Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Введение
Первыми сериями асинхронных машин, созданными в 1920-1930 гг. были серии ДАО, ДАО-2, И и серии Т и МТ. Позднее были созданы серии асинхронных двигателей И2, АД, МА-200, АМ и ряд других.
Каждая из серий для своего времени была достаточно хорошо спроектирована и находилась на уровне передовых образцов мирового электромашиностроения. Однако уже к концу 40-х годов эти серии не удовлетворяли требованиям производства и эксплуатации по следующим причинам: серии были недостаточно стандартизированы: не имели твердой шкалы мощностей и шкалы установочных размеров, что крайне затрудняло проектирование приводов и выбор электродвигателей; в силу множества серий двигатели каждой из них выпускались небольшими партиями, не имели унифицированных деталей и сборочных единиц, что препятствовало рациональной организации производства и применению прогрессивных технологических процессов; серии не имели модификаций и исполнений удовлетворяющих растущим запросам электропривода. Всё это привело к необходимости создание для всей страны единой серии асинхронных машин, объединенных общими конструктивными решениями, общей технологией, с широкой унификацией различных узлов и деталей и основанной на единых шкалах мощностей, габаритных, присоединительных и установочных размеров.
В 1946-1949 гг. была создана впервые в мировой практике единая серия асинхронных двигателей общего назначения, отвечающая этим требованиям. Эта серия, заменившая восемь существовавших ранее, была названа единой серией А. Она охватывала диапазон мощностей от 0,6 до 100 кВт. Двигатели имели два основных исполнения по способу защиты от воздействия окружающей среды защищенное (обозначение А) и закрытое обдуваемое (обозначение АО). В серии А впервые была принята твердая шкала мощностей имеющая 15 ступеней.
Появление новых электроизоляционных материалов и успехи в изучении электромагнитных и тепловых процессов в электрических машинах позволили в 1957-1959 гг. создать новую единую серию асинхронных двигателей того же диапазона мощностей серию А2, значительно превосходящую первую серию А по своим технико-экономическим и массогабаритным показателям. Эта серия также имела два исполнения защищенное А2 и закрытое обдуваемое АО2. Внедрение в производство двигателей серии А2-АО2 завершилось лишь к концу 60-х годов. Асинхронные двигатели мощностью от 100 до 1000 кВт также длительное время выпускались разрозненными сериями (серии АМ, МА, ДАМСО, ФАМСО и др.). В 1952-1956 гг. была разработана единая серия двигателей такого диапазона мощностей, названная серией А-АК (асинхронные двигатели с короткозамкнутыми и фазными роторами). В дальнейшем эта серия подверглась существенной переработке. Были применены новые электроизоляционные материалы и повышен уровень использования активной части двигателей. В закрытых обдуваемых двигателях принят новый принцип охлаждения ротора продув наружным воздухом. В последующие годы модернизированные отрезки этой
серии получили наименование серии А3.
Серия 4А была спроектирована в 1969-1971 гг. Она базируется на ре-
комендации МЭК по шкале мощностей и установочных размеров и на рекомендациях СЭВ по увязке мощностей и установочных размеров. В результате использования новых электроизоляционных материалов, позволивших в большинстве типоразмеров серии 4А применить изоляцию класса нагревостойкости F, и детальной конструкторской и технологической разработки двигатели этой серии по своим технико-экономическим показателям не уступают лучшим зарубежным образцам, а по ряду показателей превосходят их.
В основу построения серии положены не габаритные диаметры сердечников статора, как в прежних сериях, а высоты оси вращения h, т. е. расстояние от оси вращения ротора до установочной поверхности. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности.
Серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения. На каждой из высот, кроме h = 225мм, выпускаются двигатели двух разных длин, различные по мощности. С высотой оси вращения h = 225мм выпускают двигатели только одной длины. Таким образом, шкала мощностей серии содержит 33 ступени.
Основными исполнениями являются закрытое обдуваемое (4А) и защи-
щенное (4АН). Закрытые обдуваемые двигатели выпускаются во всём диапазоне высот оси вращения от 50 до 355мм двигатели защищенного исполнения – в диапазоне высот от 160 до 355мм. Новые конструктивные решения ряда узлов позволили в двигателях этой серии несколько увеличить объём активной части за счёт увеличения наружного диаметра сердечника статора при той же высоте оси вращения по сравнению с двигателями предыдущих серий. В то же время применение изоляции класса нагревостойкости F и новых сортов электротехнической стали (серия рассчитана на стали 2013 и 2312) дало возможность повысить электромагнитные нагрузки. Это позволило увеличить мощность двигателей при тех же высотах оси вращения, что и в прежних сериях, и улучшить их технико-экономические показатели. В последнее время сталь 2013 не изготавливается из-за сложности технологии изготовления.
Двигатели выполняются на следующие номинальные напряжения 220 / 380 В при мощностях от 0,06 до 0,37 кВт, 220 / 380 и 380 / 660 В при мощностях от 0,55 до 110 кВт, 380/660 В при мощностях более 132 кВт. Большой диапазон мощностей , охватываемых серией, и два основных исполнения обусловили различную конструкцию отдельных узлов двигателей в зависимости от мощности.
Двигатели с высотами оси вращения 50 и 63 мм (мощность 0,06 0,37 кВт) выполняются с литыми алюминиевыми станинами и подшипниковыми щитами. Более мощные двигатели выполняются с литыми чугунными станиной и щитами, а двигатели 4АН с h 280мм (мощностью 132 кВт и больше) со сварной стальной станиной и литыми чугунными щитами. Имеются также различия в конструкции крепления сердечников статора и ротора, подшипниковых узлов, обмотки и т. п.
В статорах всех двигателей с h 160мм выполняют однослойную обмотку. В остальных двигателях всей серии обмотки двухслойные. Во всех двигателях с h 250мм и в двигателях с 2р 10 при h 280мм обмотка статора выполняется из круглого обмоточного провода. В двигателях с h 280мм при 2р 8 обмотка полужесткая из прямоугольного провода, укладываемая в полуоткрытые пазы. Потребность народного хозяйства в двигателях данной серии очень велика. И в связи с ростом автоматизации производства с каждым днём возрастает.
Станина представляет собой остов электрической машины, в котором расположен сердечник статора с обмоткой. Станина воспринимает механическую нагрузку от сердечника статора с обмоткой и от ротора, кроме того, станина участвует в процессе теплоотдачи от сердечника статора к охлаждающей среде.
Конструкция станины асинхронного двигателя в значительной степени определяется исполнением двигателя по степени защиты. Станина двигателя со степенью защиты IP44 имеет цилиндрическую форму и снабжена наружными продольными ребрами, увеличивающими поверхность охлаждения. Внутреннюю гладкую поверхность станины данного двигателя исполнения IP44 обрабатывают под посадку сердечника статора. Получаемое при этом плотное прилегание сердечника статора всей наружной поверхностью к станине способствует более эффективной передаче теплоты от сердечника к станине. Материал станины – алюминиевый сплав АЛ-9 ГОСТ 2685-63.
Сердечник статора выполнен из штампованных, изолированных лаком друг от друга листов электротехнической стали марки 2212 ГОСТ 21427.2-83 толщиной 0,5 мм. Листы после штамповки подвергают термической обработке для придания им требуемых магнитных свойств. Сердечник статора имеет полузакрытые пазы трапецеидальной формы. В пазы укладывается обмотка статора. Используется провод марки ПЭТ-155 с диаметром изолированного провода 0,395 мм. Намотку обмотки производят в один слой. Обмотку статора после укладки в пазы пропитывают лаком.
Ротор. Сердечник ротора шихтуют из листов, отштампованных из высечки листов статора. Применяем сталь марки 2212 ГОСТ 21427.2-83 толщиной 0,5 мм. Листы после штамповки подвергают термической обработке для придания им требуемых магнитных свойств и получения на поверхности листов тонкой оксидной пленки в пазах и между зубцами. Листы короткозамкнутого ротора набирают на оправку по внутренней вырубке листов.
Вал имеет ступенчатую форму для раздельной посадки на него сердечника ротора, подшипников и др.
Вал испытывает большие нагрузки, поэтому проходит тщательную проверку на прочность, жесткость и др. Посадка различных деталей на вал осуществляется их напрессовкой. Пакет ротора напрессовывают на вал без шпонки с предварительным нагревом до температуры 400-500 С. Посадочные места вала обрабатываются по 6,7 квалитету. Вал подвергаются термообработке, закалке, метало-покрытию и т.д. Вал изготовляется из стали 45.
Подшипниковый щит выполняется из алюминиевого сплава АЛ-9 ГОСТ 2685-63. Подшипниковый щит является элементом крепления. Он трудно поддается расчету, поэтому толщина стенок и конфигу-
рация выбираются из технологических соображений с учетом каче-
ства отливок и необходимой жесткости при механической обработке.
Подшипники. Насадка их осуществляется напрессовкой на вал. Они должны выбираться с запасом в зависимости от частоты вращения, от веса ротора. В данном асинхронном двигателе применяются подшипники средней серии №……………….. мм.
Охлаждение в данном асинхронном двигателе осуществляется методом самовентиляции (вентилятор, насаженный на валу двигателя).
В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя - ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию, состоящую из алюминиевых стержней, расположенных в продольных пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон по торцам ротора алюминиевыми кольцами. Ротор и статор разделены воздушным зазором. При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле статора.
Вращающееся поле статора сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции, действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает значение тока в обмотке. Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС ротора создает в стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на роторе электромагнитные силы, направление которых определяют по правилу «левой руки». Электромагнитные силы стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность этих сил создает на роторе электромагнитный момент, приводящий его во вращение. Вращение ротора посредством вала передается исполнительному механизму.
Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую энергию вращения ротора двигателя. Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора зависят от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора. Частота вращения ротора, называемая асинхронной, всегда меньше частоты вращения поля статора, так как только в этом случае происходит наведение ЭДС в обмотке ротора асинхронного двигателя.
Исходя из этого, принимаем
2р = 8
Эту величину выбираем по таблице [1., с. 52, таблица 5.2] по данным мощности и рассчитанному числу полюсов.
h = 71, условное обозначение длины – A.
Принимаем по аналогу
D1нар = 116
D1 = 70
Принимаем по аналогу
Определяем по графику зависимости A1’ = f(D1нар) [1., с. 58, рисунок 5.2].
Определяем по графику зависимости Bδ’ = f(D1нар) [1., с. 58, рисунок 5.2].
Bδ’ = 0,75
Выбираем для нашего асинхронного двигателя однослойную обмотку. В этом случае
Kоб’ = 0,96
Принимаем li = 51
3.1.9.Коэффициент длины
Что укладывается в диапазон рекомендуемых значений
Выбираем по графику зависимости δ = f(h) [1., с. 60, рисунок 5.3].
δ = 0,26
Принимаем по аналогу
D2 = 69,5
Принимаем по аналогу
D2вн =22,9
l1 = li
l1 = 51
Принимаем по аналогу
Z1 = 36
Z2 = 28
Выбираем следующие формы пазов
для статора: трапецеидальный полузакрытый,
для ротора: овальный полузакрытый.
,
где Bz1 выбираем по таблице в соответствии с высотой оси вращения и числом полюсов [1., с. 64, таблица 5.9]
Bz1max = 1,9
,
где
hz1 = 0,5(D1н – D1) – hc1
hz1 = 0,5(116 – 70) – 5,06 = 17,75
Принимаем по аналогу
bп1’ = 3,8
Принимаем по аналогу
bп1 = 7,4
Принимаем по аналогу
ширина bш1 = 2
высота hш1 = 1,2
угол β = 45°
Принимаем по аналогу
hк1 = 3
Принимаем по аналогу
hп1 = 13,5
Sп = 0,5(bп1 + bп1’)·hп1 + 0,5(bп1 + bш1)·hк1 + bш1·hш1
Sп = 0,5(13,63 + 3,8)·13,5 + 0,5(13,63 + 2)·1 + 2·1,2 = 127,6
hz2 = 0,5(D2 – D2вн) – hс2
hz2 = 0,5(69,5 – 22,9) – 9,03 = 14,27
Принимаем по аналогу
диаметр в верхней части паза d’п2 = 3,6
диаметр в нижней части паза dп2 = 1,12
Принимаем по аналогу
h2 = 11,27
Выбираем однослойную всыпную обмотку, концентрическую с числом параллельных ветвей а1 = 2. Так как именно она получила применение в асинхронных двигателях с высотами оси вращения не более 160мм. Так же эти двигатели имеют наибольший объем производства.
где yср – шаг среднего витка
Шаги катушек: y11 = 6; y12 = 4
Принимаем uн = 586
Выбираем по графику зависимости Δ1 = f(D1нар) [1., с. 78, рисунок 5.11]
Δ1 = 7
По таблице приложения П.1.1 выбираем провод
сечением q1эф = 0,0314мм2
диаметром голого провода d1эф = 0,2мм
диаметром изолированного провода d1из = 0,22мм
Для полузакрытого паза при однослойной обмотке и классе нагревостойкости F принимаем
по высоте hиз = 0,19мм
по ширине bиз = 0,38мм
Sп. из = 0,19·bп1’ + 0,38·hп1
Sп. из = 0,19·3,8 + 0,38·13,5 = 5,825
Sп1’ = 0,5·(bп1 + bп1’)·hп1 – Sп. из – Sиз. Пр
Sп1’ = 0,5·(7,4 + 3,8)·13,5 – 5,825 – 0 = 69,77
Значение линейной нагрузки, А/м
Значение магнитной индукции, Тл
,
где
b1ср = t1ср·y1ср
b1ср = 2,43·4,5 =10,9
lл1 = (1,16 + 0,14р)·b1ср +15
lл1 = (1,16 + 0,14·4)·10,9 + 15 = 33,75
l1ср = 2(li + lл1)
l1ср = 2(51 + 33,75) = 169,5
lВ1 = (0,19 + 0,1р)·b1ср + 10
lB1 = (0,19 + 0,1·4)·10,9 + 10 = 16,43
,
где
hкл = 1,13·hz2
hкл = 1,13·14,27 = 16,12
Dкл. ср = 67,8 – hкл
Dкл. ср = 69,5 – 16,12 = 53,38
Fδ = 0,8·Bδ·δ·kδ·103,
где
k δ = k δ1·k δ2
k δ = 1,12·1,05 = 1,18
Fδ = 0,8·0,76·0,26·1,18·103 = 186,53
Определяем по кривым намагничивания [1., с. 343, П.2.6] для стали 2013
Hz1 = 2000
Fz1 = 10-3·Hz1·hz1
Fz1 = 10-3·2000·17,75 = 34,12
Определяем по кривым намагничивания [1., с. 342, П.2.6] для стали 2013
H = 1150
Fz2 = 10-3 ·Hz2(hz2 – 0,4dп2)
Fz2 = 10-3 ·1150(14,27 – 0,4 ·1,12) = 15,89
Определяем по кривым намагничивания [1., с. 342, П.2.3] для стали 2013
Hc1 = 1150
Fc1 = 10-3·Hc1·Lc1
Fc1 = 10-3 ·1150 ·45,9 = 52,78
Определяем по кривым намагничивания [1., с. 342, П.2.5] для стали 2013
Hc2 = 320
Fc2 = 10-3·Hc2·Lc2
Fc2 = 10-3·320·21,48 = 6,8
ΣF = 2Fδ + 2Fz1 + 2Fz2 + Fc1 + Fc2
ΣF = 2 ·187 + 2 ·34,1 + 2 ·15,8 +52,78 + 6,8 = 533,38
Рм. с1 = 1,7 Ħ Р1,0/50 Ħ Вс12 Ħ Gc1 ,
где Р1,0/50 – удельные магнитные потери, Вт/кг. Для стали 2013 это значение
Р1,0/50 = 2,6;
Gc1 – расчетная масса стали спинки статора, кг
Gc1 = 7,8 Ħ 10-6 Ħ l1 Ħ hc1 π(D1н – hс1)
Gc1 = 7,8 Ħ 10-6 Ħ 51Ħ 5,1 Ħ 3,14(116 – 5,1) = 0,706
Рм. с1 = 1,7 Ħ 2,6 Ħ 1,42 Ħ 0,706 = 6,24
Рм. z1 = 1,7 Ħ P1,0/50 Ħ Bz12 Ħ Gz2 ,
где Gz1 – расчетная масса стали зубцового слоя статора, кг
Pм.z1 = 1,7 Ħ 2,6 Ħ 1,72 Ħ 1,12 = 14,03
Рм = Рм1 + Рм2
Рм = 6,24 + 14,03 = 20,27
Рэ1 = m1 Ħ I12 Ħ r1
Pэ1 = 3 Ħ 0,412 Ħ 116 = 58,49
Рэ2 = m2 Ħ I22 Ħ r2 ,
где r2 = rст + rкл’’
,
где
r2 = (12,8 + 0,8) Ħ 10-5 = 13,6 Ħ 10-5
Рэ2 = 34 Ħ 97,112 Ħ 13,6 Ħ 10-5 = 43,6
Рмех = kт(n1 Ħ 10-3)2 Ħ (D1н Ħ 10-2)4,
Так как 2р = 8, то km = 1
Рмех = 1(6000 Ħ 10-3)2 Ħ (116 Ħ 10-2)2 = 69,6
ΣР = (Рм + Рэ1 + Рэ2 + Рмех + Рдоб)Ħ10-3
ΣР = (20,27 + 43,6 + 69,6 + 58,49 + 2,75)Ħ10-3 = 0,063
Р1 = Рн + ΣР
Р1 = 0,12 + 0,063 = 0,183
где
α1 – коэффициент теплоотдачи с поверхности статора, Вт/(мм2Ħ°С). Выбираем по таблице в зависимости [1., с.119, рисунок 6.6]
α1 = 9 Ħ 10-5;
k – коэффициент, учитывающий долю потерь в сердечнике статора, передаваемых по воздуху изнутри двигателя. Выбираем по таблице [1., с. 120, таблица 6,2]
k = 0,18;
kΘ – коэффициент, определяемый отношением значений удельной электрической проводимости меди при расчетной рабочей температуре и при максимально допустимой температуре. В соответствии с классом нагревостойкости F принимаем
kΘ = 1,07
,
где
П1 – периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения паза статора, мм
П1 = 2hп1 + bп1' + bп1
П1 = 2 Ħ 13,5 +3,8 + 7,4 = 38,2
λэкв' – эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции провода, Вт/(мм Ħ °С). Определяем по графику [1., с. 120, рисунок 6.7]
λэкв' = 73 Ħ 10-5
Сп1 – односторонняя толщина изоляции в пазу статора, мм
Принимаем по пункту 3.9
Сп1 = 0,19
λэкв – эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу, учитывающий воздушные прослойки, Вт/(мм Ħ °С)
λэкв = 16 Ħ 10-5
Sдв = πD1н(l1 + 2lв1)
Sдв = 3,14 · 116 · (51 + 16,43) = 2,45 · 105
ΣРв = ΣР’ – (1 – k)(Pэ.п1 + Рм) – 0,9Рмех ,
где
ΣР’ = ΣР – (kо -1)(Pэ1 + Рэ2)
ΣР’ = 190 – (1,07 – 1)(43,6 + 69,6) = 176
ΣРв = 176 – (1 – 0,18)(28,03 + 20,27) = 136
,
где
αв – коэффициент подогрева воздуха, Вт/(мм2 Ħ °С). Определяем по графику зависимости αв = f(D1н) [1., с. 122, рисунок 6.8]
αв = 1,5
ΔΘ1 = ΔΘ1’ + ΔΘв
ΔΘ1 = 10,36 + 37,05 = 47,41
Полученное значение превышения температуры не превосходит допустимого значения для класса нагревостойкости F по ГОСТ 183-74 [1., с. 31, таблица 3.1]
Принимаем Dн = 120
,
где
nном = n1(1 – Sном)
nном = 6000(1 – 0,09) = 5460
Заключение
В ходе выполнения работы был рассчитан двигатель со следующими параметрами:
Мощность на валу – 120 Вт
КПД – 64%
Коэффициент мощности – 65%
Частота питающей сети – 400 Гц
Фазное напряжение – 220 В
Синхронная частота вращения – 6000 об/мин
Номинальный ток – 0,41 А
Список литературы
1. М. М. Кацман. Расчёт и конструирование электрических машин. М. Энергоатомиздат, 1984
2. С. А.Копылов. Справочник по электрическим машинам. Том 1
3. ГОСТ Единая система конструкторской документации (ЕСКД): Общие правила выполнения четежей. М.,1983.
4. М. И. Комисар. Авиационные электрическе машины и источники питания. Машиностроение, 1990.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
ист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
140603.КПСД03.105.ПЗ
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лис т
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лис т
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
140603.КПСД03.105.ПЗ