Проектирование судовых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Определение главных размеров трёхфазного асинхронного двигателя. Проектирование статора и короткозамкнутого ротора. Расчёт магнитной цепи и намагничивающего тока, параметров двигателя для номинального режима, потерь мощности, КПД, рабочих характеристик.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Согласно заданию необходимо спроектировать трёхфазный асинхронный двигатель мощностью 37 кВт, с частотой вращения 3000 об/мин, напряжением 220 / 380 В при частоте 50 Гц, КПД составляет 90% и коэффициент мощности, соответственно, 0,89; ротор - короткозамкнутый, исполнение двигателя по степени защиты IP44. В качестве базовой модели принята конструкция асинхронного двигателя типа 4А200М2У3.

При проектировании использована методика и рекомендации, содержащиеся в методическом пособии «Электрические машины. Курсовое проектирование судовых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором», автор А.А. Ушакевич.

Число пар полюсов

Электромагнитный расчёт

Определение главных размеров.

Главными размерами асинхронной машины являются внутренний диаметр статора и расчётная длина воздушного зазора . Главными они называются потому, что определяют в основном все остальные показатели машины. От размеров и и соотношения между ними зависят объём активной части машины, её масса, степень использования активной части, технико-экономические и другие важные показатели машины.

Наружный диаметр статора выбирается в зависимости от заданной высоты оси вращения по табл. 1.

Таблица 1

мм	90	100	112	132	160	180	200	225	250	280
м	0,149	0,168	0,191	0,225	0,27	0,313	0,35	0,39	0,44	0,53

Принимаем значение и .

Внутренний диаметр статора в общем случае может быть определён по наружному диаметру, высотам ярма и зубцового слоя:

На указанном этапе расчёта размеры и неизвестны. Поэтому для расчёта внутреннего диаметра используют:

Значение принимаем из таблицы 2.

Таблица 2

	2	4	6	8-12
	0,52-0,58	0,64-0,68	0,7-0,72	0,74-0,77

Принимаем

Находим внутренний диаметр:

Расчётная длина воздушного зазора определяется:

где - расчётная мощность, Вт;

- внутренний диаметр статора, м;

- угловая частота вращения, рад/с;

- коэффициент формы поля ();

- обмоточный коэффициент, выбираемый в зависимости от типа обмотки статора. Для двухслойных обмоток =0,9;

- линейная нагрузка, А/м;

- индукция в воздушном зазоре, Тл.

Расчётная мощность определяется по формуле:

где - номинальная мощность, Вт;

- коэффициент отношения ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

- КПД машины

- коэффициент мощности

[ рис.1(в) стр.13] принимаем 0,985

Расчётная мощность будет равна:

Находим и [ рис.2(б) стр.14]: и

Определяем угловую частоту вращения:

Критерием правильности выбора главных размеров и служит отношение

где - полюсное деление, в м, вычисляемое по формуле

Находим

Величина должна находиться в пределах [рис.3 стр.15].

Величина находится в допустимых пределах.

Проектирование статора.

Выбираем тип обмотки и форму паза для статора из табл.3

Таблица 3

		Тип обмотки	Форма паза
50-160	2,4,6,8	Однослойная всыпная концентрическая двухплоскостная	Трапецеидальный полузакрытый
180-250	2,4,6,8	Двухслойная всыпная	Трапецеидальный полузакрытый
280-335 335	2,4,6,8 10,12	Двухслойная из жёстких полукатушек	Прямоугольный полузакрытый
280; 315	10,12	Двухслойная всыпная концентрическая	Трапецеидальный полузакрытый

Тип обмотки: Двухслойная всыпная Форма паза: Трапецеидальный полузакрытый

Находим предельные значения

[рис.11, стр.67]: ,

где - зубцовое деление статора

Предварительно определяем число пазов статора:

Из этого промежутка принимаем число пазов статора

Определяем число пазов на полюс и фазу:

, где - число фаз;

Окончательно определяем зубцовое деление статора:

Полученное значение зубцового деления должно быть не менее минимального рекомендуемого значения (табл.4)

Полюсное деление , м	< 0,15	0,15-0,4	>0,4
Зубцовое деление статора , м	0,016-0,020	0,017-0,022	0,020-0,028

Находим число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии )

(здесь - номинальный фазный ток обмотки статора)

Величина определяется по формуле:

, где - номинальное фазное напряжение.

Принимаем , т.к. при этом значении номинальный фазный ток обмотки статора в параллельной ветви обмотки статора не превышает 50-55 А.

Определяем число параллельных ветвей в обмотке статора. При выборе числа параллельных ветвей следует обязательно проверить выполнимость обмотки, т.е. соотношение . Для двухслойных обмоток: должно быть целым числом.

Принимаем . Отсюда находим (окончательно) число эффективных проводников в пазу: .

Находим число последовательно соединённых витков в фазе обмотки статора :

Уточняем электромагнитные нагрузки и :

Чтобы уточнить , нужно найти величину потока:

Здесь уточняем :

(для двухслойных обмоток относительный шаг обмотки рекомендуется принимать )

двигатель асинхронный статор ротор ток

Значения и находятся в допустимых пределах [рис.2(б) стр.14].

Размеры проводника обмотки статора определяются исходя из теплового фактора , который характеризует тепловую нагрузку (или нагрев пазовой части) обмотки статора. Для этого по кривым [рис.4 стр.20] выбираем произведение .

Далее определяем допустимую плотность тока :

Предварительно определяем сечение эффективного проводника:

Принимаем число элементарных проводников , тогда мы можем определить площадь поперечного сечения неизолированного провода:

Выбираем ближайшее значение [табл.6 стр.22]:

По этому значению определяем номинальный диаметр неизолированного провода и среднее значение диаметра изолированного провода :

и

Уточним сечение эффективного проводника:

Уточним плотность тока в обмотке статора:

Проведём расчёт размеров зубцовой зоны статора. Для этого зададимся значениями индукций в ярме статора и в зубце [табл.7 стр. 23]: и .

По допустимым значениям индукций определяем высоту ярма и ширину зубца :

,

- для сердечников статоров, которые шихтуются в один пакет

- коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора [табл.8 стр.24]

(для оксидированных листов)

В двигателях серии 4А с высоту шлица увеличивают до

,

где и - соответственно высота и ширина...