ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 378
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
встроенным электромагнитным тормозом, либо схемами обмоток (многоскоростные двигатели), материалом заливки пазов или размерными соотношениями зубцовой зоны (двигатели с повышенным скольжением или пусковым моментом), либо усиленными уплотнениями вала, подшипниковых щитов, вводного устройства, а также защитными и лакокрасочными покрытиями и т. п. (двигатели тропического или химического исполнения).
Кроме единых серий асинхронных двигателей общего назначения выпускается ряд серий двигателей специального назначения, например крановые двигатели серии МТ, взрывозащищенные серии 2ВР и др. Асинхронные двигатели малой мощности для ручного электрифицированного инструмента, бытовой техники и специализированные для различного вида автоматических систем выпускаются электротехнической промышленностью в массовом количестве [15].
Вопросы проектирования асинхронных двигателей общего назначения рассматриваются ниже, в основном, на базе общесоюзных серий АИ и 4А.
9.4. НОВАЯ СЕРИЯ РА
Разработка новой серии асинхронных машин Российские асинхронные (РА) на Ярославском электромашиностроительном заводе (ЯЭМЗ) началась в 1992 г. Если до распада СССР созданием единых общесоюзных серий занимались около десятков НИИ и разработка единой серии занимала несколько лет, то коллективу ЯЭМЗ пришлось создавать новую серию в течение одного года [11].
В новую серию были заложены решения, позволившие изготавливать двигатели для любых требований потребителя. Это удалось создать благодаря применению конструкции станины со съемными лапами, которые фиксируются по четырем направлениям. Применение съемных лап, хотя и увеличивает трудоемкость, но позволяет несколько исполнений машины объединить в одной конструкции (фланцевое В5, на лапах ВЗ и на лапах с фланцем В35). Это приводит к значительной экономии оборотных средств завода, а потребитель может заменить поврежденную лапу новой, в то же время в конструкциях с постоянно прилитыми лапами их поломка приводит к замене всего двигателя.
В серии RA станины для высот оси вращения 71...132 мм включительно — алюминиевые, получаемые экструзией, щиты также алюминиевые (рис. 9.17). Для высот оси вращения, больших 132 мм, станины и щиты выполняют чугунными. Все станины имеют горизонтально-вертикальное оребрение, что позволяет увеличить теплоотдачу при снижении массы двигателя,
Рис. 9.17. Асинхронный двигатель новой серии РА
а также улучшает эстетичность его формы. Особенно этому способствует экструзионная станина (см. рис. 9.17).
Внутренний диаметр сердечника статора D1 выбран так, что при фиксированном наружном диаметре Dн1 оптимизирован весь ряд мощностей для нескольких высот оси вращения. Так, например, если для высот оси вращения 160 и 180 мм (Dн1 = 273 мм) при полюсности 2р = 6 выбран внутренний диаметр D1 = 185 мм, то для последующего наружного диаметра 296 мм (высота оси вращения 200 и 225 мм) сохраняется тот же внутренний диаметр 185 мм, но уже для полюсности 2р = 4. Такая унификация предусмотрена для всей серии РА (табл. 9.6).
Таблица 9.6. Унификация серии РА
Примечание. Буквенные обозначения в соответствии с серией 4А.
Вопросам унификации в новой серии РА уделено особое внимание, поскольку только на одной высоте оси вращения количество типоисполнений двигателей превышает несколько тысяч. Основным достоинством серии РА является возможность выпуска асинхронных двигателей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ, DIN и SENELBC и при максимальной унификации отдельных узлов и девшей машины [11].
Внедрение профильной экструзионной станины в серии РА позволило снизить трудоемкость изготовления, повысить качество и снизить массу двигателя за счет лучшего теплосъема с поверхности станины. Экструзионные станины позволили отказаться от чистовой обработки замков статора, а также уменьшить аксиальную длину станины, так как они нарезаются из заготовки, получаемой с металлургических заводов.
Применение экструзионных станин на ЯЭМЗ ограничивалось диаметром 132 мм из-за технологических возможностей завода, но такие станины могут применяться и для больших высот, если это потребуется заказчикам.
Основной недостаток экструзионных станин — их более высокая стоимость по сравнению с литыми станинами.
В табл. 9.7 приведены основные показатели трехфазных асинхронных двигателей серии РА с короткозамкнутым ротором (степень защиты IP44, IP34, U1л ≤ 660 В).
Таблица 9.7. Показатели трехфазных асинхронных двигателей серии РА
с короткозамкнутым ротором (степень защиты IP44, IP54, U ≤ 660 В)
Освоение серии РА позволило сократить зависимость России от импорта и развить экспорт асинхронных двигателей. Технико-экономические показатели двигателей серии РА соответствуют или превосходят лучшие аналоги зарубежных фирм, а цены на продукцию значительно ниже, чем у конкурентов.
9.5. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ И РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА
Техническое задание на учебное проектирование асинхронного двигателя содержит номинальные данные проектируемой машины и указания о режиме ее работы, исполнении по способу монтажа, степени защиты от воздействия окружающей среды и системе охлаждения. Кроме того, могут быть заданы также дополнительные требования к проектируемому двигателю, например наименьшие допустимые значения кратности максимального и минимального моментов, а для двигателей с короткозамкнутыми роторами также предельные значения пускового тока и наименьшие значения пусковых моментов. В отношении требований, не оговоренных в задании, спроектированная машина должна удовлетворять соответствующим ГОСТам. Методические указания к курсовому проекту см. в 1.7.
Проектирование новой машины начинают с выбора базовой модели, на которую ориентируются при проведении всех расчетов, начиная с выбора главных размеров, и при разработке конструкции отдельных узлов. За базовую обычно выбирается конструкция двигателя одной из новых серий, выпускаемых в настоящее время. Например, при проектировании асинхронных двигателей общего назначения малой и средней мощности (до 400 кВт) в качестве базовой модели следует выбирать конструкцию двигателей серии 4А или АИ и исполнения, предусмотренного в техническом задании.
В начальной стадии проектирования при выборе главных размеров и электромагнитных нагрузок необходимо учесть дополнительные требования технического задания. Если проектируемая машина должна иметь большой максимальный момент, то индуктивное сопротивление ее обмоток не должно быть большим, поэтому в такой машине нецелесообразно выбирать малое значение индукций, большую линейную нагрузку, узкие и глубокие пазы и т.п.
Требования к пусковым характеристикам с короткозамкнутым ротором следует обязательно учитывать при выборе конфигурации пазов ротора. Так, узкие и глубокие пазы с сужающейся верхней частью обеспечивают большое увеличение расчетного активного сопротивления ротора при пуске и большие пусковые моменты, но при таких пазах возрастает индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора и уменьшаются перегрузочная способность двигателя и коэффициент мощности при номинальном режиме.
Полностью учесть все требования технического задания к характеристикам двигателя при выборе размеров магнитопровода и обмотки машины, не ориентируясь на данные выпущенных машин, невозможно. Поэтому перед началом расчета следует детально и изучить конструкцию базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные и лишь после этого приступить к расчету. Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины магнитопровода lδ. Размеры D и lδ связаны с мощностью, угловой скоростью и электромагнитными нагрузками выражением машинной постоянной:
Кроме единых серий асинхронных двигателей общего назначения выпускается ряд серий двигателей специального назначения, например крановые двигатели серии МТ, взрывозащищенные серии 2ВР и др. Асинхронные двигатели малой мощности для ручного электрифицированного инструмента, бытовой техники и специализированные для различного вида автоматических систем выпускаются электротехнической промышленностью в массовом количестве [15].
Вопросы проектирования асинхронных двигателей общего назначения рассматриваются ниже, в основном, на базе общесоюзных серий АИ и 4А.
9.4. НОВАЯ СЕРИЯ РА
Разработка новой серии асинхронных машин Российские асинхронные (РА) на Ярославском электромашиностроительном заводе (ЯЭМЗ) началась в 1992 г. Если до распада СССР созданием единых общесоюзных серий занимались около десятков НИИ и разработка единой серии занимала несколько лет, то коллективу ЯЭМЗ пришлось создавать новую серию в течение одного года [11].
В новую серию были заложены решения, позволившие изготавливать двигатели для любых требований потребителя. Это удалось создать благодаря применению конструкции станины со съемными лапами, которые фиксируются по четырем направлениям. Применение съемных лап, хотя и увеличивает трудоемкость, но позволяет несколько исполнений машины объединить в одной конструкции (фланцевое В5, на лапах ВЗ и на лапах с фланцем В35). Это приводит к значительной экономии оборотных средств завода, а потребитель может заменить поврежденную лапу новой, в то же время в конструкциях с постоянно прилитыми лапами их поломка приводит к замене всего двигателя.
В серии RA станины для высот оси вращения 71...132 мм включительно — алюминиевые, получаемые экструзией, щиты также алюминиевые (рис. 9.17). Для высот оси вращения, больших 132 мм, станины и щиты выполняют чугунными. Все станины имеют горизонтально-вертикальное оребрение, что позволяет увеличить теплоотдачу при снижении массы двигателя,
Рис. 9.17. Асинхронный двигатель новой серии РА
а также улучшает эстетичность его формы. Особенно этому способствует экструзионная станина (см. рис. 9.17).
Внутренний диаметр сердечника статора D1 выбран так, что при фиксированном наружном диаметре Dн1 оптимизирован весь ряд мощностей для нескольких высот оси вращения. Так, например, если для высот оси вращения 160 и 180 мм (Dн1 = 273 мм) при полюсности 2р = 6 выбран внутренний диаметр D1 = 185 мм, то для последующего наружного диаметра 296 мм (высота оси вращения 200 и 225 мм) сохраняется тот же внутренний диаметр 185 мм, но уже для полюсности 2р = 4. Такая унификация предусмотрена для всей серии РА (табл. 9.6).
Таблица 9.6. Унификация серии РА
| Dн1, мм | Н, мм | Мощность на валу Р2ном, кВт, при синхронной скорости | |||||||
| 3000 об/мин | 1500 об/мин | 1000 об/мин | 750 об/мин | ||||||
| DIN | ГОСТ | DIN | ГОСТ | DIN | ГОСТ | DIN | ГОСТ | ||
| 120 | 71 | А 0,37 В 0,55 | А 0,75 В 1,1 | А 0,25 В 0,37 | А 0,55 В 0,75 | А 0,18 В 0,25 | А 0,37 В 0,55 | А 0,09 В 0,12 | А 0,25 — |
| 120 (140) | 80 | А 0,75 В 1,1 | А 1,50 В 2,2 | А 0,5 В 0,75 | А 1,1 В 1,5 | А 0,37 В 0,55 | А 0,75 В 1,1 | А 0,18 В 0,25 | А 0,37 В 0,55 |
| 140 | 90 | S 1,5 L 2,2 | — L 3,0 | S 1,1 L 1,5 | — L 2,2 | S 0,75 L 1,1 | — L l,5 | B 0,37 L 0,55 | LA 0,75 LB 1,1 |
| 150 (140) | 100 | — L 3,0 | S 4,0 L 5,5 | LA 2,2 LB 3,0 | S 3,0 L 4,0 | — L 1,5 | — L 2,2 | LA 0,75 LB 1,1 | — L 1,5 |
| 176 (206) | 112 | М 4,0 | М 7,5 | М 4,0 | М 5,5 | М 2,2 | MA 3,0 MB 4,0 | М 1,5 | МА 2,2 MB 3,0 |
| 206 | 132 | SA 5,5 SB 7,5 | — M l 1,0 | S 5,5 М 7,5 | S 7,5 M l 1,0 | S 3,0 МА 4,0 MB 5,5 | S 5,5 M 7,5 | S 2,2 М 3,0 | S 4,0 М 5,5 |
| 273 | 160 | MA 11,0 MB 15,0 L 18,5 | S 15,0 М 18,5 | M l 1,0 L 15,0 | S 15,0 L 18,5 | М 7,5 L 11,0 | S 11,0 M 15,0 | МА 4,0 MB 5,5 L 7,5 | S 7,5 M l1,0 |
| 296 (273) | 180 | М 22,0 — | S 22,0 М 30,0 | М 18,5 L 22,0 | S 22,0 М 30,0 | — L 15,0 | M 18,5 — | — L 11,0 | М 15,0 — |
| 296 | 200 | LA 30,0 LB 37,0 | М 37,0 L 45,0 | — L 30,0 | М 37,0 L 45,0 | LA 18,5 LB 22,0 | М 22,0 L 30,0 | — L 15,0 | М 18,5 L 22,0 |
| 344 (296) | 225 | — M 45,0 | — М 55,0 | S 37,0 М 45,0 | — М 55,0 | — M 30,0 | — М 37,0 | S 18,5 M 22,0 | — М 30,0 |
| 400 (344) | 250 | — M 55,0 | S 75,0 М 90,0 | — М 55,0 | S 75,0 М 90,0 | — M 37,0 | S 45,0 М 55,0 | — M 30,0 | S 37,0 М 45,0 |
| 400 | 280 | S 75,0 M 90,0 | S 110 М 132 | S 75,0 М 90.0 | S 110 М 132 | S 45,0 М 55,0 | S 75,0 М 90,0 | S 37,0 M 45,0 | S 55,0 М 75,0 |
Примечание. Буквенные обозначения в соответствии с серией 4А.
Вопросам унификации в новой серии РА уделено особое внимание, поскольку только на одной высоте оси вращения количество типоисполнений двигателей превышает несколько тысяч. Основным достоинством серии РА является возможность выпуска асинхронных двигателей, удовлетворяющих требованиям ГОСТ, DIN и SENELBC и при максимальной унификации отдельных узлов и девшей машины [11].
Внедрение профильной экструзионной станины в серии РА позволило снизить трудоемкость изготовления, повысить качество и снизить массу двигателя за счет лучшего теплосъема с поверхности станины. Экструзионные станины позволили отказаться от чистовой обработки замков статора, а также уменьшить аксиальную длину станины, так как они нарезаются из заготовки, получаемой с металлургических заводов.
Применение экструзионных станин на ЯЭМЗ ограничивалось диаметром 132 мм из-за технологических возможностей завода, но такие станины могут применяться и для больших высот, если это потребуется заказчикам.
Основной недостаток экструзионных станин — их более высокая стоимость по сравнению с литыми станинами.
В табл. 9.7 приведены основные показатели трехфазных асинхронных двигателей серии РА с короткозамкнутым ротором (степень защиты IP44, IP34, U1л ≤ 660 В).
Таблица 9.7. Показатели трехфазных асинхронных двигателей серии РА
с короткозамкнутым ротором (степень защиты IP44, IP54, U ≤ 660 В)
| Тип АД | 2р | Р2н, кВт | Вδ, Тл | A1 А/см | J1, А/мм2 | ηн, % | cos φн | Dн1 | D1 | l1 | S | Z1/Z2 | |
| мм | |||||||||||||
| РА71 | 2 4 6 | 0,55 0,37 0,25 | 0,90 0,85 0,83 | 173 210 220 | 7,0 5,7 6,2 | 72,0 65,0 60,0 | 0,80 0,66 0,55 | 120 | 62 70 70 | 50 55 55 | 0,3 0,3 0,3 | 24/17 24/17 36/28 | |
| РА80 | 2 4 6 | 1,1 0,75 0,55 | 0,85 0,87 0,80 | 208 225 228 | 8,2 8,0 8,3 | 75,0 73,0 67,0 | 0,87 0,70 0,66 | 120 140 140 | 62 90 95 | 75 50 55 | 0,3 0,3 0,3 | 24/17 36/28 36/28 | |
| РА90 | 2 4 6 | 2,2 1,5 1,1 | 0,83 0,77 0,80 | 235 224 228 | 6,7 7,9 8,0 | 84,0 78,0 73,0 | 0,88 0,80 0,73 | 140 | 76 90 95 | 82 90 95 | 0,3 0,4 0,3 | 24/17 36/28 36/28 | |
| РAIOO | 2 4 6 | 3,0 3,0 1,5 | 0,89 0,80 0,79 | 265 220 251 | 7,2 7,5 8,0 | 83,0 82,0 75,0 | 0,86 0,81 0,75 | 140 | 76 90 95 | 95 130 125 | 0,3 0,4 0,3 | 24/17 36/28 36/28 | |
| РА112 | 2 4 6 | 4,0 4,0 2,2 | 0,66 0,75 0,80 | 230 260 241 | 5,8 5,0 7,2 | 83,5 86,5 79,5 | 0,88 0,84 0,79 | 206 | 117 129 145 | 90 90 70 | 0,6 0,45 0,35 | 36/28 36/28 54/44 | |
| РА 132 | 2 4 6 | 7,5 7,5 5,5 | 0,68 0,87 0,83 | 215 289 279 | 5,8 5,5 8,0 | 87,0 88,5 82,0 | 0,89 0,84 0,78 | 206 | 117 129 145 | 130 145 140 | 0,6 0,45 0,35 | 36/28 36/28 54/44 | |
| РА160 | 2 4 6 | 15,0 15,0 11,0 | 0,80 0,80 0,90 | 290 329 300 | 5,2 5,3 5,6 | 90,0 90,0 87,5 | 0,90 0,87 0,83 | 273 | 155 172 185 | 110 130 140 | 0,8 0,5 0,45 | 36/28 48/38 54/50 | |
| РА 180 | 2 4 6 | 22,0 22,0 15,0 | 0,80 0,86 0,90 | 300 345 313 | 5,4 5,5 5,7 | 91,0 91,0 89,5 | 0,90 0,88 0,80 | 273 | 155 172 185 | 180 185 180 | 0,8 0,5 0,45 | 36/28 48/38 54/50 | |
| РА200 | 2 4 6 | 37,0 30,0 22,0 | 0,73 0,81 0,77 | 344 385 350 | 4,0 4,9 5,2 | 90,5 91,5 89,0 | 0,89 0,83 0,85 | 296 | 163 185 209 | 215 200 210 | 0,9 0,55 0,45 | 36/28 48/40 72/56 | |
| РА225 | 2 4 6 | 45,0 45,0 30,0 | 0,67 0,85 0,82 | 348 392 400 | 4,2 4,7 5,3 | 92,0 92,0 89,5 | 0,90 0,87 0,86 | 296 | 163 185 209 | 265 290 240 | 0,9 0,55 0,45 | 36/28 48/40 72/56 | |
| РА250 | 2 4 6 | 55,0 55,0 37,0 | 0,67 0,98 0,75 | 355 362 377 | 3,8 6,1 5,7 | 93,0 92,5 90,5 | 0,92 0,88 0,85 | 344 400 344 | 190 240 240 | 240 200 240 | 1,1 0,8 0,6 | 48/40 60/50 72/56 | |
Освоение серии РА позволило сократить зависимость России от импорта и развить экспорт асинхронных двигателей. Технико-экономические показатели двигателей серии РА соответствуют или превосходят лучшие аналоги зарубежных фирм, а цены на продукцию значительно ниже, чем у конкурентов.
9.5. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ И РАСЧЕТ ОБМОТКИ СТАТОРА
Техническое задание на учебное проектирование асинхронного двигателя содержит номинальные данные проектируемой машины и указания о режиме ее работы, исполнении по способу монтажа, степени защиты от воздействия окружающей среды и системе охлаждения. Кроме того, могут быть заданы также дополнительные требования к проектируемому двигателю, например наименьшие допустимые значения кратности максимального и минимального моментов, а для двигателей с короткозамкнутыми роторами также предельные значения пускового тока и наименьшие значения пусковых моментов. В отношении требований, не оговоренных в задании, спроектированная машина должна удовлетворять соответствующим ГОСТам. Методические указания к курсовому проекту см. в 1.7.
Проектирование новой машины начинают с выбора базовой модели, на которую ориентируются при проведении всех расчетов, начиная с выбора главных размеров, и при разработке конструкции отдельных узлов. За базовую обычно выбирается конструкция двигателя одной из новых серий, выпускаемых в настоящее время. Например, при проектировании асинхронных двигателей общего назначения малой и средней мощности (до 400 кВт) в качестве базовой модели следует выбирать конструкцию двигателей серии 4А или АИ и исполнения, предусмотренного в техническом задании.
В начальной стадии проектирования при выборе главных размеров и электромагнитных нагрузок необходимо учесть дополнительные требования технического задания. Если проектируемая машина должна иметь большой максимальный момент, то индуктивное сопротивление ее обмоток не должно быть большим, поэтому в такой машине нецелесообразно выбирать малое значение индукций, большую линейную нагрузку, узкие и глубокие пазы и т.п.
Требования к пусковым характеристикам с короткозамкнутым ротором следует обязательно учитывать при выборе конфигурации пазов ротора. Так, узкие и глубокие пазы с сужающейся верхней частью обеспечивают большое увеличение расчетного активного сопротивления ротора при пуске и большие пусковые моменты, но при таких пазах возрастает индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора и уменьшаются перегрузочная способность двигателя и коэффициент мощности при номинальном режиме.
Полностью учесть все требования технического задания к характеристикам двигателя при выборе размеров магнитопровода и обмотки машины, не ориентируясь на данные выпущенных машин, невозможно. Поэтому перед началом расчета следует детально и изучить конструкцию базового двигателя, критически оценить принятые в ней соотношения размеров, уровни электромагнитных нагрузок и другие данные и лишь после этого приступить к расчету. Расчет асинхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и расчетной длины магнитопровода lδ. Размеры D и lδ связаны с мощностью, угловой скоростью и электромагнитными нагрузками выражением машинной постоянной: