Электро привод подъемного стола

 

1. Техническое задание

Спроектировать асинхронный  трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором: Р₂ = 39 кВт, U = 220/380 В, 2р = 6; конструктивное исполнение IM 1001; исполнение по способу защиты IP44; способ охлаждения IC0 141; климатическое исполнение и категория размещения УЗ, класс нагревостойкости изоляции F.

2. Выбор главных размеров

Высота оси вращения (предварительно) по рис. 9.18, a h = 0,225 м. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 225 мм; D_a = 0,392 м (см. табл. 9.8 [1]).

Внутренний диаметр статора D = k_D D_a = 0,72 • 0,392 = 0,282 м, k_D =0,72 по табл. 9.9 [1].

Полюсное деление τ = π D/(2p) = π 0,282/6 = 0,147 м.

Расчетная мощность по (9.4) [1]

P' = mIE = P₂

=   = 49 212 ВА

(k_E = 0,971 — по рис. 9.20; η = 0,9 и cos  φ = 0,855— по рис. 9.21, а [1]).

Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б [1] )

А = 35 · 10³ А/м; В_δ = 0,789 Тл

Обмоточный   коэффициент  (предварительно  для   однослойной   обмотки) k_об1 = 0,91.

Расчетная длина магнитопровода по (9.6)

= = 0,211 м

(по (9.5) Ω = 2nf / p = 2n • 50/6 = 104,72 рад/с [1]).

Отношение λ = l_δ /τ = 0,211/0,147 = 1,431. Значение λ = 1,431 находится в допустимых пределах (см. рис. 9.25 [1]). 

3. Определение Z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Предельные значения t_z1 (по рис. 9.26 [1]): t_z1max = 16 мм; t_z1min = 13 мм.

Число пазов статора по (9.16) [1]

Z_1min =

Z_2max =

Принимаем Z₁ = 90, тогда q₁ = Z₁/(2pm) - 90/(4 • 3) = 5. Обмотка двухслойная.

Зубцовое деление статора (окончательно)

м

Число эффективных проводников  в пазу [предварительно, при условии а = 3 по (9.17) [1] ]

(по 9.18)

 А

13.  Принимаем а = 3, тогда по (9.19)  u_п = а u'_п = 14 проводников.

14. Окончательные значения:

число витков в фазе по (9.20)

линейная нагрузка по (9.21)

А/м

магнитный поток по (9.22)

Ф = 15,1 10^-3 Вб

(для однослойной обмотки  с q = 4 по табл. 3.16 k_об1 =0,909; k_p1 = 0,956; для D_a = 0,392 м по рис. 9.20 k_E = 0,971);

индукция в воздушном  зазоре по (9.23)

В_δ = Тл

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.22, б).

Плотность тока в обмотке  статора (предварительно) по (9.25).

А=36,37 10³ А/м

 А/м²

(AJ₁ = 202_·10⁹ по рис. 9.27, б).

Площадь поперечного сечения  эффективного проводника (предварительно) по (9.24), а = 3.

м².

Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл = 4, тогда                      q_эл = q_эф/n_эф = 4,38/4 = 1,094 мм². Принимаем обмоточный провод марки ПЭТ-115А (см. приложение 3), d_эл = 4,38 мм, q_эл = 1,094 мм², q_э.ср = n_эл q_эл = 3 • 1,094 = 3,282 мм².

18.  Плотность тока в  обмотке статора (окончательно) по (9.27)

 А/мм².

4. Расчет  размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

Принимаем предварительно по табл. 9.12 В_z1 = 1,6 Тл; В_а = 1,4 Тл, тогда по (9.37)

b_Z1 = = = 4,82•10^-3 м = 4,8 мм      

(по табл. 9.13 для оксидированной  стали марки 2013 k_c = 0,97);

по (9.28)

м = 26,3 мм.

20. Размеры паза в штампе: b_ш = 1,5 мм; h_ш = 1 мм;  (см. рис. 9.29, а);

по (9.38)

м = 28,6 мм;

по (9.40)

= мм

 

 

Рис. 9.73. Пазы спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором (Р₂ =39 кВт,2р = 6, U_ном =220/380 В)

по (9.39)

= 7,04 мм²;

 по (9.42)—(9.45)

= 26,8 ≈ 26,8 мм

Паз статора показан на рис. 9.73, а.

21. Размеры паза в свету  с учетом припуска на сборку:

 b'₁ = b₁ – Δ b_п = 5,2 – 0,2 = 7 мм

 b'₂ = b₂ – Δ b_п =7 – 0,2 = 6,8 мм

 b'_п.к = h_п.к – Δh = 26,8 – 0,2 = 26,6 мм.

Площадь поперечного сечения  паза для размещения проводников  обмотки по (9.48)

= 121,96 мм²

[площадь поперечного  сечения прокладок S_пр = 7,22; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

S_из = b_из(2h_п + b₁ + b₂) = 0,4(2•28,6 + 5,2 + 7,04) = 27,76 мм²,

гдe односторонняя толщина изоляции в пазу b_из = 0,4 мм — по табл. 3.1].

22. Коэффициент заполнения  паза по (3.2):

= 0,729

Полученное значение k_з допустимо для механизированной укладки обмотки.

5. Расчет ротора

23.  Воздушный зазор (по рис. 9.31) δ = 0,7 мм.

24. Число пазов ротора (по табл. 9.18) Z₂ = 74.

25. Внешний диаметр ротора  D₂ = D - 2δ = 0,282 - 2 • 0,7 • 10^-3 = 0,280 м.

26.  Длина магнитопровода ротора l₂ = l₁ = 0,21 м.

27.  Зубцовое деление ротора

t_z2 = πD₂/Z₂ =π 0,280/74 = 0,0152 м = 11,92 мм.

28.Внутренний диаметр  ротора равен диаметру вала, так  как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал; по (9.102)

D_j = D_B = k_BD_a = 0,23•0,392 = 0,0902 м ≈ 90 мм

(k_B, — по табл. 9.19).

29. Ток в обмотке ротора  по (9.57)

I₂ = k_i I₁ v_i = 0,884 • 76,79 • 5,164 = 350,55 А,

где по (9.58) k_i = 0,2 + 0,8 cos φ = 0,2 + 0,8 • 0,885 = 0,884;

по (9.66)

= 5,164

(пазы ротора выполняем  без скоса — k_ск = 1)

30. Площадь поперечного  сечения стержня (предварительно) по (9.68)

q_п = I₂/J₂ = 350/(3 • 10⁶) = 166,6 • 10 ^-6 м² = 166,6 мм²

(плотность тока в стержне  литой клетки принимаем J₂ = 3 • 10⁶ А/м²).

31. Паз ротора определяем  по рис. 9.40, б. Принимаем b_ш = 1,5 мм; h_ш = 0,7 мм; h'_Ш = 0,3 мм.

Допустимая ширина зубца  по (9.75)

= 4,79•10 ^-3 м = 4,79 мм

(принимаем В_Z2 = 1,95 Тл по табл. 9.12).

Размеры паза (см. рис. 9.40):

по (9.76)

= 6,8 мм

по (9.77)

= 5,6 мм

по (9.78)

=14,1 ≈ 14 мм.

32. Уточняем ширину зубцов  ротора по формулам табл. 9.20:

= 4,75мм ≈ 4,8 мм;

= 4,75 мм

≈ 4,8 мм

Принимаем (см. рис. 9.73, б) b₁= 6,8; b₂ = 5,6 мм; h₁ = 14 мм.

Полная высота паза

= 21,3 мм

33.  Площадь поперечного  сечения стержня по (9.79)

q_c = =117,893 мм².

Плотность тока в стержне

J₂ = I₂/q_с = 350/118 • 10 ^-6 = 2,97 • 10⁶ А/м.

34. Короткозамыкающие кольца (см рис. 9.37, б). Площадь поперечного сечения кольца по (9.72)

= 545,98 мм²

По (9.70) и (9.71)

=1379,94 А

где

= 0,254А

J_кл = 0,85 J₂ = 0,85•2,97•10⁶ = 2,53 • 10⁶ А/м²

Размеры короткозамыкающих колец:

h_кл = 1,25 h_п2 = 1,25•21,3 = 26,6 мм;

b_кл = q_кл / h_кл = 545,98/26,6 = 20,5 мм;

q_кл = h_кл / b_кл = 26,6 • 20,5 = 545,98 мм²;

D_к.ср = D₂ – h_кл = 280 – 26,6 = 254 мм.

6. Расчет  магнитной цепи

Магнитопровод из стали 2214;

35. Магнитное напряжение  воздушного зазора по (9.103)

F_δ = В_δδk_δ = 1,59 10⁶ 0,759 0,7 _1,239·10^-3 = 1048,22 А ,

по(4.15)

k_δ = = 1,239,  

где

=2,716

36. Магнитное напряжение  зубцовой зоны статора по (9.104)

F_Z1 = 1h_z1H_z1 = 2 • 28,6 • 10^-3 • 2780 = 159,02 А,

где h_Z1 = H_п1 = 28,6 мм;

расчетная индукция в зубцах по (9.105)

=1,602 Тл

(b_z1 = 28,6 мм; k_c1, = 0,7 по табл. 9.13).

=1,476

где

=6,1

 по (4.32)

B_Z1 = B'_z1 – μ₀ H_Z1 k_ПХ

Принимаем B_z1 = 1,6 Тл, проверяем соотношение B_Z1 и B'_z1:

1,6 = 1,602 - 1,256 • 10^-6 • 2780 • 1,476 = 1,602,

где для B_z1 = 1,6 Тл по табл. П1.7 H_Z1 = 2780 А/м.

37. Магнитное напряжение  зубцовой зоны ротора по (9.108)

F_Z2 = 2h_z2 H_z2 = 2 • 0,02074 • 5330 = 221,09 А

при зубцах по рис. 9.40, б из табл. 9.20 h_z2 = h_П2 -  0,1 b₂ = 21,3 - 0,1 • 5,6 = 20,74 мм;

индукция в зубце по (9.109)

=1,95 Тл

по табл. П1.7 для В_Z2 = 1,95 Тл находим Н_Z2 = 5330 А/м

38.  Коэффициент насыщения  зубцовой зоны по (9.115) 

=1,36

39.  Магнитное напряжение  ярма статора по (9.116)

F = L_аН_a = 0,196 750 = 147 А,

по (9.119)

=0,1915 м;

где

=26,3 10^-3 м;

no (9.117)

=1,4 Тл

(при отсутствии радиальных  вентиляционных каналов в статоре  h'_a = h_а = 26,3 • 10^-3 м), для В_а = 1,4 Тл по табл. П1.6 находим Н_а = 656 А/м.

40. Магнитное напряжение  ярма ротора по (9.121)

F_j = L_j H_j = 86 • 10^-3 • 108 = 9,29 А.

По (9. 127)

=86 10^-3 м;

где

=74 10^-3 м;

по (9.122)

=0,5 Тл

м,

где для  = 0,5 Тл по табл. П1.6 находим H_j = 108 А/м.

41.  Магнитное напряжение  на пару полюсов (по 9.128)

F_ц = F_δ + F_Z1 + F_Z2 + F_a + F_j = 1048,22 + 159,02 + 211,09 + 125,62 + 9,29 = 1563,23 А.

42.  Коэффициент насыщения  магнитной цепи по (9.129)

k_μ = F_Ц/ F_δ = 1563,23/1048,22 = 1,49.

43.  Намагничивающий ток  по (9.130)

=27,27 A.

Относительное значение по (9.131)

I_μ* = I_μ /I_1НОМ = 27,27/76,79 = 0,355.

7. Параметры рабочего режима

44. Активное сопротивление  обмотки статора по (9.132)

=0,1194 Ом

(дня класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура v_расч = 115° С; для медных проводников ρ₁₁₅ = 10^-6/41 Ом м).

Длина проводников фазы обмотки  по (9.134)

L₁ = lc_p1 w₁ = 0,918 • 70= 64,31 м;

по (9.135) l_ср1 = 2(l_П1 + l_л1) = 2(0,2115 + 0,247) = 0,918 м; l_П1 = l₁ = 0,2115 м; по (9.136)

l_л1 = К_лb_кт + 2В = 1,75 • 0,13 + 2 • 0,01 = 0,247 м, где В = 0,01 м; по табл. 9.23 К_л = 1,75;

по (9.138)

=0,130 м

Длина вылета лобовой части  катушки по (9.140)

l_выл = k_ВЫЛВ_КТ + В = 0,62 • 0,130 + 0,01 = 0,0907 м = 90,7мм, где по табл. 9.23 К_выл = 0,62.

Относительное значение r₁

r_1* = r₁ =0,119 = 0,042.

45. Активное сопротивление  фазы алюминиевой обмотки ротора  по (9.168)

r₂ =r_с + =87,5 10^-6 + = 1,17 10^-4 Ом;

по (9.169)

r_c = ρ₁₁₅ = 87,5 10^-6 Ом;

здесь k_r = 1 ;

по (9.170)

= 9,64·10^-7 Ом,

где для литой алюминиевой  обмотки ротора ρ₁₁₅ = Ом м

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора по (9.172), (9.173):

= 1,17 10^-4   = 0,077 Ом,

здесь k_c1 = 1.

Относительное значение

= =0,077 =0,0227

46. Индуктивное сопротивление  фазы обмотки статора по (9.152)

=0,256 Ом,

где по табл. 9.26 (см. рис. 9.50, е) и по рис. 9.73