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. 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

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