Двигатель 4а132s4


Проектирование асинхронного двигателя серии 4А

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Российский государственный профессионально – педагогический университет

Кафедра электрооборудования и автоматизации промышленных предприятий

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ СЕРИИ 4 А МОЩНОСТЬЮ 7.5 кВт

АННОТАЦИЯ

Пояснительная записка к курсовому проекту

03.05.03.000000.000.КП

Разработал студент

Группы

Руководитель проекта

Екатеринбург 2007

Курсовой проект содержит _____ листов текста, _____ иллюстраций, 2 таблицы, 2 используемых источника.

Приведен расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии 4А132 S4 У3 мощностью 7,5 кВт, включающий в себя:

- выбор главных размеров

- электромагнитный расчет

- расчет и построение рабочих и пусковых характеристик

- упрощенные тепловые и вентиляционные расчеты.

Приведены схемы замещения и круговые диаграммы.

Дан сборочный чертеж асинхронного двигателя.

Содержание

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Определение Z1,

1 и сечение провода оюмотки статора

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4. Расчет ротора

5. Расчет намагничивающего тока

6. Параметры рабочего режима

7. Расчет потерь

8. Расчет рабочих характеристик

9.Расчет пусковых характеристик

Приложение: лист задания на ХП

Библиография

Задание

Курсовой проект по электрическим машинам

Тип машины - АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 4А 132 S4 У3

Выдано студенту группы______________________________

Руководитель проекта_______________________________

1. Номинальная мощность, кВт............................7,5

2. Номинальное фазное напряжение, В.............127

3. Число полюсов....................................................2р=4

4. Степень защиты...................................................IР44

5. Класс нагревостойкости изоляции....................F

6. Кратность начального пускового момента.....2,2

7. Кратность начального пускового тока.............7,5

8. Коэффициент полезного действия...................

=0.875

9. Коэффициент мощности.....................................cos y =0.86

10. Исполнение по форме монтажа.....................М1001

11. Воздушный зазор, мм.........................................δ=

Задание выдал

" " 2006 г.

Введение

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов, использовавшихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5 % затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономических и надежных асинхронных двигателей являются важнейшей народно – хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов иррациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2 – 3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Серия имеет широкий ряд модификаций специализированных исполнений для удовлетворительных максимальных нужд электропривода.

Выбор главных размеров

1. Синхронная скорость вращения поля:

2. Высота оси вращения h=132 мм [ двигатель 4А132S4У3]

[стр.164, 1]

3. Внутренний диаметр статора

табл.6-7,1]

4. Полюсное деление

5. Расчетная мощность

6. Электромагнитные нагрузки А = 28*103 А/м; В6 = 0,87 Тл. [стр166, 1]

7. Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем

kоб1 = 0,95 [стр. 167, 1]

8. Расчетная длина воздушного зазора

9. Отношение

значение находится в рекомендуемых пределах (0.8….1.3)

2.Определение , и сечение провода обмотки статора

10. Предельные значения

[стр. 170, 1] tmin =13 мм, tmax = 15 мм

11. Число пазов статора

Принимаем Z1 = 36, тогда

12. Зубцовое деление статора

13. Число эффективных проводников в пазу

[предварительно при условии а=1]

14. Принимаем, а=1, тогда un = a*u|n = 1*14

14

15. Окончательные значения

Значения А и

находятся в допустимых пределах.

16. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

17. Сечение эффективного проводника (предварительно)

обмоточный провод ПЭТМ [стр. 470, 1],

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

3.Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

19. Принимаем предварительно [стр. 174, 1]

Вz1 = 1,75 Тл; Ва = 1,45 Тл, тогда

[по табл. 6-11, 1 для оксидированных листов стали

]

20. Размеры паза в штампе принимаем

hш1 = 1 мм, bш1 = 3,5 мм; [стр.179, 1]

21. Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

b/1 = b1 - ∆bn = 9,7- 0,1 = 9,6 мм

b/2 = b2 - ∆bn = 7,5 – 0,1 = 7,4 мм

h/1 = h2 - ∆hn = 12,5 – 0,1 = 12,4 мм

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников

22. Коэффициент заполнения паза

4 . Расчет ротора

23. Воздушный зазор

24. Число пазов ротора стр. 185, 1, 2p = 4 и Z1 = 36 Z2 = 34

25. Внешний диаметр D2 =D – 2δ = 149-2*0,4

148 мм

26. Длина

27. Зубцовое деление

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал.

KB = 0,23 при h = 132 мм и 2p = 4 по табл. 6-16,1

29. Ток в стержне ротора I2 = k1I1Hv1 = 0,89*26,2*14,08 = 328,3 А

k1 = 0,89 при cosφ = 0.86

30. Площадь поперечного сечения стержня

31. Паз ротора.

Принимаем

Допустимая ширина зубца

Размеры паза:

Полная высота паза:

Сечение стержня:

33. Корткозамыкающие кольца. поперечного сечения.

Размеры замыкающих колец:

bкл = 1,25*hn2 =1,25 *22,4 = 28 мм

5. Расчет намагничивающего тока

34. Значение индукций:

расчетная высота ярма ротора при 2р=4 стр. 194,1

35. Магнитное напряжение воздушного зазора:

где

36. Магнитные напряжения зубцовых зон:

статора Fz1 = 2hz1Hz1 = 2*15,5*10-3*1330 = 41,23 A

ротора Fz2 = 2hz2Hz2 = 2*22,1*10-3*2010 = 88,84 А

(по таблице П-17, для стали 2013 Нz1 = 1330 A/м при Вz1 = 1,75 Тл;

Нz2 = 2010 A/м при Вz2 = 1,89 Тл;

hz1 = 15,5 мм; hz2 = hn2 – 0,1b2 = 22,4 – 0,1*3 = 22,1 мм)

37. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

38. Магнитные напряжения ярм статора и ротора

по табл. П-16 Ha = 450 А/м при Ва = 1,45Тл; Нj = 185 А/м при Вj = 1,00 Тл.

39. Магнитное напряжение на пару полюсов

40. Коэффициент насыщения магнитной цепи

41. Намагничивающий ток:

относительное значение:

6. Параметры рабочего режима

42. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Длина нагревостойкости изоляции F расчетная

Для меди

Длина проводников фазы обмотки:

Длина вылета лобовой части катушки:

где квыл = 0,4

Относительное значение:

43. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

где для алюминиевой обмотки ротора

Ом*м

Приводим

к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

44. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где h4 = 13,3 мм, b = 7,5 мм, h3 = 0 мм,

Относительное значение:

45. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

где по табл. 6-23, 1

где

Приводим

к числу витков статора:

Относительное значение:

7. Расчет потерь

46. Основные потери в стали:

47. Поверхностные потери в роторе:

где к02 = 1,5

48. Пульсационные потери в зубцах ротора:

49. Сумма добавочных потерь в стали:

50. Полные потери в стали:

51. Механические потери:

для двигателей 2р = 4 коэф.

52. Добавочные потери при номинальном режиме:

53. Холостой ход двигателя:

8. Расчет рабочих характеристик

54

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

Принимаем

и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь скольжением s=0,02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,0386

Результаты расчёта приведены в таблице 2. характеристики представлены на рис. 6.

Расчет и построение круговой диаграммы

Масштаб тока

Масштаб мощности

S = ¥ S=1

9. Расчет пусковых характеристик

55. Расчет пусковых характеристик, Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжению S=1.

Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис. 2.

Параметры с учетом вытеснения тока

для

[рис. 6-46, 1] [рис. 6-47, 1]

Активное сопротивление обмотки ротора:

где

Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:

Индуктивное сопротивление обмотки ротора:

Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения:

56. Учет влияния насыщения на параметры, Принимаем для S=1 коэффициент насыщения

и А

[по рис. 6-50, стр, 219,1 для

]

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Таблица 2

Расчет пусковых характеристик

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

где

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения:

где

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме:

Расчет токов и моментов:

Критическое скольжение:

где

10. Тепловой расчет

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

по табл, 6-30, К=0,2 по рис 6-59

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

где

для

изоляции класса нагревостойкости F

по стр, 237, 1 для

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

Превышение температуры воздуха внутри машины над

температурой окружающей среды:

где

для h=132 мм по рис. 6-63, 1, по рис. 6-59,1

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

11. Расчет вентиляции

58. Расчет вентиляции, Требуемый для охлаждения расход воздуха:

стр. 240, 1

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Список использованной литературы:

1. Копылов И.П. «Проектирование электрических машин» Москва «Энергия» 1980 г.

2. Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам № 11, 1990 г. [128, 1984]

Приложение 2

mirznanii.com

6132S4. . , , .

 
6
( ) , 132
, 5,5
S1
, 220, 380, 660
, %86
0,85
, i7
B | WEB | | | | / | | | | |
6132S4:
:
  ABB. DriveIT , 2 24, 15 18 PDF, 7'038.1
  ABB. 2008 PDF, 925.4
  ABB. IEC, 400 , 50 2004 PDF, 487.8
  PDF, 1'122.4
, WEB http://./byobz.html , 6.1   "."
WEB http://./rssy3m.html , 6.7   "."
WEB http://./rssy3m2.html , 6.5   "."
WEB http://./rssy1m.html , 9.2   "."
WEB http://./roeld.html , 6.3   "."
:
  PDF, 829.5
  PDF, 161.3
  PDF, 927.6
  PDF, 506.4
  PDF, 529
  ( ) PDF, 399.8
  ABB. Low and High Voltage Process Performance Motors 2006 PDF, 15'967.3
  ABB. Low Voltage General Purpose Motors 2006 PDF, 9'499.6
  xStart PDF, 5'146.2
  ' ' PDF, 2'820
  'ELDIN' 2006 PDF, 2'398.4
  'ELDIN' 2008 PDF, 2'266.3
  ' ' 2007 PDF, 9'790
  ' ' 2010 PDF, 8'470.5
  '' 2008 PDF, 6'852.9
  2008 PDF, 60'693.7
  2007 PDF, 5'763.9
  '' 2008 PDF, 1'208.9
    
iElectro-
iElectro :

iElectro :

www.ielectro.ru

5132S41. . , , .

 
5
( ) , 132
, 7,5
S1
, 380
, %87,5
0,86
, i7
B | WEB | | | | / | | | | |
5132S41:
5:
  5 PDF, 369 shop.iElectro.ru, 55.00
5.WEB http://./5A.html , 16.1   "."
:
  ABB. DriveIT , 2 24, 15 18 PDF, 7'038.1
  ABB. 2008 PDF, 925.4
  ABB. IEC, 400 , 50 2004 PDF, 487.8
  PDF, 1'122.4
, WEB http://./byobz.html , 6.1   "."
WEB http://./rssy3m.html , 6.7   "."
WEB http://./rssy3m2.html , 6.5   "."
WEB http://./rssy1m.html , 9.2   "."
WEB http://./roeld.html , 6.3   "."
:
  PDF, 829.5
  PDF, 161.3
  PDF, 927.6
  PDF, 506.4
  PDF, 529
  ( ) PDF, 399.8
  ABB. Low and High Voltage Process Performance Motors 2006 PDF, 15'967.3
  ABB. Low Voltage General Purpose Motors 2006 PDF, 9'499.6
  xStart PDF, 5'146.2
  ' ' PDF, 2'820
  'ELDIN' 2006 PDF, 2'398.4
  'ELDIN' 2008 PDF, 2'266.3
  ' ' 2007 PDF, 9'790
  ' ' 2010 PDF, 8'470.5
  '' 2008 PDF, 6'852.9
    
iElectro-
iElectro :

iElectro :

www.ielectro.ru

Пример 4.2 Расчёт асинхронного двигателя (2D)

В примере 4.1 описаны способы построения геометрической модели электрической машины на примере асинхронного двигателя 4А132S4У3.

В Maxwell рассчитать полученную геометрию можно при двух различных постановках решения:

В случае использования Eddy Current результатом решения является распределение поля в определённый момент времени (мгновенное значение распределения поля).

В случае Transient рассчитывается полный электромеханический переходный процесс на рассматриваемом промежутке времени.

Задание материалов
Задание материалов геометрическим объектам модели производится следующим образом. Любым доступным способом выделяются геометрические объекты, имеющие один и тот же материал Рисунок П.4.1 – Открытие библиотеки материалов С помощью пункта контекстного меню Assign Material () или пункта меню Modeler – Assign Material… открывается окно библиотеки материалов, где выбирается требуемый материал. Рисунок П.4.2 – Окно «Библиотека материалов» Примечание:

При назначении материалов проводников (обмоток) следует учитывать рабочую температуру двигателя, т.к. изменение активного сопротивление материалов сильно сказывается на результатах расчёта

В дереве построения модели все геометрические объекты будут сгруппированы по назначенному им материалу.

В рассматриваемом асинхронном двигателе используется 5 материалов:

  • медь (трёхфазная обмотка статора),
  • алюминий (короткозамкнутая обмотка ротора),
  • электротехническая сталь 2013 (магнитопроводы статора и ротора),
  • воздух,
  • конструкционная сталь (вал).
Задание граничных условий
Зададим граничное условие. Включим режим выделения линий, выбрав пункт контекстного меню Select Edge. Рисунок П.4.3 – Переход в режим выделения линий Выделим самую большую окружность построенной геометрической модели. Присвоим значение векторного магнитного потенциала, равное нулю. Для этого выберем пункт контекстного меню Assign Boundary – Vector Potential.. Рисунок П.4.4 – Выбор граничного условия В открывшемся окне в поле Value зададим ноль. Рисунок П.4.5 – Окно ввода параметров граничного условия Vector Potential
Задание сетки конечных элементов
Выделим все элементы геометрии и применим операцию ПКМ Assign Mesh Operation – Inside Selection – Length Based. Размер сетки оставим по умолчанию. В случае, если модель не сходится или результаты расчёта вызывают сомнения, можно повысить точность расчёта, задав меньший размер сетки.
Схема обмотки
Задание обмотки следует после анализа её схемы. Для рассматриваемого двигателя обмотка представлена на рисунке П.4.6 Рисунок П.4.6 – Схема обмотки двигателя 4А132S4
Eddy Current
В случае 2D-постановки программа не имеет представления о лобовых соединениях обмотки, и все области считаются самостоятельными и не соединёнными друг с другом. В этом случае необходимо задать мгновенное значение тока в каждом из пазов.Известно, что ток в фазах обмотки изменяется по синусоидальному закону:Для задания тока в пазах выделим в соответствии со схемой обмотки пазы номер 1,2,3 и через контекстное меню Assign Excitation – Current… вызовем окно ввода параметров тока. Рисунок П.4.7 – Вызов окна задания полного тока В появившемся окне, требуется ввести два параметра: величину полного тока в пазу (Value), а так же его фазу (Phase). Величина полного тока рассчитывается как: В то же время номинальный действующий ток двигателя рассчитывается по формуле : Для двигателя 4А132S4 полный ток в пазу будет равен: Im = 469,8 Ампер-витков. Рисунок П.4.8 – Окно задания полного тока

Создание профиля решения

Создадим новый профиль решения (ПКМ на Analysis в дереве проекта – Add Solution Setup…) Рисунок П.4.9 – Создание нового анализа В открывшемся окне необходимо на вкладке Solver задать частоту, с которой происходит изменение магнитного потока в роторе. Для асинхронного двигателя эта частота рассчитывается, как: где – частота питающего напряжения,s = 2,8% - скольжение двигателя в исследуемом режиме.

Для номинального режима двигателя 4А132S4 частота f = 1,4 Гц.

Рисунок П.4.10 – Вкладка Solver окна Solve Setup После этого производится проверка (Validate ) и запуск модели (Analyze All ) на расчёт.

Представление результатов

Построим картину распределения магнитных силовых линий: выделим все области, ПКМ на модели – Fields – A – Flux Line.

Построим картину распределения индукции: выделим все области, ПКМ на модели – Fields – B – Mag_B.

Построим картину распределения плотности тока в пазах: выделим все области, ПКМ на модели – Fields – J – JAtPhase.

Результаты расчёта представлены на рисунке П.4.11.

а – распределение магнитных силовых линий б – картина распределения индукции в – картина распределения плотности тока Рисунок П.4.11 – Результаты расчёта модели Примечание:

Начиная с версии ANSYS Electromagnetic Suite 17, в режиме Eddy Current появляется способ задания обмотки, аналогичный способу для Transient-режима (см. ниже).

Transient-анализ

Задание обмотки

Создадим 3 фазы обмотки: ПКМ на Excitations менеджера проекта – Add Winding… В открывшемся окне задаётся способ питания обмотки. Выберем тип питания – напряжение (Voltage), и в поле ввода Voltage введём значение питающего напряжения для каждой из фаз:

Фаза А: 220*sqrt(2)*sin(314*Time),Фаза В: 220*sqrt(2)*sin(314*Time + 120deg),Фаза С: 220*sqrt(2)*sin(314*Time + 240deg)

В поле Resistance вводим полное активное сопротивление фазы: R = 0,572 Ом.В поле Inductance вводим индуктивность лобовых частей обмотки: L = 0,00107 Гн.Ставим флажок Stranded, предполагая, что обмотка распределённая (многовитковая).

Рисунок П.4.12 – Окно настройки параметров обмотки В соответствии со схемой обмотки выделим сечения катушек, в которых ток имеет положительное направление, в контекстном меню выберем создание новой катушки: ПКМ – Assign Excitation… - AddCoil

В открывшемся окне указываем число проводников в катушке и направление тока. Повторим операцию для отрицательного направления токов.

Рисунок П.4.13 – Окно настройки параметров катушки В соответствии со схемой обмотки необходимо сечения катушек (Coil) присвоить обмоткам (Winding). Для этого в менеджере проекта нажимаем ПКМ на обмотке, которой хотим присвоить катушки, и выбираем Add Coil. Открывается окно, в котором выбираем катушки в соответствии со схемой обмотки.

Результат для фазы А представлен на рисунке П.4.14.

Рисунок П.4.14 – Заданная обмотка фазы А Соединяем фазы обмотки в звезду: ПКМ в окне модели – Excitations – Setup Y connection… В открывшемся окне группируем все фазы обмотки. Рисунок П.4.15 – Окно Setup Y Connection (соединение обмоток в звезду) Выделяем все пазы короткозамкнутой обмотки ротора. В контекстном меню выберем создать короткозамкнутую обмотку: ПКМ – Assign Excitation… - End Connection… В открывшемся окне требуется ввести сопротивление и индуктивность короткозамыкающих колец между двумя стержнями.

Задание вращения ротора

Необходимо задать область вращения Band.

Область Band – это окружность, которая делит воздушный зазор на две части, имеет назначенный материал vacuum и содержит в себе все области, которые вращаются (магнитопровод ротора, вал, короткозамкнутая обмотка)

Выделяем область Band и присваиваем ей параметры: ПКМ – Assign Band… В открывшемся окне Motion Setup, задаём параметры движения.

На вкладке Type указываем, что предполагается вращение вокруг оси Z (флажок Rotation и Moving Vector = Z.)

На вкладке Mechanical ставим флажок Consider Mechanical Transient и вводим следующие параметры:

  • Initial Angular Velocity – начальная частота вращения – 0,
  • Moment of Inertia – момент инерции ротора - 0.0327 кг•м2,
  • Damping - коэффициент демпфирования (отношение потерь на трение к скорости, при которой они определены) - 0,00356 Н•м•сек/рад,
  • Load Torque – момент сопротивления на валу (нагрузка на валу) - 20 Н•м.
Рисунок П.4.16 – Вкладки Type и Mechanical окна Motion Setup

Задание длины модели по оси Z

Выбираем пункт главного меню Maxwell 2D – Model – Set Model Depth. В открывшемся окне вводим длину воздушного зазора асинхронного двигателя lδ = 0,112 м. Рисунок П.4.17 – Задание глубины модели в окне настроек проекта

Создание профиля решения

Создадим новый профиль решения: ПКМ на Analysis в дереве проекта – Add Solution Setup. Указываем время расчёта (1,5 с) и шаг изменения времени (0,001 с). Если необходимо, указать сохранение поля каждый временной отсчет на вкладке Save Fields. Рисунок П.4.18 – Окно настроек профиля решения

Представление результатов

График изменения вращающего момента в двигателеПостроим график: ПКМ на блоке Results – Create Transient Report – Rectangular Plot. Category – Torque, параметр: Moving1.Torque (вращающий момент). Подтверждаем операцию. Получившийся график представлен на рисунке П.4.19. Рисунок П.4.19 – График изменения момента двигателя График изменения частоты вращения ротора в двигателеПостроим график: ПКМ на блоке Results – Create Transient Report – Rectangular Plot. Category – Speed, параметр: Moving1.Speed (частота вращения). Подтверждаем операцию. Получившийся график представлен на рисунке П.4.20. Рисунок П.4.20 – График изменения частоты вращения ротора двигателя График изменения тока в двигателеПостроим график: ПКМ на блоке Results – Create Transient Report – Rectangular Plot. Category – Winding, параметр: Current(FaseA) (ток в обмотке FaseA).Подтверждаем операцию. Получившийся график представлен на рисунке П.4.21.

Рисунок П.4.21 – График изменения тока в фазе А двигателя

Наверх

Список литературы

  1. Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. М.:Энергоатомиздат, 1982. - с.504

Автор материалов: Drakon (С) 2016. Редактор: Админ

ansoft-maxwell.narod.ru


Смотрите также