Модернизация асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ПРОТОТИП МОДЕРНИЗИРУЕМОГО ДВИГАТЕЛЯ 6
2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ АД 9
2.1. Определение главных размеров 9
2.2. Определение z1, w и площади поперечного сечения обмотки статора 11
2.3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и определение воздушного зазора 13
2.4. Расчет ротора 16
2.5. Расчет замыкающих колец литой обмотки ротора 19
2.6. Расчет магнитной цепи для 2р=2 20
2.7. Параметры рабочего режима для 2р=2 24
2.8. Расчет потерь для 2р=2 28
2.9. Расчет магнитной цепи для 2р=4 30
2.10. Параметры рабочего режима для 2р=4 32
2.11. Расчет потерь для 2р=4 34
2.12. Расчет рабочих характеристик для 2р=2 36
2.13. Расчет рабочих характеристик для 2р=4 39
3. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ 40
4. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВАЛА 43
5. УЛУЧШЕНИЕ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 49
5.1. Расчет пусковых характеристик для 2р=2 49
5.2. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения полей рассеяния для 2р=2 53
5.3. Расчет пусковых характеристик для 2р=4 55
5.4. Расчет пусковых характеристик с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния 2р=4 58
6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 63
6.1. Расчет стоимости материалов 63
6.2. Калькуляция затрат на производство 65
6.3. Расчет экономического эффекта от внедрения 66
7. ВОПРОСЫ ОХРАНЫ ТРУДА 71
7.1. Электробезопасность при эксплуатации электродвигателя 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75

Весь текст будет доступен после покупки

Асинхронные двигатели – наиболее распространённые электрические машины. Особенно широко они используются в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время асинхронные двигатели потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и широко применяются в качестве электропривода большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением КПД этих электрических машин.
Наибольшее распространение получили асинхронные двигатели напряжением до 1000 В. При этом машины мощностью от 0,75 до 100 кВт потребляют более 90% от общего потребления электроэнергии асинхронными двигателями.
В 1969 - 1972 гг. была разработана серия асинхронных двигателей общего назначения - серии 4А.
В серии 4А за счёт применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателя при данных высотах оси вращения повышена на две - три ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дало большую экономию дефицитных материалов. Существенно улучшились виброшумовые характеристики. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надёжности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надёжности. Серия имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода. Благодаря высокому уровню унификации и стандартизации деталей и сборочных единиц это не создаёт существенных затруднений в производстве.

Весь текст будет доступен после покупки

ПРОТОТИП МОДЕРНИЗИРУЕМОГО ДВИГАТЕЛЯ

По возможности регулирования скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов различают обычные, односкоростные двигатели и многоскоростные. Изменение скорости добиваются секционированием статорных обмоток и переключением этих секций так, чтобы получающиеся вращающиеся магнитное поле машины имело заданное число пар полюсов.
Согласно заданию модернизируемый двигатель имеет обозначение Y/YY. Это означает, что это - двухскоростной двигатель, обмотка статора которого может переключаться по схеме «звезда/двойная звезда». Это даёт изменение числа пар полюсов в отношении 2:1 (рис. 1.1). Эта схема обеспечивает асинхронному двигателю режим постоянного момента, т.е. при переключении обмотки статора с одной схемы на другую вращающий момент остается неизменным, а мощность изменяется обратно пропорционально изменению частоты вращения, т.е. в два раза.

Рис. 1.1 — Схемы соединения секционных групп обмоток в двухскоростном двигателе
Эту схему целесообразно применять в том оборудовании, где действует постоянный момент, независимо от скорости вращения.
В серии 4А двухскоростные двигатели не имеют номинальную мощность в 7,5 кВт. Поэтому в качестве прототипа примем односкоростной двигатель марки 4А112М2У3. Электродвигатель выпускается на двойное напряжение 380/660 В (6 клемм в коробке выводов). В соответствии с заданием двигатель-аналог имеет систему охлаждения IC0141 – закрытая машина с ребристой или гладкой станиной, обдуваемая внешним вентилятором, расположенным на валу машины. Климатическое исполнение У2 или У3 по ГОСТ 15150-69. Двигатель, который требуется модернизировать, имеет индекс монтажа IM20, следовательно, две оставшиеся цифры произвольные определяются другими условиями, например высотой оси вращения. Принимаем IM2001 ? на лапах, с фланцем на одном подшипниковом щите, доступным с обратной стороны, вал горизонтальный с цилиндрическим концом. На рис. 1.2 показан общий вид двигателя с габаритными и присоединительными размерами. В табл. 1.1 и 1.2 технические характеристики двигателя 4А112М2У3.

Рис. 1.2 — Общий вид и габаритные размеры электродвигателя серии 4А112М2У3


Таблица 1.1 — Технические данные электродвигателя серии 4А112М2У3 основного исполнения, степень защиты IP44
Марка Рн,
кВт n об/мин Энергетические показатели Параметры схемы замещения
в номинальном режиме
?н % cos?н x_?^' R1' x1' R2" x2"
4А112М2У3 7,5 3000 87,5 0,88 3,7 0,046 0,058 0,028 0,14

Таблица 1.2 — Пусковые характеристики электродвигателя серии 4А112М2У3 основного исполнения, степень защиты IP44 (Рн = 7,5 кВт; n = 3000 об/мин)
Марка Механическая характеристика kiдв = Iп/Iн Jдв, кг/м2
Мп/Мн Мmin/Мн Мmax/Мн Sн % Sк
%
4А112М2У3 1,6 1,0 2,2 2,6/2,5 17,0 7,5 0,010

Таблица 1.3 — Значения размеров двигателя 4А112М2У3
l30 h31 d30 l1 l10 l31 d1 d10 b10 h Масса,
кг
452 310 260/247 80 140 70 32 12 190 112 56/54

При проведении дипломной модернизации будем ориентироваться на максимально возможное использование отдельных деталей и узлов прототипа и асинхронных двигателей серии 4А. Это позволит повысить унификацию изделия и максимально использовать стандартное промышленное оборудование при его производстве.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАСЧЕТ АД

Исходные данные: P2 = 7,5 кВт; количество фаз статора - 3; способ соединения фаз статора - Y/YY; частота сети - f = 50 Гц; номинальное линейное напряжение - Uн = 220 В; синхронная частота вращения - n = 3000 об/ мин; способ охлаждения - IC0141; исполнение по способу монтажа - IM20; перегрузочная способность - 2,2; кратность пускового тока Iп/Iн = 7,5; кратность пускового момента: Мп/Мн = 1,6.


2.1. Определение главных размеров

Расчет асинхронных двигателей начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора D и длины магнитопровода l?.
Высота оси вращения h = 112 мм
Dа = 0,197 м (см. табл. 9.8 [1] «Проектирование электрических машин» под ред. И.П. Копылова)
Внутренний диаметр статора:
D = KD·Da = 0,5·0,197 = 0,108 м (2.1)
где KD = 0,5 (по табл. 9.9)
Значения коэффициентов КD, приведенные в табл. 9.9[1]
Далее находят полюсное деление ?, м:
? = ?D/2p = 3,14·108·10-3/2·1 = 0,17 м (2.2)
и расчетную мощность Р, кВт:
(2.3)
где Р2 — мощность на валу двигателя, Вт;
kE — отношение ЭДС об¬мотки статора к номинальному напряжению,
kE = 0,97; по рис. 9.20; ? = 0,86; сos ? = 0,86 по рис. 9.21a
Электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 9.22а:
А = 24·103 А/м; B? = 0,75Тл.
Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки:
1koб1 = 0,758; 2koб1 = 0,808
Синхронная угловая частота двигателя ?, рад/с, рассчитывается по
формуле:
? = 2?f/p = 2?·50/1= 314,2 рад/с (2.3)
где f1 — частота пита¬ния, Гц.
Расчетная длина магнитопровода, с учетом значения ??:
(2.4)
kB=1,11.
Критерием правильности выбора главных размеров D и l? слу¬жит отношение ? = l? /?, которое обычно находится в пределах, пока¬занных на рис. 9.25[1] для принятого исполнения машины.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов/ Под ред. И.П. Копылова. – М.: Высш.шк., 2002. – 757 с.
2. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин: Учеб. для втузов/ Под ред. О.Д. Гольдберга. – М.: Высш.шк., 2001. – 430 с.
3. Радин В.И. и др. Электрические машины. Асинхронные машины. – М.: Высшая школа, 1988. ? 328 с.
4. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 360 с.
5. Трёхфазные асинхронные двигатели. Общие сведения и координация аппаратов АББ./Серия инженера-конструктора.QT7 издание филиала фирмы АВВ, ООО «АББ» подразделение «Низковольтное оборудование», 2012. ? 44 с.
6. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А.Э.Кравчик, М.М.Шлаф, В.И.Афонин; Е.А.Соболевская. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с.
7. Алиев И.И. Асинхронные двигатели в трёхфазном и однофазном режимах. ? М.: ИП РадиоСофт, 2004. ? 128 с.
8. Белов М.П. Автоматизированным электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для студ. высш. учеб. заведений / М. П. Белов, В. А. Новиков, Л.Н.Рассудов. ? М.: Издательский центр «Академия», 2007. ? 576 с.
9. Стародубцева В.А. Расчёт и проектирование электрических машин. Асинхронные машины. –Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2005. – 352 с.
10. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам. ?М.: Издательский центр «Академия», 2005. ? 480 с.

Весь текст будет доступен после покупки