1. Выбор и расчёт основных размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором
1.1 Главные размеры асинхронной машины и их соотношения
К главным размером асинхронной машины относятся:
- внутренний диаметр D;
- расчетная длина воздушного зазора L б .
Эти размеры связаны с другими параметрами так называемой машиной постоянной.
(1.1)
где: ? 1 — синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора ?1 =2?n1 /60; S1 — расчетная мощность, кВА; aб — расчетный коэффициент полюсного перекрытия, равный отношению полюсной дуги ?n к полюсному делению ?; Кв — коэффициент, зависящий от формы кривой магнитного поля в воздушном зазоре; Коб — обмоточный коэффициент; А — линейная нагрузка, А/м; Вб — магнитная индукция в зазоре, Тл.
1.2 Определение главных размеров асинхронной машины
Предварительно число пар полюсов статора определяется по формуле:
(1.2)
где:
- частота напряжения сети; n 1 — синхронная частота вращения магнитного поля статора (принимается по заданию на расчёт).
Расчетная мощность определяется из выражения.
(1.3)
где: К Е =0,98 — коэффициент, показывающий какую часть от номинального напряжение составляет ЭДС в обмотке статора (принимается по графику рис. 1.1. [3]); Рн =7,5 — мощность на валу двигателя, кВт (принимается по заданию); =86,25% — коэффициент полезного действия и cos ?н =0,882 — коэффициент мощности (принимается по таблице 1.1. [3]);.
, кВА
По графику рис. 1.2. [3] определяем высоту оси вращения двигателя по заданной мощности: h=0,15, м
Методом интерполяции, зная h из таблицы 1.2. [3] принимаем D a =0,255, м
Определить внутренний диаметр D по выражению.
(1.4)
где K D — коэффициент в зависимости от 2Р1 : KD =0,66
D a =0,255 м
D=0,66·0,255=0,168 м
Полюсное деление статора определяется из выражения.
(1.5)
м =13,2 см
Далее из формулы (1,1) определяется расчетная длина статора.
(1.6)
Коэффициенты полюсного перекрытия ? б и формы поля К В принимается из расчета синусоидального поля в воздушном зазоре;
«Прокладка надземного трубопровода без использования малоградусных ...
... основные технологические решения по прокладке надземных внутрипромысловых трубопроводов, их конструктивные особенности и выбор технологических элементов конструкции. В расчетной части проекта производится сравнение двух способов прокладки трубопровода и обоснование негативного ...
? б =2/??0,637; КВ =?/2?1,11.
Значение обмоточного коэффициента предварительно принимается;
- для однослойных обмоток К об =0,95?0,96.
Принимаем однослойную обмотку К об =0,955; зная Da =0,255 м определяем по графику: А=29·10 3
В б =0,9 Тл
? 1 =2?n1 /60=2·3,14·1500/60=157,08 (1.7)
м
1.3 Обмотка, паза и ярма статора
Число пазов статора. Предварительный выбор зубцового деления t 1 осуществляется по рис 1.4. [3]
При h=150 мм выбирается 2-я зона при м
t 1 min=0,0123
t 1 max=0,0147
Возможное число пазов статора.
(1.8)
где D=0,16592
Z 1 min =35,968 Z 1 max =42,986
Окончательно число пазов статора Z 1 ; принимаем Z 1 =36
(1.9)
Тогда зубцовый шаг статора.
(1.10.)
t 1 >[6?7] мм
м
Число проводников в пазу.
Количество эффективных проводников:
(1.11)
где a 1 = 1 число параллельных ветвей в обмотке, равно единице, а номинальный ток обмотки статора.
(1.12)
[A]
A=29·10 3
t 1 =0,015 м
Число витков в фазе обмотки.
(1.13)
Окончательное значение линейной нагрузки.
(1.14)
Площадь сечения около S ? 2,5, мм2
<2,5 мм 2 (1.15)
где I 1н =14,6 A; nэл — число элементарных проводников в одном эффективном.
J доп =50?6,5 А/мм; a 1 =1
Примем J доп =6,5 А/мм2
, мм 2
Из таблице выбираем стандартное сечение проводника S с1 ближайшее к S ‘ =2,259. Марка ПЭТВ — эмалированный проводник.
S c — площадь поперечного сечения не изолированного провода S c =2,27 мм 2 номинальный диаметр неизолированного провода d=1,7 мм.
Среднее значение диаметра изолированного провода d из =1,785 мм.
Уточняем плотность тока, А/мм 2
(1.16)
, А/мм 2
Размеры паза, зубца и пазовая изоляция
(1.17)
шт.
Площадь, занимаемая проводниками, мм 2 .
(1.18)
, мм 2
Свободная площадь паза
(1.19)
где К з — коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать К з =0,68?0,74 принимаем К з =0,69.
Технология текущего ремонта электродвигателей с короткозамкнутым ротором
... обмотки. Основным параметром, определяющим распределение обмотки по пазам, является число пазов q на полюс и фазу. В обмотке статора двухполюсного двигателя (см. рис.6, а см.приложения) ... асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; o составить технологическую карту ремонта и обслуживания асинхронного двигателя; o сделать экономические расчёты ремонтных работ; o проанализировать экологическую ...
В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используется трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки.
Внешний диаметр: D a =255 мм
Высота ярма статора, м
(1.20)
где h Z 1 — находим из эскиза.
, мм
, мм
Рис. 1. Эскиз трапецеидального паза статора.
1.4 Расчёт фазного ротора
Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и полюсов, сколько и обмотка, т.е.
m 2 = m 1 и p 2 = p 1.
где p 1 = p 2 = 2
m 1 = m 2 = 3
Число пазов полюсов и фазы ротора q 2 , а также число пазов ротора Z 2 определяется по формуле:
(1.21)
Определяем число витков по формуле:
(1.22)
При: q 2 ?1 в фазе роторов с катушечной обмоткой устанавливаем значение ЭДС фазы Е 2 соединяем в треугольник по формуле:
(1.23)
где U 2 K — напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя, которое должно находиться в пределах 150?200 В.
Примем U 2 K =150
, В
Определяем число эффективных проводников в пазу:
(1.24)
Число эффективных проводников в пазу должно быть чётным, поэтому полученное значение округляется до u п1 , уточняется число витков в фазе,
u п1 =28
W 2 =u п2 ·р 2 ·q 2 (1.25)
W 2 =2·2·28=112
И проверятся U ф2 напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя:
, В (1.26)
, В
Фазный ток ротора:
, А (1.27)
где К j — коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивление обмоток на отношение I 1 / I 2 , принимается по рис. 1.7. [3] при cos ?н =0,882, К j =0,94; К пр — коэффициент для приведения параметров неподвижного ротора к параметрам статора.
(1.28)
где К об1, К об2 — обмоточный коэффициент статора и ротора;
коэффициент К об определяем по таблице 1.6. [3] и примем при q 2 = 4; К об2 = 0,965.
Подставим К пр, получим:
, А
Внешний диаметр ротора, м, определяется по формуле:
(1.29)
, м
Техническая эксплуатация и ремонт двигателей постоянного тока
... n (об/мин), М =9550P/n (10) Обсудим некоторые важные вопросы пуска и работы двигателей постоянного тока. Из уравнения электрического состояния двигателя следует, что I я = (U -- E)/Rя (11) В ... напряжению U, и скорость вращения ротора: . (4) Следовательно, благодаря наличию коллектора при работе машины постоянного тока в двигательном режиме скорость вращения ротора не связана жестко с частотой ...
Зубцовое деление (зубцовый шаг) ротора, м.
(1.30)
, м
Площадь сечения
<2,5, мм 2 (1.31)
применим n эл2 = 1
>2,5, мм 2
применим n эл2 = 2
<2,5, мм 2
S 2 ‘=1,65 примем S c =1,767 мм 2
d=1,5 мм.
d из =1,585 мм
Размеры паза, зубца и пазовая изоляция
Общее число проводников в пазу.
(1.32)
Площадь, занимаемая проводниками, мм 2 .
(1.33)
, мм 2
Свободная площадь паза
(1.34)
где К з — коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать К з =0,68?0,74 принимаем К з =0,69.
, мм 2
В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используется трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки.
Число пазов Z 2 =24
м
Угол между позами ? =
Высота паза , мм
Рис. 2. Эскиз трапецеидального паза ротора.
1.5 Параметры двигателя
Параметрами асинхронного двигателя называют активное и индуктивное сопротивление обмоток статора R 1 , X 1 , ротора R 1 , X 1 , сопротивление взаимной индуктивности X 12 и расчётное сопротивление R 12 (R ? ), введением которого учитывают потери мощности в стали статора.
Для расчёта активного сопротивления необходимо определить среднюю длину витка обмотки, м , состоящею из суммы прямолинейных пазов и изогнутых лобовых частей катушки, определяется по формуле:
(1.35)
Точный расчёт длины лобовой части обмотки трудоёмок, поэтому необходимо использовать эмпирические формулы.
Приводится формула для расчёта лобовой части всыпных обмоток:
(1.36)
где К Л — коэффициент, (принимаемый из таблице) К Л = 1,55;
b КТ — средняя ширина катушки, м , определяется по дуге окружности, проходящей по серединам высоты паза:
В статоре:
(1.37)
мм
В роторе:
(1.38)
мм
В- длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начало отгиба лобовой части, м , В =0,015 м; ? — относительное укорочение шага обмотки, для диаметральных обмоток ? =1.
мм
мм
мм
мм
Общая длина проводников фазы обмотки, м ,
(1.39)
Рассчитаем для статора:
, м
Рассчитаем для ротора:
, м
Активное сопротивление фазы обмотки:
( 1.40)
где p — удельное сопротивление медного материала обмотки; при расчётной температуре p = 1/46.
, Ом
, Ом
Рассчитаем приведённое сопротивление ротора определяется по формуле:
(1.41)
, Ом
2. Проверочный расчет магнитной цепи
Магнитный поток, В б в воздушном зазоре определяется из выражения:
(2.1)
где К Е =0,98; К В =1,11 определяется по формуле; К об1 =0,955
, Вб
Магнитная индукция, Т л , в воздушном зазоре должна незначительно отличатся от предварительно принятой:
(2.2)
, Тл
Магнитная индукция, Т л , в зубце статора при постоянном сечении определяется по формуле:
(2.3)
где K C = 0,97 — коэффициент заполнения стали; bz 1 =8 — ширина паза.
Магнитная индукция в ярме статора рассчитывается по формуле:
(2.4)
Значение В с =1,5; В с ?1,4?1,6 Тл для 2р 1 =4, удовлетворяет значению.
Принимаем намагничивающий ток I ? =0,25
3. Схема развёртки обмотки статора
Z 1 =36 число пазов, 2P 1 =4
Полюсное деление в пазах определяется по формуле:
(3.1)
Число пазов определяется по формуле:
(3.2)
4. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Механической характеристикой двигателя называется зависимость его угловой частоты вращения от развиваемого момента ?= f (M ).
Часто механическую характеристику представляют в виде зависимости числа оборотов в минуту от момента n =f (M ).
Так как ? и n связаны постоянным соотношение n =(30/?)?, то очертание обеих характеристик подобны.
Для трёхфазного асинхронного двигателя зависимости частоты вращения ротора от электромагнитного момента выражается громоздкой функцией, неудобной для анализа. Поэтому широкое применение получила зависимость момента от скольжения М =f (S ), причём частота вращения ротора и скольжения связаны простым соотношением n=n (1-S ).
Характеристики делятся на естественные и искусственные.
Естественная характеристика двигателя соответствует основной схеме его включения и номинальным параметром питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя неноминальным напряжением характеристики также отличаются от естественной характеристики.
Искусственные характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором и способы их получения рассмотрены в разделе. 5.
4.1 Расчёт и построение механической характеристики
Для расчёта характеристики М =f (S ) и механической характеристики ?=f (M ) воспользуемся известной упрощенной формулой Клосса:
(4.1)
где М — развиваемый двигательный момент, Нм , при соответствующем скольжении; S; S Кр — критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту М max на механической характеристике.
Для номинального режима работы выражение (4.1) примет вид:
(4.2)
где S Н — скольжение в номинальном режиме двигателя (дается в задании), или, используя известные параметры, получим; S Н = 1,75%=0,0175
(4.3)
где P Н =7,5 кВт:
Угловая частота вращения ротора ? с угловой синхронной частотой магнитного поля ? 1 связана соотношением:
(4.4)
Тогда в номинальном режиме ? н = ?1 (1-S н ).
? н = 157,08. (1-0,0175)=154,3 об/мин
Н.м.
Максимальный момент определяется из соотношения М max / Mн , приведенного в задании.
(4.5)
Таким образом, в выражении (4.1.2.) неизвестным остается скольжение S кр , которое необходимо выразить и рассчитать.
Учитывая, что 0< S КР <1 и S КР >S Н выбираем S КР1 =0,065
Далее подставляем в выражение (4.1.4.) значение скольжения S от1 до 0, получают значение М для этих скольжений. И для них же определяют угловую частоту ротора ?:
(4.6)
(4.7)
(4.8)
Таблица 1. Данные расчёта механической характеристики.
|
S, о.е. |
0 |
0,01 |
0,02 |
0,0175 |
0,065 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1 |
|
|
M, Нм |
0 |
29 |
54,64 |
48,8 |
97,6 |
88,8 |
57 |
30,8 |
20,8 |
15,69 |
12,6 |
|
|
?, 1/с |
157,1 |
155,5 |
153,9 |
154,33 |
146,9 |
141,4 |
125,7 |
94,25 |
62,8 |
31,42 |
0 |
|
Исходя из таблицы 1, выполняем график: Механической характеристики.
Рис. 4. Зависимость М=f(S)
Рис. 5. Механическая характеристика
5. Расчет пусковых сопротивлений и пусковая диаграмма
5.1 Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором
Расчет добавочного сопротивления R д .
(5.1)
где R 2 — сопротивление фазы ротора, R 2 =0,37; Sки Sке — критическое скольжение естественной и искусственной механической характеристик, Sки =1, Sке = Sкр =0,065
, Ом
Пусковая диаграмма асинхронного двигателя.
Расчёт резисторов в цепи ротора, обеспечивающих заданную пусковую диаграмму, для асинхронного электропривода с фазным ротором является наиболее часто встречающейся задачей.
Под пусковой диаграммой понимают совокупность двух или более искусственных механических характеристик, которые используются при пуске АД в пределах от М 1 до М 2 показано на рисунке.
Пусковая диаграмма строится в предположении, что рабочий участок механических характеристик близок к линейному.
При построении пусковой диаграммы предельный момент М 1 не может быть больше критического и обычно принимается (0,8?0,9) М max , а момент переключения М 2 должен составлять (1,1?1,25) М с .
Число ступеней пусковой диаграммы m (оно равно числу искусственных характеристик) и значение моментов М 1 и М 2 связаны между собой соотношением.
(5.2)
где — значение момента в относительных единицах.
Если при выбранных значениях М 1 до М 2 число ступеней m не получается целым, то его следует округлить в сторону ближайшего целого числа m и пересчитать момент переключения М’ 2 .
Принимаем М 1 =0,9·97,6=87,84
М 2 =1,1·48,6=53,46
Т.к. при выборе значения М 1 и М 2 число ступеней получится близко к 6, то число позиций будет равно 6.
Расчетам М’ 2 с учетом, что m =7 по формуле:
(5.3)
После этого определяем отношение ?= М 1 /М ‘2 и величину сопротивления по ступеням рисунок определяется по формуле:
(5.4)
где R Р =R 2 — сопротивление ротора.
, Ом
, Ом
, Ом
, Ом
, Ом
, Ом
Рис. 6. Пусковая диаграмма при m = 6
6. Управление электроприводами с асинхронными двигателями, Частоту вращения ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно регулир
Управлять такими электродвигателями возможно с помощью силовых и магнитных контроллеров. В настоящее время используются магнитные контроллеры, относящиеся к аппаратам дистанционного управления.
Заключение
В данном курсовом проекте был разработан асинхронный двигатель с фазным ротором, выбраны и рассчитаны его параметры, рассчитана магнитная цепь, построены схема развертки статора и его механическая характеристика, выбраны пусковые сопротивления и разработана схема управления.
асинхронный двигатель статор фазный
Список литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/asinhronnyiy-dvigatel-s-faznyim-rotorom/
1. Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления. Учебно-методическое пособие. Ющенко Л.В. 1999.
2. Электрические машины М.П. Костенко, А.М. Пиотровский, Л: Энергия, 1973.
3. Электрические машины А.И. Вольдек, Л: Энергия, 1978.
