90-750-IP23

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Южно-Уральский государственный университет
(национальный исследовательский университет)»
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте
Факультет техники и технологии
Кафедра электрооборудования и автоматизации производственных процессов
Расчет асинхронного двигателя серии 4A
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине «Электрические машины»
ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» - 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Нормоконтролер
Руководитель проекта
д.т.н., доцент
Вигриянов П.Г.
«
»
2022 г.
«
»
2022г.
Автор проекта
студент группы ФТТз-433
«
»
Яныбаев А.Ф.
2022 г.
Проект защищен с оценкой
«
»
Златоуст 2022
2022 г.
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Южно-Уральский государственный университет
(национальный исследовательский университет)»
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте
Факультет Техники и технологии
Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных
процессов»
З А Д А Н И Е
Студент Яныбаев Артур Фаритович
факультет техники и технологии, группа ФТТз - 433
направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
по курсовому проекту "Расчет АД серии 4A"
Вариант № 70
1. Тип и назначение машины 4AН280М8
2. Мощность 90 кВт
3. Напряжение:
4. Коэффициент мощности 0,86
5. Скорость вращения, частота 735 об/мин
6. КПД машины 92.5%
7. Перегрузочная способность
8. Кратность пускового момента
9. Кратность пускового тока
(Ммакс/ Мном )
(Мпуск/ Мном )
(Iпуск/ Iном )
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: Вигриянов П.Г.
Дата выдачи "
"__________________________
1,9
1,2
5,5
АННОТАЦИЯ
Яныбаев А.Ф. Расчет асинхронного двигателя серии 4A.
– Златоуст: ЮУрГУ, ФТТ; 2022, 51с. 5ил.,
Библиографический список–6 наим.,
Графическая часть, 2 листа чертежа ф. А1.
Спецификация на 2 листах ф. А4
В курсовом проекте выполнен расчет электрической машины переменного
тока 4AН280М8. Проведены расчеты главных размеров, расчет размеров ротора,
расчет размеров статора, расчет магнитной цепи, расчет эксплуатационных
показателей. В графической части проекта выполнен чертеж общего вида
проектируемой машины, а также построены графики рабочие и пусковые
характеристики. Полученные параметры максимально приближенны к заданным.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм.
Лист
№ докум.
Разраб.
Яныбаев А.Ф.
Провер.
Вигриянов П.Г
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Подпись
Дата
Лит.
Двигатель асинхронный
4AН280М8
Лист
Листов
3
51
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ
(НИУ)» в г. Златоусте
Кафедра ЭАПП
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 5
2 Анализ технического задания ............................................................................. 7
3. Определение главных размеров......................................................................... 8
3.1. Главные размеры .............................................................................................. 8
3.2 Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки
статора ...................................................................................................................... 9
3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора .................. 13
4. Расчет ротора ..................................................................................................... 16
4.1. Воздушный зазор............................................................................................ 16
5. Расчет магнитной цепи ..................................................................................... 21
6. Параметры рабочего режима ........................................................................... 25
7. Расчет потерь ..................................................................................................... 31
8. Расчет рабочих характеристик ......................................................................... 34
9. Расчет пусковых характеристик ...................................................................... 37
10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и
насыщения от полей рассеяния. .......................................................................... 41
11. Тепловой расчет .............................................................................................. 46
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................. 51
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
4
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронные машины являются наиболее широко применяемыми в
современных электроприводах, это самый распространенный вид
электрических машин переменного тока.
Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и
может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако
преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие
основу современного электропривода.
Области применения асинхронных двигателей очень впечатляющие – от
привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода
крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.п.).
Поэтому
мощность
асинхронных
двигателей,
выпускаемых
электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от
долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков
вольт до 10 кВ.
Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели,
рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц).
Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой
полый шихтованный цилиндр (сердечник статора) с продольными пазами на
внутренней поверхности, располагаемый внутри одного из элементов
оболочки машины, называемого станиной. В пазах сердечника статора
уложена обмотка статора. Сердечник статора изготовлен из листовой
электротехнической стали, которая в отличие от электротехнической стали
силовых трансформаторов является изотропной. Как и в трансформаторе,
листы электротехнической стали изолированы друг от друга.
В рамках данного курсового проекта мне предлагается спроектировать
асинхронный двигатель четвертой серии с характеристиками максимально
приближенным к приведенным в техническом задании
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
5
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Южно-Уральский государственный университет
(национальный исследовательский университет)»
Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте
Факультет Техники и технологии
Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных
процессов»
З А Д А Н И Е
Студент ______________________________
факультет техники и технологии, группа _______________
направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
по курсовому проекту "Расчет АД серии 4A"
Вариант № _________
1. Тип и назначение машины 4AН280М8
2. Мощность 90 кВт
3. Напряжение: При мощности Р2Н  110 кВт напряжение U1Л = 220/380 В, / Y.
4. Коэффициент мощности 0,86
5. Скорость вращения, частота 735 об/мин
6. КПД машины 92.5%
7. Перегрузочная способность
(Ммакс/ Мном )
1,9
8. Кратность пускового момента
(Мпуск/ Мном )
1,2
9. Кратность пускового тока
(Iпуск/ Iном )
5,5
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: Вигриянов П.Г.
Дата выдачи "
"__________________________
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
6
2 Анализ технического задания
В техническом задании приведено обозначение электрической машины
4AН280М8.Проведем подробный анализ этого типа для определения параметров
проектируемого двигателя.
Цифра 4 в обозначении типа электрической машины указывает, что серия
проектируемого двигателя - четвертая.
Буква А указывает, что необходимо спроектировать асинхронный двигатель.
Буква Н указывает исполнение по степени защиты (защищенное исполнение).
Исполнение двигателя по материалу станины и щитов: в обозначении
электрической машины буква отсутствует, что значит, что щиты и станина чугунные или
стальные.
Высота оси вращения двигателя 280 миллиметров.
Буква М означает, что выбирается средний установочный размер по длине
станины 419 мм, согластно ГОСТ 19523-74.
Цифра 8 в обозначении электрической машины означает, что выполняется
двигатель с восьмью полюсами.
Так как мы проектируем двигатель общего назначения, то выберем
климатическое исполнение для умеренного климата и категорию размещения 3.
Принимаем окончательно асинхронный двигатель четвертой серии,
защищенный с короткозамкнутым ротором, стальными щитами и станиной,
высотой оси вращения 280 миллиметров, со средним установочным размером,
восьмиполюсный, климатическое исполнение для умеренного климата и
категории размещения 3.
Так как исполнение проектируемого двигателя по способу защиты от
окружающей среды защищенное, то выбираем исполнение по способу защиты
IP23.
Проектирование двигателя серии 4А производится по расчетной методике,
приведенной в [1]. Ссылки на рисунки, таблицы, формулы произведены на [1].
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
7
3. Определение главных размеров
3.1. Главные размеры
Высота оси вращения из технического задания h=280 мм.
Для высоты оси вращения 280 мм наружный диаметр статора Da
принимают из таблицы 6-1 [1] равным 520-530 мм.
Внутренний диаметр сердечника статора:
D  kD  DA , м
(3.1)
D  0, 735  0,520  0,382 м
где kD  0,72  0,75 - коэффициент, характеризующий отношение
внутреннего и внешнего диаметра асинхронного двигателя
По таблице 6-7 [1] для двигателя с шестью полюсами выбираем
значение KD в диапазоне от 0,72 до 0,75 равное 0,73.
Полюсное деление:


 D
2p
  0,382
8
,м
(3.2)
 0,150 м
Расчетная мощность
P  m  I  E  P2 
где
кЕ  0,97
KE
  cos
(3.3)
- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному
напряжению, определено по (6-8) [1];
   92,5% - КПД двигателя по;
cos    0,86 - коэффициент мощности по;
P  90 103 
0,97
 109742 Вт
0,925  0,86
Электромагнитные нагрузки (предварительно)
А1  42, 0 103 А/м, Вб  0,81 Тл. (6-12) [1],;
Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно)
Kоб1  0,92 .
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
8
Расчетная длина магнитопровода:
l 
P
D    K B  K об1  A  B
(3.4)
2    n 2    f1

60
p
(3.5)
2


l 
2  3,14  50
 78,54 рад/с.
4
109742
 0, 275 м.
1,11 0,382  78,54  0,92  42000  0,81
2
В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает
250...300 мм, радиальные вентиляционные каналы не делают.
Отношение
l
 


(3.6)
0, 275
 1,83 .
0,150
Полученное значение соответствует допускаемому
1, 25    2, 25
определенному по рисунке (6-14,б) [1] для принятого исполнения машины.
3.2 Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки
статора
l1 –полная конструктивная длина статора;
lcт1 – длина стали сердечника статора.
l1  lcт1  l  0,275 м
Сердечник
собирают
из
отдельных
отштампованных
листов
электротехнической стали марки 2312, толщиной 0,5 мм, с изолированием
листов лакировкой. Коэффициент заполнения сталью kС=0,95. Обмотка
двухслойная из жестких катушек.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
9
Предварительные предельные значения зубцового деления:
t1MAX  0,015 м – максимальная величина зубцового деления статора;
t1MIN  0,012 м – минимальная величина зубцового деления (табл. 9.11 [1]).
Число пазов статора:
 D  D

t1 max
t1 min
Z 1 min  Z 1 max 
Z1max 
  0,382
0, 012
 80 ;
Z1min 
  0,382
0, 015
(3.7)
 100 ;
В пределах от 80 до 100 выбираем и принимаем Z1 =96, тогда число пазов на
полюс и фазу q, найдем по формуле
Число пазов на полюс и фазу:
где
q
Z1
2  p  m1
q
96
4
83
(3.8)
m1  3 - число фаз;
Принимаем двухслойную обмотку.
Зубцовое деление статора (окончательно)
t1 Z 
t1Z 
 D
2  p  m1  q
  0,382
83 4
(3.9)
 0, 0125 м.
Номинальный ток в обмотке статора
I1н 
P2
m1  U н   cos 
(3.10)
U н  220 В - фазное напряжение.
90 103
I1н 
 171, 42 А.
3  220  0,86  0,925
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
10
Число эффективных проводников в пазу статора при условии, что
параллельные ветви в обмотке отсутствуют ( a  1 )
u п 
uп 
 D A
(3.11)
I1н  Z1
  0,382  42000
171, 42  96
 3, 065
Число эффективных проводников в пазу статора
uп  a  uп
(3.12)
Принимаем a  2 .
u п  2  3, 065  6,129 принимается значение u п  6
Окончательные значения:
Число витков в фазе
1 
1 
u п  Z1
2  a  m1
(3.13)
6  96
 48 .
2 23
Линейная нагрузка (окончательно)
A
A
2  I1н  1  m1
 D
(3.14)
2 171, 42  48  3
 41,116 103 А/м.
  0,382
Обмоточный коэффициент: по 3-4 [1] для двухслойной обмотки с
q=4; K p1  0,958 K у  0,966 ;
K об1  K p1  K у  0,958  0,966  0,925
Магнитный поток
Ф
Ф
K E  U1н
4  K B  ω  K об1  f1
0,98  220
 21, 64 103 Вб.
4 1,11 48  0,925  50
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(3.15)
11
Индукция в воздушном зазоре (окончательно)
B 
Ф
p Ф

    l D  l
(3.16)
2  21,64 103
B 
 0,823 Тл.
0,382  0, 275
Значение магнитной индукции в воздушном зазоре Bδ =0,823 Тл расходится с
принятым ранее значением равным 0,81 Тл менее чем на 3%
Плотность тока в обмотке статора(предварительно)
J1 
J1 
( AJ1 )
A
(3.17)
( AJ1 )
215 109

 5, 23 106 А/м2.
3
A
41,116 10
где AJ1 - произведение линейной нагрузки на плотность тока и определяется
по рисунку 6-16, д [1], AJ1  215 109 А2/м3
Площадь поперечного сечения эффективного проводникаqэф, мм2,
предварительно определяется по формуле 6-24 [1]
I
q эф1  1н
(3.18)
a  J1
где
J 1 - плотность тока в обмотке статора, А/м2.
qэф1 
171, 42
106  16,391 мм2.
6
2  5, 23 10
Сечение эффективного проводника. Принимаем число элементарных
проводников nэл  1 , тогда
qэл 
16,391
 16,391
1
По приложению П.3.2 [1] находим стандартный провод:
ПЭТП  155 1
2,5  7,1
17, 2 мм2 ;
2, 62  7, 22
qЭЛ  17, 2 мм 2
Плотность тока в обмотке статора (окончательно).
J1 
J1 
I1н
a  qэл  nэл
171, 42
 4,983 106 А/м2.
6
2 17, 2 110
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(3.19)
12
3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
Принимаем форму паза прямоугольную полузакрытую. Обмотку
выполняем из подразделенных катушек; провод прямоугольный.
Предварительные значения индукции:
ВЗ1  1,7 1,95 Тл – среднее значение магнитной индукции в зубцах
статора. табл. 9.12 [1].
Ширина зубца
bz1 
bz1 
B  t1  l
Bz1  lст1  K c
(3.20)
0,823  0, 0125  0, 275
 6, 0 мм.
1,8  0, 275  0,95
Высота ярма статора
ha 
ha 
Ва  1, 2 1, 4  Тл
Ф
2  Ba  lст1  K c
(3.21)
21, 64 103
 29, 6 мм.
2 1, 40  0, 275  0,95
– среднее значение магнитной индукции в зубцах
статора. табл. 9.12 [1].
Предварительная ширина паза:
bП  t1Z 1  bZ 1min
(3.22)
bП  12,5  6,0  6,5 мм
Предварительный размер провода по ширине паза:
bэл  0,5   bП  2bИЗ  bП 
(3.23)
bэл  0,5   6,5  2 1,1  0,3  2,0 мм
Высота зубца статора
hZ  hП  bэл  nэл  hП  hИЗ
(3.24)
hZ  7,1 4  5,5  34,0 мм
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
13
Рисунок 3.1 – Зубец и паз статора М5:1.
Расчетные размеры зубцов статора при полуотрытых пазах:
  D  2  hШ  hК  
 bп , мм
z1
  382  2  1,0  3,0  
bZ min 
 6,5  6, 2 мм
96
bZ min 
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(3.25)
14
  D  2hП 
 bп , мм
z1
  382  2  34 
bZ max 
 6,5  8, 2 мм
96
bZ max 
(3.26)
1 - проводниковая изоляция; 2 - катушечная изоляция; 3 - корпусная или
пазовая изоляция; 4 - прокладка на дно паза; 5 - прокладка под клин; 6 прокладка между слоями; 7 - клин;
Рисунок 3.2 - Паз статора с проводниками и изоляцией (М1:3)
Составляем таблицу заполнения паза статора. Размеры паза в штампе
(рис. 3.1) принимаем с учетом припусков Δbп=0,3мм и Δhп =0,3мм (табл. 9.14
[1]).
Наименование
Размер, мм
по ширине паза
по высоте паза
Обмоточный провод изолированный 2,5х2 = 5,0
7,1x4 =28,4
2,5x7,1
Пазовая изоляция и допуск на
2,9
5,5
укладку
Всего на паз без клина
8,0
34,0
Таблица 3.1 Заполнение паза статора.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
15
4. Расчет ротора
4.1. Воздушный зазор
Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов
электротехнической стали марки 2312 толщиной 0,5 мм.
Коэффициент заполнения сталью: кс=0,95
Воздушный зазор между статором и ротором:


D
9  3
1 
 10
1.2  2 p 
(4.1)
0,382 
9  3
1 
 10  0, 676  0, 7 мм.
1, 2  2  4 
Число пазов ротора (табл. 9.18):
Z 2  110
Внешний диаметр
D2  D  2  
(4.2)
D2  382  2  0, 7  380, 6 мм.
Длина магнитопровода
l2  l1  275 мм.
Зубцовое деление ротора
tZ 2 
tZ 2 
  D2
Z2
(4.3)
  380, 6
 10,9 мм.
110
Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник ротора
непосредственно насаживается на вал
D j  DB  K B  Da
(4.4)
K B  0,23 по (ф. 9.19, с 385);
D j  DB  0, 23  520  120 мм.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
16
Ток в обмотке ротора:
I 2  K i  I1  i
(4.5)
I 2  0,888 171, 42  2, 422  368,65 А
где ki=0,2+0,8cos=0,2+0,8·0,86=0,888 – коэффициент, учитывающий
влияние тока намагничивания на отношение I1/I2.
i 
i 
2  m1  1  K об1
Z 2  K ck
(4.6)
2  3  48  0,925
 2, 422
110 1
Площадь сечения стержней
qc 
где
I2
J2
(4.7)
J 2   2,75  3,75 106 А/м2 - плотность тока в стержнях ротора.
qс 
368, 65
 98,31 мм2.
3, 75 106
Паз ротора определяем по (рис. 9.40 б).
Принимаем h ш  0,7 мм, bш  1,5 мм, hш  0,3 мм – размеры шлица.
Ширина зубцов ротора:
Bz 2  1,75-2,0 Тл. Выбираем по (т. 9.12);
bz 2 
bz 2 
B  t 2  l 2
Bz 2  lст 2  K c
(4.8)
0,823  0, 0109  0, 275
 0, 005 м.
1, 75  0, 275  0,95
Размеры паза
b1 
  D2  2  hш  2  hш   Z 2  bz 2
  Z2
Z  
b12   2    4  qc
  2
b2 
Z2 

 2
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(4.9)
(4.10)
17
h1 
b1 
b1  b2   Z 2
(4.11)
2 
   0,3806  2  0, 0007  2  0, 0003  110  0, 005
 0, 0053 м.
  110
 110  
0, 00532  
   4  98,31 10 6
2
 
b2 
 0, 0043 м.
110 


2
h1 
 0, 0053  0, 0043 110  0, 0167
2 
м.
Уточняем ширину зубцов ротора по формулам
D2  2  (hш  h 'ш )  b1
 b1
Z2
bZ' 2  
bZ' 2  
(4.12)
0,3806  2  (0, 0007  0, 0003)  0, 0053
 0, 0053  0, 005 м
110
b
b
hП 2  h 'ш  hш  1  h1  2
2
2
hП 2  0, 0003  0, 0007 
b '''Z 2  
b '''Z 2  
(4.13)
0, 0053
0, 0043
 0, 0167 
 0, 0225 м
2
2
D2  2  hП 2  b2
 b2
Z2
(4.14)
0,3806  2  0, 0225  0, 0043
 0, 0043  0, 005 м
110
Площадь сечения стержня (окончательно)
qc 
qc 

8


8
 12 b  b   h
 b12  b22 
  5,32  4,32  
1
2
1
(4.15)
1
 5,3  4,3 16, 7  98,31 мм2.
2
Плотность тока в стержнях
J2 
J2 
I2
qc
368, 65
 3, 75 106 А/м2.
6
98,3110
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(4.16)
18
Рисунок 4.1 – Паз и зубец ротора М5:1.
Ток в замыкающих кольцах
I кл 
I2

  p 

  2  sin 
Z
 2 
I кл 
(4.17)
(4.18)
368, 65
 1617, 0 А.
 4 
2  sin 

 110 
Плотность тока в замыкающих кольцах
J кл  0,85  J 2
(4.19)
J кл  0,85  3, 75 106  3,188 106 А/м2.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
19
Площадь поперечного сечения замыкающих колец
q кл 
qкл 
I кл
J кл
(4.20)
1617,0
 507, 29 мм2.
6
3,188 10
Размеры короткозамкнутых колец
hкл  1,25  hп 2
b кл 
q кл
h кл
Dкл ,ср  D2  hкл
(4.21)
(4.22)
(4.23)
hкл  1, 25  22,5  28,1 мм.
bкл 
507, 29
 18,1 мм.
28,1
Dкл ,ср  380, 6  28,1  352,5 мм.
Рисунок 4.2 – Замыкающие кольца короткозамкнутого ротора
с литой обмоткой (2:1).
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
20
5. Расчет магнитной цепи
Рисунок 5.1 - Магнитная цепь двигателя для одной пары полюсов М1:4.
МДС для воздушного зазора.
F 
F 
2
0
 B    K 
(5.1)
2
 0,823  0, 0007 1,343  1231, 68 А
4   107
где коэффициент воздушного зазора:
K 
tZ1
t Z1   1  
(5.2)
2
 bш 
 

  
b
5 ш
(5.3)

2
 5,3 
 0, 7 
  4,56
 
5,3
5
0, 7
K 
12,5
 1,343 ;
12,5  4,56  0, 7
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
21
Магнитное напряжение зубцовой зоны статора
Fz1  2  hz1  H z1
где
(5.4)
hz1  hn1  34, 0 мм - расчетная высота зубца статора;
H Z 1  1450 А/м- напряженность поля в зубцах статора;
Определена по (п 1.10).
Fz1  2  0, 034  2700  183, 6 А;
B z1 
Bz1 
B  t z1  l
bz1  lст1  K c
(5.5)
0,823  0, 0125  0, 275
 1,80 Тл.
0, 006  0, 275  0,95
Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора
Fz 2  2  hz 2  H z 2
где
(5.6)
hz 2  hп 2  0,1 b2 - расчетная высота зубца ротора, м.
H Z 2  2220 А/м - напряженность поля в зубцах ротора.
Определена по (п 1.10).
hz 2  22,5  0,1 4,3  22,1 мм.;
Fz 2  2  0, 0221 2220  97,82 А;
Bz 2 
Bz 2 
B  t 2  l
bz 2  lст 2  K c
(5.7)
0,823  0, 0109  0, 275
 1, 75 Тл.
0, 005  0, 275  0,95
Коэффициент насыщения зубцовой зоны
kz  1
kz  1 
Fz1  Fz 2
F
(5.8)
183, 6  97,82
 1, 23 .
1231, 68
Полученное значение kz лежит в допускаемых пределах: 1,2  k z  1,5  1,6 .
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
22
Магнитное напряжения ярма статора
Fa  La  H a
(5.9)
длина средней магнитной линии ярма статора
  Da  ha 
La 
2 p
(5.10)
H a  398 А/м2 - напряженность поля в ярме статора.
Определена по (п 1.9).
Ba 
Ф
2  ha  lст1  K c
(5.11)
Da  D
 hп1
2
(5.12)
Расчетная высота ярма статора
ha 
ha 
Ba 
La 
0,52  0,382
 0, 034  34,9 м;
2
21,64 103
 1,19 Тл;
2  0,0349  0, 275  0,95
   0,52  0, 034,9 
 0,1905 м;
8
Fa  0,1905  398  75,82 А.
Магнитное напряжение ярма ротора
Fj  L j  H j
(5.13)
Длина средней магнитной линии потока в ярме ротора
Lj  
Dj  hj
(5.14)
2p
Высота спинки ротора
hj 
hj 
D2  D j
2
 hп 2
(5.15)
380, 6  120, 0
 22,5  108, 0 мм;
2
H j  89 А/м- напряженность поля в ярме ротора, определена по (п 1.9).
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
23
Lj  
120, 0  108, 0
 89, 0 мм.
24
Fj  0, 089  89  7,96 А.
Bj 
Ф
2  hj  lст 2  K c
(5.16)
21,64 103
Bj 
 0,38 Тл.
2  0,108  0, 275  0,95
Магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов)
Fц  F  Fz1  Fz 2  Fa  F j
(5.17)
Fц  1231, 68  183, 6  97,82  75,826  7,96  1596,87 А.
Коэффициент насыщения магнитной цепи
k 
k 
Fц
F
(5.18)
1596,87
 1, 296
1231, 68
Намагничивающий ток
I 
I 
p  Fц
0,9  m1  1  K об1
(5.19)
4 1596,87
 53, 28 А.
0,9  3  48  0,925
Относительное значение тока намагничивания.
I * 
I * 
I
I1н
(5.20)
53, 28
 0,31 .
171, 42
Относительное значение тока лежит в рекомендуемых пределах 0,2 – 0,4.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
24
6. Параметры рабочего режима
Параметрами асинхронной машины называют активные и индуктивные
сопротивления обмоток статора и ротора, а также сопротивление взаимной
индуктивности и расчетное сопротивление r12 или r , введением которого
учитывается влияние потерь в стали статора на характеристики двигателя.
Схема замещения фазы обмотки приведенной асинхронной машины
показана на рисунке 6.1.
r
1
x
I
1
I'
1
x'
2
2
I
12
r' / s
2
U
r
1
x
12
12
Рисунок 6.1 - Т-образная схема замещения фазы приведенной
асинхронноймашины.
Активное сопротивление обмоток статора
r  K r   
где
L
qэф  a
(6.1)
106
 
Ом  м - удельное сопротивление меди для класса
41
нагревостойкости F;
K r  1 - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки
от действия эффекта вытеснения тока;
Общая длина эффективных проводников фазы обмотки
L  lср  
(6.2)
lср  2  l п  l л 
(6.3)
Средняя длина витка обмотки
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
25
lп  l1  0, 275 м - длина пазовой части витка.
Длина лобовой части витка
l л  K л  bкт  2  B
(6.4)
lвыл  K выл  bкт  B
(6.5)
Вылет лобовых частей обмотки
Средняя ширина катушки
bкт 
  D  hn1 
2 p
 1
(6.6)
1  0,833 - для двухслойной обмотки;
B  0,01 м - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца
сердечника до начала отгиба лобовой части (с. 399);
K л  1,5 - коэффициент по (т. 9.23);
bкт 
   0,382  0,034 
 0,833  0,1361 м;
24
lл  1,5  0,1361  2  0, 01  0, 2242 м;
lср  2  (0, 275  0, 2242)  0,998 м;
L  0,998  48  47,93 м;
r  1
106
47,93

 0, 034 Ом;
41 2 17, 2 106
Относительное значение активного сопротивления обмоток статора
r1*  r1 
r1*  0, 034 
I1н
U 1н
(6.7)
171, 42
 0, 026 .
220
Активное сопротивление обмоток ротора
r
r2  rc  2  кл2

13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(6.8)
26
Сопротивление стержня
l
rc   c  c  K r
qc
(6.9)
Сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя
соседними стержнями, Ом;
rкл   кл 
  Dкл ,ср
(6.10)
Z 2  qкл
lc  l2  l1  0, 275 м- полная длина стержня.
 c   кл 
10 6
Ом*м - удельное сопротивление алюминия для изоляции
20,5
класса F.
K r  1 - коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от
действия эффекта вытеснения тока;
106
0, 275
rc 

1  1,365 104 Ом;
6
20,5 98,3110
106
  0,3525
rкл 

 9,681107 Ом;
6
20,5 110  507,3 10
9,681107
r2  1,365 10  2 
 1,737 104 Ом;
2
0, 228
4
Приведенное значение активного сопротивления обмоток ротора
r2  r2 
4  m1  1  K об1 
Z2
2
(6.11)
4  3   48  0,925
r2  1, 737 10 
 0, 037 Ом.
110
2
4
Относительное значение
r2*  r2 
r2  0, 037 
I1н
U 1н
171, 42
 0, 029 .
220
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(6.12)
27
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора
l
f w 
x1  15,8 1  1     п1   л1  д1 
100  100  p  q
2
(6.13)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:
п1 
h
h 
h2
3  hк
 K    1 
 ш   K 
3  b1
 b1 b1  2bш bш 
(6.14)
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:;
 л1  0,34 
q
 l л  0,64    
l
(6.15)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
д1 
t Z1

12    K 
(6.16)
K   0, 906 - коэффициент по (ф. 6-151);
h1  0 м;
h2  hп.к  2  bиз  30,0  2  0,4  29,2 мм;
hк  0,5  (b1  bш )  0,5  (8,0  5,3)  1,4 мм;
l  l  0, 275 м;
2
  2  K ск  K   K
2
об1
t 
  z 2   1   ск2
 t z1 

 (1,ф. 9.176, с 407);
 ск2  0 - коэффициент скоса пазов;
Kск  0,875 - коэффициент по (р. 9.51 д);
2
 14, 0 
  2  0,875  0,906  0,925  
  0,939 ;
 12,3 
2
п1 
29, 2
1 
 3 1, 4
 0,906  

  0,875  1, 458 ;
3  8, 0
 8, 0  2  5,3 5,3 
л1  0,34 
4
  0, 2242  0,64  0,833  0,150   0,713 ;
0, 275
д1 
0, 0125
 0,939  1, 042 ;
12  0, 0007 1,343
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
28
2
 50   48   0, 275 
x1  15,8  

 
 1, 458  0, 713  1, 042   0,101 Ом.
 100   100   4  4 
Относительное значение индуктивного сопротивления
x1*  x1 
x1*  0,101
I1н
U 1н
(6.17)
171, 42
 0, 078
220
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора
x2  7,9  f  lб 10 6 п 2   л 2  д 2 
(6.18)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:
 h    b2 2
b 
h
h' 10 6
1
  0,66  ш   K д  ш  1,12  ш
п 2   1  1 
 3  b1  8  qc 
2  b1 
bш
I2


(6.19)
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
л 2 
2,3  Dкл ,ср
4,7  Dкл ,ср
 lg
2
Z 2  l  
2  aкл  bкл
(6.20)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
д 2 
t2

12    K 
(6.21)

hш  0,3 мм;
h0  h1  0, 4  b2  16,7  0, 4  4,3  18, 4 мм;
 18, 4    5,32 2
1,5 
0,7
0,3 103 106


п 2 
 1
 0,66 
1 
 1,12 
 2,813
 3  5,3  8  98,31 
2  5,3 
1,5
368,65


2,3  0,3525
4, 7  0,3525
л 2 
 lg
 0, 728 .
2
110  0, 275  0, 228
2  0, 0281  0, 0181
При Z2 / p  8 без заметной погрешности можно принять ξ=1.
2
1  р 
 
  1  
5  Z 2 
Z
 p
1   
 Z2 
2
1
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(6.22)
29
д 2 
0, 0109
1  0,964 .
12  0, 0007 1,3432
x2  7,9  50  0, 275 106   2,813  0,728  0,964  489, 4 106 Ом.
Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора
4  m  1  K об1 
x 2  x 2 
Z2
2
(6.23)
4  3   48  0,925
x2  489, 4 10 
 0,105 Ом.
110
2
6
Относительное значение приведенного индуктивного сопротивления
x 2*  x 2 
x2*  0,105 
I 1н
U 1н
171, 42
 0, 082 .
220
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(6.24)
30
7. Расчет потерь
Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали
(основные и добавочные), электрические потери, вентиляционные,
механические и добавочные потери при нагрузке. Основные потери в
стали рассчитываются только в сердечнике статора, так как частота
перемагничивания ротора в режимах, близких к номинальному, очень мала
и потери в стали ротора незначительны.
Основные потери в стали статора.


 f 
Pст.осн  p1, 0     K да  Ba2  ma  K дz  Bz21  m z1
50  50 
где

(7.1)
K да , K дz - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали
неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода
и технологических факторов.
K да  1,6 ; K дz  1,8 ;
 1,75 Вт/кг- удельные потери в стали по (т. 9.28);
p1,0
50
  1,5 - показатель степени по (с. 412);
Масса стали ярма статора
ma    Da  ha  ha  lст1  K c   c
(7.2)
 c  7,8 103 кг/м3 - удельная масса стали;
Масса зубцов статора
mz1  hz1  bz1  Z1  lст1  K c   c
(7.3)
ma     0,52  0,0349  0,0349  0, 275  0,95  7800  108,38 кг;
mz1  0,034  0,006  96  0, 275  0,95  7800  40,06 кг;
1,5
 50 
Pст.осн  1, 75     1, 6 1,192 108,38  1,8 1,82  40, 06   836, 04 Вт.
 50 
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
31
Поверхностные потери в роторе
Pпов2  pпов2  t Z 2  bш 2   Z 2  lст 2
(7.4)
2
 Z n 
p пов2  0,5  K 02   1 1   B02  t1  10 3
 10000 
(7.5)
B02   02  K  B
(7.6)
1.5


02  0,35 - коэффициент по (р. 9.53).
где
B02  0,35 1,343  0,823  0,332 Тл.
K 01( 2 ) =1,6
 96  750 
2
pпов 2  0,5 1, 6  
  (0,332  0, 0125 1000)  249,35
 10000 
Pпов 2  249,35   0,0109  0,0015 110  0, 275  70,67 Вт.
1,5
Пульсационные потери в зубцах ротора
Bпул 2 
Bпул 2 
1 
 Bz 2
2  t2
(7.7)
4,56  0, 0007
1, 75  0, 257 Тл.
2  0, 0109
2
 Z n

Pпул 2  0,11   1  Bпул 2   m z 2
 1000

(7.8)
 96  750

Pпул 2  0,11 
 0, 257   26,59  1000,94 Вт.
 1000

2
Масса стали зубцов ротора
mz 2  hz 2  bz 2  Z 2  lст 2  K c   c
(7.9)
mz 2  0, 0225  0, 005 110  0, 275  0,95  7,8 103  26,59 кг;
Добавочные потери в стали
Pст.доб  Pпов1  Pпул1  Рпов2  Рпул 2
(7.10)
Pст.доб  70,67  1000,94  1071,61 Вт.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
32
Общие потери в стали
Pст  Pст.осн  Pст.доб
(7.11)
Pст  836,04  1071,61  1907,65 Вт.
Механические потери
2
 n
Pмех  kт   Da4
 10 
(7.12)
2
4
 750 
Рмех  0, 624  
  0,520   256, 64 Вт
 10 
Для двигателей с 2р >4
КТ  1,3 1  Da   1,3  1  0,520  0,624 .
Ток холостого хода двигателя
I х. х  I х2. х.а  I 2
(7.13)
I х. х  3, 722  53, 282  53, 41 А.
Активная составляющая тока холостого хода
I х. х.а 
I х . х .а 
Pст  Pм ех  Pэл1. х. х
m  U 1н
(7.14)
1907, 65  256, 64  289, 41
 3, 72 А
3  220
Электрические потери при холостом ходе двигателя
Pэл1. х. х  m  I 2  r1
(7.15)
Pэл1. х. х  3  53, 282  0, 034  289, 41 Вт;
Коэффициент мощности при холостом ходе
cos  х. х 
cos х. х 
I х. х.а
I х. х
3, 72
 0, 07 .
53, 41
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(7.16)
33
8. Расчет рабочих характеристик
Рабочими
характеристиками
асинхронных
двигателей
называют
зависимости мощности, тока, коэффициента мощности и КПД от
скольжения.
Расчет характеристик базируется на системе уравнений токов и
напряжений асинхронного двигателя, которому соответствует Г-образная
схема замещения.
Активное сопротивление взаимной индукции
r12 
r12 
Pст.осн
m  I 2
(8.1)
836, 04
 0, 098 Ом.
3  53, 282
Реактивное сопротивление взаимной индукции.
x12 
x12 
U 1н  I   x1
I

U 1н
 x1
I
(8.2)
220
 0,101  4, 028 Ом.
53, 28


r1  x12  r12 x1

 r12  (r1  r12 )  x12  ( x1  x12 ) 
  arctg 
(8.3)


0, 034  4, 028  0, 098  0,101
  0, 0076.
 0, 098  (0, 034  0,12)  4, 028  (0,101  4, 028) 
  arctg 
Коэффициент c1 по (1,ф. 9.223, с 419);
c1  1 
c1  1 
х1
х12
(8.4)
0,101
 1, 025
4, 028
a '  c 21
(8.5)
a '  1,0252  1,051
a  c1  r1
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(8.6)
34
a  1, 025  0, 034  0, 0348
b  с1  ( х1  с1  х2' )
(8.7)
b  с1  ( х1  с1  х2' )  1, 025  (0,101  1, 025  0,105)  0, 214
По (1,ф. 9.226, с 420)
I 0 
Pст.осн  3  I 2   r 1
(8.8)
3 U н
836, 04  3  53, 282  0, 034
I 0 
 1, 71
3  220
Потери не изменяющиеся при изменении скольжения
PСТ  Рмех
(8.9)
PСТ  Рмех  1907,65  256,64  2164, 29
Задаваясь различными значениями скольжения рассчитываются рабочие
характеристики асинхронного двигателя. Для удобства анализа результатов,
расчет сводится в таблицу 8.1.
После построения рабочих характеристик уточняется номинальное
скольжение sном  0,0274 .
Таблица 8.1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя.
№
П/
П
1
2
3
Расчетная формула
Скольжение s
0,005
0,01
0,015
0,020
0,025
0,030
Sн=0,02
74
R  a  a'r2 ' / s
X  b  b'r2 ' / s
Ом
Ом
7,884
3,959
2,651
1,997
1,605
1,343
1,467
0,214
0,214
0,214
0,214
0,214
0,214
0,214
Ом
7,887
3,965
2,66
2,008
1,619
1,36
1,482
4
Z R X
I 2"  U1 / Z
А
27,895 55,484 82,1715 109,54 135,91
161,78
148,43
5
cos   R / Z
_
0,9999
0,999
0,997
0,994
0,991
0,88
0,990
6
sin   X / Z
_
0,027
0,054
0,08
0,106
0,132
0,157
0,144
7
I1a  I 0 a  I cos 
'
2
А
29,59
57,109
84,153
110,62 136,42
161,48
148,59
8
I1 p  I 0 p  I sin 
'
2
А
54,04
56,27
59,92
64,93
71,21
78,69
74,67
9
I 1  I 12a  I 2 1 p
А
61,61
80,17
103,31
128,27 153,89
179,63
166,3
10
I  c1  I
А
28,59
56,87
84,78
112,27 139,30
165,82
152,13
кВт 19,529 37,692
кВт 0,387 0,655
55,541
73,01
90,039 106,576
98,067
1,088
1,677
2,414
2,819
2
2
'
2
'
2
"
2
"
2
'
2
"
2
11
P1  3  U 1  I1a 10
12
Pэ1  3  I  r 10
2
1
'
1
3
3
3,289
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
35
Продолжение таблицы 8.1
13 Pэ 2  3  I 2'2  r2'  103
кВт
14 Pдоб  0,005  P1
кВт
15
 P  Pcт  Pм ех 
 Pэ 2  Pэ1  Pэ.щ1  Pдоб
16
17
18
P2  P1   P
  1   P / P1
cos   I1a / I1
0,092
0,362
0,806
1,413
2,175
3,081
2,594
0,098
0,188
0,278
0,365
0,450
0,533
0,490
2,74
3,37
4,335
5,619
7,203
9,068
8,068
кВт 16,789 34,322
_
0,860
0,911
51,205
67,391 82,836
97,508
90,0
0,922
0,923
0,920
0,915
0,918
0,815
0,862
0,887
0,898
0,894
кВт
_
0,480
0,712
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
36
9. Расчет пусковых характеристик
Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта
вытеснения тока ( расч  115 С , 115 
106
Ом  м, bc  bn ).
20,5
hc  hП  hш  h 'ш
(9.1)
hc  0,0225  0,0007  0,0003  0,0215 м
Приведенная высота стержня
  63,61 hc  s
(9.2)
  63, 61 0, 0215  1  1,365
Глубина проникновения тока
hr 
hc
1
(9.3)
где   0, 233 - коэффициент по (р. 9.57).
hr 
21,5
 17, 41 мм.
1  0, 233
Коэффициент K r
Kr 
Kr 
qc
qr
(9.4)
98,31
 1,160
84, 74
Площадь сечения, ограниченного высотой hr
qr 
  b12
8
b b 
b 
 1 r   hr  1 
2
2

b b 
b 
br  b1  1 2   hr  1 
h1 
2
br  0, 0053 
qr 
  0,00532
8

(9.5)
(9.6)
0, 0053  0, 0043 
0, 0053 
  0, 01741 
  4, 435 мм
0, 0167
2 

0,0053  0,004435 
0,0053 
  0,01741 
  84,74 мм2;
2
2 

.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
37
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора
r
K R  1  c  K r  1
r2
(9.7)
1,365 104
KR  1 
 1,160  1  1,126 .
1,737 104
r2  r2  K R
(9.8)
r2  0, 037 1,126  0, 042 Ом.
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом эффекта
вытеснения тока
x2  х2,  K x
(9.9)
Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки
ротора от действия эффекта вытеснения тока
Kx 
Kx 
п 2   л 2  д 2
 п 2   л 2  д 2
(9.10)
2, 672  0, 728  0,964
 0,9686
2,813  0, 728  0,964
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом
эффекта вытеснения тока.
 h    b2 2
b 
1
  0,66  ш   (1  К Д )
п 2   0  1 
 3  b1 
8  qc 
2  b1 


(9.11)
   Kд  0,902 - коэффициент приведенной высоты
2
 0, 0184 
  0, 00532 
0, 0015 
  (1  0,902)  0,141 ;
п 2  
 1 
 0, 66 

 3  0, 0053  8  0, 00009831 
2  0, 0053 


п 2  П 2  П 2  2,813  0,141  2, 672 ;
x2  0,105  0,9686  0,102 Ом.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
38
Пусковые параметры:
x12п  К   х12
(9.12)
x12 п  1, 296  4, 028  5, 223 Ом.
с1п  1 
с1п  1 
х1
х12п
(9.13)
0,101
 1,019 .
5, 223
Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока
Rп  r 1 
Rп  0, 034 
c1п  r ' 2
(9.14)
S
1, 019  0, 042
 0, 077 Ом.
1
X п  x1 c1п  x' 2
(9.15)
X п  0,101  1, 019  0,102  0, 204 Ом.
I 2 п 
I 2 п 
U1н
220
0, 077 2  0, 2042
I1П  I '2 П
(9.16)
Rп2  X п2
 1007, 44 А
Rп2   Х п  х12 п 
2
С1П  х12 П
(9.17)
0,0772  (0, 204  5, 223)2
I1П  1007, 44 
 1027, 2
1,019  5, 223
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
39
Таблица 9.1 – Расчет токов в пусковом режиме с учетом влияния
эффекта вытеснения тока.
№
П/П
Расчетная формула
Размерность
Скольжение s
Sкр
1
0,8
0,5
0,2
0,1
0,183
1
  63,61 hc  s
_
1,221
0,965
0,748
0,611
0,584
2
 ( )
1,365
_
0,233
0,161
0,077
0,028
0,012
0,010
3
hr  hc /(1   )
мм
17,41
18,49
19,92
20,88
21,20
21,24
4
k r  qc qr
_
1,160
1,097
1,024 10,981
0,968
0,966
5
1,126
1,076
1,019
0,975
0,973
6
r'
K R  1  с  k r  1
r2
r2  r2  K R
Ом
0,042 0,0402 0,0381 0,0368 0,0364 0,0363
7
k д   ' ( )
_
0,902
0,925
0,961
0,970
0,976
0,977
8
п 2  п 2  п 2
_
2,705
2,758
2,770
2,778
2,78
9
K x   2 /  2
2,672
_
0,9686
0,976 0,9877 0,9905 0,9922 0,9926
10
x2   x2  K x
Ом
0,102 0,1027 0,1039 0,1042 0,1044 0,1045
11
Rn  r1  c1n  r1 ' / s
Ом
0,077
0,220
0,236
12
X n  x1  c1n  x2 '
Ом
0,204 0,2052 0,2065 0,2067 0,2069
0,207
13
I 2n '  U1 / Rn2  X n2
А
14
I1n  I2n ' R n2  (X n  x12n ) 2
/c1n  x12n
_
1007,44
0,085
0,112
0,985
0,159
990,2 937,49 843,48 739,24 700,06
А
1027,2 1009,8 956,35 860,68 744,43 714,74
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
40
10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и
насыщения от полей рассеяния.
Индуктивные сопротивления обмоток (принимаем kнас  1, 25 ).
Fп,ср  0,7 
Fп ,ср  0, 7 
K нас  I1  u п1 
Z 
  K   K y1  K об1  1 
а
Z2 

(10.1)
1, 25 1027, 2  6 
96 
 1  1 0,925 
  4431, 63 А.
2
110 

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре
Bф 
Fп ,ср 106
1, 6    C N
(10.2)
4431, 63 106
Bф 
 3, 714 Тл
1, 6  0, 0007 1, 073
CN  0, 64  2,5 
CN  0, 64  2,5 

t1  t2
(10.3)
0, 0007
 1, 073
0, 0125  0, 0109
По (р. 9.61) находим Кδ=0,620.
Дополнительное раскрытие пазов статора
c1   t1  bш1   1  К 
(10.4)
c1  (0,0125  0,0053)  (1  0,620)  2,738 мм
Дополнительное раскрытие пазов ротора
c2   t2  bш 2   1  К 
(10.5)
c2  (0, 0109  0, 0015)  (1  0, 620)  3,56 мм
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого
паза статора
п1нас 
hш1  0,58  hк
с1

bш1
1,5  bш1  с1
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(10.6)
41
п1нас 
0, 001  0,58  0, 0014
0, 002738

 0, 086
0, 0053
1,5  0, 0053  0, 002738
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния закрытого паза
ротора
п 2 нас 
п 2 нас 
hш 2
с2

bш 2 bш 2  с2
(10.7)
0,0007
0,00356

 0,328
0,0015 0,0015  0,00356
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для статора
п1нас  п1  п1нас
(10.8)
п1нас  1, 458  0, 086  1,372
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для ротора
п 2 нас  п 2  п 2 нас
(10.9)
п 2 нас  2, 672  0,328  2,344
Коэффициент
проводимости
дифференциального
рассеяния
при
насыщении участков зубцов статора
д1нас  д1  К
(10.10)
д1нас  1, 042  0, 620  0, 646
Коэффициент
проводимости
дифференциального
рассеяния
при
насыщении участков зубцов ротора
д 2нас  д 2  К
(10.11)
д 2 нас  0,964  0, 620  0,598
Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения от
полей рассеяния
x1нас  x1 
x1нас  0,101
п1нас  д1нас   л1
п1  д1   л1
1,372  0, 646  0, 713
 0, 085 Ом.
1, 458  1, 042  0, 713
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(10.12)
42
Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом
насыщения от полей рассеяния
x2 нас  x2 
x2 нас  0,105 
п 2нас  д 2 нас   л 2
 п 2  д 2   л 2
(10.13)
2,344  0,598  0, 728
 0, 086
2,813  0,964  0, 728
Коэффициент с1п ,нас
x
с1п , нас  1  1нас
x12 п
с1п,нас  1 
(10.14)
0, 085
 1, 0164
5, 223
Расчет токов и моментов
r
Rп.нас  r1  c1п,нас  2
s
Rп.нас  0, 034  1, 0164 
(10.15)
0, 042
 0, 077 Ом
1
Х п.нас  x1нас  с1п ,нас  x2 нас
(10.16)
Х п.нас  0,085  1,0164  0,086  0,173
Ток в обмотке ротора
I 2 
I 2 
U1H
(10.17)
Rп2.нас  Х п2.нас
220
0, 077  0,173
2
2
 1165, 03 А
Ток обмотки статора
I1  I 2 
Rп2.HAC   X п.HAC  x12 п 
2
c1пнас  x12 п
(10.18)
0,0662  (0,173  5, 223) 2
I1  1165,03 
 1184, 27 А
1,0164  5, 223
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
43
Относительное значение пускового тока
I п* 
I п* 
I1
I1н
(10.19)
1184, 27
 7,122
166,3
Относительное значение пускового момента
2
 I 
s
M   2   KR  н
s
 I 2н 
*
п
(10.20)
2
0,0274
 1165,03 
M 
1,126 
 1,81

1
 152,13 
*
п
Таблица 10.1 – Расчет пусковых характеристик в пусковом режиме с
учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
Скольжение s
№
Расчётные
формулы
Размерность
1
0,8
0,5
0,2
0,1
sкр=
0,173
1
Ik u
Fп.ср  0.7 1 нас п (k ' 
a
Z
 k у1kоб1 1 )
Z2
A
4461,63
4210,6
3821,6
3229,9
2845,4
2607,7
Тл
3,714
3,505
3,181
2,689
2,369
2,171
2
BФ 
Fп.ср 106
1.6 СN
3
k  f ( BФ )
-
0,620
0,649
0,695
0,764
0,808
0,836
4
сэ1  (tZ 1  bш1 )(1  k )
мм
2,738
2,528
2,201
1,704
1,381
1,181
5
-
1,372
1,377
1,385
1,399
1,408
1,414
-
0,646
0,676
0,724
0,795
0,842
0,871
7
п1нас  п1  п1нас
д1нас  k д1
x1нас  х11нас / 1
Ом
0,085
0,087
0,088
0,091
0,093
0,094
8
с1п.нас  1  х1нас / х12 п
-
1,0164
1,0166
1,0169
1,0174
1,0177
1,018
9
мм
3,56
3,286
2,861
2,215
1,795
1,536
10
сэ 2  (tZ 2  bш 2 )(1  k )
п 2 нас  п 2  п 2 нас
-
2,344
2,385
2,452
2,492
2,524
2,544
11
д 2нас  k д 2
-
0,598
0,626
0,669
0,736
0,779
0,806
12
x '2 нас  x '2 2 нас / 2
Ом
0,086
0,087
0,090
0,092
0,094
0,095
13
Rп.нас  r1  c1п.нас r '2 / s
Ом
0,077
0,085
0,111
0,159
0,219
0,236
14
X п.нас  x1нас  с1п.нас х '2 нас
Ом
0,173
0,175
0,180
0,185
0,189
0,191
15
I '2нас  U1 / Rп2.нас  Х п2.нас
А
1165,03
1128,9
1040,5
902,47
760,8
724,6
6
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
44
Продолжение таблицы 10.1
I1нас  I '2 нас 
16
17

Rп2.нас  ( Х п.нас  х12 п ) 2
А
1184,27 1148,02
1058,7
918,84
775,15
738,48
-
7,122
6,904
6,366
5,525
4,661
4,441
-
1,81
2,03
2,61
3,17
3,34
3,31
с1п.нас х12 п
I1  I1нас / I1
2
18
 I'

s
M    2 нас  K R ном
s
 I '2 ном 
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
45
11. Тепловой расчет
Электрические потери в пазовой части обмотки статора
Pэл ,п1  K   Pэл1 
Pэл ,п1  1,07  2819 
Pэл , л1  1,07  2819 
2  l1
l ср1
(11.1)
2  0, 275
 1661,58 Вт
0,998
2  0, 2242
 1354,76 Вт
0,998
K   1,07 - коэффициент увеличения потерь для класса изоляции F
находим по (с 449).
Превышение температуры внутри поверхности сердечника статора над
температурой воздуха внутри машины.
пов1  K 
Pэл .п1  Pст.осн
  D  l1   1
(11.2)
K  0, 76 - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике
статора
и
в
пазовой
части
обмотки
передается
через
станину
непосредственно в окружающую среду.
1  95 
Bm
2
град С- коэффициент теплоотдачи с поверхности по (р. 9.68);
пов1  0,76 
1661,58  836,04
 60,51
  0,382  0, 275  95
.
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора.
изм,п1 
Пп1  2   h п  bп 
-

Pэл,п1
b 
  из1 
Z1  П п1  l1   экв 
расчетный
периметр
поперечного
(11.3)
сечения
пазастатора, м.
Пп1  2   0,034  0,008  0,084 м.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
46
экв  0,16 
Bm
м2
- средняя эквивалентная теплопроводность пазовой
изоляции.
  1,1 
экв
Bm
м2
- средняя теплопроводность внутренней изоляции катушек
по (р. 9.69) .
изм,п1 
1661,58
 0, 0004 

 1,87
96  0, 084  0, 275  0,16 
.
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей
изм, л1 
Pэл , л1
b
hп1 

  из. л1 
 
2  Z1  П л1  l л1   экв 12   экв
(11.4)
П л1  Пп1  0, 084 м - периметр условной поверхности охлаждения
где
лобовой части одной катушки.
изм, л1 
1354,76
 0,0004 0,034 


 0,84
2  96  0,084  0, 2242  0,16 12 1,1 
.
Превышение температуры обмотки наружной поверхности лобовых
частей над температурой воздуха внутри двигателя
пов. л1 
пов. л1 
К  Pэл . л1
2    D  lвыл  1
(11.5)
0, 76 1354, 76
 57,81
2    0,382  0, 078  95
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой
воздуха внутри двигателя
 1 
1 

пов1
  из,п1   2  l1   из, л1   пов1, л1   2  l л1
 60,51  1,87   2  0, 275   0,84  57,81  2  0, 2242  66,67
0,998
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(11.6)
l ср1
.
47
Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой
окружающей среды
 в 
Pв
S кор   в
(11.7)
Pв   P '  1  K   Рэ' . п1  Рст.осн  - сумма потерь, отводимых в воздух
внутри двигателя, Вт.
P   P  K   1 Pэл1  Pэл 2 
(11.8)
P  8068  (1, 07  1)  (2819  2594)  8446, 4 Вт.
Pв  8446, 4  (1  0, 76)  (1661,58  836, 04)  7847, 0 Вт.
Sкор   Da  8 П р   lст1  2lвыл 
-
эквивалентная
площадь
охлаждения
корпуса, м2.
П р  0, 480 м - условный периметр поперечного сечения ребер станины,
по (р. 9.70).
 в  580 Вт/м2*0С - коэффициент подогрева воздуха, по (1,р. 9.68, с 450).
Sкор    0,520  8  0, 480   0, 275  2  0,078  2,360 м2;
 в 
7847, 0
 5, 73
2,360  580
.
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой
окружающей среды
 1   1   в
 1  66, 67  5, 73  72, 40
(11.9)
.
Требуемый расход воздуха для охлаждения
Р
Q 
'
в
в
Qв 
1100 в
7847, 0
 0, 622 м3/с.
1100  2  5, 73
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
(11.10)
48
Расход воздуха, при данных размерах двигателя
Qв'  0,6 Da3
Qв'  0,6  0,5203 
n
100
(11.11)
750
 0,633 м3/с.
100
Нагрев двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор
обеспечивает необходимый расход воздуха.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте был спроектирован трехфазный асинхронный
электрический двигатель 4АН280М8, которая имеет энергетические показатели
максимально приближены к заданным.
Показатели
Заданные
Полученные
Сравнение
показатели
показатели
показателей
,%
92,5
91,8
92,5>91,8
cos()
0,86
0,894
0,86<0,894
Mпер/Mn
1,20
1,81
1,20<1,81
P2
90
90
90=90
Были также достигнуты следующие результаты:
а) Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах (см п. 11);
б) Вентиляционные лопатки обеспечивают необходимый расход воздуха
(см п. 11) ;
в) Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом
задании требованиям.
Курсовой проект содержит разделы, включающие, выбор главных размеров
двигателя,
выбор
определение
электромагнитных
параметров
асинхронной
нагрузок,
расчет
магнитной
машины,
коэффициента
цепи,
полезного
действия, расчет рабочих и пусковых характеристик, нагрев обмоток, расход
воздуха, тепловой расчет. Спроектированный электрический двигатель отвечает
поставленным в техническом задании требованиям. Технические показатели
данного двигателя выше показателей своего аналога, нагрев обмоток двигателя
находится в допустимых пределах. Расход воздуха, обеспечиваемый наружным
вентилятором, больше требуемого для охлаждения.
При выполнении данного курсового проекта были получены навыки,
которые пригодятся при дальнейшей профессиональной деятельности на
производстве и в промышленности.
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов \
И. П. Копылов, Ф. А. Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков и др. ; Под редакцией И.
П. Копылова. М.: Энергия, 1980. – 496с., ил.
2 П. С. Дунаев, О. П. Леликов: Конструирование узлов и деталей
машин: Учебное пособие для вузов. – 5 –издание – М.: Высшая школа,
1998. – 447с., ил.
3 Шпаннеберг Х. Электрические машины: 1000 понятий для
практиков: Справочник: Пер. с. нем. – М.: Энергоатомоиздат, 1998. – 252с.:
ил.
4 Асинхронные двигатели серии 4A: Справочник / А. Э. Кравчик М.
М. Шпав В. И. Афонин и др. – М.: Энергоиздат, 1982. 504с.
5 Проектирование электрических машин: Учебное пособие для
вузов. В 2х кн.
И. П. Копылов, Б. К. Клопов, Б. Ф. Токарев и др.; Под ред. И. П.
Копылов. – 2-е издание., перераб. и доп. – М.: Энергоатомоиздат, 1993.
6 Вигриянов П. Г., Воронин С. Г.: Расчет характеристик
электрических машин: Учебное пособие к курсовому проектированию. Челябинск: ЧПИ, 1986. - 42с
13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП
Изм Лист № докум.
Подпись Дата
51