Проектування асинхронних двигунів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

1. Введення

2. Розрахунок і конструювання двигуна

2.1. Вибір головних розмірів

2.2. Розрахунок обмотки статора

2.3. Розрахунок розмірів зубцеву зони статора і вибір повітряного зазору

2.4. Розрахунок ротора

2.5. Розрахунок магнітного ланцюга

2.6. Розрахунок параметрів робочого режиму

2.7. Розрахунок втрат

2.8. Розрахунок робочих характеристик

2.9. Розрахунок пускових характеристик

3. Моделювання двигуна в середовищі MatLab Power System Blockset

3.1. Моделювання з параметрами номінального режиму

3.2. Моделювання з параметрами пускового режиму

  1. Введення

Асинхронні машини отримали найбільш широке застосування в сучасних електричних установках і є найпоширенішим видом безколекторних електричних машин змінного струму. Як і будь-яка інша електрична машина, асинхронна машина оборотна і може працювати як в генераторному, так і в руховому режимах. Однак переважна застосування мають асинхронні двигуни, що становлять основу сучасного електроприводу. Області застосування асинхронних двигунів вельми широкі - від приводу пристроїв автоматики і побутових електроприладів до приводу великого гірського устаткування (екскаваторів, дробарок, млинів і т.д.). Відповідно до цього потужність асинхронних двигунів, що випускаються промисловістю електромашинобудівний, становить діапазон від часток ватів до тисяч кіловат при напрузі живильної мережі від десятків вольт до 10 кВ. Найбільше застосування отримали трифазні асинхронні двигуни, розраховані на роботу від мережі промислової частоти (50 Гц).

У даному курсовому проекті розглядається наступний двигун:

Виконання за ступенем захисту: IP 44 - по першій цифрі відповідає захист від можливості зустрічі інструменту, дроту або інших подібних предметів, товщина яких перевищує 1 мм, з струмоведучими або рухомими частинами всередині машини; по другій цифрі - захисту від водяних бризок будь-якого напрямку, що потрапляють на оболонку.

Спосіб охолодження: IC 141 - двигун, що обдувається зовнішнім вентилятором, розташованим на валу машини.

Як аналог проектованого двигуна обраний наступний двигун:

4А200 L 6У3.

Кліматичні умови роботи: У3 - по букві - для помірного клімату; по цифрі - для розміщення в закритих приміщеннях з природною вентиляцією без штучно регульованих кліматичних умов, де коливання температури і вологості повітря, впливу піску та пилу, сонячної радіації істотно менше, ніж на відкритому повітрі (кам'яні, бетонні, дерев'яні та інші неопалювані приміщення).

У ході виконання всього курсового проекту будуть проводитися порівняння між проектованим і аналоговим двигуном.

2. Розрахунок і конструювання двигуна

2.1. Вибір головних розмірів

2.1.1. Синхронна частота обертання, об / хв:

об / хв.

2.1.2. Зовнішній діаметр статора Da = 349 мм = 0,349 м [4, стр.164]

2.1.3. Внутрішній діаметр статора D = Kd * Da, де Kd - коефіцієнт, що характеризує відносини внутрішніх і зовнішніх діаметрів сердечників статорів асинхронних двигунів серії 4А. Згідно з рекомендаціями [4, стор.165] приймаємо Kd = 0,72.

D = 0,72 * 349 = 251 мм = 0,251 м.

2.1.4. Полюсний поділ τ = π D / 2 р = 3,14 * 0,251 / 2 * 3 = 0,131 м.

2.1.5. Розрахункова потужність:

, Де η = 0,91 [4, стор.165], зі s φ = 0,89 [4, стор.165].

кВт.

2.1.6. Вибираємо попередньо електромагнітні навантаження, дотримуючись рекомендацій [4, стр.166]: А = 34500 А / м, В δ = 0,8 Тл.

2.1.7. Обмотувальний коефіцієнт для двошарової обмотки приймаємо (попередньо) = 0,925.

2.1.8. Розрахункова довжина магнітопровода:

, Де Ω - кутова швидкість обертання ротора, рад / с; рад / с.

м.

Ставлення λ = l δ / τ = ​​0,192 / 0,131 = 1,466. λ знаходиться в допустимих межах.

2.1.9. Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

Da, м

D, м

l δ, м

η

з s φ

Розрахунковий

0,349

0,251

0,192

0,91

0,89

Аналоговий

0.349

0.25

0.185

0,905

0,9

Величини струмового лінійної навантаження, індукції в повітряному зазорі і довжина муздрамтеатру будуть уточнені в наступному розділі.

2.2 Розрахунок обмотки статора

2.2.1 Вибираємо граничні значення зубцеві поділів, грунтуючись на [4, стор.170]

t max = 0,0145 м,

t min = 0,0111 м.

2.2.2. Обчислюємо кількість пазів статора:

,

.

Число пазів на полюс і фазу .

Так як число пазів на полюс і фазу в більшості асинхронних машин загальнопромислового застосування бажано приймати цілим, то, виходячи з цих умов, беремо Z = 72 Þ .

2.2.3. Зубцеву поділ статора (остаточно): м.

2.2.4. Число ефективних провідників у пазу (число паралельних гілок обмотки а спочатку приймаємо рівним одиниці):

, Де I - номінальний струм обмотки статора.

А.

.

2.2.5. Беремо число паралельних гілок а = 3, тоді U п = а U 'п = 3 * 11,7 = 35,1.

Оскільки використовується двошарова обмотка, то бажано застосування парного числа ефективних провідників у пазу, Þ беремо U п = 36.

2.2.6. Розраховуємо кількість витків у фазі обмотки (остаточно):

.

2.2.7. При визначенні числа ефективних провідників у пазу були використані округлення, що призвело до деякого невідповідності вихідних і розрахованих даних, тому перерахуємо електричне навантаження і індукцію в повітряному зазорі.

А / м. А знаходиться в допустимих межах.

Оскільки зросла лінійна струмова навантаження, то повинна зменшитися довжина магнітопровода: м, що дійсно відбулося.

λ = l δ / τ = ​​0,186 / 0,131 = 1,42 - в рекомендованих межах, Þ при подальших розрахунках приймаємо = 0,186 м.

Магнітний потік: Ф = , Де - Остаточне значення обмоточного коефіцієнта.

K об1 = К У * К Р, де К У - коефіцієнт укорочення, К Р - коефіцієнт розподілу.

, Де β - розрахунковий вкорочення кроку обмотки.

,

.

.

K об1 = 0,966 * 0,958 = 0,925.

МВБ.

Перевіряємо значення магнітної індукції в повітряному зазорі:

Тл.

2.2.8. Щільність струму в обмотці статора (попередньо):

J 1 = (AJ 1) / A = (201 * 10 9) / (35.6 * 10 3) = 5,65 * 10 6 А / м 2 ,

де твір лінійної навантаження на щільність струму визначається за [4, стор.173].

2.2.9. Перетин ефективного провідника (попередньо):

q еф = I 1H / (a * J 1) = 32,5 / (3 * 5,65 * 10 6) = 1,917 * 10 -62) = 1,917 мм 2.

Беремо число елементарних провідників в одному ефективному n ЕЛ = 1, тоді, керуючись [4, стр.172] та [4, стр.470], вибираємо обмотувальний дріт ПЕТВ з наступними даними:

номінальний діаметр неізольованого проводу d ел = 1,5 мм

середнє значення діаметра ізольованого проводу d з = 1,585 мм

площа поперечного перерізу неізольованого проводу q ел = 1,767 мм 2

площа поперечного перерізу ефективного провідника q еф = 1,767 * 1 = 1,767 мм 2.

2.2.10. Приймаються остаточну щільність струму в обмотці:

.

2.2.11. Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

А, А / м

У δ, Тл

l δ, м

Z1

U п

n

a

J 1, А / мм 2

d ел, мм

d з, мм



Розрахунковий

35600

0, 8

0,1 86

72

36

1

3

6.1

1,5

1,585



Аналоговий

37500

0.77

0.185

72

38

1

3

6

1,5

1,58









2.3. Розрахунок розмірів зубцеву зони статора і повітряного зазору.

Паз статора - по рис.1 із співвідношенням розмірів, що забезпечує паралельність бічних граней зубців.

2.3.1. Приймаються попередньо за [4, стор.174] значення індукції в зубцях статора B Z1 і індукції в ярмі статора B a: B Z1 = 1,73 Тл, B a = 1,45 Тл; тоді ширина зубця

b Z1 = , Де k C - коефіцієнт заповнення сердечника сталлю.

[4, стор.176] Þ k C = 0,97 (оксидовані листи сталі).

СТ1 - довжина стали сердечників статора, для машин з δ <1,5 мм СТ1 » = 0,186 м.

b Z1 = мм.

Висота ярма статора мм.

2.3.2. Розміри паза в штампі, згідно [4, стор.178-179], приймаємо наступними: ширина шліца паза b ш = 3,7 мм;

висота шліца паза h ш = 1 мм;

кут нахилу граней клиновий частини b = 45 °.

Висота паза h п = h a = = 25,2 мм.

Ширина широкої частини паза:

b 2 = = = 7,91 мм.

Ширина вузької частини паза:

b 1 = = = 5,9 мм.

h 1 = h п - + = = 23,1 мм.

2.3.3. Розміри паза у просвіті з урахуванням припусків на збірку: для h = 160 ¸ 250 мм:

D b П = 0,2 (мм); D h П = 0,2 (мм) [4, стр.177]

b '2 = b 2 - D b П = 7,91 - 0,2 = 7,71 мм,

b '1 = b 1 - D b П = 5,9 - 0,2 = 5,7 мм,

h '1 = h 1 - D h П = 23,1 - 0,2 = 22,9 мм.

Площа поперечного перерізу паза для розміщення провідників:

S п = S з S пр, де

S пр - площа поперечного перерізу прокладок;

S пр = 0,4 b 2 + 0,9 b 1 = 0,4 * 7,91 +0,9 * 5,9 = 8,47 мм 2.

S з = b з * (2 h а + b 1 + b 2) - площа поперечного перерізу корпусної ізоляції в пазу;

b з - одностороння товщина ізоляції в пазу. [4, стор.61] Þ b з = 0,4 мм.

S з = 0,4 * (2 * 23,8 +7,91 +5,9) = 24,564 мм 2.

S п = 24,564 - 8,47 = 120,51 мм 2.

2.3.4. Обчислюємо коефіцієнт заповнення паза:

k З = [(d з) 2 * U п * n ел] / S п = (1,585 2 * 36 * 1) / 120,51 = 0,75.

Отримане значення коефіцієнта заповнення паза входить в рекомендовані межі при ручному укладанні обмотки [4, стор.66].

2.3.5. Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

b1, мм

b2, мм

h1, мм

b ш, мм

Hш, мм



Розрахунковий

5,9

7,91

23,1

3,7

1



Аналоговий

6,2

8,4

23,7

3,7

1









Рис. 1. Паз статора

2.4. Розрахунок ротора.

2.4.1. Визначаємо повітряний зазор [4, стр.181] d = 0,5 мм.

2.4.2. Визначаємо число пазів ротора [4, стор 185] Z 2 = 58.

2.4.3. Зовнішній діаметр ротора D 2 = D 2 d = 0,251 2 * 0,0005 = 0,15 м.

2.4.4. Довжина муздрамтеатру ротора 2 = 1 = 0,186 м.

2.4.5. Зубцеву поділ t 2 = (p D 2) / Z 2 = (3,14 * 0,251) / 58 = 0,0135 м = 13,5 мм.

2.4.6. Внутрішній діаметр ротора дорівнює діаметру валу, так як сердечник безпосередньо насаджений на вал:

D J = D В = k У D а = 0,23 * 0,349 = 0,08 м = 80 мм, де k У = 0,23 [4, стр.191].

2.4.7. Струм в стержні ротора I 2 = k i I 1 n i, де k i - коефіцієнт, що враховує вплив струму намагнічування і опору обмоток на ставлення I 1 / I 2. k i = 0,925 [4, стр.183];

n i - коефіцієнт приведення струмів,

n i = (2 m 1 w 1 k об1) / Z 2 = (2 * 3 * 144 * 0,925) / 58 = 13,8.

I 2 = 0,925 * 32,5 * 13,8 = 414,9 А.

2.4.8. Площа поперечного перерізу стержня:

q з = I 2 / J 2, де J 2 - щільність струму в стрижнях ротора, при заливці пазів алюмінієм вибирається в межах J 2 = (2 ¸ 3,5) А / мм 2 [4, стор.186]. Беремо J 2 = 2,2 А / м м 2, тоді

q з = 414,9 / (2,2 * 10 6) = 166 * 10 -6 м 2 = 188,6 мм 2.

2.4.9. Паз ротора - по рис.2.

Розміри шліца b ш = 1,5 мм; h ш = 0,7 мм. Висота перемички над пазом h = 0,3 мм [4, стр.188].

Допустима ширина зубця:

b Z2 = = = 6,19 мм, де B Z2 - індукція в зубцях ротора, B Z2 = 1,8 Тл [4, стор.174].

Розміри паза:

b 1 = = = 6,94 мм.

b 2 = = = 3,7 мм.

Згідно з рекомендаціями [4, стор.189] округляємо b 1 і b 2 до десятих: b 1 = 7 мм, b 2 = 3,7 мм.

h 1 = (b 1 - b 2) Z 2 / (2 p) = (7 - 3,7) * 58 / 6,28 = 30,5 мм.

Повна висота паза:

h п 2 = h ш + h ш +0,5 b 1 + h 1 +0,5 b 2 = 1 +0,7 +0,5 * 7 +30,5 +0,5 * 3,7 = 36,9 мм.

Перетин стрижня:

q з = (p / 8) (b 1 + b 2) + 0,5 (b 1 + b 2) h 1 = (p / 8) (7 +3,7 2) +0,5 (7 +3 , 7) * 30,5 = 187,8 мм 2.

2.4.10. Щільність струму в стержні:

J 2 = I 2 / q с = 414,9 / 187,6 * 10 -6 = 2,21 А / м 2.

2.4.11.Короткозамикающіе кільця. Площа поперечного перерізу:

q кл = I кл / J кл, де J кл - щільність струму в замикаючих кільцях:

J кл = 0,85 J 2 = 0,85 * 2,21 = 1,88 А / мм 2.

I кл - струм в кільцях, I кл = I 2 / D; де D = 2 * sin = 2 sin = 0,324.

I кл = 414,9 / 0,324 = 1280 А;

q кл = 1280 / 1,88 = 681,15 мм 2.

2.4.12. Розміри замикаючих кілець.

b кл = 1,25 h п2 = 1,25 * 36,9 = 46,1 мм.

a кл = q кл / b кл = 681,15 / 46,1 = 14.8 мм.

q кл = b кл * a кл = 46,1 * 14,8 = 682,3 мм 2.

D к. ср = D 2 - b кл = 250 - 46,1 = 203,9 мм.

2.4.13. Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

b 1, мм

b 2, мм

h п2, мм

b ш, мм

h ш, мм

h 'ш, мм

a кл, мм

b кл, мм



Розрахунковий

7

3,7

36,9

1,5

0,7

0,3

14,8

46,1



Аналоговий

7,2

3,5

39

1,5

0,7

0,3

16

43,7









Рис. 2. Паз ротора.

2.5 Розрахунок магнітного ланцюга

2.5.1. Значення магнітних індукцій:

B Z1 = = = 1,73 Тл.

B Z2 = = = 1,8 Тл.

B a = = = 1,45 Тл.

B j = , Де h j - розрахункова висота ярма ротора,

h j = h п2 = = 48,1 мм.

B j = = 0,72 Тл.

2.5.2. Магнітне напруга повітряного зазору:

F δ = 1,59 * 10 6 B δ k δ δ, де k δ - коефіцієнт повітряного зазору,

k δ = t 1 / (t 1 - g δ), де g = = = 4,42.

k δ = = 1,25.

F δ = 1,59 * 10 6 * 0,8 * 1,25 * 0,5 * 10 -3 = 795 А.

2.5.3.Магнітние напруги зубцеві зон:

статора: F z 1 = 2 h z 1 H z 1

ротора: F z 2 = 2h z 2 H z 2

h z 1 - розрахункова висота зубця статора, h z 1 = h п1 = 25,2 мм.

h z 2 - розрахункова висота зубця ротора, h z 2 = h п2 - 0,1 b 2 = 36,9 - 0,1 * 3.7 = 36,5 мм.

H z 1 - значення напруженості поля в зубцях статора;

при B Z1 = 1,73 Тл для сталі 2013 H Z1 = 1250 А / м [4, стор 461].

H z 2 - значення напруженості поля в зубцях ротора;

при B Z21 = 1,8 Тл для сталі 2013 H Z2 = 1520 А / м [4, стор 461].

F z 1 = 2 * 0,0252 * 1250 = 63 А,

F z 2 = 2 * 0,0365 * 1520 = 111 А.

2.5.4. Коефіцієнт насичення зубцеву зони:

k z = 1 + = 1 + = 1,22. Коефіцієнт насичення зубцеву зони входить в рекомендовані межі (1.2 <k z <1.5).

2.5.5. Магнітні напруги ярем статора і ротора:

F a = L a H a,

F j = L j H j,

L a - довжина середньої магнітної лінії ярма статора,

L a = = = 0,1703 м.

L j - довжина середньої магнітної лінії потоку в ярмі ротора,

L j = , Де h j - висота спинки ротора,

h j = - H п2 = - 36,9 = 48,1 мм.

L j = = 67,1 мм.

H a і H j - напруженості поля; B a = 1,45 Тл Þ H a = 450 А / м. [4, стр.460].

B j = 0,72 Тл Þ H j = 104 А / м. [4, стр.460].

F а = 0,1703 * 450 = 76,67 А.

F j = 0,067 * 104 = 7 А.

2.5.6. Магнітне напруга на пару полюсів:

F ц = F δ + F z1 + F z2 + F a + F j = 795 + 63 + 111 + 76.64 + 7 = 1052.6 A.

2.5.7. Коефіцієнт насичення магнітного кола:

k m = F ц / F δ = 1052,6 / 795 = 1,3.

2.5.8. Намагнічує струм:

I m = = = 8,78 А.

Відносне значення: I m * = I m / I = 8,78 / 32,5 = 0,27.

2.6 Розрахунок параметрів робочого режиму

2.6.1. Активний опір фази обмотки статора:

r 1 = r 115 * , Де r 115 - питомий опір матеріалу обмотки при розрахунковій температурі, Ом * м. Для класу нагрівостійкості ізоляції F розрахункова температура дорівнює 115 градусам. Для міді r 115 = 10 -6 / 41 Ом * м. [4, стор.245].

L 1 - загальна довжина ефективних провідників фази обмотки статора, L 1 = СР1 w 1, де

СР1 - середня довжина витка обмотки статора, СР1 = 2 ( п1 + π 1);

п1 - довжина пазової частини, п1 = 1 = 0,186 м.

π1 - лобова частина котушки, Л1 = K л * b кт +2 В, де K л = 1,4 [4, стр.197].

В - довжина вильоту прямолінійної частини котушки з паза від торця сердечника до початку відгину лобовій частині. Приймаються У = 0,01 [4, стр.197].

b кт - середня ширина котушки, b кт = b 1, де b 1 - відносне вкорочення кроку обмотки статора, b 1 = 0,833 (п.2.2.7).

b кт = = 0,121 м.

Л1 = 1,4 * 0,121 + 2 * 0,01 = 0,189 м,

СР1 = 2 * (0,186 + 0,189) = 0,75 м.

Довжина вильоту лобовій частині котушки:

вив = K вив * b кт + В = 0,5 * 0,145 + 0,02 = 0,0825 м = 82,5 мм.

K вив = 0,5 [4, стр.197].

L 1 = 0,75 * 144 = 108 м.

r 1 = = 0,498 Ом.

Відносне значення: r 1 * = R 1 = 0,498 * = 0,043.

2.6.2. Активний опір фази обмотки ротора:

r 2 = r с + , Де r с - опір стержня: r з = r 115 * ;

для литої алюмінієвої обмотки ротора r 115 = 10 -6 / 20,5 Ом * м. [4, стор.245].

r з = = 48,2 * 10 -6 Ом.

r кл - опір ділянки останнього у кільця, укладеного між двома сусідніми стрижнями: r кл = r 115 * = = 0,789 * 10 -6 Ом.

r 2 = 48,2 * 10 -6 + = 63 * 10 -6 Ом.

Наводимо r 2 до числа витків обмотки статора:

r 2 = r 2 * = 68,52 * 10 -6 * = 0,23 Ом.

Відносне значення: r 2 * = R 2 * = 0,23 * = 0,02.

2.6.3. Індуктивний опір фази обмотки статора:

х 1 = 15,8 * * (L п1 + l Л1 + l д1), де

l п1 - коефіцієнт магнітної провідності пазової розсіювання:

l п1 = , Де

h 3 = (b 1 - b ш1) / 2 = (5,9 - 3,7) / 2 = 1,1 мм.

h 1 = 23,1 мм (п. 2.3.2).

Так як провідники закріплені пазової кришкою, то h 2 = 0.

k 'b = 0,25 (1 + 3 β) = 0,25 (1 + 3 * 0,833) = 0,88.

k b = 0,25 (1 + 3 k 'b) = 0,25 (1 + 3 * 0,88) = 0,91.

l п1 = = 1,643.

l Л1 - коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіювання:

l Л1 = 0,34 * * ( л - 0,64 * b * t) = 0,34 * * (0,223 - 0,64 * 0,833 * 0,131) = 1,12.

l д1 - коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання:

l д1 = * X, де x = 2 * k ск * k b - K об1 2 * (1 + b ск 2);

Так як відсутня скіс пазів, то b ск = 0.

k ск визначаємо в залежності від t 2 / t 1 і b ськ:

= = 1,23; b ск = 0 Þ k ск = 1,2 [4, стор 201].

x = 2 * 1,2 * 1 - 0,925 2 * 1,23 2 = 1,1.

l д1 = = 1,63.

х 1 = 15,8 * * (1,643 + 1,12 + 1,63 ) = 1,12 Ом.

Відносне значення: х 1 * = х 1 = 1,12 * = 0,096.

2.6.4. Індуктивний опір фази обмотки ротора:

х 2 = 7,9 * 1 * * (L п2 + l л2 + l д2) * 10 -6

l п2 = k д + , Де

h 0 = h п2 - h ш2 - h ш2 = 36,9 - 0,7 - 0,3 = 35,9 мм.

Для робочого режиму k д = 1.

b 1 = 7 мм, b ш = 1,5 мм; h ш = 0,7 мм; h ш = 1 мм (п. 2.4.9).

l п2 = = 3,1.

l л2 = = = 0,44.

l д2 = * X, де x »1 [4, стор.246].

l Д2 = = 1,8.

Σ l = l п2 + l л2 + l д2 = 3,1 + 0,4 + 1,8 = 5,34.

х 2 = 7,9 * 50 * 0,186 * 5,34 * 10 -6 = 389 * 10 -6 Ом.

Наводимо х 2 до числа витків статора:

х 2 = х 2 * = = 1,4 Ом.

Відносне значення: х 2 * = х 2 = 1,4 * = 0,12.

2.6.5. Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

r 1 *

r 2 *

x 1 *

x 2 *



Розрахунковий

0.04 3

0.02

0.096

0.12



Аналоговий

0.046

0.022

0.12

0.13









Розбіжність значень індуктивного опору обмотки статора (20%) проектованого двигуна з довідковими пов'язано в першу чергу з тим, що в розрахунковому двигуні число ефективних провідників у пазу менше, ніж в аналогу (так як в розрахунковому двигуні менше лінійна струмова навантаження), Þ менше число витків у фазі обмотки статора, що безпосередньо впливає на значення індуктивного опору. Також у проектованому двигуні дещо меншими виявилися розміри паза статора (його висота і ширина більшої і меншої частин), що вплинуло на зменшення величини коефіцієнта магнітної провідності пазової розсіювання, від якого пропорційно залежить індуктивний опір статора.

2.7. Розрахунок втрат

2.7.1. Втрати в сталі основні:

P ст.осн. = Р 1,0 / 50 (K та B a 2 m a + k д z B z 1 лютому m z 1), де

р 1,0 / 50 - питомі втрати при індукції 1 Тл і частоті перемагнічування 50 Гц.

р 1,0 / 50 = 2,5 Вт / кг. [4. стр.206].

β - показник ступеня, β = 1,5 [4. стр.206].

k та й k д z - Коефіцієнти, що враховують вплив на втрати в сталі нерівномірності розподілу потоку по перетинах ділянок муздрамтеатру і технологічних факторів. k та = 1,6; k д z = 1,8 [4. стр.206].

m a - маса стали ярма статора,

m a = p (D a - h a) h a k з 1 g з = 3,14 * (0,349 - 0,0238) * 0,0238 * 0,186 * 0,97 * 7,8 * 10 3 = 34,22 кг,

де h a = 23,8 мм (п. 2.3.1);

g с - питома маса сталі; g З = 7,8 * 10 3 кг / м 3 [4. стр.206].

m z 1 - маса стали зубців статора,

m z 1 = h z 1 b z 1ср. Z 1 ст k з1 g з = 25,2 * 10 -3 * 5,24 * 10 -3 * 72 * 0,186 * 0,97 * 7,8 * 10 3 = 13,38 кг,

де h z 1 = 25,2 мм, b z 1ср = 5,24 мм. (П. 2.3.1 та п.2.3.2).

P ст. осн. = 2,6 * 1 * (1,6 * 1,45 2 * 34,22 +1,8 * 1,73 2 * 13,38) = 486,72 Вт

2.7.2. Поверхневі втрати в роторі.

P пов2 = p пов2 (t 2 - b ш2) Z 2 ст2, де

p пов2 - питомі поверхневі втрати в роторі:

p пов2 = 0,5 k 02 (B 02 * t 1 * 10 3) 2;

B 02 - амплітуда пульсації індукції в повітряному зазорі над коронками зубців ротора:

B 02 = b 02 ,

b 02 залежить від співвідношення ширини шліца пазів статора до повітряного зазору:

b ш1 / d = 3,7 / 0,5 = 7,4 Þ b 02 = 0,36 [4. стр.206].

k 02 - коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців ротора на питомі втрати: k 02 = 1,5 [4. стр.206].

B 02 = 0,36 * 1,25 * 0,8 = 0,36 Тл.

p пов2 = 0,5 * 1,5 * * (0,36 * 11) 2 = 568 * (16,8 - 1,5) * 24 * 0,091 = 227,2 Вт

P пов2 = 227,2 * (13,5 - 1,5) * 10 -3 * 58 * 0,186 = 29,4 Вт

2.7.3. Пульсаційні втрати в зубцях ротора.

P пул2 = 0,11 m z 2, де (115)

B пул2 - амплітуда пульсацій індукції в середньому перерізі зубців:

B пул2 = B z 2 = = 0.147 Тл.

m z 2 - маса стали зубців ротора,

m z 2 = Z 2 h z 2 b z 2 ст2 k с2 g з = 58 * 34,10 * 10 -3 * 6,16 * 10 -3 * 0,186 * 0,97 * 7,8 * 10 3 = 17,52 кг.

P пул2 = 0,11 * = 211 Вт

2.7.4. Сума додаткових втрат в сталі.

P ст.доб. = P пов1 + P пул1 + P пов2 + P пул2 = 29,4 + 211 = 240,4 Вт

2.7.5. Повні втрати в сталі.

P ст. = P ст. осн. + P ст. доб. = 486,72 + 240,4 = 727,12 Вт

2.7.6. Додаткові втрати при номінальному режимі.

P доб.н = 0,005 P = 0,005 P / η = 0,005 * 30000 / 0,91 = 164,8 Вт

2.7.7. Механічні втрати.

P хутро = K т D a 4

K т = 1,3 (1 - D a) [4, стр.208] Þ P хутро = 1,3 (1 - 0,349) 0,349 4 = 125,6 Вт

2.7.8. Холостий хід двигуна.

I х.х. = , Де

I х.х.а. = ;

P Е1 х.х. = mI m 2 r 1 = 3 * 8,78 2 * 0,498 = 115,2 Вт

I х.х.а. = = 0,849 А.

I х.х. = = 8,82 А.

cos j хх = I х.х. a / I х.х. = 0,858 / 8,82 = 0,1.

2.8 Розрахунок робочих характеристик

Активний опір намагнічує контуру:

r 12 = P ст. осн. / (m * I m 2) = 486,72 / (3 * 8,78 2) = 2,11 Ом.

Індуктивний опір намагнічує контуру:

x 12 = U / I m - X 1 = 380 / 8,78 - 1,12 = 42,16 Ом.

c 1 = 1 + x 1 / x 12 = 1 +1,12 / 42,16 = 1,027 Ом.

g = = =

= Arctg 0,0067 = 0,628 o = 23 ¢ <1 o

Активна складова струму холостого ходу:

I 0a = (P ст. Осн. +3 * I m 2 * r 1) / (3 * U 1 н) = = 0,535 A.

a '= c 1 2 = 1,027 2 = 1,055

b '= 0

a = c 1 r 1 = 1,027 * 0,542 = 0,511 Ом

b = c 1 (x 1 + c 1 x '2) = 1,027 (1,12 +1,027 * 1,4) = 2,627 Ом.

Втрати, які не змінюються при зміні ковзання:

P ст. + Pмех. = 727,12 +125,6 = 852,17 Вт

Таблиця 1. Робочі характеристики асинхронного двигуна.

Параметр

Е д-ца

Ковзання



0,005

0, 01

0,015

s н = 0, 019

0,02

0,0 25

0,03

a r' 2 / s

Ом

48,53

24,27

16,18

12,77

12,13

9,71

8,09

b r' 2 / s

Ом

0

0

0

0

0

0

0

R = a + a ¢ * r ¢ 2 / s

Ом

49,04

24,78

16,69

13,28

12,64

10,55

8,99

X = b + b ¢ * r ¢ 2 / s

Ом

2,627

2,627

2,627

2,627

2,627

2,627

2,627

Z = (R 2 + X 2) 0,5

Ом

49,11

24,92

16,9

13,54

12,91

10,55

8,99

I ¢ ¢ 2 = U 1 / Z

А

7,74

15,25

22,49

28,06

29,43

36,02

42,27

cos j ¢ 2 = R / Z

-

0,999

0,99 4

0,9 88

0,98 1

0,9 79

0,9 69

0,95 7

sin j ¢ 2 = X / Z

-

0,0 53

0, 103

0,1 55

0,1 9

0, 2

0,2 49

0, 292

I 1a = I 0a + I ¢ ¢ 2 cos j ¢ 2

А

8,26

15,69

22,75

28,05

29,36

35,43

40,98

I 1p = I 0p + I ¢ ¢ 2 sin j ¢ 2

А

9,19

10,38

12,27

14,2

14,75

17,75

21,12

I 1 = (I 1a 2 + I 1p 2) 0,5

А

12,36

18,83

25,85

31,45

32,84

39,63

46,1

I ¢ 2 = c 1 I ¢ ¢ 2

А

7,95

15,68

23,1

28,82

30, 5 5

36,99

43,41

P 1 = 3U 1 I 1a 10 -3

кВт

9,43

17,93

25,92

31,98

33,47

40,39

46,72

P Е1 = 3 I 2 січня r січні 1910 -3

кВт

0,23

0,53

1

1,48

1,61

2,35

3,18

P е 2 = 3I ¢ 2 лютого r '2 10 -3

кВт

0,04

0,17

0,37

0,57

0,63

0,94

1,3

P доб = 0,005 * P 1

кВт

0,02

0,06

0,083

0,153

0,167

0,231

0,327

å P = P ст + Р хутро + P е 1 + Р е 2 + Р доб

кВт

1,14

1,61

2,31

3,1

3,26

4,3

5,66

Р 2 = Р 1 - å P

кВт

8,28

16,28

23,62

28,88

30,19

36,01

41,06

h = 1 - å P / P 1

-

0,879

0,91

0,911

0,903

0,903

0,892

0,879

cos j = I 1a / I 1

-

0,668

0,834

0,88

0,892

0,893

0,894

0,889

________ - I 1 = f (P 2)

__ __ __ - P 1 = f (P 2)

Рис.3. Залежності струму статора і споживаної потужності від потужності на валу.

________ - Η = F (P 2)

__ __ __ - Cos φ = f (P 2)

Рис.4. Залежності ККД та коефіцієнта потужності від потужності на валу.

Рис.5. Залежність ковзання від потужності на валу.

Як видно з таблиці 1, а також рис. 3, 4 та 5 номінальному режиму роботи асинхронного двигуна (P = 30 кВт) відповідають: s н = 0,0197; P = 33,4 кВт; I = 32,5 А; I = 30,1 А; η н = 0,9; cos φ н = 0,895.

Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

s н

cos φ н

η н



Розрахунковий

0.0 197

0. 895

0. 9



Аналоговий

0.0 21

0. 9

0. 905












2.9 Розрахунок пускових характеристик

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

Докладний розрахунок наведений для S = 1. Дані розрахунку інших точок зведені в табл. 2.

x = 63,61 h з = 63,61 * 0,0359 = 2,28, де

h з = h п - (h ш + h ¢ ш) = 36,9 - (0,7 + 0,3) = 35,9 мм.

x - "наведена висота" стрижня,

x = 2,28 Þ j = 1,15 [4, стр.216].

Глибина проникнення струму в стержень: h r = = = 0,0167 м. = 16,7 мм.

Площа перерізу, обмеженого висотою h r: q r = .

b r = = 5,11 мм.

q r = = 99,17 мм 2.

k r = Q с / q r = 187,8 / 99,17 = 1,89

K R = = 1,68,

Наведене активний опір обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму: r '2 x = K R * r '2 = 1,68 * 0,23 = 0,39 Ом.

Розрахуємо індуктивний опір обмотки ротора з урахуванням впливу ефекту

витіснення струму.

x = 2,28 Þ j ¢ = k д = 0,64 [4, стр.217].

K x = (L п2 x + L л2 + l д2) / (l п2 + l л2 + l д2)

l п2 x = L п2 - Dl п2 x

Dl п2 x = L 'п2 (1 - k д) = (1 - k д) =

= = 0,655.

l п2 x = 3,1 - 0,655 = 2,44.

K х = = 0,8.

Індуктивний опір: х '2 x = K х * x '2 = 0,88 * 1,4 = 1,23 Ом.

Індуктивний опір взаємної індукції:

х 12п = k m * x 12 = 1,33 * 42,16 = 56,07 Ом.

з 1п = 1 + х 1 / г 12п = 1 + 1,12 / 56,07 = 1,02.

R п = r 1 + c 1п * r '2 x / S = 0,498 + 1,02 * 0,39 = 0,896 Ом.

X п = х 1 + з 1п * х '2 x = 1,12 + 1,02 * 1,23 = 2,37 Ом.

I ¢ 2 = U 1 / (R п 2 + Х п 2) 0,5 = 380 / (0,896 2 +2,37 2) 0,5 = 149,98 A.

I 1 = I ¢ 2 = = 152,3 A.

Таблиця 2. Розрахунок струмів в пусковому режимі асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором з урахуванням впливу ефекту витіснення струму.

п / п

Параметр

Од-ц а

Ковзання




1

0,8

0,5

0,2

0,1

s кр = 0,117

1

x = 63,61 h з S 0,5

-

2,28

2,04

1,61

1,02

0,7

0,78

2

j (x)

-

1,15

0,9

0,4

0,1

0,02

0,02

3

h r = h с / (1 ​​+ j)

мм

16,7

18,9

25,6

32,6

35,2

35,2

4

k r = q с / q r

-

1,89

1,71

1,35

1,16

1,11

1,11

5

K R = 1 + (r с / r 2) (k r - 1)

-

1,68

1,54

1,27

1,12

1,08

1,08

6

r '2 x = K R * r '2

Ом

0,39

0,35

0,29

0,26

0,248

0,248

7

k д = J ¢ (x)

-

0,63

0, 75

0,88

0,96

1

0,98

8

l п 2 x = L п 2 - Dl п 2 x

-

2,44

2,66

2,9

3,05

3,1

3,05

9

K х = Ål 2 x / Ål 2

-

0,88

0,91

0,963

0,99

1

0,99

10

x '2 x = K x * x '2

Ом

1,23

1,27

1,348

1,386

1,4

1,386

11

R п = R 1 + c 1 п * r '2 x / s

Ом

0,94

0,946

1,094

1,83

3,28

2,66

12

X п = X 1 + c 1 п * x '2 x

Ом

2,37

2,42

2,504

2,53

2,56

2,53

13

I ¢ 2 = U 1 / (R п 2 + X п 2) 0,5

А

149,04

145,3

138,2

120,8

91,3

103,5

14

I 1 = I ¢ 2 (R п 2 + + (X п + x 12 п) 2) 0,5 / (c 1 п * x 12 п)

А

152,3

148,6

141,6

123,8

93,74

106,1

2.9.2. Розрахунок струмів з урахуванням зміни параметрів під впливом ефекту витіснення струму та насичення від полів розсіювання.

Розрахунок проводимо для точок характеристик, відповідних S = 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,093, при цьому використовуємо значення струмів та опорів для тих же ковзань з урахуванням впливу витіснення струму. Дані розрахунку зведені в табл. 3. Докладний розрахунок наведений для S = 1.

Приймаються k нас = 1,4, тоді

середня МДС обмотки, віднесена до одного пазу обмотки статора:

F п.ср. = = =

= 3582,1 А.

C N = = 0,997.

Фіктивна індукція потоку розсіювання в повітряному зазорі:

B Ф d = (F п. СР / (1,6 * d * З N)) * 10 -6 = (3582,1 * 10 -6) / (1,6 * 0,5 * 10 -3 * 0,997) = 4,5 Тл.

B Ф d = 4,5 Тл Þ до d = 0,52. [4, стр.219].

Коефіцієнт магнітної провідності пазової розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення: з 1 = (t 1 - b ш1) (1 - до d ) = (11 - 3,7) (1 - 0,52) = 3,5.

Dl п1 нас. = ((H ш1 +0,58 h к) / b ш1)1 / (з 1 +1,5 b ш1)), де

h к = h п - h 1 = 25,2 - 23,1 = 2,1 мм.

Dl п1 нас. = .

l п1 нас. = l п1 - Dl п1 нас. = 1,643 - 0,232 = 1,411.

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення: l д1 нас. = L д1 * до d = 1,63 * 0,52 = 0,85.

Індуктивний опір фази обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

х 1 нас. = (х 1 * ål 1 нас.) / ål 1 = = 0,88 Ом.

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

Dl п2. нас. = (h ш2 / b ш2) / (c 2 / (з 2 + b ш2)), де

з 2 = (t 2 - b ш2) (1 - до d ) = (13,5 - 1,5) (1 - 0,52) = 6,24

Dl п2. нас. = .

l п2 x. нас. = l п2 x - Dl п2. нас. = 2,44 - 0,376 = 2,064.

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання ротора з урахуванням впливу насичення: l д2. нас. = l д2 * до d = 1,8 * 0,52 = 0,936.

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

х '2 x нас = (х' 2 * ål 2 x нас.) / ål 2 = = 0,902 Ом.

з 1п. нас. = 1 + х 1 нас. / х 12 п = 1 + (0,88 / 56,07) = 1,016.

Проведемо розрахунок струмів і моментів.

R п нас. = R 1 + c 1п. нас. * r '2 x / s = 0,498 +1,016 * 0,39 = 0,894 Ом.

X п.нас. = Х 1нас + з 1п.нас. * Х '2 x нас. = 0,88 + 1,016 * 0,902 = 1,8 Ом.

I '2нас. = U 1 / (R п.нас 2 + Х п.нас 2) 0,5 = 380 / (0,894 2 +1,8 2) 0,5 = 189,07 A.

I 1нас = I ¢ 2нас = = 192,1 A.

Відносне значення: I п * = = 5,91.

M п * = = = 1,29.

до 'нас. = I 1 нас. / I 1 = 192,1 / 152,3 = 1,26.

k 'нас. відрізняється від прийнятого k нас. = 1,4 не більше ніж на 10%, що припустимо [4, стр.223].

Таблиця 3. Розрахунок пускових характеристик асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором з урахуванням ефекту витіснення струму та насичення від полів розсіювання.

п / п

Параметр

Од-ц а

Ковзання




1

0,8

0,5

0,2

0,1

s кр = 0,117

1

k нас

-

1,4

1,35

1,31

1,22

1,15

1,16

2

F п. СР

А

3582,1

3391

3136

2560

1911

2068

3

B Ф d = (F п.ср. * 10 -6) / (1,6 * d * C N)

Тл

1,66

4,25

3,93

3,21

2,4

2,6

4

до d = | (B Ф d)

-

0,52

0,55

0,59

0,68

0,8

0,77

5

з 1 = (t 1 - b ш1) (1 - до d )

-

3,5

3,285

2,993

2,34

1,46

1,679

6

l п1 нас. = l п1 - Dl п1 нас.

-

0,232

0,223

0,21

0,18

0,125

0,139

7

l д1 нас. = к d * L д1

-

0,85

0,9

0,96

1,11

1,304

1,26

8

х 1 нас. = х 1 * ål 1 нас. / ål 1

Ом

0,88

0,895

0,914

0,961

1,026

1,011

9

c 1п. нас. = 1 + х 1 нас. / г 12п

-

1,016

1,016

1,016

1,017

1,018

1,018

10

з 2 = (t 2 - b ш2) (1 - до d )

-

6,24

5,4

4,92

3,84

2,4

2,76

11

l п2 x нас. = l п2 x - Dl п2 нас.

-

2,064

2,3

2,542

2,71

2,813

2,75

12

l д2 нас. = к d * L д2

-

0,936

0,99

1,062

1,224

1,44

1,386

13

х ¢ 2 x нас. = х ¢ 2 * ål 2 x нас. / ål 2

Ом

0,902

0,978

1,06

1,147

1,23

1,19

14

R п. нас. = r 1 + c 1п. нас. * r ¢ 2 x / s

Ом

0,894

1,087

1,82

3,02

2,66

2,66

15

X п.нас = х 1нас. + З 1п.нас. * Х ¢ 2 x нас

Ом

1,8

1,89

1,99

2,13

2,28

2,22

16

I ¢ 2нас = U 1 / (R п.нас 2 + Х п.нас 2) 0,5

А

189,07

179,9

167,6

135,6

100,4

109,7

17

I 1 нас = I ¢ 2 нас * (R п.нас 2 + (Х п. нас + х 12п) 2) 0,5 / (c 1п. Нас * х 12п)

А

192,1

183,1

170,8

138,5

102,8

112,1

18

k 'нас. = I 1 нас. / I 1

-

1,26

1,23

1,2

1,11

1,05

1,06

19

I 1 * = I 1 нас. / I 1 ном

-

5,91

5,63

5,26

4,26

3,16

3,45

20

М * = (I '2нас / I' 2ном) 2 До R (s ном / s)

-

1,29

1,34

1,54

2,22

2,34

2,39


Критичне ковзання визначаємо після розрахунку всіх точок пускових характеристик (табл. 3) за середнім значенням опорів, відповідним ковзання

s = 0,2 ¸ 0,1: s кр = r ¢ 2 x / (X 1 нас. / C 1п нас. + X ¢ 2 x нас.) = 0,25 (0,99 / 1,0175 +1,19) = 0,117; M max * = 2,39.

Кратності пускового і максимального моментів і пускового струму спроектованого двигуна задовольняють вимогам ГОСТ та технічного завдання на курсовий проект.

________ - M * = F (s)

__ __ __ - I * = F (s)

Рис.6. Пускові характеристики асинхронного двигуна.

Порівняємо дані розрахункового двигуна з даними двигуна-аналога:

Вид двигуна

s кр

I п *

М п *

М max *



Розрахунковий

0.117

5.91

1.29

2.39



Аналоговий

0.135

6.5

1.3

2.4












3. Моделювання двигуна в середовищі MatLab Power System Blockset

Рис.7. Схема пуску асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором в MatLab Power System Blockset.

3.1 Моделювання з параметрами номінального режиму

При моделюванні з параметрами номінального режиму в якості опорів асинхронного двигуна виставляємо опору, розраховані в п.2.6 та п.2.8:

r 1

r 2 '

x 1

x 2 '

x 12

0,498

0,23

1,12

1,4

42,16

Замість x 1 підставляємо L 1 = x 1 / 314 = 1.12/314 = 3.57 мгн.

Замість x 2 '- L 2' = x 2 / 314 = 1,4 / 314 = 4,46 мгн.

Замість x 12 - L 12 = x 12 / 314 = 42.16/314 = 134.3 мгн.

При моделюванні отримані наступні результати:

Рис.8. Залежність кутовий швидкості від часу.

Рис.9. Залежність моменту від часу.

Рис.10. Залежність струму статора від часу.

Рис.11. Механічна характеристика асинхронного двигуна.

Порівняємо при допомоги рис.8 номінальне ковзання, отримане при моделюванні, з розрахунковим.

s ном. мод = про - Ω ном) / ω о = (104,72 - 102,7) / 104,72 = 0,0193.

s ном.расч = 0,0197.

Відносна похибка: δ s = (s ном.расч - s ном.мод) / s ном.расч = (0,0197 - 0,0193) / 0,0197 =

= 0,02. Δ s = 2%.

За рис.9 знайдемо струм статора при холостому ході і в номінальному режимі:

I 1 хх. Max = 12,4 А Þ I 1 хх. = 12,4 / 1,414 = 8,77 А. I 1 хх. Розр. = 8,82 А.

δ I хх = (I 1 хх. розр. - I 1 хх.) / I 1 хх. розр. = (8,82 - 8,77) / 8,82 = 0,006. δ I хх = 0,6%.

I 1ном. Max = 44,33 А Þ I 1ном = 31,35 А. I 1ном.расч. = 32,5 А.

δ I ном = (I 1ном.расч. - I 1ном.) / I 1ном.расч. = (32,5 - 31,35) / 32,5 = 0,035. δ I ном = 3,5%.

3.2 Моделювання з параметрами пускового режиму

При моделюванні з параметрами пускового режиму в якості опорів асинхронного двигуна виставляємо опору, розраховані в п.2.9:

r 1

r 2 '

x 1

x 2 '

x 12

0,498

0,39

0,88

0,902

56,07

Замість x 1 підставляємо L 1 = x 1 / 314 = 0,88 / 314 = 2,8 мгн.

Замість x 2 '- L 2' = x 2 / 314 = 0,902 / 314 = 2,87 мгн.

Замість x 12 - L 12 = x 12 / 314 = 56,07 / 314 = 178,6 мгн.

При моделюванні отримані наступні результати:

Рис.12. Залежність пускового струму статора від часу

Рис.13. Залежність пускового моменту від часу.

Рис.14. Пускова механічна характеристика асинхронного двигуна.

За рис.12 маємо: I 1п. Max = 285 А Þ I 1п. = 201,5.

I п * = = 6,2. I п.расч * = 5,91.

δ I п = (I 1п .. розр * - I 1п *) / I 1п.расч * = (6,2 - 5,91) / 5,91 = 0,049. δ I п = 4,9%.

За рис.13 маємо: М п. = (1270,5 - 451) / 2 = 40,75 Н * м.

М п * = = 1,4. М п.расч * = 1,29.

δ Мп = (М п.. розр * - М п *) / М п.расч * = (1,4 - 1,29) / 1,29 = 0,085. δ I п = 8,5%.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
273.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Режими роботи асинхронних двигунів
Ремонт магнітної системи асинхронних двигунів
Особливості та перспективи використання асинхронних двигунів з короткозамкненим статором і перетворенням
Проектування систем двигунів внутрішнього згоряння
Проектування ділянки по збірці двигунів внутрішнього згоряння
Призначення і конструктивні особливості асинхронних машин змінного струму
Характеристика двигунів
Діагностика карбюраторних двигунів
Матеріали про гидроавтоматика двигунів
© Усі права захищені
написати до нас