3.Проектирование ад

Более 60 % всей вырабатываемой в мире электроэнергии потребляется асинхронными двигателями (АД). Это объясняется простотой их конструкции, большой надежностью, высоким КПД. В СССР АД с конца 40-х годов прошлого века выпускались в виде единых серий.

3.1.Структура серии

Для наиболее полного удовлетворения потребностей электропривода серия АД общего назначения должна состоять из основного (базового) исполнения и широкого ряда модификаций и специализированных исполнений.

Основное исполнение – двигатели, соответствующие общим требованиям электропривода, предназначенные для нормальных условий работы, с нормальной точностью исполнения. В серии машин общего назначения основное исполнения – это трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором со степенью защиты IP44 и IP23 (22) с разными формами исполнения по способу монтажа.

Модификации – двигатели, имеющие те же значения главного параметра (высоты оси вращения), что и двигатели основного исполнения, но отличающиеся рабочими свойствами. К модификациям относятся:

двигатели с повышенным пусковым моментом;

двигатели с повышенным скольжением;

многоскоростные двигатели;

двигатели с фазным ротором.

Перечисленные модификации должны быть унифицированы с основным исполнением по всем деталям и сборочным единицам, за исключением обмоток статора или ротора.

двигатели со встроенным электромагнитным тормозом;

малошумные двигатели;

однофазные двигатели;

двигатели на частоту 60 Гц.

Специализированные исполнения – двигатели, удовлетворяющие повышенным требованиям потребителей в части условий применения. Различают специализированные исполнения по точности установочных и присоединительных размеров и по условиям окружающей среды.

На базе серии могут проектироваться узкоспециализированные исполнения для конкретных приводов (например, лифтовые двигатели, двигатели для приводов с частотным регулированием, для морского флота и др.).

Ряды номинальных мощностей и установочные размеры

В соответствии с рекомендациями МЭК ряд номинальных мощностей в серии АI выбран от 0,025 до 400 кВт, ряд высот осей вращения от 45 до 355 мм. Существует два варианта увязки рядов мощностей и высот оси вращения. Первый вариант соответствует увязке, ранее принятой в СССР (Р), второй – CENELEC (C).

Номинальные напряжения, частоты и числа полюсов

В зависимости от высоты оси вращения двигатели выпускаются на напряжения:

при мощности от 0,025 до 0,37 кВт – 220, 380 В;

при мощности от 0,55 до 11,0 кВт – 220, 380 и 660 В;

при мощности свыше 11,0 кВт – 380/660 В.

Основное исполнение предусматривается на частоту 50 Гц, для поставок на экспорт выпускается модификация на частоту 60 Гц.

Двигатели всех высот оси вращения выпускаются с = 2 и 4, начиная с высоты 63 мм и выше – также с = 6, а с высоты 71 мм и выше – с = 8. Кроме того, крупные двигатели выпускаются с = 10 и 12.

3.2.Главные размеры и электромагнитные нагрузки ад

К главным размерам АД относятся внутренний диаметр статора и его расчетная длина . К электромагнитным нагрузкам относятся индукция в воздушном зазоре и линейная нагрузка .

На основании выражения для электромагнитной мощности АД:

и используя выражения для ЭДС обмотки статора:

тока статора:

и магнитного потока:

а также учитывая, что частота сети:

полюсное деление:

можно получить выражение для коэффициента использования :

- число пар полюсов; - частота вращения; - коэффициент полюсного перекрытия; - коэффициент формы поля; - обмоточный коэффициент первой гармоники; - число витков фазы обмотки статора.

Физический смысл коэффициента использования - электромагнитный момент, развиваемый в единице объема активной части АД.

Как следует из выражения для коэффициента использования, если при проектировании заданы мощность и частота вращения АД, объем и масса материалов двигателя зависят от произведения электромагнитных нагрузок. Однако характеристики АД в большой степени зависят от их отношения. Например, намагничивающий ток АД:

где - суммарная МДС магнитной цепи на пару полюсов.

где - коэффициент насыщения магнитной цепи; - воздушный зазор.

Номинальный ток статора:

Относительное значение намагничивающего тока АД:

Следовательно, с увеличением отношения намагничивающий ток увеличивается, что приводит к снижению коэффициента мощности АД. Кроме того, с увеличением числа полюсов (уменьшением полюсного деления) увеличивается, следовательно, коэффициент мощности уменьшается.

Кроме того, максимальный момент АД:

где - индуктивное сопротивление короткого замыкания;

Коэффициент удельной магнитной проводимости для заданной машины можно считать практически постоянным, поэтому:

Таким образом, при увеличении индукции в воздушном зазоре увеличиваются потери в стали и насыщение магнитной цепи, что приводит к росту намагничивающего тока и уменьшению коэффициента мощности.

Стремление повысить линейную нагрузку приводит к увеличению потерь на единицу охлаждаемой поверхности, т. е. к увеличению нагрева машины, и к увеличению индуктивного сопротивления короткого замыкания, т.е. к снижению максимального момента.

Кроме того, широкая вариация электромагнитных нагрузок при сохранении , может привести к нарушению экономически целесообразного соотношения между электрическими и магнитными потерями.

Из выражения для коэффициента использования можно определить объем ротора, который для заданных номинальных данных АД остается практически постоянным. Задавая различные значения внутреннего диаметра статора, для каждого из них можно получить свое значение его расчетной длины. Критерием правильности выбора главных размеров служит величина

Оптимальное значение зависит от полюсности АД. С увеличением :

увеличивается трудоемкость изготовления АД;

снижается эксплуатационная надежность;

увеличивается расход меди, алюминия, изоляционных материалов;

снижается расход конструкционных материалов и общая масса;

уменьшается момент инерции ротора.