Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Конструктивное исполнение IM1001. Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44

токе МДС в любой точке на статоре изменяется синусоидально во времени с амплитудою, равной F_MK1X.

Т.е. значение МДС первой гармоники в любой момент

Причины возникновения высших гармоник магнитного поля.

Магнитное поле в воздушном зазоре асинхронной машины несинусоидальное. В нём, кроме основной гармонической, существует бесконечно большое число высших гармоник поля, которые принято разделять на пространственные и временные.

Пространственные гармоники появляются вследствие несинусоидальности распределения МДС в воздушном зазоре, обусловленной дискретным расположением проводников обмотки в пазах, и неравномерности самого воздушного зазора, вызванного наличием зубцов на статоре и роторе и рядом технологических факторов (эксцентричностью ротора и статора, конусностью ротора, эллипсностью зазора и др.). От основной гармоники поля высшие пространственные гармоники отличаются тем, что они имеют значительно меньшую амплитуду, другое число периодов и другие частоты вращения.

Высшие пространственные гармоники создают ряд добавочных моментов, действующих на ротор и оказывающих влияние на механическую характеристику двигателя. Эти моменты подразделяются на асинхронные, синхронные, вибрационные и реактивные.

Временные гармоники поля появляются при питании двигателя несинусоидальным напряжением, например при питании его от статического преобразователя частоты, когда к обмотке статора подводится напряжение прямоугольной формы, или при включении в цепь обмотки статора нелинейных элементов (нелинейных реакторов, вентилей и др.). В этих случаях токи фаз содержат наряду с основной гармоникой и высшие гармоники, каждая из которых имеет частоту f_v=vf₁ и создаёт такой же ряд пространственных гармоник, как и основные гармоники, но вращающиеся в v раз быстрее.

Гармоники, возникающие при питании двигателя несинусоидальным напряжением, создают добавочные асинхронные и колебательные моменты. Все виды высших гармоник (пространственные и временные) приводят к возникновению добавочных потерь мощности в обмотках и магнитопроводе машины.

33.  Значения индукций:

В зубцах статора:

Тл

В зубцах ротора:

Тл

В ярме статора:

Тл

В ярме ротора:

Тл

Расчетная высота ярма ротора:

мм

34.  Магнитное напряжение воздушного зазора:

А, где k_δ – коэффициент воздушного зазора:

Коэффициент:

35.  Магнитные напряжения зубцовых зон:

Статора:

А, где Н_z - магнитная напряженность поля в зубцах статора или ротора

По приложению II (в соответствии с B_z), рис. П-17, с.461 [2]: при B_z1=1,91 Тл→H_z1=2160 А/м,

h_z1=h_п1=29,8 мм=0,0298 м

Ротора:

А

При B_z2=1,87 Тл→H_z2=1890 А/м

мм

36.  Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

Коэффициент насыщения зубцовой зоны в пределах нормы, т.е. 1,2<k_z<1,5 (с. 194 [2]).

37.  Магнитные напряжения ярм статора и ротора.

А

По табл. П-16, с. 470 [2], при B_a=1,6 Тл→H_a=750 А/м где L_а – длина средней магнитной линии ярма статора

Н_а – магнитная напряженность поля при индукции В_а по кривой намагничивания для ярма принятой марки стали.

м

А

По табл. П-16, с.460 [2], при B_j=1,36 Тл→H_j=365 А/м

Т.к. в проектируемом асинхронном двигателе 2p=2, то (с. 195)

м

м где H_j – магнитная напряженность поля при индукции B_j по кривой намагничивания для ярма принятой марки стали

L_j – длина средней магнитной линии потока в ярме ротора

h_j – высота спинки ротора

38.  Магнитное напряжение на пару полюсов:

А

39.  Коэффициент насыщения магнитной цепи:

40.  Намагничивающий ток.

А

Относительное значение:

Относительное значение намагничивающего тока в пределах нормы (с. 195 [2]),т.е. 0,18<<0,2. Параметры машины выбраны оптимально (довольно высокий КПД и cosj при не слишком высоком перерасходе материала).

Параметры рабочего режима.

41.  Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Ом

Для класса нагревостойкости F расчетная температура υ_РАСЧ=115 °С, для меди удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре ρ₁₁₅=10^-6/41 Ом·м.

Общая длина эффективных проводников фазы обмотки:

м

Средняя длина витка обмотки:

м

Длина пазовой части катушек:

м

Длина лобовой части катушек:

м, где k_л – коэффициент, берущийся в зависимости от числа полюсов машины и наличия изоляции в лобовых частях, по табл.6-19, с.197 [2] k_л=1,45 (при лобовых частях обмотки, изолированных лентой),коэффициент вылета катушки k_выл=0,44

Средняя ширина катушки:

м, где β₁ – относительное укорочение шага обмотки, принимаем β₁=0,83=5/6

Считаем, что обмотка укладывается до запрессовки сердечника в корпус, тогда вылет прямолинейной части катушки из паза В=0,01 м (с. 197 [2]).

Длина вылета лобовой части катушки:

м

Относительное значение:

42.  Активное сопротивление фазы обмотки ротора.

Ом

Активное сопротивление стержня обмотки:

Ом

Активное сопротивление короткозамыкающего кольца:

Ом

Для литой алюминиевой обмотки ротора: Ом·м

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора:

Ом

Относительное значение:

Ом

43.  Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора.

Ом

l_δ'=l_δ=0,102 м т.к. радиальные вентиляционные каналы отсутствуют.

По табл. 6-22, с.200 (рис. 6.38 ж [2]):

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

Значения коэффициентов k_β и k_β' определяют в зависимости от шага обмотки: при двухслойной обмотке с укорочением 2/3<β<1 (с.199 [2])

h₁ паза статора=h₃=25,5 мм

b=b₂=9,8 мм

h₂=0,

h₁=h_п1-h₃=29,8-25,5=4,3 мм

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:

При отсутствии скоса пазов статора или ротора т.е. для β_ск=0 и  по рис. 6.39 д, с.201 [2]→коэффициент скоса k_ск'=0,8

Относительное значение:

44. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора.

Ом

По табл. 6-23, с. 204, рис. 6-40 а [2]; для номинального режима k_д=1 ( примечание к табл. 6-23 [2]).

b=b₁=6,5 мм

мм

 

∆_z – по рис. 6.39 а, с. 201 [2] при   и →∆_z≈0

При большом числе пазов ротора, приходящихся на пару полюсов () без заметной погрешности можно принять (с.203 [2]):

Приводим x₂ к числу витков статора:

Ом

Относительное значение:

Рис.10. К расчету размеров пазов статора и ротора

 

Рис. 11. К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазов статора и ротора

Расчет потерь.

45. Потери в стали основные.

где β – показатель степени,

- удельные потери.

Для стали 2013 β=1,5; Вт/кг (по табл. 6-24, с. 206 [2]).

Удельная масса стали γ_с=7,8·10³ кг/м³ (с. 206 [2])

k_да, k_дz – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода и технологических факторов.

Для машин, мощностью меньше 250 кВт: k_да=1,6, k_дz=1,8 (с. 206 [2]).

Массы стали ярма и зубцов статора:

 = π·(0,313-0,0407)·0,0407·0,102·0,97·7,8·10³=26,87 кг

 = 0,0298·0,006·36·0,102·0,97·7,8·10³=4,967 кг

46. Поверхностные потери в роторе.

Вт

где k₀₂ – коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов статора или ротора, k₀₂ принимаем равным 1,7 (с.207 [2])

для  по рис. 6-41 [2], β₀₂=0,1

47. Пульсационные потери в зубцах ротора.

Вт

Тл

кг

h_z2=h_п2=34 мм

48. Сумма добавочных потерь в стали.

Вт

49. Полные потери в стали.

Вт

50. Механические потери.

Вт

k_Т=1 для двигателей с 2p=2 (c. 208 [2])

51. Добавочные потери при номинальном режиме.

Вт

52. Холостой ход двигателя.

А

Активная составляющая:

А

Реактивная составляющая: =7,95 А  (c. 209 [2], и п. 40 расчета).

Электрические потери в статоре при х.х.:

Вт

Коэффициент мощности при х.х.:

Расчет рабочих характеристик.

53. Параметры схемы замещения:

Ом

Ом

<1^°

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

А

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

кВт

Принимаем S_ном≈r₂^*=0,02 и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь S=0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,03; 0,035.

Данные расчетов представлены в табл.1.

Табл. 1. К расчету рабочих характеристик.

Данные спроектированного двигателя.

P_2ном = 22 кВт; U₁=220/380 В; 2p=2; I_0a=0,61 A; I_0p= I_μ =7,95 А; P_ст+P_мех=1,3 кВт; r₁=0,246 Ом; r₂'=0,1 Ом ;c₁ =1,027; a' =1,055; a =2,125 Ом ;b' =0; b =0,81 Ом ; I_1н =40,7 А

№ п/п	Расчётная формула	Ед.	Скольжение
			0,0050	0,0100	0,0150	0,0200	0,0250	0,0300	0,0350
1		Ом	21,1000	10,5500	7,0333	5,2750	4,2200	3,5167	3,0143
2		Ом	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000	0,0000
3		Ом	23,2250	12,6750	9,1583	7,4000	6,3450	5,6417	5,1393
4		Ом	0,8100	0,8100	0,8100	0,8100	0,8100	0,8100	0,8100
5		Ом	23,2391	12,7009	9,1941	7,4442	6,3965	5,6995	5,2027
6		А	9,4668	17,3217	23,9284	29,5532	34,3938	38,5998	42,2855
7		-	0,9994	0,9980	0,9961	0,9941	0,9919	0,9898	0,9878
8		-	0,0349	0,0638	0,0881	0,1088	0,1266	0,1421	0,1557
9		А	10,5950	18,4204	24,9694	30,5117	35,2510	39,3420	42,9039
10		А	8,2800	9,0547	10,0581	11,1657	12,3054	13,4357	14,5333
11		А	13,4467	20,5256	26,9191	32,4906	37,3370	41,5729	45,2986
12		А	9,7224	17,7894	24,5745	30,3511	35,3225	39,6420	43,4272
13		кВт	6,9927	12,1575	16,4798	20,1378	23,2656	25,9657	28,3166
14		кВт	0,1334	0,3109	0,5348	0,7791	1,0288	1,2755	1,5143
15		кВт	0,0029	0,0053	0,0074	0,0091	0,0106	0,0119	0,0130
16		кВт	0,0133	0,0311	0,0535	0,0779	0,1029	0,1275	0,1514
17		кВт	1,4515	1,6491	1,8974	2,1678	2,4441	2,7167	2,9806
18		кВт	5,5412	10,5083	14,5824	17,9699	20,8216	23,2490	25,3360
19		-	0,7924	0,8644	0,8849	0,8923	0,8950	0,8954	0,8947
20		-	0,7879	0,8974	0,9276	0,9391	0,9441	0,9463	0,9471

рис. 12

рис. 13

рис. 14

рис.15

рис. 16

Расчет пусковых характеристик.

Параметры с учетом вытеснения тока при расчетной температуре υ=115^°.

Приведенная высота стержня:

, где S – скольжение двигателя, данный расчет ведем для пуска