Исходные данные

Для выполнения расчета предоставлены следующие данные:

Номинальный режим работы Продолжительный

Высота оси вращения вала h, мм 200

Исполнение ротора Короткозамкнутый

Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт 30

Количество фаз статора m 3

Способ соединения фаз статора Δ/Y

Частота сети f, Гц 50

Номинальное линейное напряжение U, В 220/380

Синхронная частота вращения n₁, об/мин 1000

Степень защиты от внешних воздействий IP44

Способ охлаждения IС0141

Исполнение по способу монтажа IM1001

Климатические условия и категория размещения У3

Форма выступающего конца вала Цилиндрическая

Способ соединения с приводным механизмом Упругая муфта

Количество пар полюсов р 3

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – серия 4А(Н);

Номинальный режим работы – продолжительный, S1, с постоянными во времени нагрузкой и потерями

Рисунок 1. Номинальный режим работы электрических машин S1 - продолжительный.

Высота оси вращения вала h – 200 мм;

Номинальная механическая мощность на валу ротора, P₂ – 30 кВт;

Число фаз, m – 3;

Способ соединения фаз статора – Δ/Y, Δ фазы статора соединяются при номинальном линейном напряжении в 220 В, а Y – при 380 В, кроме этого легко сделать вывод о том, что двигатель будет иметь 6 выводов подключения;

Частота питающей сети, f – 50 Гц;

Номинальное линейное напряжение U – 220/380 В;

Синхронная частота вращения n₁ – 1000 об/мин;

Степень защиты от внешних воздействий – IP44, защита от проникновения внутрь защитной оболочки машины проволоки и твердых предметов диаметром более 1 мм, а также от брызг воды, попадание которых на защитную оболочку под любым углом не оказывает вредного воздействия на машину;

Способ охлаждения – IС0141, закрытая машина с ребристой или гладкой станиной, обдуваемая внешним вентилятором, расположенным на валу машины;

Рисунок 2. Условное обозначение системы охлаждения электрической машины по способу ICA0141.

Климатические условия и категория размещения – У3, это значит, что двигатель должен работать в макроклиматических районах с умеренным климатом или размещаться в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий;

Исполнение по способу монтажа – IM1001, машина на двух лапах с подшипниковыми щитами, вал горизонтальный, причем форма выступающего конца вала – цилиндрическая;

Материал станины и подшипниковых щитов – чугун или сталь;

Таким образом, предполагается рассчитать асинхронный двигатель типа 4А(Н)200L6, предназначенный в для работы в режиме длительной постоянной нагрузки.

Размеры, конфигурация и материал Главные размеры

К главным размерам машин переменного тока относят внутренний диаметр D_н1 и длину l₁ сердечника статора, поскольку они определяют габариты, массу и технико-экономические показатели этого типа электрических машин.

Наружный диаметр сердечника статора рассчитываем по таблице 9-2 [1], исходя из того, что для указанной высоты оси вращения:

,

приведено предельно допустимое значение наружного диаметра сердечника статора:

,

и значение припуска на штамповку,

,

откуда:

.

Листы статора для выбранной высоты оси вращения вала предполагается изготовлять штамповкой из резаной ленты шириной до 500 мм.

Определим внутренний диаметр сердечника статора. Для этого воспользуемся эмпирической зависимостью D₁=f(D_н1) из таблицы 9-3 [1]:

где k_D – коэффициент отношения внутреннего и наружного диаметров сердечника статора машины.

Определим величину полюсного деления проектируемой машины,

Расчетная мощность машины определяется как:

где:

k_E – отношения ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое определено по рис. 3;

Рисунок 3. Определение значения k_E.

cos φ – коэффициент мощности рассчитываемого асинхронного двигателя при номинальной нагрузке, найденный по графику зависимости, представленному на рис. 4;

Рисунок 4. Средние значения cos φ асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с исполнением по защите IP44, способу охлаждения IC0141.

ŋ – коэффициент полезного действия рассчитываемого асинхронного двигателя при номинальной нагрузке, найденный по графику зависимости, представленному на рис. 5;

Рисунок 5. Средние значения ŋ асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с исполнением по защите IP44, способу охлаждения IC0141.

Расчетная мощность равна:

Синхронная угловая скорость вала рассчитывается как:

Теперь по таблице 9-4 [1] определим форму паза и тип обмотки. Исходя из величины высоты оси вала (h = 200 мм) получаем, что форма паза – трапецеидальная полузакрытая, а тип обмотки – двухслойная всыпная, из проводов круглого поперечного сечения, хотя при этом снижается коэффициент заполнения паза медью.

Расчетная длина сердечника статора определяется как:

,

где:

А₁ – линейная нагрузка обмотки статора, определяется по диаграмме на рис. 6. Приблизительное значение данной величины примем равным:

,

причем умножать на поправочный коэффициент k₁ не имеет смысла, поскольку по таблице 9-5 [1] его значение равно 1.

Рисунок 6. Средние значения А'₁ при 2p=6 и классе нагревостойкости F

при исполнении по защите IP44 и способу охлаждения IC0141

с полузакрытыми пазами и двухслойной всыпной обмоткой (2).

Рисунок 7. Среднее значение B'_δ при 2p=6 и классе нагревостойкости F

при исполнении по защите IP44 и способу охлаждения IC0141

с полузакрытыми пазами и двухслойной всыпной обмоткой (2).

B'_δ – максимальное значение магнитной индукции в зазоре, определяется по диаграмме на рис. 7. Значение данной величины примем предварительно равным:

,

умножение на добавочный коэффициент k₂ также не меняет результат, поскольку для исходных данных по рассчитываемому двигателю он равен 1.

k_об1 – коэффициент обмотки статора основной гармонической кривой ЭДС, рекомендуемое значение для двухслойных обмоток при 2p>2 находится в диапазоне:

k_об1 = 0,91÷0,92,

принимаем усредненное значение:

k_об1 = 0,915

Отсюда, расчетная длина сердечника статора:

Согласно [1], конструктивная длина сердечника статора l₁ при отсутствии в сердечнике радиальных вентиляционных каналов равна расчетной длине сердечника статора l'₁, округленного до ближайшего числа, кратного пяти, при условии, что l'₁>100 мм. Таким образом,

Чтобы удостоверится в правильности расчета ранее рассмотренных параметров, рассчитаем отношение:

,

которое не должно превышать (таблицы 9-6, 9-7 [1]):

,

где k₄ – поправочный коэффициент для 2p=6.

Таким образом, поскольку высота оси вращения вала двигателя для расчета главных размеров подобрана правильно.