Методика расчета асинхронного двигателя

Методика расчета асинхронного двигателя.

1. Выбор главных размеров асинхронного электродвигателя.

1.1. Число пар полюсов двигателя.

где n– синхронная частота вращения магнитного поля статора двигателя, об/мин f =50 Гц – частота питающего напряжения.

1.2. Высота оси вращения (предварительно) h, мм

Рис. 1. Высота оси вращения h двигателей серии 4А различной мощности и частоты вращения: – со степенью защитыIP 44; б – с IP 23.

1.3. Наружный диаметр статора по ГОСТ 13267-73

D, м

1.4. Внутренний диаметр статора

Число пар полюсов

k=D/D

1.5. Полюсное деление

1.6. Расчетная мощность

1.7. Выбираем электромагнитные нагрузки А и В_ по диаметру D_а для степени защиты IР44(закрытое обдуваемое) согласно рисунка 2.

1.8. Расчетная длина воздушного зазора

где

–коэффициент формы кривой индукции при синусоидальном распределении индукции

–обмоточный коэффициент для основной гармонической магнитного поля, обычно =0,92÷0,96

1.9. Определяем отношение

сравниваем с рекомендуемыми значениями на рисунке 3.

Рис. 3.: – со степенью защитыIP 44; б – с IP 23.

Если λ выше рекомендуемого, то высоту оси вращения двигателя выбираем следующую из стандартного ряда таблицы 2. Повторяем расчеты п. 1.3-1.9.

2. Определение числа зубцов сердечника статора, числа витков и сечение провода обмотки статора.

2.1. Выбираем зубцовое деление статора по рисунку 4.

Рис. 4. Зубцовое деление статора асинхронных двигателей со всыпной обмоткой:

1 – при h 90 мм

2 – при h= 90250 мм

3 – при h280 мм

2.2. Число пазов статора

Число пазов статора в любой обмотке АД должно быть кратно числу фаз m.

Выбор окончательного числа пазов проводят с четкой увязкой получаемого при этом q, (см. таблицу3).

Число пар полюсов

Число пазов статора

Число пазов ротора

34, 38, 56, 58, 62, 64.

56, 58, 62, 82, 84, 86, 88.

74, 76, 78, 80, 100, 102, 104.

66, 70, 98, 100, 102, 104.

78, 82, 110, 112, 114.

68, 74, 104, 108, 112.

86, 92, 96, 102, 106, 136, 140, 144.

68, 74, 88, 98, 106, 108, 110.

86, 92, 100, 116, 124, 130, 132.

124, 136, 152, 160, 164, 168, 172.

2.3. Число пазов на полюс и фазу должно быть целым для большинства АД.

где m – число фаз;

2.4. Уточняем зубцовое деление

Окончательное значение t₁ не должно выходить за пределы, указанные в таблице 6.

2.5. Число эффективных проводников в пазу .

где а – число параллельных ветвей обмотки; принимают таким, чтобы было целым, а в двухслойной обмотке кратным двум.

Чтобы округление не было слишком грубым, вначале определяют предваритель-ное число эффективных проводников в пазу U , при условии, что а=1.

где А – линейная нагрузка, принятая ранее, А/м D – внутренний диаметр статора, м I_1н – номинальный ток обмоток статора, А

Полученное значения U не округляется до целого, а находят такое число параллельных ветвей обмотки, чтобы число эффективных проводников в пазу удовлетворяло условиям, о которых говорилось раньше.

2.6. Число витков фазы обмотки.

2.7. Линейная нагрузка.

2.8. Индукция в воздушном зазоре.

Если полученное значение Bвыходит за пределы рисунка 1 более чем на 5%, то выбирается другое значение Uп(см. пункт 2.5)

2.9. Проверить чтобы А и Внаходились в допустимых пределах согласно рисунка 1.

2.10. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

(Aj) выбираем по рис. 6-16 (б и в), стр. 173, Копылов, Проектирование

В данном методическом пособии (Aj) приведены на рисунке 5.

2.11. Сечение эффективного проводника (предварительно) определяют,

исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке

где I_1н, номинальный ток обмотки статора (см. пункт 2.5)

2.12. Исходя их эффективного сечения проводника по таблице №4 определяем обмоточный провод с сечением q_эл.

n– кол-во элементарных проводников, подбирается такое, чтобы суммарная площадь сечения была близка к расчетному сечению эффективного проводника;

q– сечение элементарного проводника подбирается по конкретной марке провода.

2.13. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Линейная нагрузка — статор

Линейные нагрузки статора в этих двигателях принимаются Л5 40 — г — 80 а / см, а амплитуды индукций в воздушном зазоре — В6 0 18 — 0 26 тл. [1]

А — линейная нагрузка статора , А / см; В (, — индукция в воздушном зазоре, Тл; D — диаметр расточки статора, м; U — длина активной стали статора, м; пЯОм — номинальная частота вращения, об / мин. [2]

Из факторов, ограничивающих величину линейной нагрузки статора , прежде всего следует остановиться на нагреве обмоток. [3]

Снижение массы ротора достигается за счет увеличения линейных нагрузок статора , плотности тока в обмотке ротора, выбора максимально допустимой индукции в зубцах ротора. [4]

Увеличение мощности гидрогенераторов также возможно лишь путем увеличения линейных нагрузок статора и ротора и соответственно применения более интенсивных систем охлаждения. Таким образом, рост мощности генераторов неразрывно связан с совершенствованием и изменением систем охлаждения. [6]

Анализ выражения (4.1) показывает, что для увеличения мощности турбогенераторов необходимо увеличивать линейную нагрузку статора и пропорциональную ей линейную нагрузку ротора. Это влечет за собой увеличение плотности тока в проводниках обмоток статора и ротора, что допустимо только при повышении эффективности систем охлаждения генераторов. С этой целью был сделан переход от косвенных ( поверхностных) систем охлаждения к непосредственным ( внутрипроводниковым) и смешанным системам охлаждения. [7]

Анализ выражения ( 4 — 1) показывает, Ч ю для увеличения мощности турбогенераторов необходимо увеличивать линейную нагрузку статора и пропорциональную ей линейную нагрузку ротора. Это влечет за собой увеличение плотности тока в проводниках обмоток ротора и статора, что допустимо только при повышении эффективности систем охлаждения генераторов. С этой целью был сделан переход от косвенных ( поверхностных) систем охлаждения к непосредственным ( внутрипроводнико-вым) смешанным системам охлаждения. [8]

Как показывает уравнение (17.5), активная мощность трехфазного реактивного двигателя составляет примерно около 40 % активной мощности равного ему по габаритам трехфазного синхронного или асинхронного двигателя при одинаковых значениях индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки статора . Следовательно, при переделке, например, трехфазного асинхронного двигателя с беличьей клеткой в трехфазный реактивный двигатель путем фрезеровки на поверхности ротора междуполюсных пространств ( см. рис. 13.5) необходимо учитывать уменьшение мощности в 2 0 — 2 5 раза. [9]

При заданной частоте вращения машины и индукции в зазоре Be — 0 8 — 1 0 Тл, ограниченной насыщением в зубцовом слое, основными факторами, влияющими на увеличение мощности генератора, являются как геометрические размеры DI, / в, так и линейные нагрузки статора и ротора. [11]

Правила технической эксплуатации разрешают работу в асинхронном режиме также и машинам с непосредственным охлаждением, однако при определении критериев допустимости такой работы требуется учесть ряд особенностей этих машин: 1) большие x d и х а, которые обусловливают меньшее значение Масх и большие скольжения в установившемся асинхронном режиме по сравнению с машинами косвенного охлаждения; 2) большие номинальные плотности тока в обмотке статора и, следовательно, меньшую допускаемую длительность асинхронного режима; 3) иное распределение потоков теплоты в массиве ротора как в нормальном, так и в асинхронном режиме; 4) большую линейную нагрузку статора машин с непосредственным охлаждением. [13]

Тип распорок и способ их крепления выбираются в зависимости от располагаемого места между катушками. При более высоком значении линейной нагрузки статора ( Л5500 а / см) катушки возбуждения сходятся около тела ротора настолько близко, что для болтов не оказывается достаточно места. [15]

Ответы на экзаменационные билеты

Электромагнитный расчет

• Печать
• E-mail

Расчет магнитной цепи. Расчет проводится в такой последо вательности: задаются значением индукции в воздушном зазо ре, определяют число эффективных витков w 1 , рассчитывают значение индукции в зубцах и яр мах статора и ротора, рассчитывают магнитное напряжение отдельных участков магнитной цепи и суммарное магнитное на­ пряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов), рассчи тывают значение намагничивающего тока I m в абсолютных и относительных единицах.

Расчет магнитной цепи повторяют 3—4 раза для ряда зна­ чений В d и строят зависимость I m = f ( B d ) . Приняв в качестве верхнего предела каталожное значение намагничивающего то ка, находят по построенной зависимости требуемую величину B d . Эти расчеты легко формализуются и могут проводиться на ЭВМ с использованием стандартных программ.

Расчет электрических нагрузок. Электрические нагрузки ма шины (плотность тока j и линейная нагрузка A ) определяют нагрев обмотки. Допустимая плотность тока не является постоянной величиной, а зависит от исполнения машины, типа охлаждения, частоты вращения, номинального напряжения и ли нейной нагрузки. Чем больше номинальное напряжение, тем толще должна быть изоляция (пазовая и витковая) и тем хуже отвод тепла, выделяющегося в обмотке. При неизменном тем пературном индексе изоляции плотность тока с ростом напря жения в обмотке должна быть уменьшена.

С другой стороны, увеличение частоты вращения улучшает вентиляцию машины и плотность тока в быстроходных маши­ нах может быть больше, чем в тихоходных.

Однако судить о нагреве обмотки только по плотности то ка неправомерно. Нагрев обмотки определяется не только удельными потерями в меди на единицу массы, которые зависят от плотности тока, но и поверхностью охлаждения. При равных объемах тока в пазу двигатель с большим числом па зов имеет худшие условия охлаждения, чем двигатель с мень шим числом пазов. Кроме того, при равных плотностях тока в худших условиях будет находиться двигатель, имеющий пазы большего размера (при равном числе пазов). Поэтому для проверки теплового состояния обмотки необходимо знать еще и линейную нагрузку двигателя A, которая численно равна МДС обмотки статора на единицу длины окружности статора:

где I 1 H — номинальный ток статора, А.

Рекомендуемые значения линейной нагрузки в асинхронных двигателях известны, причем с ростом D а и t линейная нагрузка возрастает.

Нагрев пазовой части обмотки зависит от произведения ли­ нейной нагрузки на плотность тока. Поэтому в ряде случаев вы бор плотности тока осуществляют с учетом линейной нагрузки (иными словами, в качестве независимых величин выступают произведение A × J и линейная нагрузка). В этом случае расчет ная плотность тока определяется по формуле J =A × J / A . Зна чения произведения A × J для асинхронных двигателей известны.

Таким образом, зная величины плотности тока J 1 и линей ной нагрузки, можно определить число эф фективных проводов в пазу u П1 и их сечение q ЭФ = I 1 H /( a 1 × J ) . Сечение эффективного витка:

где k м — коэффициент заполнения паза медью, S ПСВ — площадь паза в свету, мм 2 .

Плотность укладки проводников в пазы оценивается техно­ логическим коэффициентом заполнения проводниками свобод­ ной от изоляции площади паза:

где d ИЗ — диаметр изолированного элементарного проводника, мм; S ‘ П = S ПСВ — S ИЗ — свободная площадь паза, мм 2 (S ИЗ — пло­ щадь, занимаемая изоляцией, мм 2 ), и характеризует только технологичность укладки обмотки из круглого провода, а не степень использования всего пространства паза. В современном электромашиностроении плотность укладки всыпной обмотки стремятся выполнить такой, чтобы k 3 был в пределах 0,70—0,75 (ручная укладка). Для современных изоляционных материалов коэффициент заполнения паза медью k м составляет 0,33—0,36 для эмалированных проводов и 0,28—0,30 — для проводов с во­ локнистой и двойной изоляцией.

Определение номинальной мощности двигателя. Если посту­ пивший в ремонт двигатель не имеет паспортной таблички или проходит перемотку с изменением частоты вращения, то его мощность можно определить лишь приблизительно. Окончатель­ ное значение мощности можно установить после тепловых испы­таний.

Полная (кажущаяся) мощность, кВ-А, определяется по фор­ муле

где h , cos j — КПД и коэффициент мощности.

Пересчет асинхронных двигателей на другое напряжение, частоту вращения и частоту питания

Пересчет обмотки статора на другое напряжение без изме нения основных характеристик двигателя возможен, если класс напряжения не изменяется (двигатели с напряжением до 600— 690 В), либо если пересчет ведется на более низкое напряже­ ние. В этих случаях не увеличивается площадь изоляции в па зу и удается сохранить электромагнитные нагрузки машины, ее номинальную мощность и энергетические показатели без изме нений.

Изменение частоты вращения асинхронных двигателей свя зано с изменением числа пар полюсов. При увеличении частоты вращения следует проверять механическую прочность ротора и индукцию в ярме статора. При снижении частоты вращения внимание следует уделять вопросам нагрева обмотки статора из-за ухудшения условий охлаждения, поскольку площадь ох лаждения и вентилятор остаются без изменений.

При изменении частоты питающего напряжения следует про верять механическую прочность ротора в случае увеличения частоты, индукцию в ярме статора и нагрев — в случае умень шения частоты.

Пересчет обмотки статора на другое напряжение. Для сохранения рабочих свойств двигателя необходимо, чтобы маг нитный поток (или индукция в воздушном зазоре), а также ли нейная нагрузка (или объем тока в пазу) оставались без из менений.

Из условия постоянства магнитного потока следует, что

где u П.СТ , u П H ОВ — старое и новое число эффективных проводни­ков в пазу; U ст , U HOB -—старое и новое значения фазного на­ пряжения обмотки статора.

Из условия постоянства линейной нагрузки следует, что

где q СТ , q НОВ —старое и новое сечения эффективного провод ника.

Таким образом, пересчет сводится к определению нового числа эффективных проводов в пазу и их сечения по (13.14), (13.15). Полученное значение u П следует округлить в соответ­ствии с рекомендациями, сечение q НОВ — в соответствии с сортаментом провода. Округленные значения не долж­ ны отличаться от рассчитанных более чем на 5%.

• Home
• Ответы на экзаменационные вопросы
• Эксплуатация и ремонт электрооборудования
• Электромагнитный расчет

124209 (Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ), страница 4

Описание файла

Документ из архива «Расчет обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя при наличии магнитопровода с применением ЭВМ», который расположен в категории «рефераты». Всё это находится в предмете «промышленность, производство» из раздела «Студенческие работы», которые можно найти в файловом архиве Студент. Не смотря на прямую связь этого архива с Студент, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе «рефераты, доклады и презентации», в предмете «промышленность, производство» в общих файлах.

Онлайн просмотр документа «124209»

Текст 4 страницы из документа «124209»

Определяется для сравнения его с результатами измерений сопротивлений фазных обмоток оремонтированной машины при приемно-сдаточных и типовых испытаниях.

Электрическое сопротивление одной фазы обмотки постоянному току в холодном состоянии определяется выражением:

Ом

где — удельное сопротивление проводника, для меди – 0,0172 Оммм 2 /м.

12 Расчёт номинальных данных

К номинальным данным относятся следующие величины:

_нf — частота тока, Гц;

n_н — частота вращения ротора, мин -1 ;

cos _н— коэффициент мощности;

_н — коэффициент полезного действия;

/Δ — схема соединения обмоток.

Из них U_н, f, n схема соединения обмотки заданы заказчиком.

1. Номинальный ток

Номинальный фазный ток двигателя равен произведению плотности тока на сечение провода с учётом параллельных ветвей и сечений.

A

где j — плотность тока, А/мм 2 .

Плотность тока, необходимая при определении номинального тока двигателя, выбирается в зависимости от мощности и исполнения машины. Предварительно выбираем плотность тока j=4,5 и проверяем по линейной нагрузке двигателя.

Линейная нагрузка двигателя представляет собой произведение тока в проводнике на число проводников во всех пазах, приходящихся на 1м длины окружности внутренней расточки статора:

Результат вычислений линейной нагрузки сравнивается с допустимым значением она должна входить в пределы 250 – 300 , условие выполняется.

2. Номинальная мощность

Расчётная номинальная мощность трёхфазного асинхронного двигателя (мощность на валу) определяется из выражения:

кВт

Полученное значение мощности округляем до ближайшего стандартного:

Р =11 кВт.

А.

Принимаем коэффициент мощности сos =0,87 и коэффициент полезного действия =0,87. Фактическая плотность тока определяется по формуле

Рассчитываем линейную нагрузку:

Сравниваем значение линейной нагрузки с допустимыми значениями 250 – 300 . Поскольку значение входит в пределы, то составляем задание обмотчику.

13 Задание обмотчику

Номинальная мощность, кВт

Номинальное напряжение, В

Номинальный ток, А

Номинальная частота вращения, мин -1

Частота тока, Гц

Схема соединения обмоток

Масса провода, кг

Марка и сечение провода

Число параллельных сечений, шт

Число витков в секции, шт

Число секций в катушке

Количество катушек, шт

Число параллельных ветвей

Составил студент 3-го курса Чистяков Павел Владимирович

20.05.2005 ___________ (подпись)

14 Расчёт однослойной обмотки

2. Число пазов на полюс и фазу.

3. Число катушечных групп

4. Число электрических градусов на один паз

5. Число параллельных ветвей

6. Принцип построения схемы статорной обмотки трёхфазного асинхронного двигателя

При построении схемы, обмотка первой фазы может в общем начинаться с любого паза. Поэтому первую активную сторону секции помещаем в первый паз. Вторую активную сторону секции помещаем через семь в восьмой паз.

В однослойной обмотке первая катушечная группа участвует в создании первой пары полюсов, вторая – должна создавать вторую пару полюсов, следовательно, расстояние между ними должно быть равно одной паре полюсов, т. е. 360 электрических градусов. Но в данном случае у нас только одна катушечная группа и она участвует в создании только одной пары полюсов.

Обмотка фаз «В» и «С» выполняется аналогично, но они сдвинуты, соответственно, на 120 и 240 электрических градусов относительно обмотки фазы «А», т. е. В пазах это будет:

;

1. Изменение частоты вращения магнитного поля влияет следующим образом на величины магнитных индукций:

— магнитная индукция изменяется незначительно потому что задаёмся оптимальными значениями

— магнитная индукция в зубцовой зоне статора изменяется так же незначительно, потому что изменяется сечение зубцовой зоны пропорционально изменению сечения воздушного зазора

— магнитная индукция в спинке статора с уменьшение вращения магнитного поля уменьшается, потому что сечение спинке статора постоянно.

2. Изменение фазного напряжения влечёт изменение:

— числа витков в фазе

3. Изменение частоты влечёт изменение:

— числа витков в фазе

4. Выбор типа обмотки отражается на следующих параметрах:

Двухслойная обмотка имеет возможность укорочения, что экономит провод и уничтожает высшие гармоники.

Однослойная имеет больший коэффициента заполнения паза, что ведёт к повышению сечения провода, и следовательно к повышению мощности двигателя. Поэтому требует большего количества обмоточного провода, так как шаг нельзя укорачивать.

5. Наиболее рациональная статорная обмотка магнитопровода двухслойная с укороченным шагом. Фазное напряжение 220В, частота вращения 1500 мин -1 , частота тока 50 Гц.

1. Сердешнов А. П. Расчёт трёхфазного асинхронного двигателя при ремонте: Учебно – методическое пособие для студентов C/X вузов. – Мн.: БГАТУ, 2003 г.

3. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. – Л.: Энергоатомиздат, 1989 г.

2. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций, Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

Курсовой проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на страницах печатного текста, таблиц — рисунков — , графическая часть на 3 листах, в том числе формата А1 – 2 листа, формата А4 – 1 лист.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, обмоточные данные, магнитная нагрузка, номинальные данные.

В работе: выполнен расчет обмотки трехфазного асинхронного двигателя, определены обмоточные данные, на которые выполнены развернутые схемы обмоток. Определены все основные параметры обмотки, установлены номинальные данные электродвигателя.