Асинхронный двигатель

 

 Ом

                 

 

,                 (180)

 

 Ом

 

                         

,                    (181)

                         

,                    (182)

                           

,                    (183)

 А

                     

,                (184)

 

 А

 

                     

,                (185)

 

 А

 

                     

,                (186)

 

 А

 

                           

,                   (187)

 А

 

                     

,                (188)

 

 кВт

 

                      

,                (189)

 

 кВт

 

                  

 

                     

,                 (190)

 

 кВт

 

                     

,                 (191)

 

 кВт

 

           

,          (192)

 

 кВт

 

                        

,                 (193)

 

 кВт

                       

,                     (194)

 

                       

,                      (195)

 

 

Нахождение максимального  относительного момента  :

 

                      

,                       (196)

                        

,                        (197)

 Ом

 

                        

,                        (198)

 Ом

 

                        

,                    (199)

 

 Ом

 

                         

,                     (200)

 А

                     

,                   (201)

 

 

                  

,                    (202)

 

 Н·м

 

4 Круговая диаграмма

 

Круговая диаграмма  изображена в графической части  курсового проекта. Исходными данными  для её построения являются:

Ток синхронного холостого  хода по формуле 8.236 [1, стр.360]:

 

                         

,                     (203)

 А

Коэффициент c₁ = 1.049.

Сопротивление короткого  замыкания по формуле 8.237 [1,стр.360]:

 

                        

,                     (204)

 

 Ом

 

                        

,                      (205)

 

 Ом

Диаметр круговой диаграммы D_k = 250 мм.

Рассчитаем масштабы:

Масштаб тока:

                       

,                     (206)

 А/мм

Масштаб мощности:

 

                      

,                     (207)

 

 Вт/мм

Масштаб момента:

                         

,                        (208)

 Н·м/мм

При построении диаграммы  вектор напряжения направляют по оси ординат OB₁. Из начала координат строят вектор тока синхронного холостого хода под углом к оси ординат.

                      

,                       (209)

86.3⁰

Точку A_o удобно найти, отложив по вертикальной и горизонтальной осям её координаты, соответственно равные I_оа и I_ор.

Через точку А_о проводят линии A_oF_o||OB и A_oF под углом к оси ординат. Из-за малости построение  угла F_oA_oF удобно выполнять следующим образом. В произвольной точке прямой A_oF_o восстанавливают перпендикуляр к линии A_oF_o и откладывают на нём отрезок:

 

Линия A_oF определяет положение диаметра круговой диаграммы. Отложив на ней отрезок , проводят окружность с центром O^’  радиусом 0.5·D_k. Через произвольную точку F₁ диаметра A_oF^’ проводят линию (F”F₁)|(A₀F) и откладывают на ней отрезки и . Через точку A_o и точки F₂ и F₃ проводят прямые до пересечения их с окружностью соответственно в точках A₂ и A₃. На оси ординат откладывают отрезок , где

                      

,                 (210)

 

 Вт

Тогда:

 

 мм

Через точку A₁ проводят ||OB. Точку соединяют с точками O и A₃. На этом построение круговой диаграммы заканчивается.

Окружность диаметром D_k и с центром O^’ является геометрическим местом концов векторов тока статора двигателя, при различных скольжениях. Точка окружности A_o определяет положение конца вектора тока I_o при синхронном холостом, а точка - при реальном холостом ходе двигателя. Отрезок определяет ток I_хх, а угол - . Ось абсцисс диаграммы OB является линией первичной мощности P₁. Линией электромагнитной мощности P_эм или электромагнитных моментов M_эм является линия A_oA₂. Линией полезной мощности на валу P₂ является линия . По круговой диаграмме для тока статора, которому соответствует точка A на окружности, можно рассчитать необходимые для построения рабочих характеристик данные:

1. Ток статора, А: ;
2. Ток ротора, А: ;
3. Первичная мощность, Вт: , где A_НN_Н | OB;
4. Электромагнитный момент: ;

5. Полезная мощность, Вт: ;
6. КПД: ;
7. Коэффициент мощности: ;
8. Скольжение двигателя: .

 

 

 

 

 

5 Тепловой и вентиляционный  расчёт

5.1 Тепловой расчёт

Для класса изоляции F коэффициент увеличения потерь . Предельно допустимая температура для класса изоляции F составляет 140C⁰.

Электрические потери в обмотке  статора по формулам 8.328-8.329 [1, стр.399]:

                        ,                 (211)

 кВт

                        ,                (212)

 кВт

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.330 [1,стр.399]:

- коэффициент теплоотдачи с поверхности определяемый по рисунку 8.71, а [1, стр.401]: Вт/м²·C⁰.

k – коэффициент, учитывающий, что часть тепла отдаётся непосредственно в окружающую среду по таблице 8.33 [1, стр.402]: K=0.19.

                     ,                (213)

 C⁰

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора  по формуле 8.331 [1, стр.400]:

Периметр поперечного сечения  паза статора по формуле 8.332   [1, стр.400]:

                        ,                 (214)

 мм

Средняя эквивалентна теплопроводность пазовой изоляции для класса F: = 0.16 Вт/м·C^o.

Средняя эквивалентная теплопроводность внутренней изоляции по рисунку 8.72 [1, стр.402]: , =0.97 Вт/ м·C^o.

               ,          (215)

 

 C⁰

Перепад температуры по толщине  изоляции лобовых частей по формуле 8.335 [1, стр.402]:

Периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки м.

Толщина изоляции мм.

            ,          (216)

С⁰

Превышение температуры  наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.336 [1, стр.403].

 

                    

,                (217)

 

 C⁰

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.337 [1, стр.403]:

 

       

,        (218)

 C⁰

Температура воздуха  внутри машины по формуле 8.338 [1,стр.403]:

Коэффициент подогрева  воздуха по рисунку 8.71, а [1, стр.401]: Вт/м²·C⁰.

Сумма потерь отводимых  на воздух внутри машины по формуле 8.339 [1, стр.403]:

               ,             (219)

 

 кВт

 

где

                ,             (220)

 

 кВт

Эквивалентная поверхность  охлаждения корпуса  по формуле 8.341 [1, стр.403]:

                     ,                 (221)

 

 м²

                          ,                   (222)

 C⁰

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой окружающей среды по формуле 8.344 [1, стр.404]:

 

                           ,                   (223)

 

 С⁰

 

Оно должно быть меньше хотя бы на 20٪ чем 140C⁰ для класса изоляции F: 140 - 140·0.2 = 112С⁰. Мы видим, что требование выполняется.

Рассчитаем потери в  роторе:

 

                   ,                (224)

 кВт

                   ,               (225)

 кВт

Превышение температуры магнитопровода ротора над температурой воздуха  внутри машины по формуле 8.345 [1, стр.404]:

Коэффициент теплоотдачи  определяется по рисунку 8.74 [1,стр.405]: Вт/м²·C⁰.

                   ,                (226)

 C⁰

Перепад температуры  в изоляции пазовой части обмотки  ротора по формуле 8.347 [1, стр.405]:

Периметр поперечного  сечения паза статора:

 

                      ,                 (227)

 

 м

 

                    ,                 (228)

 

 C⁰

 

Перепад температуры  в изоляции лобовых частей обмотки  ротора по формуле 8.351 [1, стр.406]:

Периметр условной поверхности  охлаждения лобовой части одной  катушки: м.

Толщина изоляции в лобовой  части  мм.

 

                   ,                (229)

 C⁰

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

                   ,                  (230)

 С⁰

Среднее превышение температуры  обмотки ротора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.352 [1, стр.406]:

        ,       (231)

 С⁰

Среднее превышение температуры обмотки  ротора над температурой окружающей среды:

                        ,                      (232)

 C⁰

5.2 Вентиляционный расчёт

Расход воздуха, требуемый для  охлаждения двигателей со степенью защиты IP23 определим по формуле 8.354 [1, стр.406]:

Коэффициент, зависящий от высоты вращения равен .

                        ,                      (233)

 м³/с

Расход воздуха, который может  быть получен при данных размерах двигателя по формуле 8.355 [1, стр.406]:

                       ,                   (234)

 м³/с

Расход воздуха  должен быть больше требуемого для охлаждения машины . Данное условие выполняется: > . 

6 Механический расчёт

6.1 Расчет вала

Рассчитаем предварительно диаметр вала в той его части, где размещается магнитопровод [4, стр.11]:

 

                             ,                   (235)

 м

Находим массу ротора, принимая его плотность 8300 кг/м³:

 

                          ,                  (236)

 кг

Размеры вала, в соответствии с рисунком 3:

Ширина подшипникового щита: b_пш = 0.011 м.

 

                      ,               (237)

 

 мм

 мм

 мм

 мм

 мм   мм

 мм   мм

 мм   мм

 мм   мм   мм    мм

 

Рисунок 3 - Вал

Экваториальные моменты инерции вала по формуле [4, стр.17]:

 

                             ,                    (238)

 мм⁴

                             ,                    (239)

 мм⁴

                             ,                    (240)

 мм⁴

                             ,                    (241)

 мм⁴

                             ,                    (242)

 мм⁴

Модуль упругости составляет: Па.

Сила тяжести ротора:

 

                            ,                   (243)

 Н

По таблице 4[4, стр.16] определим вспомогательные значения для определения прогиба вала:

 

                       ,               (244)

 

 мм^-1

 

                       ,               (245)

 

 мм^-1

Определим прогиб вала под действием  силы G_р на участке, соответствующем середине магнитопровода по формуле 11.15 [2, стр.234]:

 

                 ,              (246)

 

 м

Номинальный вращающийся момент двигателя по формуле 11.18 [2,стр.235]:

                        ,                    (247)

 Н·м

Коэффициент, учитывающий  возникновение поперечных сил при  передаче упругой муфтой: .

Радиус по центрам  пальцев муфты: м.

Поперечная сила, приложенная  к выступающему концу вала по формуле 11.17 [2, стр.235]: