Проектирование асинхронного трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором

мира, особенно в промышленности, где подавляющее большинство электродвигателей – асинхронные машины.
    Общие сведения:
1. Асинхронные машины используют в качестве двигателей.
2.Асинхронные двигатели потребляют порядка 50% вырабатываемой электрическими станциями электроэнергии.
3. Мощности этих машин могут колебаться от долей Ватт, до 8МВт
4. Асинхронный двигатель был изобретен в 1889 году русским инженером. 
Главными достоинствами являются простота конструкции, низкая стоимость, высокая надежность, относительно высокий КПД (20-65% для маломощных машин до 1кВт и до 70-95% для машин свыше 1 кВт.)
Основным недостатком является потребление реактивной мощности из сети (cosϕ), доходящим до значений 0,9.

оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.
   Ротор электродвигателя принимает этот поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.
Вращение ротора.
  Вращающийся магнитный поток проходит через воздушный зазор между статором, ротором и обмоткой неподвижных проводников в роторе. Этот вращающийся поток, создает напряжение в проводниках ротора, тем самым заставляя наводиться в них ЭДС. В соответствии с законом Фарадея электромагнитной индукции, именно это относительное движение между вращающимся магнитным потоком и неподвижными обмотками ротора, которые возбуждает ЭДС, и является основой вращения.
  В короткозамкнутом роторе, чтобы уменьшить относительную скорость, ротор начинает вращаться в том же направлении, что и вращающийся поток на обмотках статора, пытаясь поймать его. Частота наведенной на него ЭДС такая же, как частота питания.

ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.
   где s – скольжение асинхронного электродвигателя, n1 – частота вращения магнитного поля статора,     об/мин, n2 – частота вращения ротора, об/мин.
В номинальном режиме ? = 1,5 ÷ 5 %.
?1 = 60?1 /  ? , где ?1 это частота сети, а  ? это количество пар полюсов.
?2=?1 s    -   частота тока и ЭДС в обмотке ротора
S=0 при холостом ходе.
S=1 при пуске.

России. Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стан­дартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм. Это трехфазные асинх­ронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение по степени защиты IP44 во всем диапазоне высот оси вращения. Магнитопровод двигателей — шихтованный из листов электротех­нической стали толщиной 0,5 мм, причем двигателей с h = 50...250 мм из стали марки 2013, а двигателей с h = 280...355 мм — из стали мар­ки 2312. Во всех двигателях серии с h < 280 мм и в двигателях с 2p = 10 и 12 всех высот оси вращения обмотка статора выполнены из кругло­го провода и пазы статора полузакрытые. При h = 280...355 мм, кро­ме двигателей с 2р = 10 и 12, катушки обмотки статора намотаны прямоугольным проводом, подразделенные и пазы статора полуот­крытые. Сердечник ротора напрессован непосредственно на вал без про­межуточной втулки, в двигателях с  — на гладкий вал. В двигателях с большей высотой оси вращения он крепится на валу с помощью шпонки. Обмотка короткозамкнутого ротора лопатки и кольца — литые из алюминия. Вентиляционные лопатки на кольцах ротора служат для перемешивания воздуха, находящегося внутри машины. Этим обеспечивается перенос тепла, выделяющегося в обмотке ротора и лобовой части обмотка статора, к внутренним поверхностям корпу­са и подшипниковых щитов, которые охлаждаются наружным воз­духом с помощью внешнего вентилятора.

внутреннего диаметра статора D = 0.165 м и расчетной длинны магнитопровода ?? = 0.1 м, A = 28000 А/м; Вδ = 0.9Тл ,  коэффициенты  kB = 1.11 и kоб1 = 0,95, полюсное деление τ = 0,086 м , расчетная мощность P`= 7528 В·А. 
Высоты вращения  h=0,132 мм и значение внешнего диаметра статора Da= 0,233 мм. Отношение λ = lδ /τ = 1.156 попадает в допустимый диапазон. 0.9 < λ < 1.7 
2. Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора
Число пазов статора Z1=54 и числа витков в фазе обмотки статора w1= 204. Номинальный ток ?1ном  = 11,881 А, число эффективных проводников в пазу uп = 23 проводника и окончательная линейная нагрузка А=28510 A/м и индукция в воздушном зазоре ?? = 0.875 Тл . Значение эффективного проводника:  qЭ.ср= 1.766 мм2 . Плотность тока в обмотке статора 6.728 А/мм2

зазора.
Основные параметры: 
bш=3,5 мм; hш=0,5 мм; hп=18 мм; b1=4,6 мм ; b2=6,6 мм ; hп.к.=17мм ; β=45°
 Коэффициент заполнения паза равен Кз=0.7295. Воздушный зазор ? =0.3 мм.
4. Расчет ротора.
Внешний диаметр ротора D2=164.4мм, количество пазов ротора Z2=44. Ток в роторе I2ном=279,5 А. 
Основные размеры паза:
bш2=1,5 мм; hш2=0,75 мм; hш`=0,3 мм; bр1=5 мм ; bр2=2мм; hр1=20,8  мм; hп2=25,4мм.
Поперечное сечение стержня qc окончательное : 84,68 мм2

(571,3 А), зубцовой зоны статора (45,4 А), зубцовой зоны ротора (62,9), ярма статора (71,6 А), ярма ротора (5,9 А). Получили магнитное напряжение на пару полюсов Fц=757,17А.
Намагничивающий ток Iμ=4,23 А, относительное значение намагничивание 0,356.
6. Параметры рабочего режима. 
В этом пункте мы определили активные, индуктивные относительные значения сопротивлений обмоток для нагревостойкости класса F.
7. Расчет потерь.
Потери в стали полные Pст=193,8 Вт(основные Pст.осн= 129,7 Вт и добавочные Pст.доб= 64,1Вт )  , механические Pмех= 29,4Вт, и потери на холостом ходу - электрические Pэл.хх=76,5 Вт.

рассчитали рабочие характеристики и приняли предварительное скольжение равным sном=0,046.
Далее аналитическим методом подбирали различных величин скольжения определили номинальное его значение sном=0,043.

Рабочие характеристики.

с учетом влияния эффекта вытеснения (без учета влияния насыщения от полей рассеяния) 
Аналитическим методом рассчитали пусковые характеристики без влияния насыщения от полей рассеяния, чтобы рассчитать пусковые токи и моменты. Все расчеты сведены в таблицу 2.
10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния.
Аналитически для разных скольжений заполнили таблицу 3. и нашли критическое значение sкр=0,3.
Рассчитали кратности пускового момента = 1,833 и кратность пускового тока = 4,859, коэф насыщения 1,173.
Пусковые характеристики:

′ = 0,076 м3/с