Расчёт асинхронного двигателя

 

Для изоляционных материалов классов нагревостойкости В, = 0,16 Вт/(м × ⁰С). Значения коэффициента определяются в зависимости от отношения диаметра голого и изолированного провода ( = f(0,93596) =1.2).

 

 

 

Превышение температуры  внутренней поверхности магнитопровода статора над температурой воздуха внутри машины (⁰С):

 

                                  (10.4)

 

     где К – коэффициент, учитывающий, что только часть потерь мощности в стали и пазовой части обмотки статора передаётся воздуху внутри машины, а остальная часть потерь передаётся через станину наружному воздуху (К=0,2);

 

 – коэффициент теплоотдачи  с поверхности ( = 93).

 

 

 

 

Перепад температуры  по толщине изоляции лобовой части  катушки из круглого провода:

 

                        (10.5)

 

где – условный периметр охлаждения лобовой части одной катушки ( = =0,0367 мм);

 – односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки, мм. При отсутствии изоляции = 0.

 

 

 

Превышение температуры  поверхности лобовых частей обмотки  статора над температурой воздуха  внутри машины:

 

                                     (10.6)

 

 

 

Среднее превышение температуры  обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

 

                 (10.7)

 

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины. При этом условии:

 

                                          (10.8)

 

где  – сумма потерь мощности, отводимых в воздух внутри машины, Вт;

 – коэффициент подогрева воздуха, ( = 20 Вт/(м² × ⁰С));

 – условная поверхность охлаждения корпуса, м².

 

 

 

Для двигателей со степенью защиты IP44 из суммы вычитаются потери мощности на трение наружного вентилятора о воздух, составляющие примерно 0,9 Р_мех:

 

                   (10.9)

 

 Вт

 

где  – определяются по формуле:

 

                              (10.10)

 

 Вт

 

При расчёте условной поверхности охлаждения корпуса учитывают поверхность рёбер станины:

 

,  (10.11)

 

где  – условный периметр поперечного сечения рёбер корпуса двигателя ( =0.15).

 

 м²

 

Среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

 

                                      (10.12)

 

 

 

Так как тепловой расчёт носит приближённый характер, полученное значение должно быть меньше допустимого как минимум на 10 %.

Вентиляционный расчёт асинхронного двигателя, как и тепловой расчёт, выполняется приближённым методом. Сущность метода заключается в сравнении расхода воздуха, необходимого для охлаждения двигателя, с количеством воздуха, который обеспечивает осевой вентилятор определённой конструкции при заданных размерах корпуса.

Требуемый расход воздуха  для асинхронных двигателей со степенью защиты IР44:

                                    (10.13)

 

 

 

где   – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины.

 

Коэффициент m = 1,8 для 2р ≥ 4 при h ≤ 132 мм.

 

 

Расход воздуха, который  может быть получен при заданных размерах двигателя, (м³/сек) определяется по эмпирическим формулам (для исполнения IР44):

 

                                         (10.14)

 

 

 

где п – частота вращения ротора, об/мин.

 

Для нормального охлаждения асинхронных двигателей необходимо, чтобы расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, был больше требуемого, то есть выполнялось условие:

 

                                             (10.15)

 

11 Конструирование двигателя

 

 

Основные установочные и габаритные размеры приняты  по ГОСТу 18709-73.

Установочные размеры:

l₃₁ = 56 мм;  l₁₀ = 125 мм;   b₁₀ = 140 мм;  d₁₀ = 10 мм.

Габаритные размеры:

Длина l = 350 мм

Высота h = 243 мм

Ширина (диаметр корпуса) = 208 мм

 

Заданием на курсовой проэкт не предусмотрен механический расчет вала, по этому диаметр выступающего конца вала принимается равным размеру диаметра вала под магнитопровод (d₃ = d_в ≈ 34 мм)

В зависимости от диаметра выступающего конца вала, по учебному пособию принимаются диаметры d₁и d₂.

d₁=24 мм d₂=25мм

Длина выступающего конца  вала l=50 мм.

 

Подшипники принимаются  согласно таблице пособия в зависимости  от высоты вала (h=90):

Подшипники шариковые радиальные однорядные с двумя уплотнениями, средняя широкая серия, номер 180605.

Размеры подшипников: d = 25 мм; D = 62 мм; B = 24 мм;  r = 2 мм.

От края подшипника отступаем 10-15 мм.

 

Размеры лобовой части  обмотки статора принимаются по расчетам:

L_выл=41 мм; B=10 мм; h_п1=13,6 мм.

 

Размеры вентиляционных лопаток ротора принимается по таблице  учебного пособия.

l_л=30мм;  h_л=15мм; N (число лопаток)=9.

 

Длина магнитопровода статора  и ротора определяется по расчету:

l₁=l₂=81,71 мм

 

Значения диаметров  берутся из расчетов:

l_δ=81,7 мм;  D₂=94,9 мм;  Da=149 мм;  D=95,4 мм.

 

Двигатели с высотой  оси вращения 50 – 132 мм имеют вентилятор и кожух из пластмассы. Вентилятор фиксируется с помощью рифления на валу.

 

 

 

Наружный диаметр вентилятора

 

                                         (11.1)

 

 мм

 

Ширина лопаток вентилятора

 

                                             (11.2)

 

мм

 

Число лопаток вентилятора при числе полюсов 2р ≥ 4

 

                                         (11.3)

 

 мм

 

Размеры рым-болта принимаются по пособию для двигателя массой до 120 кг. Масса двигателя m = 16,7 кг. Рым-болт отсутствует, так как масса двигателя не превышает 30 кг.

 

Станина асинхронного двигателя  с высотой до 120 мм выполняется  из алюминиевого сплава с продольно  поперечным оребрением.

Толщина станины принимается 50% от среднего значения толщины стенки при литье в земляные формы.

Толщина стенки bст=0,5·7=3,5 мм

 

Оребрёнными выполняются станины асинхронных двигателей со степенью защищённости IР44(IР54).

Высота ребра  мм.

Число рёбер на четверть поверхности статора - мм.

По внешнему диаметру станины и числу рёбер определяют расстояние между осями рёбер:

(149+2·3,5)/28 = 5,57

Шаг оребрения – 5,6 мм.

Радиус округления ребра R_p и угол между боковыми поверхностями ребра определяются в зависимости от высоты оси вращения по таблице пособия:

 

R_p=1,5 мм; 

=4º.

Заключение

 

 

Результатом произведенного электромагнитного расчета, является спроектированный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, удовлетворяющий требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и ), так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчет показал, что наружный вентилятор обеспечивает необходимый для нормального охлаждения расход воздуха.

При конструировании  был выбран материал станины, алюминиевый сплав. Станина выполняется с продольно-поперечным оребрением. Через длительно передаваемый момент рассчитаны размеры вала, и выбраны шарикоподшипник 180605.

Технические данные спроектированного  асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: мощностью P₂ =2,2 кВт, номинальное напряжение 230/400 В, число полюсов 2p = 4, частота вращения n=1720,7 об/мин, коэффициент полезного действия η = 0,83, коэффициент мощности cosφ = 0,83. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

 

1 Кутарев А.М. Проектирование  асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: Учебное пособие. – Оренбург: ОГУ, 2003. – 128с.

2 Проектирование электрических  машин: Учеб. для вузов / И.П.  Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 3-е изд., испр. И доп. – М.: Высш. Шк., 2002. – 757с.: ил.

3 СТО 02069024.101-2010. Общие  требования и правила оформления  – Оренбург, 2010.– 93 с. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Эскиз паза ротора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 - Эскиз паза статора