних правил електробезпеки, такі як захисне заземлення використовуваного обладнання та робочого місця, захист від випадкового дотику до струмоведучих частин обладнання, контроль і профілактика пошкодження ізоляції. Більш докладно питання електробезпеки при експлуатації обладнання розглянуті в пункті 6.2.

6.2. Електробезпека при експлуатації двигуна

При експлуатації електродвигуна необхідно дотримуватися загальні заходи безпеки, що застосовуються до всього електроустаткування. Робітник повинен бути захищений від удару електричним струмом, а також від пошкоджень, викликаних механічною поломкою машини і навколишнього обладнання. Зокрема, асинхронний двигун, розглянутий в даному дипломному проекті, виконаний за ступенем захисту IP 44, що означає наявність закритого корпусу і здатність працювати в досить жорстких умовах при забезпеченні безпеки робітника.

Електродвигуни, що працюють на виробництві, повинні бути забезпечені всіма видами захистів: від короткого замикання, від перевантаження, від надмірного збільшення частоти обертання. Для захисту від к.з. застосовують запобіжники і автоматичні вимикачі. Номінальні струми плавких вставок запобіжників і расщепителе автоматичних вимикачів вибираються таким чином, щоб відношення пускового струму двигуна до номінального струму вставок плавких було рівним 1,6 до 2. Плавкі вставки калібрують і ставлять клеймо із зазначенням заводу - виробника та номінального струму. Застосування некаліброваних вставок плавких не допускається.

Захист електродвигунів від перевантажень встановлюється у випадках, коли можливе перевантаження з технологічних причин, а також коли при особливо важких умовах пуску або самозапуску необхідно обмежити тривалість пуску при зниженій напрузі. Захист виконується з витримкою часу і здійснюється тепловим реле або іншими пристроями. Захист від перевантаження діє на відключення, на сигнал або на розвантаження механізму, якщо розвантаження можлива.

Якщо електродвигуни розташовуються в запорошених приміщеннях або з підвищеною вологістю, то до них необхідне підведення чистого охолоджувального повітря. Щільність тракту охолодження (корпусу електродвигунів, повітроводів, засувок) перевіряється не рідше 1 разу на рік.

Напруга на шинах розподільних пристроїв повинно підтримуватися в межах 100 - 105% від номінального. Для забезпечення довговічності двигунів використовувати їх при напрузі вище 110 і нижче 95% від номінального не рекомендується.

Необхідно також періодично проводити огляди, капітальні та поточні ремонти згідно з планом експлуатації двигуна.

Електродвигуни аварійно відключаються від мережі у наступних випадках:

при нещасних випадків з людьми;

поява диму або вогню з двигуна або з його пускорегулювальної апаратури;

поломки приводного механізму, появи ненормального стуку;

при різкому збільшенні вібрації підшипників агрегату, нагріві підшипників понад допустимої температури.

При обслуговуванні електричних установок можливі випадки, коли металеві конструктивні частини, нормально не є струмоведучими та не перебувають під напругою, електрично з'єднуються з елементами ланцюга електричного струму і отримують внаслідок цього потенціал, відмінний від потенціалу землі. Замикання, що виникає в машинах, апаратах, лініях, на нетоковедущие частини конструкції називають замиканням. У цих випадках людина, не має спеціальних засобів захисту (гумових рукавичок, калош і т. п.), може, доторкнувшись до цих частин, опинитися під напругою: через його тіло пройде струм, небезпечний або смертельний для організму.

Для забезпечення безпеки обслуговування електроустановок застосовують захисне заземлення, занулення або захисне відключення. Вибір виду захисту залежить від режиму роботи нейтралі генераторів і трансформаторів.

Нейтралі генераторів і трансформаторів, що з'єднуються із заземлюючим пристроєм через резистор малого опору, називають глухозаземленою (рис.6.1, а). Нейтралі, не приєднані до заземлювальних пристроїв безпосередньо або приєднані через резистори великого опору (наприклад, трансформатори напруги), називають ізольованими (рис. 6.1, б). Електроустановки змінного струму напругою до 1000 В конструктивно виконують глухозаземленою або з ізольованою нейтраллю, а електроустановки постійного струму - глухозаземленою або з ізольованою середньою точкою. У чотирипровідних мережах змінного струму повинно бути обов'язково глухе заземлення нейтралі.

Рис. 6.1 Схеми заземлення в мережах напругою до 1000В.

Захисним заземленням електричної установки називають навмисне з'єднання її неструмоведучих частин із заземлюючим пристроєм, що представляє собою сукупність заземлювача і заземлювальних провідників. Воно широко використовується в електроустановках, що працюють у мережах з ізольованою нейтраллю. При цьому здійснюється безпосередня металевий зв'язок корпусів електрообладнання з землею (див. рис. 6.1, б), що має своєю метою гранично обмежити різницю потенціалів, яка може впливати на людину, одночасно поєднаного з землею і корпусом.

До частин силового обладнання, що підлягає заземленню відносять:

корпуси електричних машин, трансформаторів і апаратів;

приводи електричних апаратів;

вторинні обмотки вимірювальних трансформаторів;

каркаси розподільних щитів, шаф і пультів управління;

металеві конструкції розподільних пристроїв, металеві кабельні конструкції;

металеві корпуси кабельних муфт, металеві оболонки і броні контрольних і силових кабелів, металеві оболонки проводів, сталеві труби для проводів електромережі та інші металеві конструкції, пов'язані з установкою електрообладнання;

знімні або частини, що відкриваються на металевих заземлених каркасах будь-яких електроконструкцій;

металеві корпуси пересувних та переносних електроприймачів.

Заземленню не підлягає електрообладнання, яке за характером свого розташування і способу кріплення має надійний контакт з іншими заземленими металевими частинами установки;

обладнання, встановлене на заземлених металевих конструкціях, що мають у місцях кріплення зачищені і незафарбовані місця;

корпусу електровимірювальних приладів, реле і т.п. встановлені на шафах, щитах і пультах;

знімні або відкриваються на металевих заземлених каркасах будь-яких електроконструкцій.

Для захисту від переходу високої напруги в мережу низької напруги, при пробої ізоляції обмоток трансформаторів у цих установках обмотку трансформатора заземлюють через пробивний запобіжник. У разі потрапляння струму високої напруги в мережу струму низької напруги відбувається електричний пробій пробивного запобіжника і обмотка нижчої напруги трансформатора виявляється заземленою.

Як природних заземлювачів використовують:

свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі;

металеві конструкції будівель (ферми, колони тощо);

металеві конструкції виробничого призначення (підкранові шляхи, каркаси розподільних пристроїв, галереї, майданчики тощо); сталеві труби електропроводок; обсадні труби свердловин; металеві, стаціонарні відкрито прокладені трубопроводи всіх призначень, крім трубопроводів горючих і вибухонебезпечних сумішей, каналізації і центрального опалення .

Якщо природних заземлювачів немає або їх використання не дає потрібних результатів, то застосовують штучні заземлювачі у вигляді стрижнів з кутової або круглої сталі й з газоводопроводних труб.

В електроустановках з глухозаземленою нейтраллю при замиканнях на нетоковедущие частини має бути забезпечено надійне автоматичне відключення пошкоджених ділянок мережі з найменшим часом відключення. З цією метою в електроустановках напругою до 1000 В з глухозаземленою нейтраллю, а також у трьохдротяним мережах постійного струму з глухозаземленою середньою точкою обов'язково занулення - металевий зв'язок корпусів електрообладнання з заземленою нейтраллю електроустановки (рис. 6.2). Провідність фазних і нульових захисних провідників повинна бути обрана такою, щоб при замиканні на корпус виникав струм короткого замикання, що перевищує не менше ніж в 3 рази номінальний струм плавкого елемента запобіжника.

Рис 6.2 Схеми занулення електрообладнання

Схема занулення включає в себе наступні елементи: нульовий провід живильної мережі, заземлення нейтралі джерела живлення (робоче заземлення) і повторне заземлення нульового проводу. Нульовий провід мережі живлення в схемі занулення забезпечує створення ланцюга з малим опором для струму при замиканні фази на корпус і перетворення цього замикання в однофазне коротке замикання. Розрізняють нульовий захисний 03 і нульовий робочий 0Р дроти (див. рис. 6.2, б). Нульовий захисний провід служить для з'єднання занулюючих частин обладнання з глухозаземленою нейтраллю джерела струму, а нульовий робочий провід - для живлення електроприймачів фазною напругою. Однак схеми з поділом нульового проводу виконують рідко. У більшості випадків використовують один нульовий дріт, що одночасно виконує функції і робітника, і захисного (див. рис. 6.2, а).

Як нульові захисних проводів можна використовувати:

нульові робочі, спеціально передбачені провідники (четверта чи третя жила кабелю, четвертий чи третій провід, сталеві смуги і т.п.);

сталеві труби електропроводки;

алюмінієві оболонки кабелів;

металеві конструкції будівель (ферми, колони тощо);

металеві конструкції виробничого призначення (підкранові шляхи, каркаси розподільних пристроїв, галереї, майданчики, шахти ліфтів, підйомників, елеваторів, обрамлення каналів тощо);

6.3 Пожежна безпека при експлуатації двигуна

Багато виробничі процеси супроводжуються значним виділенням пилу. Пил - це тонкодисперсні частинки, які утворюються при різних виробничих процесах - дробленні, розмелюванні і обробці твердих тіл, при просіюванні і транспортування сипучих речовин і т.п. Крім того пилу утворюються при горінні палива. Пилу, зважені в повітрі, називаються аерозолями, скупчення осіли пилу - аерогелю. Промислова пил буває органічна (деревна, торф'яна, вугільна) і неорганічна (металева, мінеральна).

Для забезпечення протипожежної безпеки в приміщеннях з підвищеним вмістом пилу (деревообробні майстерні, борошномельних і т.д.) необхідно забезпечити безперебійну витяжну вентиляцію, а також передбачити необхідні засоби пожежогасіння. Природно, в таких приміщеннях потрібно повністю виключити куріння, використання обігрівального обладнання, не передбаченого в конструкції приміщення. Електродвигуни, що використовуються у приводах, повинні бути вибухо - пожежобезпечною конструкції.

Згідно будівельним нормам і правилам всі виробництва поділяються на п'ять категорій: А, Б, В, Г, Д.

Проектований двигун знаходиться в приміщенні II класу з вогнестійкості категорії В. До категорії В належать виробництва пов'язані з обробкою твердих горючих речовин і матеріалів, а так само рідин з температурою спалаху вище 120 º С.

Пожежна небезпека електроустановок обумовлена ​​наявністю в застосовуваному електрообладнанні ізоляційних матеріалів. Горючої є електрична ізоляція обмоток електричних машин, різних електромагнітів, проводів та кабелів. Всілякі лаки і компаунди, ізоляційне (трансформаторне) олія. бітум, каніфоль, і ряд інших електроізоляційних і конструкційних матеріалів, які є горючими і пожежонебезпечними.

Електроізоляційні матеріали, що застосовуються в електричних машинах, на їхню нагрівостійкості поділяються на сім класів. Для кожного класу встановлена ​​гранично допустима робоча температура.

Виділятимуться ізольованими провідниками теплота викликає підвищення температури. У разі значних перевантажень провідників і особливо при протіканні струмів КЗ, температура ізоляції зростає настільки, що матеріал розкладається з виділенням горючих парів і газів, що і буває зазвичай причиною загоряння ізоляції.

Значну пожежну небезпеку являють комутаційні апарати відкритого типу і відкриті плавкі вставки, у яких при відключенні струму, а так само при перегорянні запобіжником виникає небезпечне іскроутворення. Тому, як правило, рубильники, запобіжники і перемикачі слід застосовувати закритого типу.

Враховуючи пожежну небезпеку електроустановок, ПУЕ встановлюють ряд спеціальних вимог до електроустаткування при установці і монтажі. У процесі експлуатації електроустановок необхідно так само дотримуватися ряду заходів передбачених ПТЕ з урахуванням пожежної безпеки. Система пожежної безпеки передбачає наступні заходи:

- Видалення надлишкового тепла, що виділяється двигунами;

- Максимально можливе застосування негорючих і важко горючих речовин і матеріалів;

- Обмеження кількості горючих речовин та їх належне розташування;

- Ізоляцію займистою середовища;

- Запобігання поширення вогню за межі вогнища;

- Застосування засобів пожежогасіння.

7. Техніко-економічне обгрунтування спроектованого двигуна

7.1. Опис конструкції АТ

Електричні машини мало вступають у фізичний і психологічний контакт з людиною, тому вимога при проектуванні АТ зводяться до забезпечення зручності їх монтажу, встроєний в різні механізми, безпеки при експлуатації, малошумності, максимально можливого охолодження електричної машини і зручності підключення.

До видимих ​​частинах електричної машини відносяться станина, підшипникові щити, кожух вентилятора, ротор. Станина АТ виготовляється методом лиття під тиском. Два підшипникових щита однакові за формою, гладкі. Конфігурація кожуха служить для оптимального обтікання двигуна струменями охолоджуючого повітря. Магнітна система набирається з листів електротехнічної сталі марки 2013. Обмотка статора з м'яких секцій, намотаних круглим мідним дротом. Секції укладаються в пази статора через шліци. Підшипникові щити литі, мають внутрішню замкову поверхню, повністю прилеглу до станини. Також в двигуні є підшипники кочення, легкої серії з пониженням рівня шуму.

7.2. Структурно-функціональний аналіз асинхронного двигуна

Структурно-функціональний аналіз (СФА) застосовується для всебічного вивчення вироби з метою встановлення його головних, основних і допоміжних функцій, для вдосконалення конструкції в напрямку підвищення надійності, безпеки, економічності виробництва та експлуатації при виконанні головної функції. При проведенні СФА весь виріб представляється у вигляді декількох систем, а кожна система розбивається на декілька елементів. Аналіз виявляє зв'язок, верховенство, корисність, функціональність елементів системи. Структура системи - це те, що залишається незмінним при зміні її стану реалізації різних функцій у процесі здійснення системою різних операцій.

Для проведення СФА виділяються головна, основна та допоміжна функції. Функція системи - дія, яку вона виконує для досягнення поставленої мети. Головна функція - незмінне вираз основного призначення виробу, його корисності для досягнення кінцевого результату. Її основна відмінність від інших функцій - незмінність, незалежність від конструктивних модифікацій системи.

Основна функція характеризує призначення елементів вироби, що по можливості стабільно і незалежно від змінюються чинників - матеріали технологія і так далі.

Зайва функція - призначення елемента не бере участь у виконанні основної функції й опиняється непотрібним при виготовленні, або функціонуванні системи.

На підставі СФА виявляються зв'язки між елементами системи. Повний набір механічних зв'язків кожного елемента з іншими здійснюється за допомогою структурної матриці. Матриця зв'язків дозволяє в найбільш простий і наочній формі простежити зв'язку вузлів і деталей, складових виріб. При встановленні цих зв'язків, аналізуються найбільш завантажені і ненадійні вузли та деталі машини, містять найбільшу кількість одиниць в матриці (рис. 7.1 та табл. 7.1).

Таблиця 7.1. СФА АТ

Система асинхронного двигуна для структурно-функціонального аналізу представлена ​​на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Схема для СФА

Матриця механічного зв'язку основних елементів структури асинхронного електродвигуна наведена нижче в табл. 7.2.

Табл. 7.2.

Примітка: 0-відсутність; 1-наявність механічного зв'язку між системами.

Головна функція відрізняється від інших незмінністю, незалежністю від конструктивних модифікацій системи.

Основна - характеризує призначення елементів виробу.

Допоміжна - це результат конструктивних, технічних, або інших рішень для реалізації основної та головної функції.

Повний набір механічного зв'язку кожного елемента з іншими здійснюється за допомогою структурної матриці. У проведеному СФА, виріб було представлено не в його реальній формі, а як комплекс виконують функцій. У процесі аналізу було встановлено головні, основні, і допоміжні функції. Наведений аналіз показав, що всі елементи виробу беруть участь у виконанні головної функції - забезпечення роботи АД при великому пусковому моменті. На підставі даного аналізу був зроблений висновок, що зниження собівартості, підвищення якості потрібно домагатися за рахунок застосування нових матеріалів.

Підвищення ефективності нових машин пов'язане зі зниженням експлуатаційних витрат, тобто підвищення надійності та поліпшенням енергетичних показників, однак це має досягатися без збільшення витрат на виготовлення. Машина загального призначення повинна задовольняти в частині робочих характеристик вимогам діючих стандартів або технічних умов і разом з тим бути економічно ефективною.

Наприклад, при дотриманні зазначених вимог стандартів машина може бути спроектована з високим використанням активних (провідникових і магнітних) матеріалів, мати зменшену масу і, отже вартість. Однак якщо при цьому погіршуються енергетичні показники, то підвищиться вартість втрат енергії.

Для підвищення ефективності машини необхідно скоротити витрати на електротехнічну сталь, обмотувальні дроти, знизити трудомісткість виготовлення. Перехід на більш нагревостойких ізоляцію дозволяє при тій же потужності машини зменшити її габарити. Застосування більш досконалої системи охолодження, нових сортів електротехнічної сталі з кращими магнітними властивостями і меншими питомими втратами, нових електроізоляційних матеріалів призводить до зменшення втрат і обсягу активної частини.

Дані заходи призводять до зниження собівартості двигуна, отже, і його ціни.

7.3. Визначення собівартості і оптової ціни спроектованого двигуна

Трудомісткість виготовлення спроектованого двигуна:

Тн = Тб ³ √ (mмаш.н / mмаш.б) ² = 25 ³ √ (41,8 / 49) ² = 22,49 н · год,

де Тб = 25 н · год - трудомісткість базового двигуна.

Заготівельні маси матеріалів

Маса проводів обмоток

m'м1 = 1,03 mм1. = 1,03 · 3,73 = 3,84 кг.

Маса алюмінію короткозамкнутого ротора

m'ал = 1,05 mал = 1,05 · 1,12 = 1,18 кг.

Маса сталі статора і ротора

m'сΣ = mсΣ = 16,32 кг.

Маса ізоляції машини

m'і1 = 1,05 mі1 = 1,05 · 0,07 = 0,0735 кг.

Маса конструкційних матеріалів

m'к = 1,1 Mк = 1,1 · 20,66 = 22,73 кг.

Собівартість матеріалів

Провід обмоток

СМ1 = СМ1 · m'м1 = 150 · 3,84 = 576,29 руб.

Алюміній ротора

Сал = сал · m'ал = 100 · 1,18 = 118 руб.

Сталь статора

СсΣ = ссΣ · m'сΣ = 80 · 16,32 = 1305,6 руб.

Ізоляція

Си1 = си1 · m'і1 = 75 · 0,0735 = 5,51 руб.

Конструкційні матеріали

Ск = ск · m'к = 35 · 22,73 = 795,55 руб.

Сумарна вартість матеріалів

Смат = СМ1 + СсΣ + Сал + си1 + Ск = = 576,29 +118 +1305,6 +5,5 +795,55 = 2800,95 руб.

Покупні вироби

Таблиця 7.3

Вартість покупних виробів

Сп.і = Σ (Спи · Кі) = 7 · 4 +6 · 16 +5 · 18 +65 · два +90 · 0,4 = 380руб.

Транспортні витрати

Сmр = (Смат. + Сп.і.) / 100% · Амр = (2800,95 +380) / 100 · 8 = 254,48 руб.,

де Амр = 8% - відсоток транспортних витрат.

Основна зарплата виробничих робітників

Зо = Тн · Uс = 22,49 · 17,5 = 393,58 руб.,

де Uс = 17,5 крб. - Годинна ставка.

Премія виробничих робітників

П = Зо / 100% · ап = 393,58 / 100.30 = 118,07 руб.

де ап = 30%.

Додаткова зарплата виробничих робітників

Здоп = (Зо + П) / 100% · адоп = (393,58 +118,07) / 100 · 15 = 76,74 руб.,

де адоп = 15%.

Єдиний соціальний податок

Ос = (Зо + П + Здоп) / 100% · ас =

= (393,58 +118,07 +76,74) / 100 · 26 = 152,98 руб.,

де ас = 26%.

Зарплата виробничих робітників

Зпр = Зо + П + Здоп + Ос = 393,58 +118,07 +76,74 +152,98 = 741,37 руб.

Цехові витрати

Рц = (Зо · а'цех) / 100% = (393,58 · 50) / 100 = 196,79 руб.,

де а'цех = 50%.

Витрати на утримання устаткування і його експлуатацію (амортизація)

РСО = (Зо · а'со) / 100% = (393,58 · 110) / 100 = 432,94 руб.,

де а'со = 110%.

Цехова собівартість

Сц = Смат + Сп.і + сmр + Зпр + РСО + Рц = 2800,95 +380 +741,37 +196,79 +432,94 = 4806,53 руб.

Загальнозаводські витрати

Рз = (Зо · Азаві) / 100% = (393,58 · 70) / 100 = 275,5 руб.,

де Азаві. = 70%.

Виробнича собівартість

Сп = Сц + Рз = 4806,53 +275,5 = 5082,03 руб.

Інші виробничі витрати

Рпр = (Сп · квітня) / 100% = (5082,03 · 2) / 100 = 101,64 руб.,

де квітня. = 2%.

Загальнозаводська собівартість

Сз = Сп + Рз + Рпр = 5082,03 +101,64 = 5183,67 руб.

Позавиробничі витрати

РВН. = (Сз · АВН.) / 100% = (5183,67 · 1,5) / 100 = 77,76 руб.,

де АВН. = 1,5%.

Повна собівартість двигуна

Сд = Сз + РВН = 5183,67 +77,76 = 5261,43 руб.

Прибуток

Р = (Сп · АПБ) / 100% = (5261,43 · 4,4) / 100 = 231,5 руб.,

де АПБ = 4,4%.

Оптова ціна

Сг = Сп + Рб = 5261,43 +231,5 = 5492,93 руб.

Калькуляція собівартості АТ

Таблиця 7.4

Таким чином спроектований двигун дешевше базового на 765,05 руб. Різниця обумовлена ​​меншою витратою на основні матеріали, так як маса нового двигуна менше ніж маса базової і відповідно меншою заробітною платою на їх виготовлення.

7.4. Визначення економічної ефективності

Річна собівартість нового двигуна:

Кн = К1 * Nгод.б = 5261,43 * 550 = 2893786,5 руб

Річна собівартість базового двигуна:

Кб = К2 * Nгод.б = 5994,23 * 550 = 3296826,5 руб

Річна економія від зниження собівартості:

ΔК = Кб-Кн = 3296826,5-2893786,5 = 403040 крб

Визначення точки беззбитковості

Змінні витрати на калькуляційну одиницю:

v = Смат + Сп.і + сmр + Зо + Здоп + П + Ос + = 2800,95 +380 +254,48 +393,58 +76,74 +118,07 +152,98 = 4176,8 руб

Загальні змінні витрати:

V = v * Q = 4176,8 * 550 = 2297240 крб

Постійні витрати на калькуляційну одиницю:

f = Рц + РСО + Рз + Рпр = 196,79 +432,94 +275,5 +101,64 = 1084,63 руб

Загальні постійні витрати:

F = f * Q = 1084,63 * 550 = 596546,5 руб

Собівартість калькуляційної одиниці:

C = v + f = 5261,43 руб

Загальна собівартість:

Co = C * Q = 5261,43 * 550 = 2893787

Валова виручка:

R = Сг * Q = 5492,93 * 550 = 3021112 крб

Прибуток:

P = R - Co = 3021112-2893787 = 127325 крб

Обсяг виробництва у критичній точці (Nкр)

Nкр = F / (Цд - v) = 596546,5 / (5492,93 - 4176,8) = 453,258 шт.

Виручка від реалізації продукції у критичній точці

Rкр = Цд Nкр = 5492,93 · 453,258 = 2489715руб.

Таблиця 7.5

Мінімальна ціна продажу при якій виробництво залишається беззбитковим:

Cр.min = F + V / Q = 2893786,5 / 550 = 5261,43 руб.,

Запас фінансової стійкості:

Зф.у = R - Rкр = 3021111,5-2489715 = 531396,5 руб.,

де R - валова виручка від реалізації продукції;

Rкр - виручка від реалізації продукції у критичній точці.

Показник фінансової стійкості у відносному вираженні

Кзфу = Зф.у / R = 531396,5 / 3021111,5 = 0,176

Графік беззбитковості

Витрати,

тис. руб.

3021111,5

2893786,5

2489715

Nкр

1500000

F

596546,5

0 100 200 300 400 453 500 5506 00

Обсяг виробництва, шт.

Беззбитковість досягається після випуску 453 виробів на суму 2489715 крб.

7.5. Визначення економічного ефекту

Необхідно інвестицій 1052286 крб

Інфляція - 13%

Ставка податку на прибуток - 24%

Середньорічна ставка за кредитом - 15%

Таблиця 7.6

Визначення норми дисконту q:

q = Банківська ставка по кредиту - Інфляція

q = 0,15-0,13 = 0,02

Коефіцієнт дисконтування (для кожного року з нульового року, для нульового року Kd = 1)

Kd = (1 + q)-t

2. Знаходимо чисту дисконтну вартість NPV

де IC - капітальні вкладення.

Інвестиції ефективні якщо NPV> 0.

NPV = 334884 * 0,9803922 + 334884 * 0,96116878 + 334884 * 0,942322335 + 334884 * 0,9238454 + 334884 * 0,9057308 - 1 * 1052286 = 526176,174

3. Внутрішня норма прибутковості:

Внутрішню норму прибутковості проекту можна розглядати як найвищу ставку відсотка, яку може заплатити позичальник без шкоди для свого фінансового становища, якщо всі засоби для реалізації інвестиційного проекту позикові. Вона показує запас міцності проекту по відношенню до обраної процентної ставки.

Для даного розрахунку використовуємо метод підбору. Підберемо 2 значення норми дисконту (округлення до тисячних) таким чином, що при значенні q 'NPV'> 0. А при значенні q''NPV''<0. І розрахуємо IRR за формулою:

IRR = [q '+ NPV' (q''-q')]/( NPV''- NPV ')

Таблиця 7.7

IRR = [0,17 +19123,84 (0,18-0,17)] / (19123,84-5046,4598) = 0,177912124

Умова ефективності для внутрішньої норми прибутковості IRR> q.

4. Коефіцієнт рентабельності інвестицій

Крент = (334884 * 0,9803922 + 334884 * 0,96116878 + 334884 * 0,942322335 + 334884 * 0,9238454 + 334884 * 0,9057308) / (1.1052286) = 1,500031526

При Крент> 1 сума дисконтних грошових доходів> суми інвестицій. Даний коефіцієнт є відносним показником, тому він дуже зручний при виборі одного проекту з альтернативних, що мають однакові значення NPV.

5. Термін окупності проекту:

Значення цього показника визначає такий термін, при якому підсумовані дисконтовані доходи дорівнюють сумарним дисконтованих витрат (NPV = 0)

Таблиця 7.8

Висновок

Наведене в даному дипломному проекті розрахунок і прийняті інженерно-конструктивні рішення дозволяють сподіватися на те, що двошвидкісний АТ, виготовлений у відповідності з матеріалами дипломного проекту буде задовольняти вимогам технічного завдання і стоїть на рівні відомих вітчизняних аналогів.

Конкретно, основні енергетичні показники на великій частоті обертання виглядають наступним чином:

ККД - 0,875

Коефіцієнт потужності - 0,86

Для порівняння у найближчого аналога АТ серії 4А типорозміру 4А112М2У3: ККД = 0,875; cos φ = 0,88. Таким чином, незначно погіршився лише коефіцієнт потужності.

Пускові показники спроектованого двигуна в порівнянні з вищевказаним аналогом: кратність пускового струму 7,97 проти 7,5 (трохи виросла), кратність пускового моменту 2,61 проти 1,6 (помітно збільшилася). Перевантажувальна здатність / кратність максимального моменту 3,6 проти 2,2 (помітно зросла).

При цьому також незначно знизилася маса, в основному за рахунок переходу на алюмінієві сплави в таких конструктивних деталях, як корпус, підшипникові щити і т.д.

Список літератури

1. Проектування електричних машин: навчальний посібник для ВУЗів. Під редакцією І.П. Копилова. М. Енергія, 1980, 496с

2. Г. К. Жерве «Обмотки електричних машин».

3. І.Г. Шубова «Шум і вібрація електричних машин»

4. Костромін В.Г. «Технологія виробництва асинхронних двигунів», Енегоіздат, М, 1984 р.

5. Котеленець Н.Ф., Кузнєцов Н.Л. «Випробування та надійність елекутріческіх машин». Вища школа, М, 1988 р.

6. Фіонін В.І. «Проведення функціонально-вартісного аналізу конструкцій електричних виробів у курсових роботах і дипломних проектах», Куйбишев, 1989 р.

7. Ю. В. Копитов, Л. І. Вайнштейн, А. В. Михалков, П. В. Філімонов - Пра-вила технічної експлуатації електроустановок споживачів і пра-вила техніки безпеки при експлуатації електроустановок спожи-вачів - М, «Атоміздат», 1971.

8. П. А. Долін - Основи техніки безпеки в електроустановках - М, «Енергоіздат», 1984.