Курсовая работа: Разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

4 Круговая диаграмма

Круговая диаграмма представлена на листе Д1.

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]:

, (229)

 А.

Коэффициент c1 = 1.0348.

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

, (230)

 Ом;

, (231)

 Ом;

Диаметр круговой диаграммы: Dk = 200 мм.

Рассчитаем масштабы.

Масштаб тока:

, (232)

 А/мм.

Масштаб мощности:

, (233)

 Вт/мм;

Масштаб момента:

, (234)

 Н·м/м;

Вектор тока синхронного холостого хода:

, (235)

 мм;

, (236)

0.

Определим длинны отрезков:

, (237)

; мм

, (238)

;м

 м;

, (239)

 м;

, (240), где:

, (241)

 Вт.

Тогда:

 мм.

По круговой диаграмме для тока статора , которому соответствует точка А на окружности, можно рассчитать необходимые для построения рабочих характеристик данные:

1. Ток статора, А: , (242)

2. Ток ротора, А: , (243)

3. Первичная мощность, Вт: , (244)

4.Электромагнитныймомент: (245)

5. Полезная мощность, Вт: ; (246)

6. КПД: ; (247)

7. Коэффициент мощности: ,

8.Скольжение двигателя:. (248)

Полученная круговая диаграмма представлена в графической части проекта.

5 Тепловой и вентиляционный расчеты

5.1 Тепловой расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

 (249)

где K=0,17 – коэффициент, определяемый из таблицы 8.33 [1, c.402];=74 – коэффициент теплоотдачи по рисунку 8.71 [1, c.401]; - электрические потери в пазовой части статора.

 (250)

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

 (251)

где - расчетный параметр поперечного сечения паза статора; - средняя эквивалентная теплопроводность изоляции класса B; - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции обмотки из эмалированных проводников с учетом неплотности прилегания проводников друг к другу по рисунку 8.72 [1, c.402].

 (252)

=0,16 Вт/м2 .

=1,4 Вт/м2 .

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

 (253)

где - расчетный параметр поперечного сечения паза статора;  - электрические потери в лобовых частях статора.

 (254)

 =0.05

Повышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя:

 (255)

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:

 (256)

Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды по 8.338 [1, c.403]:

 (257)

где  - эквивалентная поверхность охлаждения;  - коэффициент подогрева воздуха, определяется по рисунку 8.70 [1 c. 400];

 - сумма потерь, отводимых в воздух двигателя.

 Вт/

 (258)

 (259)

=1,07 - коэффициент нагревостойкости.

 (260)

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

 (261)

5.2 Вентиляционный расчет

Для двигателей со степенью защиты IP44, требуемый для охлаждения расход воздуха вычисляется по формуле 8.356 стр. 407 [1]:

м3/с, (262)

где - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по всей длине поверхности корпуса, вычисляется по формуле 8.357 стр. 407 [1]:

 м3/с, (263)

-Коэффициент, зависящий от высоты вращения и числа пар полюсов стр. 407 [1].

Определяем расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором по формуле 8.358 стр. 407 [1]:

м3/с. (264)

Т.к. , то требуемый для охлаждения объем воздуха наружным вентилятором обеспечивается.

Принимаем . По выбранному диаметру вентилятора мы определяем окружную скорость по формуле 7.49 стр. 236 [1]:

 (265)

Номинальный расход воздуха .

Сечение на выходной кромке вентилятора найдем по формуле 7.51 стр. 237 [1]:

. (267)

Ширина колеса вентилятора вычисляется по формуле 7.52 стр. 237 [1]:

. (268)

Выберем аэродинамическое сопротивление по рисунку 7.5 стр. 231 [1]:

Окружная скорость на внутренней кромке вентилятора по формуле 7.55 стр. 237 [1]:

. (269)

где  -для радиальных лопаток стр. 237 [1].

-плотность охлаждающей среды.

Давление развиваемое вентилятором в режиме холостого хода вычисляется по формуле 7.42 стр. 234 [1]:

 (270)

Рассчитаем внутренний диаметр по формуле:

 (271)

Число лопаток вентилятора по формуле:

 (272)

Примем число лопаток равное 26.

6.Механический расчет

6.1 Расчёт вала

Рисунок 6.1 – Вал двигателя.

Расчет вала на жесткость.

Вал имеет следующие размеры (рисунок 6.1):

   

   

 

Сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по его длине по формуле 8 [3, c.17]:

Массу ротора можно представить как:

 (кг) (273)

Расчет прогиба вала проводят исходя из приведенной силы тяжести

 (H) (274)

Hоминальный вращающий момент для двигателя:

 (275)

Прогиб вала посредине сердечника ротора от реакции передачи по формуле 9 [3, c.17]:

(H). (276)

Модуль упругости E=2,06 Па.

Момент инерции находим по формуле 13 [3, c.17]:

 (277)

Для определения прогиба вала рассчитываем вспомогательные значения , ,  по формулам 10, 11, 12 [3, c.17]:

 (278)

 (278)

 (280)

 (281)

Прогиб вала посредине сердечника ротора от реакции передачи по формуле 9 [3, c.17]:

       (282)

Прогиб вала посредине сердечника ротора под действием силы тяжести по формуле 7 [3, c.15]:

Начальный расчетный эксцентриситет ротора по формуле 13 [3, c.17]:

 (283)

Начальная сила одностороннего магнитного притяжения по формуле 14 [3, c.18]:

 (284)

Прогиб вала под действием силы  по формуле 16 [3, c.18]:

 (285)

Установившийся прогиб вала от одностороннего магнитного притяжения по формуле 17 [3, c.18]:

 (286)

 (287)

Результирующий прогиб вала от силы тяжести ротора, реакции передачи и магнитного притяжения по формуле 18 [3, c.18]:

 (288)

Суммарный прогиб вала посредине магнитопровада ротора в процента

. (289)

Прогиб составляет примерно 3.51% воздушного зазора, т.е. прогиб не влияет на вал.

Критическая частота вращения:

 (290)

Превышение критической частоты вращения относительно номинальной

 (291)

Рабочая частота вращения ротора отличается от критической более чем 45 раза.

В расчете на прочность принимаем коэффициент перегрузки:k=2;

Напряжение на свободном конце вала в сечении А:

Момент сопротивления при изгибе :

 (292)

 

Напряжение в сечении Б :

 (294)

Момент сопротивления при изгибе:

 (295)

                                              (296)

Напряжение в сечении В :

(297)

Момент сопротивления при изгибе :

 (298)

 

Напряжение в сечении Г

 (300)

Момент сопротивления при изгибе

Напряжение в сечении Д:

Момент сопротивления при изгибе :

 

Напряжение в сечении Е:

Момент сопротивления при изгибе :306

Из сопоставлениия полученных данныч следует, что наиболее нагруженным является сечение Б, для которого   выполняется условие нагруженности.

В соответствии с рекомендациями, выбираем для P=18,8 кВт со стороны выходного вала подшипники качения роликовые,а с другой стороны шариковые.

6.2 Выбор подшипников

В соответствии с рекомендациями, выбираем для P=47.8 кВт со стороны выходного вала подшипники качения роликовые, а с другой стороны шариковые.

Определяем радиальную нагрузку на подшипники RA, RB по формуле 26 [3, c.24]:

 (309)

 (310)

Динамическая приведенная нагрузка по формуле 27 [3, c.24]:

 (311)

 (312)

Динамическая грузоподъемность по формуле 27 [3, c.24]:

 (313)

 (314)

Выбираем по каталогу, с учетом надежности шарикоподшипник № 218 средней серии со значением С=75500 Н, роликоподшипник № 22218 средней узкой серии со значением С=55500 Н.

7 Экономический расчёт

Масса меди статора:

 (315)

где  - плотность меди.

=8900 кг/м3.

 (316)

Масса статора:

 (317)

Масса стали ротора:

 (318)

где  - плотность стали.

=7800 кг/м3.

 (319)

Масса алюминия ротора:

 (320)

где  - плотность алюминия.

=2700 кг/м3.

Масса ротора:

 (321)

Масса корпуса электродвигателя:

 (322)

где  - толщина корпуса; - длина корпуса двигателя.

=0.02.

=0.7

 (323)

Масса подшипников:

Масса подшипниковых щитов:

 (324)

где - внешний диаметр подшипникового щита;  - ширина подшипникового щита.

=0.45.

=0.005.

 (325)

Масса выводной коробки

Масса вала:

Масса электродвигателя:

 (327)

Отношение массы к полезной мощности:

 (328)

8 Описание технологии сборки

Сердечник статора и ротора шихтуются из электротехнической стали толщиной 0,5 мм, сердечник выполняется без вентиляционных каналов.

Для изоляции листов друг от друга их лакируют. Для стали 2312 листы подвергают термообработке, в результате которой стабилизируются потери в стали и образуется поверхностный оксидный изолирующий слой.

Магнитопровод ротора насаживается непосредственно на гладкий вал.

Для предотвращения деформации (распушения) относительно тонких листов крайние торцевые листы магнитопровода штампуют из более тонких листов стали.

Собранный таким образом магнитопровод прессуют. После укладки обмотки в статор и пропитки ее лаком сердечник запрессовывают в станину.

Обмотки короткозамкнутых роторов не имеют изоляции. Они выполняются заливкой пазов алюминием, причем одновременно со стержнями обмотки отливают замыкающие кольца с вентиляционными лопатками.

На ротор напрессовывают подшипники, заводят его в статор. После этого устанавливают передний фланец и фиксируют в нем подшипник ротора. Затем устанавливают задний подшипниковый щит.

После этого устанавливают на задний конец вала надевают крыльчатку вентилятора. Затем защищают вентилятор кожухом.

На завершающем этапе сборки устанавливают клемную коробку.

Перед пробным пуском проверяют точность установки вала путем прокручивания его на несколько оборотов.

К корпусу ЭД с помощью болтов на коробку выводов крепится верхняя крышка.

Заключение

В результате проектирования был разработан асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, который полностью отвечает требованиям, поставленным в курсовом проекте. Все проверяемые параметры отвечают критериям, рекомендуемым ГОСТ. Из-за перехода на меньшую высоту оси вращения, разработанный двигатель по некоторым технико-экономическим параметрам уступает существующим двигателям аналогичной мощности.

Список литературы

1.  Проектирование электрических машин: Учебник для вузов Книга 1. Под редакцией Копылова И.П.Москва: Энергоатомиздат 1993. – 464 с.

2.  Проектирование электрических машин: Учебник для вузов Книга 2. Под редакцией Копылова И.П.Москва: Энергоатомиздат 1993. – 384 с.

3.  Электрические машины. Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности Т.11.02.00 "Автоматизированный электропривод".- Могилев: УО МГТУ, 2002. – 51 с.

4.  Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. Для электромех. спец. вузов/ Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А.Е.; Под ред. И.П. Копылов-М.: Высшая школа, 1988,-328 с.