ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 381
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
л2 = Пп2; bиз.л2 — односторонняя толщина изоляции лобовых частей (по табл. гл. 3).
Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой воздуха внутри двигателя, ° С,
(9.336)
Среднее превышение температуры обмотки ротора над окружающей средой, ° С,
. (9.337)
Вентиляционный расчет асинхронных двигателей, так же как и тепловой на первоначальном этапе проектирования, может быть выполнен приближенным методом, который заключается в сопоставлении расхода воздуха, необходимого для охлаждения двигателя и расхода, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя.
Для двигателей со степенью защиты IP23 требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с,
Qв = ∑Р'в / (1100Δ
), (9.338)
где ∑Р'в — по (9.326); Δ — превышение температуры выходящего из двигателя воздуха над температурой входящего; приближенно Δ = 2 Δv'в, где Δv'в — по (9.322).
Расход воздуха, который может быть получен при данных размерах двигателя, оценивается по эмпирической формуле
Q'в = m'(nк bк + 0,1)
D2a, (9.339)
где nк и bк — число и ширина, м, радиальных вентиляционных каналов; n — частота вращения двигателя, об/мин; m' — коэффициент (m' — 2,6 для двигателя с 2р = 2; m' = 3,15 для двигателя с2р ≥ 4).
Формула (9.339) приближенно учитывает суммарное действие всех нагнетательных элементов в двигателе: лопаток на замыкающих кольцах литой клетки, вылетов стержней при сварных клетках короткозамкнутых роторов, лобовых частей фазных роторов, вентиляционных распорок в радиальных каналах и др.
Для двигателей со степенью защиты IP44 требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с,
Qв = km ∑Р'в
/(1100 Δ
) , (9.340)
где km — коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором:
km = m'
(9.341)
Коэффициент m' = 2,6 для двигателей с 2р = 2 при h ≤ 132 мм и m' = 3,3 при h ≥ 160 мм; m' = 1,8 для двигателей с 2р ≥ 4 при h ≤ 132 мм и m' = 2,5 при h ≥ 160 мм.
Расход воздуха, м3/с, обеспечиваемый наружным вентилятором, может быть приближенно определен по следующей формуле:
Q'в =0,6 D3а
. (9.342)
Расход воздуха Q'в должен быть больше требуемого для охлаждения машины Qв.
На этом, если не требуется более детального определения температуры отдельных элементов, расчет асинхронного двигателя может быть закончен. Для уточненного расчета теплового режима двигателя могут быть использованы методы, рассмотренные в гл. 7.
9.16. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
9.16.1 Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Техническое задание
Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором: Р2 = 15 кВт, U = 220/380 В, 2р = 4; конструктивное исполнение IM 1001; исполнение по способу защиты IP44; способ охлаждения IC0 141; климатическое исполнение и категория размещения УЗ, класс нагревостойкости изоляции F.
Выбор главных размеров
1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18, a h = 0,17 м. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 160 мм; Da = 0,272 м (см. табл. 9.8).
2. Внутренний диаметр статора D = kD Da = 0,68 • 0,272 = 0,185 м, kD = по табл. 9.9.
3. Полюсное деление τ = π D/(2p) = π 0,185/4 = 0,145 м.
4. Расчетная мощность по (9.4)
P' = mIE = P2
= 
= 18 885 ≈ 18 900 В
А
(kE — по рис. 9.20; η и cos φ— по рис. 9.21, а).
5. Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б)
А = 32 • 103 А/м; Вδ = 0,75 Тл
6. Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки) kоб1 = 0,95.
7. Расчетная длина магнитопровода по (9.6)
= 
= 0,139 ≈ 0,14 м
(по (9.5) Ω = 2nf / p = 2n • 50/2 = 157 рад/с].
8. Отношение λ = lδ /τ = 0,14/0,145 = 0,97. Значение λ = 0,97 находится в допустимых пределах (см. рис. 9.25).
Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора
9. Предельные значения tz1 (по рис. 9.26): tz1max = 15 мм; tz1min = 12 мм.
10. Число пазов статора по (9.16)
Z1min =
Z2max =
Принимаем Z1 = 48, тогда q1 = Z1/(2pm) - 48/(4 • 3) = 4. Обмотка однослойная.
11 . Зубцовое деление статора (окончательно)
м
12. Число эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии а = 1 по (9.17)]
(по 9.18)
А
13. Принимаем а = 1, тогда по (9.19) uп = а u'п = 13 проводников.
14. Окончательные значения:
число витков в фазе по (9.20)
линейная нагрузка по (9.21)
А/м
магнитный поток по (9.22)
Ф =
9,7 10-3 Вб
(для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3.16 kоб1 = kp1 = 0,958; для Da = 0,272 м по рис. 9.20 kE = 0,975);
индукция в воздушном зазоре по (9.23)
Вδ =
Тл
Значения А и Вδ находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.22, б).
15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25). А по п. 14 31,5 103 А/м
А/м2
(AJ1 = 180 109 по рис. 9.27, б).
16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (9.24), а = 1.
м2 =5,13 мм2.
17.Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем nэл = 3, тогда qэл = qэф/nэф = 5,13/3 = 1,71 мм2. Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (см. приложение 3), dэл = 1,5 мм, qэл = 1,767 мм2, qэ.ср = nэл qэл = 3 • 1,767 = 5,3 мм2.
18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (9.27)
А/мм2.
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Паз статора определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.
19. Принимаем предварительно по табл. 9.12 Вz1 = 1,9 Тл; Ва = 1,6 Тл, тогда по (9.37)
bZ
1 =
=
= 4,9•10-3 м = 4,9 мм
(по табл. 9.13 для оксидированной стали марки 2013 kc = 0,97);
по (9.28)
м = 22,3 мм.
20. Размеры паза в штампе: bш = 3,7 мм; hш = 1 мм; 45° (см. рис. 9.29, а);
по (9.38)
м = 21,2 мм;
по (9.40)
=
мм
Рис. 9.73. Пазы спроектированного двигателя с короткозамкнутым
ротором (Р2 =15 кВт, 2р = 4, Uном =220/380 В)
по (9.39)
= 9,98 = 10 мм2;
по (9.42)—(9.45)
= 18,25 ≈ 18,3 мм
Паз статора показан на рис. 9.73, а.
21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
b'1 = b1 – Δ bп = 7,6 – 0,2 = 7,4 мм
b'2 = b2 – Δ bп = 10 – 0,2 = 9,8 мм
b'п.к = hп.к – Δh = 18,3 – 0,2 = 18,1 мм.
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки по (9.48)
= 131,7 мм2
[площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 0,4(2•21,2 + 7,6 + 10) = 24 мм2,
гдe односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 0,4 мм — по табл. 3.1].
22. Коэффициент заполнения паза по (3.2):
= 0,74
Полученное значение kз допустимо для механизированной укладки обмотки.
Расчет ротора
23. Воздушный зазор (по рис. 9.31) δ = 0,5 мм.
24. Число пазов ротора (по табл. 9.18) Z2 = 38.
25. Внешний диаметр ротора D2 = D - 2δ = 0,185 - 2 • 0,5 • 10-3 = 0,184 м.
26. Длина магнитопровода ротора l2 = l1 = 0,14 м.
27. Зубцовое деление ротора
tz2 = πD2/Z2 =π 0,184/38 = 0,0152 м = 15,2 мм.
28.Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал
Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой воздуха внутри двигателя, ° С,
(9.336)Среднее превышение температуры обмотки ротора над окружающей средой, ° С,
. (9.337)Вентиляционный расчет асинхронных двигателей, так же как и тепловой на первоначальном этапе проектирования, может быть выполнен приближенным методом, который заключается в сопоставлении расхода воздуха, необходимого для охлаждения двигателя и расхода, который может быть получен при данной конструкции и размерах двигателя.
Для двигателей со степенью защиты IP23 требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с,
Qв = ∑Р'в / (1100Δ
), (9.338)где ∑Р'в — по (9.326); Δ
— превышение температуры выходящего из двигателя воздуха над температурой входящего; приближенно Δ = 2 Δv'в, где Δv'в — по (9.322).Расход воздуха, который может быть получен при данных размерах двигателя, оценивается по эмпирической формуле
Q'в = m'(nк bк + 0,1)
D2a, (9.339)где nк и bк — число и ширина, м, радиальных вентиляционных каналов; n — частота вращения двигателя, об/мин; m' — коэффициент (m' — 2,6 для двигателя с 2р = 2; m' = 3,15 для двигателя с2р ≥ 4).
Формула (9.339) приближенно учитывает суммарное действие всех нагнетательных элементов в двигателе: лопаток на замыкающих кольцах литой клетки, вылетов стержней при сварных клетках короткозамкнутых роторов, лобовых частей фазных роторов, вентиляционных распорок в радиальных каналах и др.
Для двигателей со степенью защиты IP44 требуемый для охлаждения расход воздуха, м3/с,
Qв = km ∑Р'в
/(1100 Δ
) , (9.340)где km — коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором:
km = m'
(9.341)Коэффициент m' = 2,6 для двигателей с 2р = 2 при h ≤ 132 мм и m' = 3,3 при h ≥ 160 мм; m' = 1,8 для двигателей с 2р ≥ 4 при h ≤ 132 мм и m' = 2,5 при h ≥ 160 мм.
Расход воздуха, м3/с, обеспечиваемый наружным вентилятором, может быть приближенно определен по следующей формуле:
Q'в =0,6 D3а
. (9.342)Расход воздуха Q'в должен быть больше требуемого для охлаждения машины Qв.
На этом, если не требуется более детального определения температуры отдельных элементов, расчет асинхронного двигателя может быть закончен. Для уточненного расчета теплового режима двигателя могут быть использованы методы, рассмотренные в гл. 7.
9.16. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
9.16.1 Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Техническое задание
Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором: Р2 = 15 кВт, U = 220/380 В, 2р = 4; конструктивное исполнение IM 1001; исполнение по способу защиты IP44; способ охлаждения IC0 141; климатическое исполнение и категория размещения УЗ, класс нагревостойкости изоляции F.
Выбор главных размеров
1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18, a h = 0,17 м. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 160 мм; Da = 0,272 м (см. табл. 9.8).
2. Внутренний диаметр статора D = kD Da = 0,68 • 0,272 = 0,185 м, kD = по табл. 9.9.
3. Полюсное деление τ = π D/(2p) = π 0,185/4 = 0,145 м.
4. Расчетная мощность по (9.4)
P' = mIE = P2
= = 18 885 ≈ 18 900 В А(kE — по рис. 9.20; η и cos φ— по рис. 9.21, а).
5. Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б)
А = 32 • 103 А/м; Вδ = 0,75 Тл
6. Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки) kоб1 = 0,95.
7. Расчетная длина магнитопровода по (9.6)
=
= 0,139 ≈ 0,14 м
(по (9.5) Ω = 2nf / p = 2n • 50/2 = 157 рад/с].
8. Отношение λ = lδ /τ = 0,14/0,145 = 0,97. Значение λ = 0,97 находится в допустимых пределах (см. рис. 9.25).
Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора
9. Предельные значения tz1 (по рис. 9.26): tz1max = 15 мм; tz1min = 12 мм.
10. Число пазов статора по (9.16)
Z1min =
Z2max =
Принимаем Z1 = 48, тогда q1 = Z1/(2pm) - 48/(4 • 3) = 4. Обмотка однослойная.
11 . Зубцовое деление статора (окончательно)
м12. Число эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии а = 1 по (9.17)]
(по 9.18)
А13. Принимаем а = 1, тогда по (9.19) uп = а u'п = 13 проводников.
14. Окончательные значения:
число витков в фазе по (9.20)
линейная нагрузка по (9.21)
А/ммагнитный поток по (9.22)
Ф =
9,7 10-3 Вб(для однослойной обмотки с q = 4 по табл. 3.16 kоб1 = kp1 = 0,958; для Da = 0,272 м по рис. 9.20 kE = 0,975);
индукция в воздушном зазоре по (9.23)
Вδ =
ТлЗначения А и Вδ находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.22, б).
15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25). А по п. 14 31,5
103 А/м А/м2(AJ1 = 180
109 по рис. 9.27, б).16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (9.24), а = 1.
м2 =5,13 мм2.17.Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем nэл = 3, тогда qэл = qэф/nэф = 5,13/3 = 1,71 мм2. Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (см. приложение 3), dэл = 1,5 мм, qэл = 1,767 мм2, qэ.ср = nэл qэл = 3 • 1,767 = 5,3 мм2.
18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (9.27)
А/мм2.Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Паз статора определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.
19. Принимаем предварительно по табл. 9.12 Вz1 = 1,9 Тл; Ва = 1,6 Тл, тогда по (9.37)
bZ
1 =
= = 4,9•10-3 м = 4,9 мм (по табл. 9.13 для оксидированной стали марки 2013 kc = 0,97);
по (9.28)
м = 22,3 мм.20. Размеры паза в штампе: bш = 3,7 мм; hш = 1 мм; 45° (см. рис. 9.29, а);
по (9.38)
м = 21,2 мм;по (9.40)
= мм Рис. 9.73. Пазы спроектированного двигателя с короткозамкнутым
ротором (Р2 =15 кВт, 2р = 4, Uном =220/380 В)
по (9.39)
= 9,98 = 10 мм2;по (9.42)—(9.45)
= 18,25 ≈ 18,3 ммПаз статора показан на рис. 9.73, а.
21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
b'1 = b1 – Δ bп = 7,6 – 0,2 = 7,4 мм
b'2 = b2 – Δ bп = 10 – 0,2 = 9,8 мм
b'п.к = hп.к – Δh = 18,3 – 0,2 = 18,1 мм.
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки по (9.48)
= 131,7 мм2[площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу
Sиз = bиз(2hп + b1 + b2) = 0,4(2•21,2 + 7,6 + 10) = 24 мм2,
гдe односторонняя толщина изоляции в пазу bиз = 0,4 мм — по табл. 3.1].
22. Коэффициент заполнения паза по (3.2):
= 0,74Полученное значение kз допустимо для механизированной укладки обмотки.
Расчет ротора
23. Воздушный зазор (по рис. 9.31) δ = 0,5 мм.
24. Число пазов ротора (по табл. 9.18) Z2 = 38.
25. Внешний диаметр ротора D2 = D - 2δ = 0,185 - 2 • 0,5 • 10-3 = 0,184 м.
26. Длина магнитопровода ротора l2 = l1 = 0,14 м.
27. Зубцовое деление ротора
tz2 = πD2/Z2 =π 0,184/38 = 0,0152 м = 15,2 мм.
28.Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал