Indrumar de proiectare ______________________________________________ _________ 5.1. Calculul electromagnetic Exemplu: Să se proiecteze un motor asincron trifazat de joasă tensiune cu rotorul în scurtcircuit. Date nominale: -puterea nominală kW -tensiunea nominală V -turaţia de sincronism rot/min -frecvenţa Hz -numărul de faze . Date funcţionale şi constructive -cuplul maxim -cuplul de pornire -curentul de pornire . 5.1.1.Determinarea mărimilor de calcul 210
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
5.1. Calculul electromagnetic
Exemplu: Să se proiecteze un motor asincron trifazat de joasă tensiune cu rotorul în scurtcircuit.
Date nominale:
-puterea nominală kW
-tensiunea nominală V
-turaţia de sincronism rot/min
-frecvenţa Hz
-numărul de faze .
Date funcţionale şi constructive
-cuplul maxim
-cuplul de pornire
-curentul de pornire .
5.1.1.Determinarea mărimilor de calcul Numărul de perechi de poli
p 3
Puterea aparentă nominală şi curentul nominal-din fig. 2.1 si fig. 2.3 se estimează valorile orientative pentru:
-pentru înfăşurarea în două straturi, condiţiile sunt:N c1
m 1 t 8 număr întreg
/ =24 număr întreg
Valorile finale ale solicitărilor electomagnetice-pătura de curent, valoare finală:
A 371.101 A /cm-eroarea faţă de valoarea luată în calcule este,
A 2.342 %
iar condiţia restrictivă impusă ;Fluxul magnetic util:
217
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
0.02 Wb
-inducţia magnetică în întrefier, valoare finală:
B 0.764 T
-eroarea faţă de valoarea luată în calcule este:
B 1.841 %
iar condiţia restrictivă impusă =3%.
Dimensionarea crestăturii statorului -densitatea de curent în înfăşurarea statorului, valori recomandate,
=5.5 - 7.5 A/mm2:
A /mm2
-secţiunea totală a conductorului:
S cond1 10.013 mm2
Fiind o maşină de joasă tensiune şi de putere mică înfăşurarea statorului va fi din conductor de cupru rotund izolat cu email (mai multe fire în paralel);-din STAS (Anexa 2) se obţin valorile normalizate:
-valoarea finală a densităţii de curent în înfăşurarea statorului:
J 1 6.112 A /mm2
Crestătura statorului este trapezoidală semiînchisă, cu următoarea schemă de izolaţie: -izolaţia crestăturii din 2 folii NMN, mm; -izolaţia între straturi 2 folii NMN; -pană din sticlotextolit,. Inducţia magnetică în dinte este constantă, iar valorile recomandate sunt =1,5-1,8 T:
T
-valoarea medie a inducţiei magnetice:
-coeficient de împachetare al miezului:
-lăţimea dintelui este constantă şi are valoarea:
b d1 7.484 mm
-lăţimea medie a dintelui
219
Indrumar de proiectare_______________________________________________________-numărul total de conductoare din crestătură:
n tot 27 conductoare
-factorul de umplere al crestăturii stator, =0.5 0.75:
-suprafaţa necesară a crestăturii:
S cr 174.565 mm2
-deschiderea (istmul) crestăturii stator:
a s 2.55 mm
Dimensiunile crestăturii se stabilesc prin construcţie grafică la scară (vezi fig. 5.1), sau analitic astfel încât lăţimea dintelui sa fie constantă, iar suprafaţa utilă a crestăturii să fie .
Fig. 5.1. Crestătură trapezoidală pentru înfăşurarea statorului:
a)detalii privind construcţia la scară; b) notaţii folosite lametoda analitică.
220
Maşina asincronă_______________________________________________________ In cazul utilizării metodei analitice, etapele şi relaţiile de calcul sunt următoarele:
-grosimea penei:
mm
-înălţimea istmului:
mm
-grosimea izolaţiei sub pană:
mm
-grosimea penei + izolaţia sub pană + istmul crestăturii:
h ps 6.7 mm
-înălţimea ocupată de conductoare în crestătură (valoare
aproximativă):
mm
-baza mare a trapezului:
B 8.896 mm
-baza mică a trapezului:
b 7.063 mm
-lăţimea crestăturii folosită la calculul permeanţei de scăpări:
b cs 7.063
221
Indrumar de proiectare_______________________________________________________-suprafaţa efectivă a crestăturii:
S c 167.571 mm2
-eroarea faţă de valoare necesară dispunerii conductoarelor:
S c 4.174 %
Observaţie: se modifică şi se refac calculele până când
eroarea devine .
Dimensiunile finale ale crestaturii stator
-înălţimea crestăturii:
h c1 27.7 mm
-lăţimea medie a crestăturii:
-factori de formă ai crestăturii stator, şi valorile recomandate:
=0,35 0,50 =3,5 5,5
1s 0.571 2s 3.471
Inducţia magnetică în jugul statorului
-în jugul statorului se pun canale de ventilaţie axiale:
-inducţia magnetica în jugul statorului, şi valorile recomandate
(1.35 1.55) T:
B j1 1.448 T
5.1.4. Infăşurarea şi crestăturile rotorului în scurtcircuit
Numărul de crestături în rotor La rotorul în scurtcircuit numărul de crestături se alege din tabelul 2.3 din condiţia de a avea cupluri parazite minime:
N c2 82 crestaturi
Deoarece caracteristicile de pornire sunt în limite normale, pe rotor vom avea o colivie normală cu bare dreptunghiulare, paralele cu generatoarea, din aluminiu în construcţie sudată;
-numărul de faze din rotor:
m 2 82 faze
-numărul de spire pe fază:
-factorul de bobinaj al înfăşurării rotorului:
Diametrul rotorului şi pasul dentar
-diametrul exterior al rotorului:
223
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
D r 318.76 mm
-pasul dentar al rotorului:
t 2 12.212 mm
T.e.m indusă pe o fază din rotor
U e2 2.126 V
Curentul pe o fază în rotor-coeficientul prin care se ţine cont de curentul de magnetizare, se determină cu relaţia:
-limitele recomandate pentru densitatea de curent în bara de
aluminiu sunt: =(3,0 5,5) A/mm2 ,
A /mm2
-densitatea de curent în inelul din aluminiu, limitele uzuale sunt
A /mm2:
J 2i 2.926 A /mm2
-secţiunea barei:
S b 101.349 mm2
-secţiunea inelului:
S i 573.848 mm2
Din STAS 6499/1- anexa 6, pentru conductoare (bare) din aluminiu rezultă;
-secţiunile normalizate ale barei şi inelului:
mm2 mm2
-înălţimea barei, respectiv a inelului:
225
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
mm mm
-lăţimea barei şi a inelului:
mm mm
-se stabilesc dimensiunile istmului (fig.5.2) în raport de valorile
recomandate, =(1,0 2,5) mm, =(1,5 2,5) mm;
-înălţimea istmului:
-lăţimea istmului:
-deschiderea crestăturii rotor:
-lăţimea crestăturii rotor:
b c2 5.5 mm
-înălţimea crestăturii:
h c2 25.7 mm
-înălţimea ocupată de bara rotor:
Inducţia magnetică la baza dintelui rotor
-lăţimea minima a dintelui rotor:
b dmin2 4.743 mm
226
Fig.5.2. Crestătura
rotor.
Maşina asincronă_______________________________________________________-inducţia magnetică aparentă maximă la baza dintelui rotor, şi valorile recomandate :
B dmax2 2.07 T
Dimensiunile finale ale crestăturii rotor-valoarea finală a densităţii de curent în bară:
J 2b 3.32 A /mm2
-valoarea finală a densităţii de curent în inel:
J 2i 3.004 A /mm2
-factorii de formă ai crestături rotor, şi valorile recomandate:
5.1.5. Tensiunea magnetomotoare pe o pereche de poliTensiunea magnetică a întrefierului
-coeficienţii lui Carter pentru stator , rotor şi total :
k C1 1.09 k C2 1.02
k C 1.112
-permeabilitatea magnetică a vidului:
-tensiunea magnetică a întrefierului:
U m 838.141 A
Tensiunea magnetică în dinţi statorului
Pentru miezul feromagnetic stator şi rotor se foloseşte tablă silicioasă laminată la rece cu cristale neorientate, cu grosimea de 0.5 mm, izolată cu un strat subţire de oxid ceramic, rezistenta la temperatura clasei de izolaţie F. Tola rotor se executa din interiorul tolei stator;
229
Indrumar de proiectare_______________________________________________________- inducţia magnetică în dinte este constantă:
- intensitatea câmpului magnetic, din anexa 1:
A /cm
- tensiunea magnetică în dinţii statorului:
U md1 105.26 A
Tensiunea magnetică în dinţi rotorului Deoarece crestătura rotorului este cu pereţi paraleli, rezultă că dintele are forma trapezoidală, şi se impune calculul inducţiilor magnetice în cele trei secţiuni:- laţimea dintelui rotor în cele trei secţiuni :
b dmin2 4.743 mm
b dmed2 5.728 mm
b dmax2 6.712 mm
- inducţiile magnetice aparente în cele trei secţiuni ale dintelui:
- intensitatea câmpului magnetic în rotor, din anexa 1:
A /cm
- coeficientul ce ţine cont de faptul că liniile de câmp în rotor au lungimi diferite, este:
2 0.439
- tensiunea magnetică în jugul rotorului:
U mj2 30.444 A
Tensiunea magnetomotoare pe o pereche de poli
U mm 1.163 103 A
-factorul de saturaţie magnetică:
k s 1.388
Curentul de magnetizare
233
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
I 1 25.877 A
-curentul de magnetizare în procente, valori uzuale =(20 50)%:
I 1% 22.473 %
5.1.6. Parametrii motorului asincron1. Parametrii înfăşurării statoruluiRezistenţa pe fază a înfăşurării statoruluiInfăşurarea statorului este din conductor rotund, în două
straturi (fig.5.3). In continuare se calculează:- pasul dentar mediu în stator:
- reactanţa rotorului cu refulare şi saturaţie raportată la stator:
X2sr 0.138
Parametrii maşinii asincrone în unităţi relative
- impedanţa nominală pe o fază:
Z N 1.905
- valorile relative ale rezistenţelor, stator şi rotor:
r 1 0.034 ur
r 2r 0.024 ur
- valorile relative ale reactanţelor stator, rotor şi de magnetizare:
x 1 0.101 ur
x 2r 0.116 ur
x 1m 4.349 ur
245
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
5.1.7.Calculul pierderilor şi randamentul maşinii asincrone 1. Pierderile principale în fier Pierderile principale în jugul statorului - coeficientul de majorare a pierderilor in jug, = 1,20 1,40:
2. Pierderile suplimentare în fier la funcţionarea în golPierderile de suprafaţă ale statoruluiCoeficient de majorare a pierderilor de suprafaţă datorită
prelucrării miezului stator, din tabelul 2.11:
pentru suprafete prelucrate superficial
- coeficient de pulsaţie dependent de deschiderea crestăturii rotor,
01 0.156
- amplitudinea pulsaţiei inducţiei magnetice la suprafaţa statorului:
247
Indrumar de proiectare_______________________________________________________
B 01 0.132 T
- pierderi specifice de suprafaţă:
supr11 49.085 W /m2
- pierderi de suprafaţă în stator:
p supr1 8.371 W
Pierderile de suprafaţa ale rotorului
- coeficient de majorare a pierderilor de suprafaţă datorită prelucrării
miezului rotor, din tabelul 2.11:
pentru suprafete prelucrate
- coeficient de pulsaţie dependent de deschiderea crestăturii stator,
02 0.254
- amplitudinea oscilaţiei inducţiei magnetice la suprafaţa rotorului:
5.2. Calculul caracteristicilorCurentul de funcţionare în gol
- pierderile electrice la funcţionarea în gol:
p el0 129.627 W
- componenta activă a curentului de gol:
I 10a 1.844 A
- curentul de funcţionare în gol:
I 10 25.943 A
Factorul de putere la funcţionarea în gol
cos 10 0.071
Curentul şi factorul de putere la scurtcircuit Se calculează pentru reactanţe saturate şi afectate de refulare, deoarece motorul este cu rotor în scurtcircuit şi pornirea se face prin cuplare directă la reţea. Parametrii de scurtcircuit
253
Indrumar de proiectare_______________________________________________________- coeficientul de corecţie fără saturaţie:
c 1 1.023
- coeficientul de corecţie cu saturaţie:
c 1s 1.02
- rezistenţa la scurtcircuit:
R 1sc 0.123
- reactanţa la scurtcircuit:
X1sc 0.31
- impedanţa la scurtcircuit:
Z 1sc 0.333
- curentul de scurtcircuit din secundar raportat la primar:
I 2scr 670.825 A
Componentele curentului de pornire din rotor raportate la stator