База знаний студента. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

Проектирование двухскоростного асинхронного двигателя для привода деревообрабатывающих станков — Технология

Содержание

Лист.

Введение 1

1. Электромагнитный расчёт 3

1.1. Выбор главных размеров 3

1.2. Определение числа пазов, числа витков и провода 4

обмотки статора

1.3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора 6

и воздушного зазора

1.4. Расчёт ротора 7

1.5. Расчёт магнитной цепи для 2р=2 9

1.6. Параметры рабочего режима для 2р=2 12

1.7. Расчёт потерь для 2р=2 15

1.8. Расчёт магнитной цепи для 2р=4 17

1.9. Параметры рабочего режима для 2р=4 19

1.10. Расчёт потерь для 2р=4 21

1.11. Расчёт рабочих характеристик для 2р=4 23

1.12. Расчёт пусковых характеристик для 2р=2 24

без учёта эффекта вытеснения тока и насыщения

1.13. Расчёт пусковых характеристик для 2р=2 с учётом 27

влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

1.14. Расчёт пусковых характеристик для 2р=4 32

без учёта эффекта вытеснения тока и насыщения

1.15. Расчёт пусковых характеристик для 2р=4 с учётом 34

влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

2. Тепловой расчёт 38

3. Механический расчёт вала 41

4. Технологический процесс 47

изготовления обмотки статора

4.1. Основные технологические операции 47

4.2. Стандартизация 53

5. Шум и вибрация электрических машин 56

6. Техника безопасности 70

6.1. Вопросы обеспечения техники безопасности 70

при изготовлении обмотки статора

6.2. Электробезопасность при эксплуатации электродвигателя 74

6.3. Пожарная безопасность 80

при эксплуатации электродвигателя

7. Экономический расчёт 83

7.1. Описание конструкции 83

7.2. Структурно-функциональный анализ 83

асинхронного двигателя

7.3. Определение себестоимости и оптовой цены 89 спроектированного двигателя

7.4. Определение экономической эффективности 94

7.5. Определение экономического эффекта 97

Заключение 100

Литература 101

Приложение:

тех. задание на дипломное проектирование – 2л.

спецификация – 1л.

Введение

Асинхронные двигатели в силу ряда достоинств (относительная дешевизна, высокие энергетические показатели, простота обслуживания) являются наиболее распространёнными среди всех электрических машин. Они – основные двигатели в электроприводах практически всех промышленных предприятий.

Рассматриваемый в данной дипломной работе двигатель – многоскоростной, а именно – двухскоростной. Многоскоростные двигатели обычно выполняются с короткозамкнутым ротором. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором проще по устройству и обслуживанию, а так де дешевле и легче в работе, относительно двигателей с фазным ротором.

Многоскоростные двигатели применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в грузовых и пассажирских лифтах, для приводов вентиляторов и насосов, и в ряде других случаев. Область применения таких двигателей очень широка. Проектируемый двигатель используется в деревообрабатывающем производстве в приводах деревообрабатывающих станков. Деревообрабатывающие производства относятся к помещениям II класса по огнестойкости категории В (К категории В относятся производства связанные с обработкой твёрдых сгораемых веществ и материалов, а так же жидкостей с температурой возгорания выше 120ºС.), поэтому двигатель имеет закрытое исполнение IP44.

Наиболее часто применяются на практике полюснопереключаемые обмотки соотношением числа полюсов 1:2. Полюснопереключаемая обмотка для скоростей 1:2 выполняется, как правило, в виде двухслойной петлевой обмотки, так как однослойная обмотка даёт менее благоприятные кривые полей.

Каждая фаза обмотки с переключением числа пар полюсов в отношении 1:2 состоит из двух частей, или половин, с одинаковым количеством катушечных групп в каждой части.

Шаг обмотки при 2p₁ полюсах, как правило, выбирается равным полюсному делению при 2p₂ полюсах.

Удвоенное число полюсов получается при изменении направления тока в одной из двух частей каждой фазы, что делается путём переключения этих частей. Полюсное деление при этом будет равно половине полюсного деления при меньшем числе полюсов.

При переключении многоскоростной обмотки магнитные индукции на отдельных участках магнитной цепи в общем случае изменяются, что необходимо иметь ввиду при проектировании двигателя, чтобы, с одной стороны, добиться по возможности более полного использования материалов двигателя, а с другой стороны – не допустить чрезмерного насыщения цепи.

Масса и стоимость многоскоростных двигателей несколько больше, чем масса и стоимость обычных односкоростных асинхронных двигателей.

1. Электромагнитный расчёт

1.1. Выбор главных размеров

1. Высота оси вращения h=112мм

D_a=0,197м (см. табл. 9.8 «Проектирование электрических машин», под ред. И.П. Копылова)

2. Внутренний диаметр статора:

D=k_d*D_a=0,55*0,197=0,1084 м,

где k_d=0,55 (по табл. 9.9)

3. Полюсное деление τ:

τ=πD/2p=π*0,1084/2*1=0,1703 м

4. Расчётная мощность:

k_E=0,97 по рис. 9.20; η=0,86; Cos φ=0,86 по рис. 9.21a

5. Электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 9.22а:

А=24*10³ А/м; B_δ=0,75Тл.

6. Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки:

;

7. Расчётная длина магнитопровода:

[Ω=2πf/p=2π*50/1=314,2]; k_B=1,11.

8. Отношение

немного превышает рекомендуемое значение.

1.2. Определение Z₁, W и площади поперечного сечения провода обмотки статора

9. Предельное значение t_z₁ (по рис. 9.26):

t_z₁_max=0,016 м

t_z₁_min=0,013 м

10. Число пазов статора:

Принимаем Z₁=24, тогда q₁=Z₁/2pm=24/2*1*3=4

11. Зубцовое деление статора (окончательно):

12. Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии а=1):

13. Принимаем а=2, U_п=2*22=44

14. Окончательные значения:

число витков в фазе

линейная нагрузка

магнитный поток

для двухслойной обмотки двухскоростного асинхронного двигателя

индукция в воздушном зазоре

Значения А и B_δнаходятсяв допустимых пределах (см. рис. 9.22,a).

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

A по п.14 23,814*10³; (AJ₁)=140*10⁹ по рис. 9.27,а

16. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно),

17. Сечение эффективного проводника (окончательно):

принимаем n_эл=1, тогда q_эл=q_эф/n_эл=1,306 мм²

принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (см. приложение 3)

d_эл=1,32; q_эл=1,368; q_эф= n_эл*q_эл=1*1,368=1,368 мм²; dэл.из.=1,405 мм

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

1.3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

19. Принимаем предварительно по табл. 9.12

B_z1=1,9; B_a=1,55; тогда

k_c=0,95 по табл. 9.13 для оксидированной стали марки 2013.

20. Размеры паза в штампе:

b_ш1=3,5; h_ш1=0,545^о

21. Размеры паза в свету с учётом припуска на сборку:

площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки:

22. Коэффициент заполнения паза

Полученное значение k_з допустимо для механизированной укладки.

1.4. Расчёт ротора

23. Воздушный зазор

принимаем δ=0,5*10^-3м (по рекомендации табл. 9.9; Гольдверг «Проектирование электрических машин»)

24. Число пазов ротора.

Z₂=18 по табл. 9.18 со скосом пазов.

25. Внешний диаметр ротора

26. Длина магнитопровода

27. Зубцовое деление ротора

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, тк сердечник ротора непосредственно насаживается на вал

(по табл 9.19)

29. Ток в обмотке ротора.

где

пазы выполняются со скосом

; b_ск- скос пазов = t_Z2

30. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)

Плотность тока J₂ принимаем J₂=3*10⁶A/м²

31. Паз ротора определяем по рис. 9.40a

принимаем b_ш2=1,5мм; h_ш2=0,75мм; h’_ш2=0

- принимаем по табл. 9.12

; - дополнительная ширина зубца

Размеры паза

32. Уточняем ширину зубцов ротора

b^//₂ = π - b₂ = π- 6,8 = 7,8 мм

h_n₂= h_ш2 + + h₁ + = 0,75++ 6,6 + = 15,3 мм

b^//_Z₂ = b^/_Z₂ = 7,8 мм

Принимаем b₁ = 9,1 мм; b₂ = 6,8 мм; h₁ = 6,6 мм

33. Площадь поперечного сечения стержня:

q_c = = (9,1²+6,8²) + (9,1+6,8) ?6,6 = 103,15 ?10^-6 м²

Плотность тока в стержне

J₂ = I₂/q_c = 310,26/103,15 ?10^-6 = 3?10⁶ А/м

Плотность тока не изменилась.

34. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения кольца.

q_кл = = = 350,33 мм²

I_кл = = = 893,35 А

?= 2sin = 2sin = 2sin = 0,3473

I_кл = 0,85 ?I₂ = 0,85 ? 3 ?10⁶ = 2,55 ?10⁶ А/м²

Размеры короткозамыкающих колец

h_кл = 1,25 h_n₂ = 1,25 ? 15,3 = 19,125 мм

b_кл = q_кл/ h_кл = 350,33/19,125 = 18,32 мм

q_кл = h_кл ? b_кл = 19,125 ?18,32 = 350,37 мм²

D_к.ср = D₂ - h_кл = 107,4-19,125 = 88,275 мм

1.5. Расчет магнитной цепи для 2р= 2

Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

35. Магнитное напряжение воздушного зазора

F_δ = = = 724,62 А

К_δ = К_δ1 ? К_δ2 = 1,168? 1,031 = 1,204

К_δ1 = = = 1,168

j₁ = = = 4,083

36. Магнитное напряжение звуковой зоны статора

F_Z₁ = 2h_Z₁ ? H_Z₁ = 2 ?16,46 ?10^-3 ? 1950 = 68,14 А

где h_Z₁ = h_n₁ = 16,46 (см. п. 20 расчета)

H_Z₁ = 1950 А/м

Расчетная индукция в зубцах

В^/_Z₁ = = = 1,9

Найдем расчетную напряженность методом последовательных приближений по формулам:

В^/_Z_Х = В_Z_Х+ М₀Н_ZX ? K_nx = В_Z_Х+ 4π?10^-7? Н_ZX? K_nx

K_nx = = = 1,915

где b_nx = = = 10,825 мм

b_zx = b_z₁ = 5,95 мм

1,9 = 1,88+2,41 ? 10^-6 ?1950 = 1,885

Полученная точность расчета удовлетворяет требованиям, поэтому принимаем Н_ZX = 1950А/м.

37. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора.

F_Z₂= 2h_z₂? Н_Z₂ = 2?14,62 ?10^-3?1980 = 57,9 А

h_z₂ = h_n₂ -0,1 b = 15,3-0,1?6,8 = 14,62

В_Z₂ = = = 1,9

К_с2 = 0,95

В^/_Z_2х = В_Z_2х+ М₀Н_Z₂_X ? K_n₂_x = В_Z_2Х+ 4π?10^-7? Н_Z₂_X? K_n₂_x

K_nx = = = 1,073

b_n₂_x = = = 7,95 мм

b_z₂_x = b_z₂ = 7,8 мм

В^/_Z_х = В_Z_х+ 1,35 ? 10^-6 ? Н_ZX

1,9 = 1,885 +1,35 ? 10^-6 ?1980

Н_Z₂_X = 1980 А/м

Полученная точность расчета удовлетворяет требованиям, поэтому принимаем Н_ZX = 1950 А/м.

38. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

К_Z = 1+ = 1 + = 1,174

39. Магнитное напряжение ярма статора

F_a = L_a ?H_a = 265,7 ?10^-3? 630 = 167,391 А

L_a = π = π = 265,7 ? 10^-3 м

Н_а = 630 А/м; В_а= 1,55 Тл

В_а= = = 1,55 Тл

39. Магнитное напряжение ярма статора

F_a=L_a?H_a=265,7?10^-3?630=167,391A

L_a = π = π = 265,7?10^-3 м

H_a=630A/м

40. Магнитное напряжение ярма ротора

F_j = L_j ?H_j = 95,9 ?10^-3? 440 = 42,2 А

L_j = π = π = 95,9?10^-3 м

h_j= = = 15,745 мм

h_j= = = 30 мм

В_j= = = 1,44 Тл

Н_j = 440 А/м по табл. П1..6.

41. Магнитное напряжение на пару полюсов.

F_ц = F_δ+F_z₁+F_z₂ + F_a + F_j = 724,62+68,14+57,9+167,391+42,2+1060,251 А

42. Коэффициент насыщения магнитной цепи.

К_μ = F_ц/ F_δ= 1060,251/724,62 = 1,463

43. Намагничивающий ток

= = = 5,873 А

Относительное значение

I_μ_* = I_μ/ I_1ном = 5,873 / 15,36 = 0,3824

1.6. Параметры рабочего режима для 2р=2

44. Активное сопротивление обмотки статора

r₁= K_Rρ₁₁₅= = 0,522 Ом

K_R =1; ρ₁₁₅ = 10^-6/41 Ом?м для медных проводников;

для класса непревостойкости изоляции F_υ_расч = 115⁰С.

Длина проводников фазы обмотки:

L₁ = _ср?W₁ = 0,6654 ? 88 = 58,86 м

_ср = 2(_n₁+_л1) = 2(0,1754 +

_n₁ = ₁ = 0,1754 м; _n₁ = К_л ? b_кт ? 2В = 1,2 ?0,11441 + 2?0,01= 0,1573 м;

b_кт = π= π= 114,41 мм

_выл = К_выл ? b_кт +В = 0,26?0,11441+0,01 = 39,747 мм

где В = 0,01 м по табл. 9.23; К_л = 1,2

Относительное значение r₁

r_1* = r₁₌0,522 = 0,0364

45. Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора:

r₂ = r_с+ = 82,95?10^-6+2= 118,6?10^-6 Ом

r_с = ρ₁₁₅₌=82,95?10^-6Ом

K_R = 1; ρ₁₁₅ = 10^-6/20,5 (Ом?м) для алюминиевой обмотки ротора.

r_кл= ρ₁₁₅= = 2,15?10^-6 Ом

Приводим r^/₂ к числу витков обмотки статора

r^/₂ = r₂ = 118,6?10^-6?= 0,3682

Относительное значение

r^/_2* = r^/₂ = 0,3682 = 0,0257

46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора.

X₁ = 15,8 = 15,8 ? ?(0,9926+0,7266+2,544) = 1,144 Ом

λ_n₁ = = ? 0,625 = 0,9926

h₂ = h^/_n_.к - 2b_из = 13,06-2? 0,3 = 12,46 мм;

h_к= 0,5(b₁ – b_ш1_ = 0,5 (9,1-3,5) = 2,8 мм

β = у_расч/ τ = 7/12; при укорочении 1/3 ≤β≤2/3

К^/_β = 0,25 (6β-1) = 0,25 (6-1) = 0,625

К_β = 0,25 (1+3? К^/_β) = 0,25 (1+3?0,625) = 0,7187

?^/_δ = ?_δ = 0,1754 м; h₁ = 0 (проводники закреплены пазовой крышкой)

λ_л1 = 0,34 = 0,34= 0,7266;

где ?_л1 = 0,1573 м

λ_д1 = ?ξ = = 2,544

ξ = 2К^/_ск?К_β– К²_об1()²?(1+β²_ск)= 2?2,3?0,71875-0,7598²?1,32²(1+1²) = 1,2944

(t_Z₂/t_Z₁ = 18,74/14,2 = 1,32 по рис. 9.51(д) К^/_ск = 2,3; β_ск = 1)

Относительное значение

Х_1* = Х₁= 1,144 = 0,08

47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора.

X₂ = 7,9 f₁??^/_δ= 7,9?50?0,1754? (1,2376 + 0,1387 + 2,6 + +0,8866) = 337?10^-6 Ом

где по табл. 9.27 (см. рис. 9.52а)

λ_n₂=[]?K_д+= [] ?1+= 1,2376

h₀ = h₁ + 0,4b₂ = 6,6 + 0,4? 6,8 = 9,32 мм;

q_c = 103,15 мм²

К_д = 1

λ_л2 = = = 0,1387

λ_д2 = ?ξ = = 2,6

При Z₂/p≥10 можно принять ξ =1

γ_ск = β_ск= 1?= 0,69813

К_ск = = = 0,9798

λ_ск = (t_Z₂ ?β²_c_к)/ (12К_δ?К_μ) = (18,74?1²) / (12?1,204?1,463) = 0,8866

β_c_к = 1; К_μ = 1,463

Приводим Х₂ к числу витков статора

Х^/₂ = Х₂= 337?10^-6?= 1,046 Ом

Относительное значение

Х^/_2* = Х^/₂ = 1,046= 0,073

1.7. Расчет потерь для 2р=2

48. Потери в стали основные

Р_{ст. осн} = ρ_{1,0 150} ()^β? (K_да ? В²_а ? m_a + K_д_Z ? В²_Z₁ ? m_Z₁) = 2,5?()^1,6? (1,6?1,55²?19,23 +1,8?1,9²?3,055) = 234,43 Вт

[ρ_{1,0 150} = 2,5 Вт/кг для стали 2013 по табл.9.28]

m_a = π(D_a-h_a) ?h_a ??_ст1?К_с1? γ_с = π(0,197-0,02784) ?0,02784 0,1754?0,95? 7,8?10³ = 19,23 кг.

γ_с = 7,8 ?10³ кг/м³ – удельная масса стали

K_да = 1,6; K_д_Z = 1,8; В_Z₁ = 1,9 Тл; В_а = 1,55 Тл

m_Z₁ = h_Z₁ ?b_Z_1ср?Z₁ ??_ст1 ? К_с1? γ_с = 16,46 ?10^-3?5,95?10^-3?24?0,1754?0,95? 7,8?10³ = 3,055кг

где b_Z_1ср = 5,95 мм = b_Z₁

49. Поверхностные потери в роторе

Р_пов2= р_пов2(t_Z₂- b_ш2)?Z₂??_ст2 = 518,831?(18,74-1,5)?10^-3?18?0,1754= 28,24 Вт

р_пов2 = 0,5К_0,2()^1,5 (В_0,2 ?t_Z₁?10³)² = 0,5?1,5()^1,5(0,4214 ? 0,0142 ?10³)² = 518,831 Вт/м²,

где К_0,2 = 1,5 В_δ = 0,7563 Тл

В_0,2 = β_0,2 ?К_δ? В_δ = 0,35? 1,204 ? 0,7563 = 0,4214 Тл

β_0,2 = f(b_Ш1/δ) = 50(3,5/0,5) = 350 мм = 0,35 м

50. Поверхностные потери в статоре.

Р_пов1= р_пов1(t_Z₁- b_ш1)?Z₁??_ст1 = 61,67?(14,2-3,5)?10^-3?24?0,1754= 2,78 Вт

р_пов1 = 0,5К_0,1()^1,5 (В_0,1?t_Z₂?10³)² = 0,5?15()^1,5(0,1366 ? 0,01874 ?10³)² = 61,67 Вт/м²

В_0,1 = β_0,1 ?К_δ? В_δ = 0,15? 1,204 ? 0,7563 = 0,1366 Тл

β_0,1 = f(b_Ш2/δ) = 50(13,5/0,5) = 150 мм = 0,15 м

51. Пульсационные потери в зубцах ротора.

Р_пул2 = 0,11()²m_Z₂ = 0,11()² ? 2,668 = 16,3 Вт/м²

В_пул2 = = = 0,1035 Тл

В_Z_2ср = 1,9 (п.37 расчета); γ₁= 4,083 (п.35 расчета)

m_Z₂ = Z₂ ?h_Z₂ ? b_Z_2ср ??_ст2 ? К_с2 ? γ₂ = 18 ? 14,62?10^-3 ?7,8?10^-3 ?0,1754 ?0,95 ?7,8?10³ = 2,668 кг

52. Пульсационные потери в зубцах статора.

Р_пул1 = 0,11()²m_Z₁ = 0,11()² ? 3,055 = 1,385 Вт

В_пул1 = = = 0,0376

γ₂ = = = 1,125

53. Сумма добавочных потерь в стали

Р_{ст. доб.} = Р_пов1 + Р_пул1+ Р_пов2 + Р_пул2 = 2,78 +1,385+28,24+16,3 =48,705 Вт

54. Полные потери в стали

Р_ст. = Р_{ст. осн.} + Р_{ст. доб} = 234,43 + 48,705 = 283,135 Вт

55. Механические потери

Р_мех = К_т()² ? (10?D_вент)³ = 2,9 ()² ?(10?0,197)³ = 199,544 Вт

К_т = 2,9 (для двигателей с аксиальной системой вентиляции),

где D_вент≈ D_а, D_вент – наружный диаметр вентилятора.

56. Холостой ход двигателя.

I_Х.Х. = = = 5,93 А

I_Х.Х.а = = = 0,8132 А

Р_э1хх = m? I²_μ?r₁ = 3?5,873² ?0,522 = 51,0146 Вт

I_Х.Х.р ≈ I_μ = 5,873 А

Cosφ_x_._x_. = I_Х.Х.а / I_Х.Х. = 0,8132 / 5,03 = 0,1371

1.8. Расчет магнитной цепи для 2р=4

57. Магнитное напряжение воздушного зазора.

F_δ = = = 681,314 А

В_δ= = = 0,7111

= = = 6,76 ?10^-3 Вб

58. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

F_Z₁ = 2h₁ ? H_Z₁ = 2?16,46 ?10^-3 ?1450 = 47,73 А

H_Z₁ = 1450 А/м

В^/_Z₁ = = = 1,786

Принимаем В_Z₁ = 1,786 Тл, проверяем соотношение В^/_Z₁и В_Z₁

1,786 = 1,784 +2,41? 10^-6?1450 = 1,787

Полученная точность расчета удовлетворяет требованиям, поэтому принимаем H_Z_х = 1450 А/м

59. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора.

F_Z₂ = 2h_Z₂ ? H_Z₂ = 2?14,62 ?10^-3 ?1500 = 43,86 А

H_Z₁ = 1500 А/м

В_Z₂ = = = 1,798 ≈ 1,8

1,8 = 1,795 + 1,35 ? 10^-6 ? 1500 = 1,797

Полученная точность расчета удовлетворяет требованиям, поэтому принимаем H_Z₁ = 1500 А/м

60. Коэффициент насыщения зубцовой зоны.

К_z = 1+ = 1+ = 1,14

61. Магнитное напряжение ярма статора.

F_a = L_a ?H_a = 132,858 ?10^-3? 106 = 14,083 А

L_a = π = π = 132,858 ? 10^-3 м

Н_а = 106 А/м;

В_а= = = 0,73

62. Магнитное напряжение ярма ротора.

F_j = L_j ?H_j = 47,95 ?10^-3? 231 = 11,076 А

L_j = π = π = 47,95?10^-3 м

h_j= 15,745?10^-3 м

h^/_j= = = 18?10^-3 м

В_j= = = 1,127 Тл

Н_j= 231 А/м

63. Магнитное напряжение на пару полюсов.

F_y=F_δ+F_Z₁+F_Z₂+F_a+F_j=681,314+47,73+43,86+14,083+11,076=798,063 А.

64. Коэффициент насыщения магнитной цепи.

k_м=F_y/ F_δ=798,063/681,314=1,1714

65. Намагничивающий ток.

I_м===4,157 А.

Относительное значение.

I_м*===0,5413

1.9. Параметры рабочего режима для 2р=4

66. Активное сопротивление обмотки статора.

r₁=k_R?ρ₁₁₅₌1??=2,088 Ом.

k_R=1

L₁=l_ep?w₁=06654?176=117,11 м.

l_с_p₁=0,6654 м; l_n₁=l₁=175,4 мм=0,1757 м; l_л1=0,1573 м

Относительное значение

r_1*=r₁=2,088=0,073.

67. Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора.

r₂= r_с+2= 82,65?10^-6+2=92,14?10^-6 Ом.

r_с = 82,65?10^-6 Ом; r_кл = 2,15 ?10^-6 Ом

?²= 2 sin = 2sin = 0,684

Приводим r₂ к числу витков обмотки статора

r^/₂ = r₂= 92,14?10^-6 = 1,294

Относительное значение

r^/_2*= r^/₂=1,294= 0,0452

68. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора.

Х₁ = 15,8= 15,8 (1,121+ 0,2337 + 4,57) = 3,18 Ом

λ_n₁ = = =1,121

h₂ = 12,46 мм; h_к = 2,8 мм; h₁ = 0; К_β = К^/_β = 1

λ_л1 = 0,34= 0,34= 0,2337

λ_Д1 = ξ= = 4,57

ξ = 2?= 2?2,3?1-0,808²?(1,32)²(1+1²) = 2,325;

К^/_ск = 2,3; β_ск = 1; t_Z₂/ t_Z₁ = 1,32

Относительное значение

Х_1*= х₁ = 3,18= 0,111

69. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора.

Х₂ = 7,9= 7,9?50?0,1754 (1,2376+ 0,0358+ 2,6+ 1,1073) = 345,08 Ом

λ_n₂ = 1,2376 λ_Д2 = 2,6

λ_л2 = = = 0,0358

λ_ск = (t_Z₂ ?β²_c_к) / (12?К_δ ? К_?μ) = (18,74?1²) / (12?1,204 ?1,1714) = 1,1073

К_?μ = 1,1714

Приводим Х₂ к числу витков статора

Х^/₂ = х₂ = 345,08 ?10^-6 = 4,846

Относительное значение

Х^/_2*= х^/₂ = 4,846= 0,17

1.10. Расчет потерь для 2р=4

70. Потери в стали основные

Р_{ст. осн} = ρ_{1,0 150} ()^β?(K_да?В²_а?m_a+K_д_Z?В²_Z₁?m_Z₁)=2,5?()^1,6? (1,6?0,73²?19,23 + 1,8?1,786²?3,055) = 84,78 Вт

[ρ_{1,0 150} = 2,5 Вт/кг для стали 2013 по табл.9.28]

m_a = 19,23 кг; K_да = 1,6; K_д_Z = 1,8; В_Z₁ = 1,786 Тл; В_а = 0,73 Тл

m₁ = 3,055кг

71. Поверхностные потери в роторе

Р_пов2= р_пов2(t_Z₂- b_ш2)?Z₂??_ст2 = 92,8?(18,74-1,5)?10^-3?18?0,1754= 5,05 Вт

р_пов2 = 0,5К_0,2()^1,5 (В_0,2 ?t_Z₁?10³)² = 0,5?1,5()^1,5(0,2997 ? 0,0142 ?10³)² = 92,8 Вт/м²,

В_0,2 = β_0,2 ?К_δ? В_δ = 0,35? 1,204 ? 0,7111 = 0,2997 Тл

β_0,2 = f(b_Ш1/0,5) = 50(3,5/0,5)? 10^-3 = 0,35 м

72. Поверхностные потери в статоре.

Р_пов1= р_пов1(t_Z₁- b_ш1)?Z₁??_ст1 = 19,273?(14,2-3,5)?10^-3?24?0,1754= 0,87 Вт

р_пов1 = 0,5К_0,1()^1,5 (В_0,1?t_Z₂?10³)² = 0,5?15()^1,5(0,13?0,01874 ?10³)² = 19,273 Вт/м²

В_0,1 = β_0,1 ?К_δ? В_δ = 0,15? 1,204 ? 0,7111 = 0,13 Тл

β_0,1 = f(b_Ш2/δ) = 0,15 м

73. Пульсационные потери в зубцах ротора.

Р_пул2 = 0,11()²m_Z₂ = 0,11() ? 2,668 = 3,653 Вт

В_пул2 = = = 0,098 Тл

В_Z_2ср = 1,8 (п.59 расчета); γ₁= 4,083 m_Z₂ = 2,668 кг

74. Пульсационные потери в зубцах статора.

Р_пул1 = 0,11()²m_Z₁ = 0,11()² ? 3,055 = 0,307 Вт

В_пул1 = = = 0,0354

γ₂ = = 1,125

В_Z_1ср = 1,786 из п. 58 расчета m_Z₁ = 3,055 кг

75. Сумма добавочных потерь в стали

Р_{ст. доб.} = Р_пов1 + Р_пул1+ Р_пов2 + Р_пул2 = 0,87 +0,307+5,05+3,653 =9,88 Вт

76. Полные потери в стали

Р_ст. = Р_{ст. осн.} + Р_{ст. доб} = 84,78 + 9,88 = 94,66 Вт

77. Механические потери

Р_мех = К_т()² ? (10?D_вент)³ = 2,9 ()² ?(10?0,197)³ = 49,886 Вт

78. Холостой ход двигателя.

I_Х.Х. = = = 4,168 А

I_Х.Х.а = = = 0,301 А

Р_э1хх = m? I²_μ?r₁ = 3?4,157² ?1,044 = 54,123 Вт

Cosφ_x_._x_. = I_Х.Х.а / I_Х.Х. = 0,301 / 4,168 = 0,0722

1.11. Расчет рабочих характеристик для 2р=2

79. Параметры:

r₁₂ = = = 2,266 Ом

Х₁₂ = = - 3,18 = 34,28 Ом

С₁ = 1 + = 1+ = 1,093

Используем приближенную формулу, т.к. < 1⁰

γ = arctg= arctg = <1⁰

Активная составляющая тока синхронного холостого хода.

I₀_a = = = 0,5108 А

а^/= с²₁ = 1,093² = 1,195

а = с₁ ? r₁ = 1,093 ? 0,522 = 0,5705

b= с₁(х₁+с₁х^/₂) = 1,093(3,18+1,093?1,046) = 4,725 Ом

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения.

Р_ст + Р_мех = 283,135 + 199,544 = 482,679 Вт

80. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжения 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,0275; 0,03. После построения уточнения значение номинального скольжения S_ном = 0,0234.

Расчеты сведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1.

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение S
№ п/п	Расчетная формула	размерность	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,0275	0,03	S_ком = 0,0234
1	а^/r^/₂/S	Ом	78,353	39,18	26,12	19,56	15,67	14,246	13,06	16,742
2	R = a+ а^/r^/₂/S	Ом	78,89	39,714	26,654	20,124	16,205	14,78	13,594	17,276
3	X= b+ b^/r^/₂/S	Ом	2,293	2,293	2,293	2,293	2,293	2,293	2,293	2,293
4	Z =	Ом	78,92	39,78	26,8	20,254	16,37	14,957	13,79	17,428
5	I^//₂ = U₁_ном/Z	А	2,79	5,53	8,209	10,862	13,44	14,709	15,954	12,623
6	Cosφ^/₂ = R/Z	-	0,9996	0,999	0,9946	0,9936	0,9899	0,9882	0,9858	0,9913
7	Sin φ^/₂ = X/Z	-	0,0291	0,058	0,0856	0,1132	0,1401	0,1533	0,1633	0,13157
8	I_1a = I_0a + I^//₂ cosφ^/₂	А	3,226	5,962	8,602	11,23	13,74	14,97	16,165	12,95
9	I_1p = I_0p + I^//₂ sinφ^/₂	А	5,954	6,194	6,576	7,103	7,756	8,13	8,526	7,534
10	I₁ =	А	6,772	8,597	10,83	13,29	15,78	17,04	18,28	14,983
11	I^/₂ = c₁ ?I^//₂	А	2,878	5,705	8,468	11,204	13,863	15,172	16,457	13,021
12	Р₁ = 3 ?U_1номI_1a10^-3	кВт	2,13	3,935	5,68	7,412	9,07	9,882	10,67	8,547
13	P_э1 = 3? I²₁r₁ ?10^-3	кВт	0,072	0,116	0,1837	0,2766	0,39	0,455	0,5233	0,3515
14	P_э₂ = 3?(I^/₂)²r^/₂ ?10^-3	кВт	0,0092	0,036	0,0792	0,1387	0,2123	0,2543	0,2992	0,1873
15	P_доб = 0,005 ?Р₁	кВт	0,01065	0,0198	0,0284	0,03706	0,04535	0,04941	0,05335	0,04274
16	∑Р = Р_ст+Р_мех+Р_э12+ Р_э1+Р_доб.	кВт	0,5744	0,6544	0,7739	0,935	1,13025	1,2413	1,3584	1,0642
17	Р₂ = Р₁ - ∑Р	кВт	1,556	3,28	4,91	6,48	7,94	8,641	9,312	7,483
18	η = 1- ∑P / P₁	-	0,7303	0,8337	0,864	0,874	0,8754	0,8744	0,8727	0,8755
19	Cos φ = I_1a/ I₁	-	0,4704	0,6935	0,7943	0,845	0,8708	0,8787	0,8843	0,8644

1.12. Расчет пусковых характеристик для 2р = 2

а) расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния).

81. Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

ξ = 2πhc= 63,61hc = 63,61?14,55?10^-3 = 0,9255

h_c = h_n₂ – (h_Ш2 +h^/_Ш) = 15,3 –(0,75+0) = 14,55 мм

по рис. 9.57 для ξ = 0,9255 находим φ= 0,89?ξ⁴, т.к. ξ<1

r^/_a = r_c = 82,95?10^-6Ом

φ= 0,89?0,9255⁴ = 0,65306

Глубина проникновения тока

h_r = = = 8,8 мм

К_Д = φ^/ = 0,96 (по рис. 9.58 для ξ = 0,9255 φ^/ = 0,96)

так как (0,5?9,1) ≤ 8,8 ≤ (6,6 +9,1?0,5)

q_r = = = 68,05 мм²

b_r = b₁ - = 9,1 - = 7,62

К_r = q_c/ q_r = 103,15 / 68,05 = 1,516

К_R = 1+ = 1+ = 1,361

r₂ = 118,6?10^-6 Ом; r_с = 82,95 ?10^-6Ом;

r^/₂ξ = К_R? r^/₂ = 1,361?0,3682 = 0,5011Ом

82. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

(по рис. 9.58) для ξ = 0,9255 φ^/ = К_Д = 0,96

К_х = = = 0,9926

λ_n₂ξ = λ_n₂- Δλ_n₂ ξ= 1,2376-0,029506 = 1,208

Δλ_n₂ ξ= λ^/_n₂ (1-К_Д) = [] (1-К_Д) =

= [] (1-0,96) = 0,029506

Х^/₂ξ = Х^/₂ ?К_х = 1,046 ? 0,9926 = 1,03826

83. Пусковые параметры

Х₁₂_n = K_μ ? X₁₂ = 1,463?36,316 = 53,13

Х₁₂ = -Х₁ = -1,144 = 36,316

С₁_n = 1+ = 1+ = 1,0215

84. Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока для S= 1

R_n = r₁ +c₁_n?r^/₂ξ / S = 0,522 +1,0215?0,5011/1 = 1,034

Х_n = X₁+c₁_n? X^/₂ξ= 1,144+1,0215?1,03826 = 2,2046

I^/₂_n = = = 90,35 А

I₁_n = I^/₂ = 90,35= 92,135

Результаты расчетов для S= 1 и других скольжений сведены в табл. 1.2., 1.3

Таблица 1.2

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение S
№ п/п	Расчетная формула	размерность	1	0,8	0,5	0,2	0,1	S_ком = 0,3449
1	ξ=2πh_c	-	0,9255	0,828	0,6544	0,41	0,2927	0,5435
2	φ (ξ)	-	0,65306	0,4183	0,1633	0,0261	0,0065	0,0777
3	h_r =h_c / (1+φ)	мм	8,8	10,26	12,51	14,18	14,456	13,501
4	K_r = q_c /q_r	-	1,516	1,31	1,097	1	1	1,0314
5	K_R = 1 + ( K_r -1)	-	1,361	1,217	1,068	1	1	1,022
6	r^/₂ξ = K_R ?r^/₂	Ом	0,5011	0,4481	0,3932	0,3682	0,3682	0,3763
7	K_Д = φ^/(ξ)	-	0,96	0,965	0,97	0,98	0,99	0,975
8	λ_n2ξ = λ_n2 – Δλ_n2ξ	-	1,21	1,212	1,2155	1,223	1,2302	1,21916
9	K_x = Σλ₂ξ/Σλ₂	-	0,9926	0,9936	0,9944	0,9963	0,9981	0,99536
10	X^/₂ξ = K_x ? X^/₂	Ом	1,0383	1,039	1,04	1,042	1,044	1,041
11	R_n = r₁ +c_1n	Ом	1,034	1,094	1,3254	2,403	4,283	1,6365
12	X_n = x₁ + c_1n?x^/₂ξ	Ом	2,2046	2,20534	2,20636	2,2084	2,21045	2,2074
13	I^/_2n =	А	90,35	89,363	85,475	67,415	45,644	80,062
14	I_1n=I^/_2n	А	92,135	91,131	87,176	68,804	46,682	81,67

Таблица 1.3

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение S
№ п/п	Расчетная формула	размерность	1	0,8	0,5	0,2	0,1	S_ком = 0,3449
1	К_нас =	-	1,3	1,25	1,2	1,15	1,1	1,18
2	F_{n cp} = 0,7		2524,985	2401,414	2205,307	1668,02	1082,513	2031,587
3	В= F_n ?c_p?10^-6/(1,6?δ?C_n)	Тл	3,33	3,17	2,908	2,2	1,43	2,68
4	K_δ = f (B_фδ)	-	0,66	0,7	0,74	0,85	0,93	0,78
5	С₁= (t_z1 –b_ш1)(1-К_δ)	мм	3,638	3,21	2,782	1,605	0,749	2,354
6	λ_n_1нас = λ_n₁ – Δλ_n_1нас	-	0,7442	0,7623	0,7824	0,8505	0,9168	0,8047
7	λ_Д1нас = К_δ ? λ_Д1	-	1,679	1,781	1,883	2,162	2,366	1,984
8	X_1нас = x₁ Σλ_1нас/Σλ₁	Ом	0,8452	0,8774	0,9101	1,0035	1,076	0,9434
9	С₁_n_нас = 1+ Х_1нас/Х₁₂_n	-	1,016	1,0165	1,01713	1,0189	1,0203	1,01776
10	С₂ = (t_z₂ –b_ш2)(1-К_δ)	мм	5,862	5,172	4,482	2,586	1,207	3,793
11	λ_n_2насξ = λ_n₂ξ – Δλ_n_2нас	-	0,8119	0,8244	0,8409	0,9066	1,0072	0,8609
12	λ_Д2нас = К_δ ? λ_Д2	-	1,716	1,82	1,924	2,21	2,418	2,028
13	X^/_2насξ = X^/₂ ΣХ_2насξ/ Σλ₂	Ом	0,7015	0,7321	0,7638	0,8563	0,9375	0,7964
14	R_n_нас = r₁ +c_1n_нас r^/₂ξ/S	Ом	1,031	1,091	1,322	2,398	4,279	1,632
15	X_n_нас= X_1нас+ С₁_n_нас? X^/_2насξ	Ом	1,558	1,622	1,687	1,876	2,0325	1,754
16	I^/₂_нас = U₁/	А	117,754	112,552	102,646	72,262	46,445	91,816
17	I_1n_нас= I^/₂_нас	А	119,32	1144,127	104,152	73,496	47,407	93,233
18	К^/_нас = I₁_нас/ I_1n	-	1,29	1,25	1,195	1,068	1,0155	1,1416
19	I_1* = I₁_нас/ I₁_ном	-	7,965	7,62	6,953	5	3,165	6,224
20	M_* = ()²K_R ?		2,605	2,66	3,106	3,603	2,977	3,45

1.13. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения полей рассеяния для 2р= 2

Расчет проведен для точек характеристик соответствующих

S = 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1; S_кр = 0,3449

S_кр = = = 0,3449

85. Индуктивное сопротивление обмоток.

Принимаем К_нас = 1,3

F_n_.ср = =

= 0,7(0,625 + 0,7343 ? 0,7598) = 2524,985 А

С_N = 0,64+2,5 = 0,64+2,5= 0,948

В_Фδ = = = 3,33 Тл

по рис. 9.61 для В_Фδ = 3,33 Тл К_δ = 0,66

С_э1 = (t_Z₁+b_Ш1)(1-К_δ) = (14,2-3,5)(1-0,66) = 3,638 мм

Δλ_n_1нас = = = 0,2484

[h_к = = = 2,8 мм]

Δλ_n_1нас = λ_n₁- Δλ_n_1нас = 0,9926 – 0,2484 = 0,7442

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

λ_Д1нас = λ_Д1 ?К_δ = 2,544 ? 0,66 = 1,679

Х_1нас = Х₁ = Х₁=

= 1,144 = 0,8452

Х_1нас – индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения.

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

Δλ_n_2нас = = = 0,3981

С_э2 = (t_Z₂+b_Ш2)(1-К_δ) = (18,74 - 1,5)(1-0,66) = 5,8616 мм

λ_n_2насξ = λ_n₂ξ - Δλ_n_2нас = 1,21 – 0,3981 = 0,8119

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения:

λ_Д2нас = λ_Д2 ? К_δ = 2,6 ? 0,66 = 1,716

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

Х^/₂ξ = Х^/₂ = Х^/₂ =

₌= 0,7015

С₁_n_кас = 1 + = = 1,016

86. Расчет токов и моментов.

R_n = r₁ + C₁_n_нас ;

R_n = 0,522 + 1,016 = 1,0311 Ом

Х_n = Х_{1 нас} + С₁_n_нас ? Х^/_2насξ = 0,8452 + 1,016 ?0,7015 = 1,558 Ом

I^/_2нас = = = 117,754 А

I₁_n_нас = I^/_2нас =

= 117,754= 119,32 А

Кратность пускового тока с учетом влияния вытеснения тока и насыщения.

I_n_*= = = 7,965

Кратность пускового момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения.

μ_n_* = ()² ?К_R = ()² ?1,361 = 2,605

Полученный в расчете коэффициент насыщения

К^/_нас = = = 1,29

Отличается от принятого от 0,77%, что удовлетворяет требованиям.

Принимаем при

S = 0,8 К_нас = 1,25

S = 0,5 К_нас = 1,2

S = 0,2 К_нас = 1,15

S = 0,1 К_нас = 1,1

S = 0,3449 К_нас = 1,18

Расчеты сведены в таблице 3.

87. Расчет рабочих характеристик для 2р = 4.

Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений

S = 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; S_ном = 0,038

Результаты расчета сведены в таблицу 1.4

Таблица 1.4

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение S
№ п/п	Расчетная формула	размерность	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	S_ком = 0,038
1	а^/r^/₂/S	Ом	29,095	145,48	97	72,74	58,191	48,5	41,565	36,37	38,282
2	R = a+ а^/r^/₂/S	Ом	293,164	147,694	99,214	74,954	60,405	50,714	43,78	38,584	40,496
3	X= b+ b^/r^/₂/S	Ом	8,64	8,64	8,64	8,64	8,64	8,64	8,64	8,64	8,64
4	Z =	Ом	293,291	147,973	99,59	75,45	61,02	51,445	44,62	39,54	41,41
5	I^//₂ = U₁_ном/Z	А	0,7501	1,487	2,21	2,916	3,6054	4,28	4,931	5,564	5,313
6	Cosφ^/₂ = R/Z	-	0,9996	0,9984	0,9962	0,9934	0,9899	0,9858	0,9812	0,976	0,9779
7	Sin φ^/₂ = X/Z	-	0,02946	0,0584	0,08676	0,1145	0,1416	0,168	0,1936	0,2185	0,2085
8	I_1a = I_0a + I^//₂ cosφ^/₂	А	1,0423	1,777	2,5	3,19	3,861	4,512	5,131	5,723	5,49
9	I_1p = I_0p + I^//₂ sinφ^/₂	А	4,1791	4,244	4,35	4,491	4,668	4,88	5,112	5,373	5,286
10	I₁ =	А	4,307	4,601	5,02	5,509	6,06	6,65	7,243	7,85	7,607
11	I^/₂ = c₁ ?I^//₂	А	0,7953	1,577	2,343	3,092	3,823	4,54	5,23	5,9	5,6334
12	Р₁ = 3 ?U_1номI_1a10^-3	кВт	0,688	1,173	1,65	2,1054	2,55	2,978	3,39	3,78	3,6234
13	P_э1 = 3? I²₁r₁ ?10^-3	кВт	0,1162	0,1326	0,1579	0,1901	0,23	0,277	0,3286	0,386	0,625
14	P_э₂ = 3?(I^/₂)²r^/₂ ?10^-3	кВт	0,0025	0,0097	0,02132	0,0371	0,057	0,08	0,1062	0,1351	0,1232
15	P_доб = 0,005 ?Р₁	кВт	0,00344	0,0059	0,00825	0,01053	0,01275	0,0149	0,01695	0,0189	0,01812
16	∑Р = Р_ст+Р_мех+Р_э12+ Р_э1+Р_доб.	кВт	0,2667	0,29272	0,33202	03823	0,4443	0,51645	0,5963	0,68455	0,64837
17	Р₂ = Р₁ - ∑Р	кВт	0,4213	0,8803	1,318	1,723	2,106	2,462	2,794	3,1	2,975
18	η = 1- ∑P / P₁	-	0,6124	0,7504	0,7988	0,8184	0,8258	0,8266	0,8241	0,8189	0,82106
19	Cos φ = I_1a/ I₁	-	0,242	0,3862	0,498	0,5791	0,6371	0,6785	0,7084	0,729	0,7217

1.14. Расчет пусковых характеристик для 2р=4

Расчет токов в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

88. Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

[υ_расч = 115 ⁰С, ρ₁₁₅ = 10^-6 / 20,5 Ом ?м, f₁ = 50 Гц]

ξ= = 63,61? h_c = 63,41 ?14,55 ? 10^-3 = 0,9255

h_c = 14,55 мм; r^/_c = r_c = 82,95 ?10^-6Ом

φ = 0,89 ?0,9255⁴ = 0,65306, так как ξ < 1

h_r = = = 8,8 мм

К_Д = φ^/ = 0,96 (по рис. 9.58 для ξ = 0,9255).

q_r = 68,05 мм² ,

где b_r = b₁ - (h_r - ) = 9,1 - (8,8-) = 7,62 мм

q_r = = = 68,05 мм²

К_r = q_c / q_r = 103,15 ? 10^-6/ 68,05 ?10^-6 = 1,516

К_R = 1 + ?( К_r-1) = 1 + (1,516-1) = 1,4645,

где r₂ = 92,14 ?10^-6 Ом

Приведенное сопротивление ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

r^/₂ξ = К_R ? r^/₂ = 1,465 ? 1,294 = 1,896

89. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока.

К_х = = = 0,9924

λ_n₂ξ = λ_n₂- Δ λ_n₂ξ = 1,238 – 0,0295 = 1,2085

Δ λ_n₂ξ = λ^/_n₂ (1-К_Д) = [] (1- К_Д) = 0,0295

х^/₂ξ = х^/₂ ? К_х = 4,85 ?0,9924 = 4,813

С₁_n = 1 + = 1+ = 1,0546

Х₁₂ = - х₁ = -3,18 = 49,743 Ом

Х₁₂_n = Х₁₂ = К_μ?х₁₂ = 1,1714 ?49,743 = 58,27 Ом

S_кр ≈ = = 16,46

90. Расчет токов с учетом влияния вытеснения тока.

R_n = r₁ + C₁_n ? r^/₂ξ / S = 2,088 + 1,0546 ?1,294 / 1 = 2,903

Х_n = х₁ + C₁_n ? х^/₂ξ = 3,18+ 1,0546 ?4,813 = 8,256

I^/₂_n = = = 25,14 А

I₁_n = I^/₂_n = 25,14 = 27,242 А

Подробный расчет приведен для S= 1.

Данные расчета остальных точек сведены в таблице 1.5.

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение S
№ п/п	Расчетная формула	размерность	1	0,8	0,5	0,2	0,1	S_ком = 0,1646
1	ξ= 63,61h_c	-	0,9255	0,828	0,6544	0,414	0,2927	0,3755
2	φ (ξ)	-	0,6531	0,4183	0,1632	0,0261	0,0065	0,0177
3	h_r =h_c (1+φ)	мм	8,8	10,26	12,51	14,18	14,46	14,3
4	K_r = q_c /q_r	-	1,516	1,31	1,1	1	1	1
5	K_R = 1 + ( K_r -1)	-	1,465	1,28	1,09	1	1	1
6	r^/₂ξ = K_R ?r^/₂	Ом	1,896	1,656	1,41	1,294	1,294	1,294
7	K_Д = φ^/(ξ)	-	0,96	0,965	0,97	0,98	0,99	0,985
8	λ_n2ξ = λ_n2 – Δλ_n2ξ	-	1,21	1,212	1,2155	1,223	1,2302	1,2265
9	K_x = Σλ₂ξ/Σλ₂	-	0,9924	0,9936	0,9944	0,9963	0,9981	0,9972
10	X^/₂ξ = K_x ? X^/₂	Ом	4,813	4,819	4,823	4,832	4,841	4,836
11	R_n = r₁ +c_1n	Ом	2,903	3,8	4,82	8,9	15,7	10,21
12	X_n = x₁ + c_1n?x^/₂ξ	Ом	8,256	8,077	8,08	8,091	8,1	8,095
13	I^/_2n =	А	25,14	24,646	23,38	18,3	12,453	16,9
14	I_1n=I^/_2n	А	27,242	26,653	25,31	19,94	13,821	18,466

1.15. Расчет пусковых характеристик с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния для 2р=4

91. Индуктивное сопротивление обмоток.

Принимаем К_нас = 1,05.

F_{пр. ср.}= (К^/_β+ К_у) =

= ?(1+1)= 1027,841 А

С_N = 0,64 +2,5= 0,948

В_Фδ = = = 1,355

по рис. 9.61 для В = 1,355 К_δ = 0,95

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

С_э1 = (t_Z₁ – b_ш1)(1-К_δ) = (14,2-3,5)(1-0,95) = 0,535

Δ λ_n_1нас = ? = = 0,08255,

где h_к = 2,8 мм

λ_n_1нас = λ_n₁- Δ λ_n_1нас = 1,121 -0,08255 = 1,038455

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

λ_Д1нас = λ_Д1 ? К_δ = 4,57 ?0,95 = 4,3415

94. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Х_1нас = Х₁ = 3,18= 3,013051

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

Δ λ_n_2нас = ? = = 0,1825

С_э2 = (t_Z₂ – b_ш2)(1-К_δ) = (18,44- 1,5)(1-0,95) = 0,862

λ_n_2насξ = λ_n₂ξ - Δ λ_n_2нас = 1,21 – 0,1825 = 1,02753

96. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом насыщения:

λ_Д2нас = λ_Д2 ? К_δ = 2,6 ?0,95 = 2,47

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

Х^/_2насξ = Х^/₂ = 4,846= 4,42054

С₁_n_нас = 1 + = 1 + = 1,05171

где Х₁₂= 58,27

98. Расчет токов и моментов:

R_n_нас = r₁ + C₁_n_нас = 2,088 +1,05171 = 4,082

Х_n_нас = Х_1нас + C₁_n_нас ? Х^/_2насξ = 3,013051+1,05171 ?4,42 = 7,662

I^/_2нас = = = 25,341 А

I₁_n_нас = I^/_2нас = 25,341 = 27,316

99. Краткость пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:

I_n_*= = = 3,6

100. Кратность пускового момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения.

μ_n_* = ()² ?К_R = ()² ?1,465 = 1,1265

101. Полученный в расчете коэффициент насыщения

К^/_нас = = = 1,025

Отличается от принятого К^/_нас = 1,05 на 0,5%, что удовлетворяет требованиям.

Для расчета других точек характеристики задаемся К_нас уменьшенным в зависимости от тока I₁.

Принимаем при

S = 0,8 K_нас = 1,04

S = 0,5 K_нас = 1,03

S = 0,2 K_нас = 1,02

S = 0,1 K_нас = 1,01

S _кр= 0,1646 K_нас = 1,0165

Данные расчета сведены в таблицу 1.6.

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение S
№ п/п	Расчетная формула	размерность	1	0,8	0,5	0,2	0,1	S_ком = 0,1646
1	К_нас =	-	1,05	1,04	1,03	1,02	1,01	1,0165
2	F_{n cp} = 0,7	А	1027,841	996,04	936,757	730,841	501,601	674,5
3	В= F_n ?c_p?10^-6/(1,6?δ?C_n)	Тл	1,355	1,313	1,235	0,9637	0,6614	0,8894
4	K_δ = f (B_фδ)	-	0,95	0,955	0,96	0,97	0,99	0,98
5	С₁= (t_z1 –b_ш1)(1-К_δ)	мм	0,535	0,4815	0,428	0,321	0,107	0,214
6	λ_n_1нас = λ_n₁ – Δλ_n_1нас	-	1,038455	1,046	1,0537	1,06957	1,10317	1,086042
7	λ_Д1нас = К_δ ? λ_Д1	-	4,3415	4,36435	4,3872	4,433	4,524	4,479
8	X_1нас = x₁ Σλ_1нас/Σλ₁	Ом	1,05171	1,052	1,052705	1,05284	1,054	1,05341
9	С₁_n_нас = 1+ Х_1нас/Х₁₂_n	-	3,01305	3,0294	3,0458	3,07881	3,146	3,1122
10	С₂ = (t_z₂ –b_ш2)(1-К_δ)	мм	0,862	0,7758	0,6896	0,5172	0,1724	0,3448
11	λ_n_2насξ = λ_n₂ξ – Δλ_n_2нас	-	1,0275	1,04155	1,05803	1,0948	1,17866	1,13305
12	λ_Д2нас = К_δ ? λ_Д2	-	2,47	2,483	2,496	2,522	2,574	2,548
13	X^/_2насξ = X^/₂ ΣХ_2насξ/ Σλ₂	Ом	4,4205	4,45435	4,49123	4,5698	4,7397	4,65014
14	R_n_нас = r₁ +c_1n_нас r^/₂ξ/S	Ом	4,082	4,2656	5,0566	8,89986	15,7268	10,37
15	X_n_нас= X_1нас+ С₁_n_нас? X^/_2насξ	Ом	7,66218	7,71535	7,774	7,89	8,1418	8,0107
16	I^/₂_нас = U₁/	А	25,741	24,9546	23,7226	18,497	12,423	16,79
17	I_1n_нас= I^/₂_нас	А	27,316	26,918	25,616	20,252	13,96	18,77
18	К^/_нас = I₁_нас/ I_1n	-	1,025	1,021	1,02	1,0187	1,0153	1,016463
19	I_1* = I₁_нас/ I₁_ном	-	3,6	3,54	3,37	2,66	1,835	2,47
20	M_* = ()²K_R ?		1,1265	1,193	1,47	2,04845	1,85	2,05

2. Тепловой расчет

102. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника над температурой воздуха внутри двигателя.

Δυ_пов1 = К = 0,22 = 9,43⁰С

[по табл. 9.35 К = 0,22; Р^/_эп1 = К_р?Р_э1]= 1,07?351,5= 198,3 Вт, где из табл. 1 для S= S_ном Р_э1 = 0,3515 кВт, по (рис.9.67а) α₁= 169 Вт/ (м²?⁰С); К_р = 1,07 (класс F)].

103. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

Δγ_из._n₁= = ?10^-3= 2,86⁰С

[П_п1 = 2h_n_к+b₁+b₂ = 2?13,16+9,1+12,55 = 47,97 мм]

λ_экв = 0,16 Вт/ (м²?⁰С) для изоляции класса нагревостойкости F;

находим λ^/_экв (по рис.9,69) для d/d_из = 1,32/1,405 = 0,9395

λ^/_экв = 1,3 Вт/ (м²?⁰С);

104. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

Δυ_из.л1= = ?10^-3= 0,518⁰С

[Р^/_эл1 = К_р ?Р_Э1 =1,07? 351,5 = 177,82 Вт

П_л1 = П_п1 = 0,04797 м; b_из.л1_max = 0].

105. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя:

Δυ_пов.л1= = = 8,55⁰С

106. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя.

Δυ^/₁ = =

= = 10,77⁰С

107. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды:

Δυ_В = = = 54,8⁰С

[ΣР^/_в = ΣР^/- (1-К)(Р^/_эп1 + Р_ст.осн) – 0,9Р_мех = 1101,89-(1-0,22)(198,3+234,43) = 764,36Вт.

ΣР = 1064,173 из табл.1 для S = S_ном; S_кор = 0,6064 м²

S_кор = (πD+8П_р)(1+2?_выл) =

= (π?0,197-8?0,22)(0,1754+2?0,039747) = 0,6064 м²

где (по рис. 9.70) П_р = 0,22 м для h = 112 мм;

(по рис. 9.67 а) α_В = 23 В/(м²?⁰С) для D_a = 0,197 м].

Р_э2 = 187,3 Вт из табл. 1 для S = S_ном

ΣР^/ = ΣР- (К_р- 1)(Р_э1 + Р_э2) = 1064,173-(1,07-1)(351,5+187,3) = 1101,89Вт.

108. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

Δυ₁ = Δυ^/₁ + Δυ_В = 10,77+54,8 = 65,57⁰С

109. Проверка условий охлаждения двигателя.

Требуемый для охлаждения расход воздуха:

Q_в = = = 0,0801 м³/с

К_м = m^/= 2,6= 6,32

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Q^/_В = 0,6 D³_A= 0,6? 0,197³ = 0,1376 м³/с

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Примечание: выше приведенные расчеты приведены лишь для большей частоты вращения.

3. Механический расчет вала

Самым нагруженным в механическом отношении элементом проектируемого асинхронного двигателя является вал. Ниже представлены результаты механического расчета вала на прочность и жесткость, проведенные по методике, изложенной в §8.3 [1]

На рисунке представлен эскиз рассматриваемого вала. Эскиз полностью аналогичен рис. 8.14 [1]. Геометрические размеры вала приведены в миллиметрах. Расчет параметров участков вала, входящих в формулу 8.16 /1/, выполнен в соответствии с табл. 8.3 [1] и сведены в табл. 3.1.

1. Прогиб вала посредине магнитопровода под давлением силы тяжести ротора.

f_G = (S_b?a² + S_a ?b²) = ? (468,414?10²?18²?10^-4+ 327,408 ?10²?20,6²?10^-4) = 413 ?10^-8 м

[S_b = 468,414 ?10²м^-1и S_a = 327,408 10² м^-1взяты из табл. 3.1

G_p = 9,81?m_p = 9,81? 13,15 = 129Н; m_p= 6500?D²₂??₂ = 6500(107,4?10^-3)²?175,4?10^-3 = 1,15 кг]

2. Прогиб вала посредине магнитопровода ротора от поперечной силы муфты:

f_n = [(??S₀- S_в)?а +S_ab] = ? [(38.8?10^-2?25,4?10⁴– 468,414 ?10²)?18,4?10^-2+327,408?10²?20,6?10^-2] = 668,5 ?10^-8 м

[F_n = K_n ?M_ком /R = 0,3 ?23,875/0,5?84?10^-3 = 170,536 Н]

D_м – диаметр по центрам пальцев муфты = 84 мм

М_ком = 9550 Р_ном/n_ном = 9550=23,875 Н?м

3. Первоначальное смещение ротора.

е₀ = 0,1?δ + f_c₁ + f_n = 0,1?0,5?10^-3 + 413?10^-8 + 668,5?10^-8 = 0,0060815?10^-2м

4. Начальная сила одностороннего магнитного притяжения:

Т₀ = 2,94D₂ ??₂ ?10⁵ = 2,94?107,4?10^-3?175,4?10^-3?10⁵=673,631 Н

D₂ – диаметр ротора; ?₂ – длина ротора без радиальных каналов.

5. Прогиб от силы Т₀.

f_Т = f_a ?T₀ / G_p = = 0,00215666?10^-2 м

6. Установившийся прогиб вала от одностороннего магнитного притяжения

f_м = = = 0,00334172?10^-2 м

где m = f_T/e₀ = 0,00215666? 10^-2/0,0060815?10^-2 = 0,35462633

7. Суммарный прогиб посредине магнитопровода ротора.

f = f_м+ f_a+ f_n = 0,00334172 +413?10^-8 + 668,5 ?10^-8 = 4423,22?10^-8 м

т.е. составляет 8,85 %, что допустимо.

8. Критическая частота вращения.

n_крит = 30= 30 = 11859,103

11860 > 1,3 n_ном

9. В расчете на прочность принимаем коэффициент перегрузки К = 2, α=0,6.

Напряжение на свободном конце вала в сечении А.

М_иА = К ?F_n ?Z_i = 2?170,536 ?6,7 ?10^-2= 22,865 Нм

W_a = 0,1 ?d³ = 0,1?(2,8?10^-2)³ = 2,2 ?10^-6м³

G_прА = = = 166,616 ?10⁵Па

10. Напряжение в сечении Б.

М_иБ = К ?F_n ?Z_i = 2?170,536 ?13,5 ?10^-2= 46,072 Нм

W_a = 0,1 ?d³ = 0,1?(3?10^-2)³ = 2,7 ?10^-6м³

G_прА = = = 200,94 ?10⁵Па

11. Напряжение в сечении Е.

М_иЕ = К ?F_n ?С?(1-)+(С_р+Т) = 2?170,536 ?18 ?10^-2(1-) + (129+1043,784) = 78,14 Нм;

где Т = Т_с/(1-m) = 673,631/(1-0,3546) = 1043,784 Н

W_Е = 0,1 ?d³ = 0,1?(3,7?10^-2)³ = 5,0653 ?10^-6м³

G_прЕ = = = 164,3075 ?10⁵Па

12. Напряжение в сечении Д.

М_иД= 2?170,536 ?18 ?10^-2(1-)+(129+1043,784)= 60,198 Нм

W_Д = 0,1?(4,1?10^-2)³ = 6,8921 ?10^-6м³

G_прД = = 96,731 ?10⁵Па

13. Напряжение в сечении Г.

М_иГ= [K?F_n?C + (G_p+T)b] = [2?170,536?18?10^-2(129+1043,784)?20,6 ?10^-2] = 23,427 Нм

W_Г = 0,1?(4?10^-2)³ = 6,4 ?10^-6м³

G_прД = = 57,826 ?10⁵Па

14. Напряжение в сечении Ж.

М_иЖ= [K?F_n?C + (G_p+T)b] = [2?170,536?18?10^-2(129+1043,8)?20,6 ?10^-2] = 71,842 Нм

W_Ж = 0,1?(4,1?10^-2)³ = 6,8921 ?10^-6м³

G_прЖ = = 112,221 ?10⁵Па

Для стали марки 45 предел текучести равен 3600 ?10⁵Па.

Из сопоставленных данных следует, что наиболее нагруженным является сечение А, для которого

G_пр = 166,616 ?10⁵Па < 0,7?3600 ?10⁵Па.

Таким образом, вал удовлетворяет всем требованиям механических расчетов.

Таблица 3.1.

№ уч-ка	d_i, м	I_i, м⁴	У_i, м	У³_i, м³	У³_i - У³_i_-1, м³	, м^-1	У²_i, м²	У²_i – У²_i_-1, м²	, м^-2	Левая часть
1	3,7 ?10^-2	9,2?10^-8	4,2?10^-2	74,088?10^-6	74,088?10^-6	8,053?10²	17,64?10^-4	17,64?10^-4	1,9174?10⁴
2	4,1?10^-2	14?10^-8	11,3?10^-2	1442,897?10^-6	1368,809?10^-6	97,772?10²	127,69?10^-4	110,05?10^-4	7,8607?10⁴
3	4,5?10^-2	20,13?10^-8	20,6?10^-2	8741,816?10^-6	7298,919?10^-6	362,59?10²	424,36?10^-4	314,31?10^-4	15,614?10⁴

№ уч-ка	d_i, м	I_i, м⁴	Х_i, м	Х³_i, м³	Х³_i - Х³_i_-1, м³	,м^-1	S_b = = 468,414 S_a = = 327,408 S₀ = = 25,4	Правая часть
1	3,7 ?10^-2	9,2?10^-8	3?10^-2	27?10^-6	27?10^-6	2,935?10²
2	4,1?10^-2	14?10^-8	9,2?10^-2	778,688?10^-6	751,688?10^-6	53,692?10²
3	4,5?10^-2	20,13?10^-8	18,4?10^-2	6229,504?10^-6	5450,816?10^-6	270,781?10²

4. Технологический процесс изготовления обмотки статора

4.1. Основные технологические операции

Фактически технологический процесс изготовления обмотки статора сводится к следующим основным операциям:

1. Пазоизолировка.

2. Намотка или укладка в пазы катушечных групп.

3. Заклеивание обмотки в пазы.

4. Бандажирование лобовых частей.

5. Пропитка.

6. Сушка.

7. Испытание.

Ниже эти операции описаны подробно.

Кроме перечисленных основных имеются заготовительные процессы. К ним принадлежат: порезка рулонов изоляционного материала на ролики для последующего изготовления из них пазовых коробов, крышек и других деталей; изготовление междуфазных прокладок; порезка трубчатых изоляционных материалов; изготовление выводов обмотки из монтажных проводов.

При ручной укладке обмотки к заготовительным процессам относят также намотку катушек.

В серии 4А весь комплекс статорообмоточных операций для двигателей мощностью до 100 кВт механизирован. Первая операция – изолирование пазов статора осуществляется на станках полуавтоматах моделей ИПС-3-4; ИПС-5М; ИПС-8; ИПС-4 отечественного производства конструкции ВНИИТэлектромаш. В станке материал формируется по форме паза и подается в паз статора. Усилие подачи коробочки в паз контролируется предохранительной муфтой. Станки легко перестраиваются на разные части пазов и на различные исполнения статоров.

Наиболее часто применяемая конструкция пазовой изоляции, разработанная с учетом требований машинных процессов, показана на рис. 4.1, а. Так как пазовый

Рис. 4.1 Конструкция пазовой изоляции с основными размерами.

короб 3 открытый, т. е. боковые кромки его разомкнуты, внутрь короба поверх катушки 2 устанавливают пазовую крышку 1 таким образом, чтобы боковые стороны короба и крышки взаимно перекрывались. Значение этого перекрытия выбирают из условий обеспечения требуемой электрической прочности изоляционной конструкции. Если в одном пазу находятся стороны двух катушек, их разделяют межслойной прокладкой 4.

В рассматриваемой конструкции изоляции пазовая крышка одновременно с функциями изоляционной детали выполняет роль клина, крепящего катушку в пазу, поэтому ее называют крышкой-клином, а процесс установки — заклиниванием обмотки. Пазовый короб имеет манжеты 5 (рис 4.1,б), фиксирующие его в пазу в продольном направлении. Чаще других применяют простую конструкцию с одинарными манжетами. На рис. 4.1 б, в указаны основные размеры короба, а на рис. 4.1 г – крышки.

Следующая операция- укладка обмотки в пазы статора. Станки для укладки обмотки работают по двум различным схемам: 1) непосредственная укладка проводников в паз; 2) раздельная намотка секции и пересыпка их в пазы статора. На станках непосредственной укладки провод протягивается через ролики в фильеру проводоводителя. На нем установлены специальные кольца, при помощи которых провод протаскивается в паз и забрасывается на пластины и крючья, образующие лобовые части. Проводоводитель совершает сложные возвратно-поступательные движения вдоль оси (провод проводится через паз) и вращательные вокруг оси статора (образуется лобовая часть). Пример такого станка серии WST-600 («Электромат» Германия).

Более эффективными являются станки раздельной намотки. Комплекс этого станка состоит из двух агрегатов. На первом наматываются на шаблоны секции, которые на специальной оправке переносятся на второй агрегат с установленным на нем сердечником статора. Здесь секции втягиваются в паз на один ход, после чего производится заклиновка рулонным синтетическим материалом. Примером такого оборудования служит комплекс станков НК-7 и ОСР-3, разработанных ВНИИТэлектромаш. Далее производится намотка катушечных групп электродвигателя. Шаблон размещается на планшайбе шпинделя станка. С помощью раскладчика осуществляется однородная намотка. Все операции (намотка, обрезка, пересыпание на съемник и т.д.) производятся автоматически от гидросистемы. Катушки укладывают на оправку, куда устанавливается статор, закрепленный на подвижной каретке. Происходит одновременное всыпание и заклинивание в пазах. Подвижная каретка переходит на формовочную позицию, где происходит отжим лобовых частей. Для всыпания второго яруса катушек цикл повторяется.

Опрессованые статоры бандажируются на станках типа БС, разработанных ВНИИТэлектромаш. Бандажирование производится лавсановым шнуром повышенной прочности, при этом игла проходит в просветы между катушками, делает петлю и затягивает ее. После бандажирования статор испытывают и посылают на пропитку.

Технологический процесс пропитки обмоток: электрических машин является неотъемлемой частью процесса изготовления электродвигателей. Применительно к современным электрическим машинам он должен обеспечивать:

цементацию проводников обмотки, предупреждающую вибрацию отдельных проводников и истирание изоляции;

повышение теплопередачи от проводников, лежащих в пазах, к сердечнику;

создание дополнительной защиты от увлажнения изоляции проводников и действия; агрессивных сред.

Эти условия удовлетворяются при использовании современных пропиточных составов основой которых являются главным образом синтетические смолы. Существуют различные способы введения пропиточного состава в обмотки. Выбор способа диктуется конструктивными особенностями пропитываемых изделий, применяемым пропиточным составом, характером производства изделий.

Пропитка статоров двигателей с высотами оси вращения до 180 мм осуществляется капельным (струйным) методом пропиточными составами без растворителей на специальных роторных установках УПС конструкции ВНИИТэлектромаш. К основным преимуществам капельного метода относятся:

значительное сокращение длительности процесса пропитки и термообработки обмоток;

* отсутствие необходимости в зачистке поверхностей пакетов от наплывов пропиточного состава;

* очень малые потери пропиточного состава;

* хорошее заполнение обмотки смолой при однократной пропитке;

* хорошая цементация витков обмотки;

* компактное технологическое оборудование, требующее небольших производственных площадей;
* возможность автоматизации процесса пропитки и термообработки;

* снижение трудоемкости процесса пропитки и термообработки;

* снижение расхода электроэнергии, особенно при токовом нагреве обмоток;

* малое выделение летучих, отсутствие взрывоопасной среды,
что дает возможность встраивать технологическое оборудование
в поточно-механизированные линии изготовления сердечников
статоров или якорей.

Основное преимущество составов без растворителей в том, что процесс их полимеризации протекает в течении 15-30 мин, в то время как полимеризация основы лаков с растворителями требует 8-10 ч. Поскольку лаки с растворителями содержат до 50 % (основы) смолы, а без растворителей – около 100%, заполнение обмоток смолой при применении последних в 2 раза больше, чем при пропитке лаками с растворителями, т.е. улучшается качество пропитки, увеличивается теплопроводность системы изоляции, повышается надежность обмотки. При пропитке лак подается регулируемой струйкой из сопла на лобовую часть обмотки, статор в этот момент медленно вращается, ось его наклонена в вертикальной плоскости. Лак растекается по проводникам лобовой части, затекает в паз. Статор при этом нагревается пропускаемым по обмотке током промышленной частоты, что способствует вначале процессу повышения жидкотекучести лака, уменьшению его вязкости, а затем – отверждению. После пропитки обмотку сушат. Чем выше температура сушки, тем быстрее удаляется влага из обмотки, однако нельзя превышать температуру, определяемую нагревостойкостью изоляции, во избежание ее ускоренного старения. Значительно скорее происходит сушка под вакуумом. Перед вакуумной сушкой обмотки прогревают при атмосферном давлении. После сушки обмотку подвергают контрольным испытаниям.

При испытаниях обмотка подвергается действию повышенных напряжений, токов, скоростей вращения. Обмотки контролируют и испытывают после изготовления элементов обмотки, после укладки обмотки в пазы, после сборки машины и в процессе эксплуатации.

После изготовления элементов обмотки их контролируют и испытывают, чтобы не допустить укладки в пазы заведомо негодных катушек. Уложив обмотку в пазы, выявляют ослабления и нарушения изоляции, происходящие в процессе укладки обмоток в пазы, так как это нельзя проверить в собранной машине. При испытаниях собранной машины проверяют надежность обмоток при повышенных скоростях вращения и под нагрузкой.

4.2. Стандартизация

На современном уровне промышленного развития без широкого применения унификации и стандартизации невозможна организация рентабельного производства и эксплуатации электрических машин. Стандартизацией решаются задачи уменьшения затрат на производство и эксплуатацию электрических машин, а также задачи минимизации затрат общественного труда на генерирование, передачу электрической энергии и ее преобразование в механическую. Для достижения этой цели с позиций потребителя желательно для каждого конкретного механизма иметь специальную электрическую машину. С позиций производителя желательно в максимальной мере сохранить номенклатуру выпускаемых электрических машин и получить минимум затрат труда при их производстве, а также эксплуатационном обслуживании и ремонте.

Исходя из этого, стандартизация электрических машин имеет ряд особенностей. Потребителю стандартизация должна обеспечить возможность получения электрических машин с необходимыми электромеханическими характеристиками, возможность подключения электрической машины к электрическим сетям, ее сопрягаемость с производственными механизмами и возможность ее замены при необходимости другой однотипной машиной, изготовленной другими фирмами или заводами.

Производителю электрических машин стандартизация должна обеспечить возможность выпуска большего разнообразия машин при минимальной перестройке технологии и оснащения для сохранения при этом массового или крупносерийного характера производства.

Для удовлетворения этих требований стандартизация электрических машин строится по иерархическому принципу. Основу этой системы составляют группы стандартов верхнего, среднего и нижнего уровней.

Группа стандартов верхнего уровня, так называемые, основополагающие, распространяется на все виды и типы машин. Ряд групп стандартов, распространяющихся на отдельные виды машин, относятся к среднему уровню, и ряд стандартов на конкретные совокупности машин - к нижнему уровню.

В группу основополагающих стандартов входят ГОСТ, обеспечивающие конструктивную совместимость с производственными механизмами и взаимозаменяемость машин, ряды номинальных напряжений, частот тока и частот вращения, с которыми разрешается проектировать и изготовлять электрические машины. В эту же группу входят ГОСТ, устанавливающие единую терминологию, единые методы испытаний, единые требования стойкости к внешним воздействиям.

Стандартизация электрических машин базируется на нескольких принципах:

1) должно быть сгруппировано для унификации и последующей стандартизации все то, что прямо не препятствует получению любых необходимых потребителям характеристик электрических машин;

2) должны быть стандартизированы конструктивные параметры, обеспечивающие максимальную выгоду как производителю, так и потребителю за счет конструктивной взаимозаменяемости составных частей и машины в целом;

3) должны быть созданы ограничительные стандарты, исключающие возможность создания электрических машин с очень близкими или совпадающими по основным параметрам характеристиками.

Разработка и установление технических нормативов и норм на конкретные группы и виды электрических машин осуществляется на основе объединения их в группы однородной народнохозяйственной продукции – продукции, обладающей одинаковыми принципами действия и свойствами, общими значениями основных конструктивно - технологических параметров и одинаковым или подобным целевым ( функциональным) назначением.

5. Шум и вибрация электрических машин

Человеческий организм подвергается воздействию смешанных нагрузок, а в традиционных электрических машинах – шума и вибрации. Воздействие шума повышенного уровня громкости на человеческий организм может отрицательно сказывается на нервной системе человека в целом, а также может повредить слуховой аппарат. Сильная кратковременная вибрация оказывает физическое и физиологическое воздействие на человека. многочисленные наблюдения показывают, что работа, и особенно отдых, при повышенных уровнях громкости шума приводит к повышению кровяного давления и раздражительности. Общее самочувствие ухудшается, а трудоспособность, особенно при умственном труде, понижается.

Источниками являются:

а) Электромагнитные силы. Эти силы действуют в воздушном зазоре между статором и ротором и имеют характер вращающихся или пульсирующих силовых волн. Их величина зависит от электромагнитных загрузок и некоторых конструктивных и расчетных параметров активного ядра машины. Вызывая электромагнитными силами вибрация зависит от характеристик статора как колебательной системы. В большинстве типов электрических машин значение магнитной вибрации в диапазоне 100-4000 Гц.

б) Подшипники качения. Интенсивность звука этого источника зависит от следующих факторов: от качества изготовления самих подшипников; от точности обработки мест под посадку подшипников и замков в щитах для их фиксации относительно корпуса машины; от свойств подшипниковых щитов, которые при неудачных конструктивных формах могут быть интенсивными излучателями шума, возбуждаемого подшипниками;

в) Аэродинамические силы. Интенсивность звука вентиляторов и вентиляционных каналов электрической машины зависит от того, насколько хорошо с точки зрения аэродинамики и акустики они сконструированы. Особое внимание здесь уделяется также конструированию тонкостенных воздуховодов, которые могут являться интенсивными излучателями шума. Хорошо выполненная в аэродинамическом отношении электрическая машина не содержит в спектре шума дискретных составляющих;

г) Механическая несбалансированность роторов. Ротор возбуждает ощутимые вибрации особенно в быстроходных машинах с частотами вращения 3000 ^об/_мини выше. Уменьшение небаланса ротора достигается динамическим уравновешиванием ротора на балансировочном станке или, в особых случаях, в собранной машине. Чрезвычайно важным является процесс изготовления ротора, при котором была бы достигнута максимальная монолитность вращающихся обмоток;

д) Трение щеток о коллектор или контактные кольца. Возбуждаемый трением шум является преимущественно высококачественным, особенно проявляется в крупных машинах постоянного тока с большим щеточным аппаратом.

Методика расчета вибрации электрической машины во многом зависит от характера сил и мест их приложения. Например, причинами низкочастотной вибрации (от 1 до 100 Гц) в машинах с частотой вращения до 3000 об/мин являются: небаланс ротора; несоосность приводов отдельных агрегатов; нарушение геометрии цапф; двойная жесткость ротора. Динамическая модель для исследования таких колебаний состоит обычно из 2-3 сосредоточенных масс, связанных между собой упругими безынерционными элементами. Вся машина рассматривается как единая упругая система, исследование свойств которой производится обычно методами прикладной теории колебаний.

В диапазоне средних и высоких частот вибрация возбуждается электромагнитными силами и подшипниками качения. Динамическая модель представлена в виде совокупности радиальных каналов, по которым колебания распространяются от точек приложения сил к выбранным точкам наблюдения. Наибольшую интенсивность имеет вибрация, возбуждаемая основной волной вращающегося магнитного поля. Частота этой вибрации равна удвоенной частоте питающей сети.

Вибрация отдельных элементов конструкции электрической машины может быть рассчитана методом электромеханической аналогии. Сущность метода в том, что любые механические колебательные системы могут быть заменены эквивалентными электрическими цепями. В качестве основы для построения аналогии между механическими и электрическими системами используются дифференциальные уравнения, которые описывают колебательные процессы, происходящие в указанных системах.

Вибрация статоров асинхронных машин, возбуждаемая электромагнитными силами

Основным источником магнитного шума являются не колебания зубцов или полюсов, непосредственно к которым приложено электромагнитные силы, а колебания ярма статора. При расчетах ярмо статора представляется в виде цилиндрической оболочки, на которую воздействует система с r числом волн, периодически изменяющихся во времени и симметрично распределенных по окружности радиальных и тангенциальных сил.

При r = 0 статора вибрирует, как пульсирующий цилиндр (растяжение- сжатие). Частота собственных колебаний кольца статора ω₀ = .

При r = 1 все силы, возбуждающие этот вид колебаний, приводятся к одной вращающейся результирующей силе, приложенной в центре тяжести машны.

ω₀ = f(α).

При r ≥ 2 (наиболее часто встречающихся в практике) частота собственных колебаний ярма статора машин переменного тока может быть рассчитана по формулам:

при ≤ 1,0;

ω₀ = r(r² -1) при > 1,0;

где Х = h²/ (12R²_c)

m – масса, приходящаяся на 1 см² средней цилиндрической поверхности ярма;

h – высота спинки статора, см;

R_c – средней радиус ярма, см;

Е – модуль упругости, Н/см².

Параметры колебательной системы, эквивалентной статору: колеблющаяся масса (в кг).

m_c = М_c / (2πR_c ??_t),

где М_c – полная масса пакета железа статора с обматкой или станины с полюсами;

?_t – активная длина ярма;

приведенная податливость статора равна:

для колебаний при r = 0 λ_с = R²_c / (Eh);

для колебаний при r ≥ 2

при ≤ 1,0;

λ_с =

(1+3r²X) при > 1,0

Полное механическое сопротивление статора при частоте ω возбуждающих сил Z_c = ω m_c -1 / (ωλ_c).

Скорость колебаний на поверхности сердечника статора у = р₀/Z_c_,здесь р₀ = р₀₁R₀ /R_c,

где р₀₁ - удельная сила, действующая в воздушном зазоре, Н/см²;

R₀ – радиус расточки статора, см.

При жестком креплении машины к фундаменту пространственные формы колебаний статора искажаются. Поэтому при исследованиях виброакустических характеристик машин принята методика, при которой машина устанавливается на амортизаторы, чем исключается влияние фундаментов.

В машинах переменного тока пакет железа статора преимущественно жестко крепится в корпусе, поэтому необходимо учесть сопротивление корпуса:

Z_к = ω m_c -1 / (ωλ_к).

При этом колебательная скорость на поверхности корпуса

₂ = р₀/(Z_c +Z_к).

Величины m_к и λ_к рассчитываются аналогично расчету m_с и λ_с.

Влияние режима работы на уровень громкости магнитного шума.

Расчет радиальных сил в режиме холостого хода может быть произведен по формулам:

Р₁ = 20В²_δ и Р_υμ = 40В_υ ?В_μ

1) Основная волна магнитного поля при переходе от нагрузки к режиму холостого хода практически не меняет свою величину;

2) Высшие гармоники обмотки статора В_υ и ротора В_μ меняют свою величину пропорционально I₁/I₀_r и I^/₂/I₀_r соответственно. Поэтому уровень вибрации, возбуждаемой этими гармониками полей, при переходе от нагрузки к режиму холостого хода должен понизиться на значение

ΔL = 20lg-20lg

Аэродинамический шум

Основные причины возникновения:

1. Шум вентилятора, обусловленный срывающимися вихрями от рассечения воздушной струи кромками лопаток и дисками вентилятора.

2. Шум вращения ротора, обусловленный срывом вихрей с его поверхности от рассечения воздушной струи головками обмоток ротора или выступающими концами стержней беличьей клетки короткозамкнутых роторов.

3. Шум воздушных потоков, вызываемых срывом вихрей с неподвижных препятствий в вентиляционных путях. Например, на решетках входных и выходных окон, с ребер статора, лобовых частей обмоток статора и др.

4. Звуки, вызываемые тем, что воздушный поток на выходе с вентиляторного колеса встречает на своем пути препятствия в виде ребер, проходных шпилек и др. деталей.

5. Тональные звуки дискретной частоты, вызванные периодическими колебаниями давления на отдельных участках аэродинамической цепи. Например, при пульсациях потока воздуха, выходящего из радиальных вентиляционных каналов ротора и входящего в радиальные вентиляционные каналы статора.

Общие уровни громкости шума электрических машин на расстоянии 0,5 м от корпуса в точке с максимальным уровнем рассчитывают по следующим приближенным формулам: L = 10lgP +20lgn +5, машины защищенного исполнения с самовентиляцией, где Р – мощность машины, кВт; n – частота вращения, об/мин;

машины с замкнутой самовентиляцией:

L = 10lgP +20lgn;

машины закрытые с водяным охлаждением:

L = 10lgP +20lgn -10;

машины с независимой вентиляцией, шум которых определяется шумом вентилятора:

L = 14lgP +80, где Р – мощность вентилятора, кВт.

Колебания ротора.

Колебания вала с одной сосредоточенной массой сердечника ротора вызывают дополнительные нагрузки на подшипниковые опоры и соответственно шум и вибрацию.

Проблема математического описания колебания роторов чрезвычайно сложна, поэтому здесь не рассматривается.

Уравновешивание роторов

Одной из основных причин вибрации вращающегося ротора и всей машины в целом является неуравновешенность ротора (небаланс). Три возможных случая его небаланса:

Статический – центробежная сила небаланса вызывает на опорах одинаковые по значению и совпадающие по фазе вибрации: А₁= А₂;

Динамический – пара центробежных сил небаланса вызывает на опорах одинаковые по значению и противоположные по фазе вибрации: А₁ = -А₂;

Смешанный – остаточный небаланс ротора приводит к паре сил и к радиальной силе, приложенной в центре тяжести ротора; вибрации опор здесь различаются как по значению, так и по фазе: А₁ ≠ А₂.

Наиболее распространенный в практике – смешанный. Эти виды небаланса могут быть устранены путем установки добавочных грузов, которые привели бы к компенсации. Обычно грузы устанавливают в двух плоскостях ротора, в специальных круговых канавках с радиусом r. Например, при статическом небалансе m_неб = (e /r) М,

где М – масса ротора, е – смещение центра тяжести ротора.

= Мω²е /Z_м – скорость колебания опор.

А₁ = Мωе /Z_м = m_неб(ω r/ Z_м) = m_неб? К – амплитуда вибрации,

где Z_м = механическое сопротивленииемашины.

Величина ω r/ Z_м = К характеризует балансировочную чувствительность машины.

Тепловой небаланс вызывается неравномерным нагревом или охлаждением активной зоны ротора и встречается в турбогенераторах с воздушным и непосредственным водяным охлаждением.

Вибрация машин, возбуждаемая небалансом

Роторы различных типов электрических машин имеют свои конструктивные особенности, поэтому поддаются уравновешиванию с различной степенью тяжести.

Самая высокая точность может быть достигнута в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. Роторы этих машин термически стабильны во времени и практически не меняют свой небаланс в эксплуатации.

Якоря машин постоянного тока и явно полюсные роторы синхронных машин имеют более высокий остаточный небаланс. Стабильность вибрации указанных машин достигается особой технологией формовки и запечки коллекторов и обмоток роторов.

Самые высокие вибрации наблюдаются в машинах с гибкими роторами, у которых рабочая частота вращения выше первой и второй критической. Роторы этих машин особенно чувствительны к тепловой несимметрии и требуют дополнительной балансировки ротора в собранной машине.

При разработке норм на допустимый остаточный небаланс роторов электрических машин и вызываемые им вибрации исходят из необходимости выполнения следующих требований:

1) обеспечить отсутствие усталостных разрушений в течение установочного срока службы машины;

2) уровень вибрации электрических машин не должен отражаться на качестве технологических процессов;

3) вибрация машин при их эксплуатации не должна оказывать вредного физического воздействия на человека.

В зависимости от размеров и требований к исполнению машины ее относят к одному из классов вибрации, которые обозначаются индексами, соответствующими максимально допустимой для данного класса вибрационной скорости V_эф._max (в мм в сек): 0,28; 0,45; 0,71; 1,12; 1,8; 2,8; 4,5; 7,1. По стандарту НСО-2372-74 двигатели мощностью до 15 кВт, встраиваемые в основной механизм, относят к классу вибрации 18,, большие машины на тяжелых фундаментах – 4,5.

Вибрация машины, возбуждаемая небалансом, практически не поддается расчету из-за невозможности определить распределение остаточной неуравновешенности во всем объеме ротора. В самом простом случае, когда в роторе имеется чисто статический небаланс, центр тяжести машины совпадает с центром тяжести амортизирующего крепления, расчет вибрации производят как для одномассовой системы, в которой расчетными элементами являются масса машины и жесткость амортизации. При гибком роторе, жесткость которого соизмерима с жесткостью амортизации, расчет производят как для двухмассовой системы, в которой расчетными элементами являются массы статора и ротора, а так же жесткость ротора при изгибе и жесткость амортизации. Вибрация машины в дБ, измеренная по ускорению, будет тем выше, чем быстроходнее машина.

Источники вибраций подшипников качения.

При изготовлении деталей подшипников имеют место отклонения в пределах допусков, нормированных соответствующими ГОСТ. Этими отклонениями в значительной мере обусловлены вибрация и шум подшипников. Наиболее существенные: радиальный и осевой бой колец, овальность, гранность и конусность колец; разномерность, овальность и гранность шариков; допуски в гнездах сепараторов; волнистость и шероховатость дорожек качения.

Классы точности исполнения подшипников: Н – нормального, П – повышенного, В – высокого, А – особо высокого, С- сверхвысокого.

1. Радиальный бой внутреннего кольца подшипника вызывает вибрации, подобные остаточному небалансу ротора. Радиальный бой наружных колец нарушает соосность в подшипниковых узлах. Боковое биение торцов внутренних и наружных колец вызвано их непараллельностью величина указанного боя тем меньше, чем выше прецизионность подшипника.

2. Овальность и конусность колец допускается в пределах 0,5 допуска на диаметр для подшипников класса Н и 0,25 для класса С. Овальность колец является причиной вибрации с двойной частотой f = 2n/60.

3. Вибрация, возбуждаемая разномерностью шариков, зависит от угловой скорости сепаратора и конкретного распределения разномерных шариков в подшипнике.

f = , где r₁ иr₂ – радиусы дорожек качения внутреннего и наружного колец.

Z – число тел качения.

4. Овальность и гранность тел качения зависит от класса точности подшипников. Для класса С она в 5 раз меньше, чем для класса Н. Частота вибрации, вызванная гранностью тел качения:

f = , где D₀ – диаметр центров тел качения,

d_Ш – диаметр тел качения,

К- число граней.

5. Зазоры в гнездах сепараторов – существенный источник вибрации подшипников. Чрезмерно большие зазоры приводят к смещению сепаратора на величину зазора и появлению вибрации частотой: f = .

Малые зазоры могут быть причиной залегания шариков и нарушения кинематики вращения подшипника, что также вызывает повышенный шум.

6. Возникающие в подшипниковых узлах динамические импульсы от волнистости не имеют периодического характера. Спектр вибраций нестабилен. Волнистостью считают углубления, превышающие 0,1 мкм с длиной волны, соизмеримой с радиусом шарика. Частота, обусловленная волнистостью:

f = , где m – число волнистостей по окружности дорожки качения внутреннего или наружного кольца.

Шероховатость поверхностей качения имеет меньшее значение в шумообразовании подшипников из-за малого расстояния между отдельными выступами по сравнению с радиусами шариков.

Кроме указанных причин, возможны локальные дефекты на дорожках качения: при транспортировке – местный наклеп дорожек качения. Частота этой вибрации: f = , где К₂ – число дефектов на дорожках качения. Вибрация подшипников возбуждается также периодическими изменениями жесткости подшипника, при перекатывании тел качения.

Частота: f = . На уровень вибрации кроме жесткости колец влияют радиальный зазор и нагрузка на подшипник.

Виброизоляция машин

Допустим, неуравновешенная машина устанавливается на фундамент, колебания которого нежелательны. Задача заключается в установке машины так, чтобы на фундаменте, с которым она связана, колебания были малыми. Решение сводится к установке машины на амортизаторах и правильному их выбору.

Эффективность виброизоляции (в дБ)

ВН = 20lg= 10 lg

При низких частотах вращения (n=ω/ω₀<<1) виброизоляция амортизаторов = 0, при резонансной частоте ВН отрицательна и определяется ≈ 10 lg[ω²₀M²/(Z_ф+ω₀М²)], то есть при резонансной частоте вибрация фундамента при упругом креплении машины больше, чем при жестком; на высоких частотах, то есть при условии n>> 1, ВН = 10 lg[Z²_ф n²+ ω²₀M²/ (Z²_ф+ω²₀М²n²)]. Если полное сопротивление фундамента во много раз больше полного сопротивления виброизолируемого механизма, т.е. выполняется условие ω²₀М²n²/ Z²_ф <<1, то виброизоляция вычисляется:

ВН ≈ 20 lg n = 20 lg(ω/ ω₀).

При выборе амортизирующего крепления руководствуются следующим:

1. Крупные машины с малой опорной поверхностью устанавливают преимущественно на пластинчатые амортизаторы. В остальных случаях применяют амортизаторы типа АКСС. При особо жестких требованиях к виброизоляции машины применяют амортизаторы типа АПС.

2. Количество опорных амортизаторов определяют из условия обеспечения номенклатурной нагрузки на каждый амортизатор и устойчивости установки машины. Нужно иметь в виду, что при недогрузках увеличивается число амортизаторов, следовательно, и жесткость амортизирующего крепления. При перегрузках сокращается срок службы амортизаторов. При определении количества амортизаторов необходимо учитывать количество и расположение отверстий в опорных лапах.

3. Для снижения вибрации, возбуждаемой небалансом, необходимо опорные лапы расположить так, чтобы центр жесткости амортизирующего крепления был по возможности ближе к центру тяжести машины.

4. При выборе схемы расположения амортизаторов не следует учитывать удобства монтажа и замены амортизаторов.

Измерение шума электрических машин

Измерение шумовых характеристик производятся любым из четырех методов:

1) В свободном звуковом поле; 2) в отраженном звуковом поле; 3) при помощи образцового источника; 4) на расстоянии 1м от наружного контура машины.

1. Первый метод можно считать наиболее точным. Он позволяет определить все шумовые характеристики машин, во всем контролируемом диапазоне частот. Недостаток: необходимость иметь заглушенную камеру с хорошим звукопоглощающими свойствами.

2. Второй метод требует реверберационной камеры – помещения с хорошим звукоотражением. По сравнению с заглушенной ее конструкция проще, дешевле и удобнее в эксплуатации. Но в реверберационной камере очень трудно обеспечить требуемое звукоотражение на низких частотах, поэтому измерения в ней возможны только в диапазоне частот не ниже 124 Гц. Неудобство: не позволяет измерить уровень громкости звука в (дБ), хотя именно эта величина – основная при контрольных испытаниях. Недостаток: невозможность определения характеристики направленности излучения, т.к .во всех точках диффузного поля уровни громкости шума одинаковы. Преимущество: отпадает необходимость соблюдения точного расстояния от точек измерения шума до испытуемой машины.

3. Зная истинные шумовые характеристики образцового источника, заранее снятые в условиях свободного поля, и фактически того же образцового источника, измеренного в данном помещении, можно судить о том, насколько эти характеристики отличаются от условий свободного поля. В настоящее время нет достаточного опыта в применении метода образцового источника.

4. Четвертый метод измерения – основной. Для машин размером до 0,75 м он обеспечивает точность определения всех шумовых характеристик. Для более крупных машин расстояние 1 м не гарантирует выхода за границы «ближнего» звукового источника.

Этот метод позволяет определить нормируемую характеристику шума, упрощает выбор точек измерения. Для крупных машин позволяет иметь меньшие размеры заглушенной камеры.

Проведение измерений и обработка результатов

Полученные результаты измерений обрабатываются в следующем порядке:

1. Если разность между уровнем громкости звука, измеренным при работающей машине и уровнем громкости помех составляет 6-9 дБ, то поправка, учитывающая влиянии помех, будет 1дБ, если разность 4-5 дБ, то поправка будет 2дБ. Эта поправка вычитается из уровня громкости звука, измеренного при работающей машине. При разностях более 9 дБ, поправка не вносится.

2. Производится усреднение уровней громкости звука измеренных в нескольких точках внутри машины. Если усредненные уровни отличаются друг от друга менее чем на 5 дБ, то за средний уровень принимается их среднее арифметическое значение, если более чем на 5 дБ, усреднение производится по формуле: L_a = 10 lg () -10 lg n,

где L_a – уровень громкости шума в i-ой точке измерения на расстоянии 1 м от корпуса,

n – число точек измерения.

При типовых испытаниях дополнительно измеряются уровни звукового давления в точке с максимальным уровнем звука.

6. Вопросы техники безопасности и охраны труда

6.1 Техника безопасности при производстве статорной обмотки АД

При производстве обмотки статора АД происходят следующие технологические операции: изолирование пазов, намотку катушек, укладку катушек в пазы; заклинивание катушек в пазах, разжим лобовых частей; осадку катушек в пазах для двухслойных обмоток; установку междуфазной изоляции; соединение пайкой или сваркой концов катушечных групп фаз; образование выводов обмотки; изолирование, мест соединений; увязку и закрепление выводов и межгрупповых переходов; формование, бандажирование и калибровку лобовых частей, испытание обмотки, пропитка обмотки.

Наличие движущихся с большой скоростью деталей станков при выполнении операций изолирования пазов, намотки катушек и т.д. предъявляет следующие требования к рабочим:

они должны иметь соответствующую квалификацию для работы на данном оборудовании;

у женщин на голове должна быть повязана косынка, рукава у всех рабочих необходимо подвязать тесёмками, шарфы и галстуки снять;

персонал должен пользоваться только исправным инструментом, не пренебрегать защитными стёклами и очками.

Также необходимо с особой тщательностью следить, чтобы все вращающиеся части станков (зубчатые передачи, муфты, шкивы) были ограждены специальными щитами, кожухами или решётками.

При операциях пайки нужно предусмотреть вытяжную вентиляцию, т. к. пары свинца являются сильным ядом, а также удалить из зоны работ все легковоспламеняющиеся материалы и обеспечить рабочие места средствами пожаротушения. При пайке электродуговым паяльником следует защитить глаза от ослепляющего действия дуги, а также использовать перчатки во избежание ожога рук.

На этапах пропитки и сушки обмотки одним из основных вредных факторов является наличие в воздухе ядовитых испарений от пропиточных материалов. Согласно требованиям санитарии в воздухе рабочей зоны производственных помещений устанавливают предельно допустимые концентрации (ПДК, мг/м³) вредных веществ, утвержденные Минздравом РФ превышение которых не допускается.

Предельно допустимыми концентрациями вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются такие концентрации, которые при ежедневной работе в течение 8 ч на протяжении всего рабочего стажа не могут вызывать у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, непосредственно в процессе работы или в отдаленные сроки. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны являются максимально разовыми. Рабочей зоной следует считать пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой находятся места постоянного или временного пребывания работающих.

Контроль за составом воздуха должен осуществляться постоянно в сроки, установленные санитарной инспекцией. Определение концентрации газов производят разнообразными стандартизированными методами, основанными на химических, диффузионных и электрических принципах. Наиболее быстрые из них получили название экспресс-методов. Экспрессный линейно-колористический метод определения содержания вредных веществ в воздухе основан на быстропротекающих цветных реакциях в высокочувствительной специальной поглотительной жидкости или твердом веществе, например силикагеле или фарфоровом порошке, пропитанном индикатором, Порошок, пропитанный индикатором, помещают в стеклянную трубочку, через которую пропускают определенный объем исследуемого воздуха. В зависимости от количества вредного вещества в воздухе порошок окрашивается на определенную длину, интенсивность окраски также может быть различной. Сравнивая результаты опыта со шкалой, определяют содержание вредного вещества в воздухе.

Защита человека от воздействия вредных веществ осуществляется с помощью мероприятий, которые в ряде случаев следует применять комплексно. Основные из них:

1) автоматизация и механизация процессов, сопровождающихся выделением вредностей;

2) совершенствование технологических процессов и их рационализация (замена токсических веществ нетоксическими, отказ от применения пылящих материалов, переход с твердого топлива на газообразное и пр.);

3) совершенствование конструкций оборудования, при которых исключаются или резко уменьшаются вредные выделения в окружающую среду, что возможно, например, при герметизации.

Защита от вредных газов, паро - и пылевыделений предусматривает устройство местной вытяжной вентиляции для отсоса ядовитых веществ непосредственно от мест их образования. Местные отсосы устраивают конструктивно встроенными и сблокированными с оборудованием так, что агрегат нельзя пустить в ход при выключенном отсосе.

Особые требования предъявляются также к устройству помещений, в которых ведутся работы с вредными и пылящими веществами. Так, полы, стены, потолки должны быть гладкими, легко моющимися. В цехах с большими выделениями пыли производят регулярную мокрую или вакуумную уборку.

Индивидуальные средства защиты. При работе с ядовитыми и загрязняющими веществами пользуются спецодеждой — комбинезонами, халатами, фартуками и пр., для защиты от щелочей и кислот — резиновыми обувью и перчатками. Для защиты кожи рук, лица, шеи, применяют защитные пасты: антитоксичные, маслостойкие, водостойкие. Глаза от возможных ожогов и раздражений защищают очками с герметичной оправой, масками и шлемами.

Органы дыхания защищают фильтрующими и изолирующими приборами. Фильтрующие приборы — это промышленные противогазы и респираторы. Респиратор состоит из резиновой полумаски и фильтров, очищающих вдыхаемый воздух от пыли или газов. Изолирующие дыхательные приборы (шланговые или кислородные) применяют в случаях высоких концентраций вредных веществ.

Также необходимо уделить особое внимание пожарной безопасности:

не применять открытого огня и не курить;

оборудовать помещения установками для подачи пара и пенными огнетушителями;

не допускать ударов металлических предметов друг об друга во избежание искрения;

тщательно следить за исправностью технологического оборудования, избегать отклонений от номинальных режимов работы;

периодически проверять работоспособность противопожарного инвентаря.

В процессе испытания обмотки статора на электрическую прочность необходимо соблюдать осторожность при работе с высоким напряжением, пользоваться средствами индивидуальной защиты и соблюдать общие правила электробезопасности, такие как защитное заземление используемого оборудования и рабочего места, защита от случайного прикосновения к токоведущим частям оборудования, контроль и профилактика повреждения изоляции. Более подробно вопросы электробезопасности при эксплуатации оборудования рассмотрены в пункте 6.2.

6.2 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

При эксплуатации электродвигателя необходимо соблюдать общие меры безопасности, применяемые ко всему электрооборудованию. Рабочий должен быть защищён от удара электрическим током, а также от повреждений, вызванных механической поломкой машины и окружающего оборудования. В частности, асинхронный двигатель, рассмотренный в данном дипломном проекте, выполнен по степени защиты IP 44, что означает наличие закрытого корпуса и способность работать в достаточно жёстких условиях при обеспечении безопасности рабочего.

Электродвигатели, работающие на производстве, должны быть обеспечены всеми видами защит: от короткого замыкания, от перегрузки, от чрезмерного увеличения частоты вращения. Для защиты от к.з. применяют предохранители и автоматические выключатели. Номинальные токи плавких вставок предохранителей и расщепителей автоматических выключателей выбираются таким образом, чтобы отношение пускового тока двигателя к номинальному току вставок плавких было равным 1,6 до 2. Плавкие вставки калибруют и ставят клеймо с указанием завода – изготовителя и номинального тока. Применение некалиброванных вставок плавких не допускается.

Защита электродвигателей от перегрузок устанавливается в случаях, когда возможна перегрузка по технологическим причинам, а также когда при особо тяжёлых условиях пуска или самозапуска необходимо ограничить длительность пуска при пониженном напряжении. Защита выполняется с выдержкой времени и осуществляется тепловым реле или другими устройствами. Защита от перегрузки действует на отключение, на сигнал или на разгрузку механизма, если разгрузка возможна.

Если электродвигатели располагаются в пыльных помещениях или с повышенной влажностью, то к ним необходим подвод чистого охлаждающего воздуха. Плотность тракта охлаждения (корпуса электродвигателей, воздуховодов, заслонок) проверяется не реже 1 раза в год.

Напряжение на шинах распределительных устройств должно поддерживаться в пределах 100 – 105 % от номинального. Для обеспечения долговечности двигателей использовать их при напряжении выше 110 и ниже 95 % от номинального не рекомендуется.

Необходимо также периодически проводить осмотры, капитальные и текущие ремонты согласно плану эксплуатации двигателя.

Электродвигатели аварийно отключаются от сети в следующих случаях:

при несчастных случаях с людьми;

появление дыма или огня из двигателя или из его пускорегулирующей аппаратуры;

поломке приводного механизма, появлению ненормального стука;

при резком увеличении вибрации подшипников агрегата, нагреве подшипников сверх допустимой температуры.

При обслуживании электрических установок возможны случаи, когда металлические конструктивные части, нормально не являющиеся токоведущими и не находящиеся под напряжением, электрически соединяются с элементами цепи электрического тока и получают вследствие этого потенциал, отличный от потенциала земли. Замыкание, возникающее в машинах, аппаратах, линиях, на нетоковедущие части конструкции называют замыканием. В этих случаях человек, не имеющий специальных средств защиты (резиновых перчаток, галош и т. п.), может, прикоснувшись к этим частям, оказаться под напряжением: через его тело пройдет ток, опасный или смертельный для организма.

Для обеспечения безопасности обслуживания электроустановок применяют защитное заземление, зануление или защитное отключение. Выбор вида защиты зависит от режима работы нейтрали генераторов и трансформаторов.

Нейтрали генераторов и трансформаторов, соединяющиеся с заземляющим устройством через резистор малого сопротивления, называют глухозаземленными (рис.6.1,а). Нейтрали, не присоединенные к заземляющим устройствам непосредственно или присоединенные через резисторы большого сопротивления (например, трансформаторы напряжения), называют изолированными (рис. 6.1,б). Электроустановки переменного тока напряжением до 1000 В конструктивно выполняют глухозаземленными или с изолированной нейтралью, а электроустановки постоянного тока - глухозаземленными или с изолированной средней точкой. В четырехпроводных сетях переменного тока должно быть обязательно глухое заземление нейтрали.

Рис. 6.1 Схемы заземления в сетях напряжением до 1000В.

Защитным заземлением электрической установки называют преднамеренное соединение ее нетоковедущих частей с заземляющим устройством, представляющим собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Оно широко используется в электроустановках, работающих в сетях с изолированной нейтралью. При этом осуществляется непосредственная металлическая связь корпусов электрооборудования с землей (см. рис. 6.1, б), имеющая своей целью предельно ограничить разность потенциалов, которая может воздействовать на человека, одновременно соединенного с землей и корпусом.

К частям силового оборудования, подлежащим заземлению относят:

корпуса электрических машин, трансформаторов и аппаратов;

приводы электрических аппаратов;

вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

каркасы распределительных щитов, шкафов и пультов управления;

металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции;

металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и брони контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, стальные трубы для проводов электросети и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования;

съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах любых электроконструкций;

металлические корпуса передвижных и переносных электроприёмников.

Заземлению не подлежит электрооборудование, которое по характеру своего расположения и способу крепления имеет надёжный контакт с другими заземлёнными металлическими частями установки;

оборудование, установленное на заземлённых металлических конструкциях, имеющие в местах крепления зачищенные и незакрашенные места;

корпуса электроизмерительных приборов, реле и т.п. установленные на шкафах, щитах и пультах;

съёмные или открывающиеся на металлических заземлённых каркасах любых электроконструкций.

Для защиты от перехода высокого напряжения в сеть низкого напряжения, при пробое изоляции обмоток трансформаторов в этих установках обмотку трансформатора заземляют через пробивной предохранитель. В случае попадания тока высокого напряжения в сеть тока низкого напряжения происходит электрический пробой пробивного предохранителя и обмотка низшего напряжения трансформатора оказывается заземленной.

В качестве естественных заземлителей используют:

свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.);

металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, галереи, площадки и т.п.); стальные трубы электропроводок; обсадные трубы скважин; металлические, стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации и центрального отопления.

Если естественных заземлителей нет или их использование не дает нужных результатов, то применяют искусственные заземлители в виде стержней из угловой или круглой стали и из газоводопроводных труб.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на нетоковедущие части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с наименьшим временем отключения. С этой целью в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, а также в трехпроводных сетях постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обязательно зануление — металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки (рис. 6.2). Проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента предохранителя.

Рис 6.2 Схемы зануления электрооборудования

Схема зануления включает в себя следующие элементы: нулевой провод питающей сети, заземление нейтрали источника питания (рабочее заземление) и повторное заземление нулевого провода. Нулевой провод питающей сети в схеме зануления обеспечивает создание цепи с малым сопротивлением для тока при замыкании фазы на корпус и превращении этого замыкания в однофазное короткое замыкание. Различают нулевой защитный 0₃и нулевой рабочий 0_Р провода (см. рис. 6.2, б). Нулевой защитный провод служит для соединения зануляемых частей оборудования с глухозаземленной нейтралью источника тока, а нулевой рабочий провод — для питания электроприемников фазным напряжением. Однако схемы с разделением нулевого провода выполняют редко. В большинстве случаев используют один нулевой провод, одновременно выполняющий функции и рабочего, и защитного (см. рис. 6.2, а).

В качестве нулевых защитных проводов можно использовать:

нулевые рабочие, специально предусмотренные проводники (четвертая или третья жила кабеля, четвертый или третий провод, стальные полосы и т.п.);

стальные трубы электропроводки;

алюминиевые оболочки кабелей;

металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.);

металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, галереи, площадки, шахты лифтов, подъемников, элеваторов, обрамление каналов и т.п.);

6.3 Пожарная безопасность при эксплуатации двигателя

Многие производственные процессы сопровождаются значительным выделением пыли. Пыль – это тонкодисперсные частицы, которые образуются при различных производственных процессах – дроблении, размалывании и обработке твёрдых тел, при просеивании и транспортировке сыпучих веществ и т.п. Кроме того пыли образуются при горении топлива. Пыли, взвешенные в воздухе, называются аэрозолями, скопления осевших пылей – аэрогелями. Промышленная пыль бывает органическая (древесная, торфяная, угольная) и неорганическая (металлическая, минеральная).

Для обеспечения противопожарной безопасности в помещениях с повышенным содержанием пыли (деревообрабатывающие мастерские, мукомольни и т.д.) необходимо обеспечить бесперебойную вытяжную вентиляцию, а также предусмотреть необходимые средства пожаротушения. Естественно, в таких помещениях нужно полностью исключить курение, использование обогревательного оборудования, не предусмотренного в конструкции помещения. Электродвигатели, используемые в приводах, должны быть взрыво – пожаробезопасной конструкции.

Согласно строительным нормам и правилам все производства подразделяются на пять категорий: А, Б, В, Г, Д.

Проектируемый двигатель находится в помещении II класса по огнестойкости категории В. К категории В относятся производства связанные с обработкой твёрдых сгораемых веществ и материалов, а так же жидкостей с температурой возгорания выше 120ºС.

Пожарная опасность электроустановок обусловлена наличием в применяемом электрооборудовании изоляционных материалов. Горючей является электрическая изоляция обмоток электрических машин, различных электромагнитов, проводов и кабелей. Всевозможные лаки и компаунды, изоляционное (трансформаторное) масло. битум, канифоль, и ряд других электроизоляционных и конструкционных материалов, являющихся горючими и пожароопасными.

Электроизоляционные материалы, применяющиеся в электрических машинах, по их нагревостойкости подразделяются на семь классов. Для каждого класса установлена предельно допустимая рабочая температура.

Выделяемая изолированными проводниками теплота вызывает повышение температуры. В случае значительных перегрузок проводников и особенно при протекании токов КЗ, температура изоляции возрастает настолько, что материал разлагается с выделением горючих паров и газов, что и бывает обычно причиной возгорания изоляции.

Значительную пожарную опасность представляют коммутационные аппараты открытого типа и открытые плавкие вставки, в которых при отключении тока, а так же при перегорании плавкого предохранителя возникает опасное искрообразование. Поэтому, как правило, рубильники, предохранители и переключатели следует применять закрытого типа.

Учитывая пожарную опасность электроустановок, ПУЭ устанавливают ряд специальных требований к электрооборудованию при установке и монтаже. В процессе эксплуатации электроустановок необходимо так же соблюдать ряд мер предусмотренных ПТЭ с учётом пожарной безопасности. Система пожарной безопасности предусматривает следующие меры:

- удаление избыточного тепла, выделяемого двигателями;

- максимально возможное применение негорючих и трудно горючих веществ и материалов;

- ограничение количества горючих веществ и их надлежащее расположение;

- изоляцию горючей среды;

- предотвращение распространения огня за пределы очага;

- применение средств пожаротушения.

7. Технико-экономическое обоснование спроектированного двигателя

7.1. Описание конструкции АД

Электрические машины мало вступают в физический и психологический контакт с человеком, поэтому требование при проектировании АД сводятся к обеспечению удобства их монтажа, встраиваемости в различные механизмы, безопасности при эксплуатации, малошумности, максимально возможного охлаждения электрической машины и удобства подключения.

К видимым частям электрической машины относятся станина, подшипниковые щиты, кожух вентилятора, ротор. Станина АД изготавливается методом литья под давлением. Два подшипниковых щита одинаковы по форме, гладкие. Конфигурация кожуха служит для оптимального обтекания двигателя струями охлаждающего воздуха. Магнитная система набирается из листов электротехнической стали марки 2013. Обмотка статора из мягких секций, намотанных круглым медным проводом. Секции укладываются в пазы статора через шлицы. Подшипниковые щиты литые, имеют внутреннюю замковую поверхность, полностью прилегающую к станине. Также в двигателе есть подшипники качения, легкой серии с понижением уровня шума.

7.2. Структурно-функциональный анализ асинхронного двигателя

Структурно-функциональный анализ (СФА) применяется для всестороннего изучения изделия с целью установления его главных, основных и вспомогательных функций, для совершенствования конструкции в направлении повышения надежности, безопасности, экономичности производства и эксплуатации при выполнении главной функции. При проведении СФА все изделие представляется в виде нескольких систем, а каждая система разбивается на несколько элементов. Анализ выявляет связь, главенство, полезность, функциональность элементов системы. Структура системы – это то, что остается неизменным при изменении ее состояния реализации различных функций в процессе совершения системой различных операций.

Для проведения СФА выделяются главная, основная и вспомогательная функции. Функция системы – действие, которое она выполняет для достижения поставленной цели. Главная функция – неизменное выражение основного назначения изделия, его полезности для достижения конечного результата. Ее основное отличие от других функций – неизменность, независимость от конструктивных модификаций системы.

Основная функция характеризует назначение элементов изделия, которое по возможности стабильно и независимо от изменяющихся факторов – материалы технология и так далее.

Лишняя функция - назначение элемента не участвующего в выполнении основной функции и оказывающегося ненужным при изготовлении, либо функционировании системы.

Рис.7.1. Схема СФА АД.

На основании СФА выявляются связи между элементами системы. Полный набор механических связей каждого элемента с другими осуществляется с помощью структурной матрицы. Матрица связей позволяет в наиболее простой и наглядной форме проследить связи узлов и деталей, составляющих изделие. При установлении этих связей, анализируются наиболее загруженные и ненадежные узлы и детали машины, содержащие наибольшее количество единиц в матрице (рис. 7.1 и табл. 7.1).

Наименование системы	Выполняемая функция	Уровень функции	Выполнение операции	Материалы
асинхронный двигатель	преобразование эл. энергии в механическую	главная	все изделие	сталь, медь, латунь
магнитная система	создание магнитодвижущей силы	основная	Станина	медь
система подключения	подключение обмотки статора к питанию сети	вспомо- гатель-ная	коробка выводов	железо
система центровки и крепления	обеспечение “жесткого” положения ротора в подшипнков. щитах	вспомо- гатель-ная	подшипни- ков. щиты, подшипники вал	конструкционные материалы
система смазки	уменьшает силу трения в подшипниках	вспомо- гатель-ная	масленка, “шприц” для металла	металл
система охлаждения	Отвод тепла от активных частей машины	вспомо- гатель-ная	вентилятор на валу ротора	сталь
системы защиты.	защита человека от прикосновения к вращающимся частям, от поражения эл. током, от выхода из строя эл. двигателя.	вспомо- гатель-ная.	Защитные крышки, кожухи, эмали, лаки.	Конструк- ционные материалы, краски, лаки, эмали.

Таблица 7.1. СФА АД

Система асинхронного двигателя для структурно-функционального анализа представлена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Схема для СФА

Матрица механической связи основных элементов структуры асинхронного электродвигателя приведена ниже в табл. 7.2.

Табл. 7.2.

	Подшип-ник	Ста-нина	Ста-тор	Ротор	Об-мотка ста-тора	Об-мотка ротора к.з.	Задний подшип. щит	Перед. подшип. щит	Вал
Подшипник	0	0	0	1	0	0	1	1	1
Станина	0	0	1	0	0	0	1	1	0
Статор	0	1	0	0	1	0	0	0	0
Ротор	0	0	0	0	0	1	0	0	1
Обмотка статора	0	0	1	0	0	0	0	0	0
Обмотка ротора к.з.	0	0	0	1	0	0	0	0	0
Задний подшип-ник. щит	1	1	0	0	0	0	0	0	0
Передний подшип-ник. щит	1	1	0	0	0	0	0	0	0
Вал	1	0	0	1	0	0	0	0	0

Примечание: 0-отсутствие; 1-наличие механической связи между системами.

Главная функция отличается от остальных неизменностью, независимостью от конструктивных модификаций системы.

Основная – характеризует назначение элементов изделия.

Вспомогательная – это результат конструктивных, технических, либо других решений для реализации основной и главной функции.

Полный набор механической связи каждого элемента с другими осуществляется с помощью структурной матрицы. В проведённом СФА, изделие было представлено не в его реальной форме, а как комплекс выполняющих функций. В процессе анализа были установлены главные, основные, и вспомогательные функции. Приведенный анализ показал, что все элементы изделия участвуют в выполнении главной функции – обеспечение работы АД при большом пусковом моменте. На основании данного анализа был сделан вывод, что снижение себестоимости, повышение качества нужно добиваться за счет применения новых материалов.

Повышение эффективности новых машин связано со снижением эксплуатационных расходов, то есть повышения надежности и улучшением энергетических показателей, однако это должно достигаться без увеличения затрат на изготовление. Машина общего назначения должна удовлетворять в части рабочих характеристик требованиям действующих стандартов или технических условий и вместе с тем быть экономически эффективной.

Например, при соблюдении указанных требований стандартов машина может быть спроектирована с высоким использованием активных (проводниковых и магнитных ) материалов, иметь уменьшенную массу и, следовательно стоимость. Однако если при этом ухудшаются энергетические показатели, то повысится стоимость потерь энергии.

Для повышения эффективности машины необходимо сократить расходы на электротехническую сталь, обмоточные провода, снизить трудоемкость изготовления. Переход на более нагревостойкую изоляцию позволяет при той же мощности машины уменьшить ее габариты. Применение более совершенной системы охлаждения, новых сортов электротехнической стали с лучшими магнитными свойствами и меньшими удельными потерями, новых электроизоляционных материалов приводит к уменьшению потерь и объема активной части.

Данные мероприятия приводят к снижению себестоимости двигателя, следовательно, и его цены.

7.3. Определение себестоимости и оптовой цены спроектированного двигателя

Трудоемкость изготовления спроектированного двигателя:

Т_н = Т_б ³√(mмаш.н/mмаш.б)²=25 ³√(41,8/49)²= 22,49 н?ч,

где Т_б = 25 н?ч - трудоемкость базового двигателя.

Заготовительные массы материалов

Масса проводов обмоток

m'_м1 = 1,03m_м1. =1,03·3,73= 3,84 кг.

Масса алюминия короткозамкнутого ротора

m'ал =1,05mал = 1,05·1,12=1,18 кг.

Масса стали статора и ротора

m'_сΣ =m_с_Σ = 16,32 кг.

Масса изоляции машины

m'_и1 =1,05 m_и1 = 1,05?0,07 = 0,0735кг.

Масса конструкционных материалов

m'_к =1,1 m_к = 1,1?20,66 = 22,73 кг.

Себестоимость материалов

Провода обмоток

С_м1 = с_м1 ?m′_м1 =150?3,84= 576,29 руб.

Алюминий ротора

С_ал =сал?m′ал = 100?1,18 =118 руб.

Сталь статора

С_сΣ= с_сΣ? m′_сΣ = 80?16,32 =1305,6 руб.

Изоляция

С_и1 =с_и1? m'_и1 = 75?0,0735 =5,51 руб.

Конструкционные материалы

С_к =с_к? m'_к = 35?22,73 =795,55 руб.

Суммарная стоимость материалов

С_мат= С_м1+С_сΣ + С_ал + С_и1 + С_к = =576,29+118+1305,6+5,5+795,55=2800,95 руб.

Покупные изделия

Таблица 7.3

№	Наименование изделия	Количество изделий Ки	Действующие цены на покупное изделие Спи
1	Болт М8	4 шт.	7
2	Болт М6	16 шт.	6
3	Болт М4	18 шт.	5
8	Подшипники	2 шт.	65
9	Лакокраски	0,4 л.	90

Стоимость покупных изделий

С_п.и=∑( С_пи ?К_и) = 7?4+6?16+5?18+65?2+90?0,4= 380руб.

Транспортные расходы

С_m_р = (С_мат. + С_п.и. )/100% ? а_m_р = (2800,95+380)/100?8=254,48руб.,

где а_m_р = 8% - процент транспортных расходов.

Основная зарплата производственных рабочих

З_о = Т_н?U_с =22,49 ? 17,5 = 393,58 руб.,

где Uс = 17,5 руб. – часовая ставка.

Премия производственных рабочих

П= З_о /100% ? а_п=393,58/100·30=118,07руб.

где а_п = 30% .

Дополнительная зарплата производственных рабочих

З_доп = (З_о+П) /100% ? а_доп = (393,58+118,07)/100?15= 76,74 руб.,

где а_доп = 15% .

Единый социальный налог

О_сс=( З_о +П+ З_доп)/100% ? а_с =

= (393,58+118,07+76,74)/100?26= 152,98 руб.,

где а_с = 26% .

Зарплата производственных рабочих

З_пр = З_о +П+ З_доп + О_сс =393,58+118,07+76,74+152,98=741,37 руб.

Цеховые расходы

Р_ц =( З_о ? а′_цех )/100% = (393,58?50)/100=196,79 руб.,

где а′_цех= 50% .

Расходы на содержание оборудования и его эксплуатацию (амортизация)

Р_со =( З_о ? а′_со )/100% = (393,58?110)/100=432,94 руб.,

где а′_со = 110% .

Цеховая себестоимость

С_ц = С_мат + С_п.и+ С_m_р + З_пр +Р_со + Р_ц = 2800,95+380+741,37+196,79+432,94=4806,53 руб.

Общезаводские расходы

Р_з =( З_о ? а_зав )/100% = (393,58?70)/100 =275,5 руб.,

где а_зав.=70% .

Производственная себестоимость

С_п= С_ц + Р_з =4806,53+275,5 = 5082,03 руб.

Прочие производственные расходы

Р_пр =( С_п ? а_пр )/100% = (5082,03?2)/100 = 101,64 руб.,

где а_пр. = 2% .

Общезаводская себестоимость

С_з =С_п+ Р_з+ Р_пр = 5082,03+101,64 =5183,67 руб.

Внепроизводственные расходы

Р_вн. =( С_з ? а_вн. )/100% = (5183,67?1,5)/100= 77,76 руб.,

где а_вн.= 1,5% .

Полная себестоимость двигателя

С_д = С_з + Р_вн=5183,67 +77,76 = 5261,43 руб.

Прибыль

Р =( С_п ? а_пб )/100% = (5261,43?4,4)/100 = 231,5 руб.,

где а_пб = 4,4% .

Оптовая цена

С_г= С_п + Р_б =5261,43+231,5= 5492,93 руб.

Калькуляция себестоимости АД

Таблица 7.4

№	Наименование статей и затрат	Цена нового двигателя Руб.	Цена базового двигателя Руб.
1	Основные материалы	2800,95	3283,41
2	Покупные изделия	380	380
3	Транспортно-заготовительные расходы	254,48	293,07
4	Основная зар.плата рабочих	393,58	437,5
5	Дополнительная зар.плата рабочих	76,74	85,31
6	Премия	118,07	131,25
7	Единый соц.налог	152,98	170,06
8	Цеховые расходы	196,79	218,75
9	Расходы на содержание оборудования (амортизация)	432,94	484,25
10	Общезаводские расходы	275,5	306,25
11	Внепроизводственные расходы	77,76	88,58
12	Прочие постоянные расходы	101,64	115,8
13	Полная себестоимость	5261,43	5994,23
14	Прибыль	231,5	263,75
15	Цена	5492,93	6257,98
16	Объем производства	550	550

Таким образом спроектированный двигатель дешевле базового на 765,05 руб. Разница обусловлена меньшей затратой на основные материалы, так как масса нового двигателя меньше чем масса базового и соответственно меньшей заработной платой на их изготовление.

7.4. Определение экономической эффективности

Годовая себестоимость нового двигателя:

К_н=К₁*N_год.б=5261,43*550=2893786,5 руб

Годовая себестоимость базового двигателя:

К_б=К₂*N_год.б=5994,23*550=3296826,5 руб

Годовая экономия от снижения себестоимости:

ΔК= К_б- К_н=3296826,5-2893786,5=403040 руб

Определение точки безубыточности

Переменные издержки на калькуляционную единицу:

v=Смат+Сп.и+Сmр+Зо+Здоп+П+Осс+=2800,95+380+254,48+393,58+76,74+118,07+152,98=4176,8 руб

Общие переменные издержки:

V= v*Q=4176,8*550= 2297240 руб

Постоянные издержки на калькуляционную единицу:

f= Рц + Рсо + Рз + Рпр =196,79+432,94+275,5+101,64=1084,63 руб

Общие постоянные издержки:

F=f*Q=1084,63*550=596546,5 руб

Себестоимость калькуляционной единицы:

C=v+f=5261,43 руб

Общая себестоимость:

Co = C*Q =5261,43*550=2893787

Валовая выручка:

R= Сг*Q = 5492,93*550 = 3021112 руб

Прибыль:

P= R - Co =3021112-2893787= 127325 руб

Объем производства в критической точке (Nкр)

Nкр = F/( Цд - v) = 596546,5/(5492,93 – 4176,8) = 453,258 шт.

Выручка от реализации продукции в критической точке

Rкр = Цд Nкр =5492,93 ? 453,258= 2489715руб.

Таблица 7.5

№	Наименование статей	Обозначение, ед. измерения	Кол-во
№	Наименование статей	Обозначение, ед. измерения	Базовый двигатель	Новый двигатель
1	Объем производства	Q, шт.	550	550
2	Переменные издержки на калькуляционную единицу	v, руб	4780,6	4176,8
3	Общие переменные издержки	V, руб.	2629330	2297240
4	Постоянные издержки на калькуляционную единицу	f, руб	1213,63	1084,63
5	Общие постоянные издержки	F, руб.	667496,5	596546,5
6	Себестоимость калькуляционной единицы	C, руб.	5994,23	5261,43
7	Общая себестоимость	Co , руб.	3296827	2893787
8	Валовая выручка	R, руб.	3441889	3021112
9	Прибыль	P, руб.	145062,5	127325
10	Точка безубыточности в стоимостном выражении	руб.	2827424	2489715
11	Точка безубыточности в натуральном выражении	шт.	451,811	453,258

Минимальная продажная цена при которой производство остается безубыточным:

Cр.min = F + V / Q= 2893786,5/ 550 =5261,43 руб.,

Запас финансовой устойчивости:

Зф.у = R – Rкр =3021111,5-2489715=531396,5руб.,

где R – валовая выручка от реализации продукции;

Rкр – выручка от реализации продукции в критической точке.

Показатель финансовой устойчивости в относительном выражении

Кзфу = Зф.у / R =531396,5/3021111,5=0,176

График безубыточности

Издержки,

тыс. руб.

3021111,5

2893786,5

2489715

N_кр

1500000

596546,5

0 100 200 300 400 453 500 550 600

Объём производства, шт.

Безубыточность достигается после выпуска 453 изделий на сумму 2489715 руб.

7.5. Определение экономического эффекта

Необходимо инвестиций 1052286 руб

Инфляция - 13%

Ставка налога на прибыль - 24%

Среднегодовая ставка по кредиту - 15%

Таблица 7.6

Наименование показателей	Год инвестиций	Год эксплуатации
	0	1	2	3	4	5
Инвестиции, руб.	248375,1
Цена, руб./шт.		5492,93	5492,93	5492,93	5492,93	5492,93
Объем производства, шт./год		550	550	550	550	550
Себестоимость единицы продкуции, руб./шт.		5261,43	5261,43	5261,43	5261,43	5261,43
в т.ч. на амортизацию		432,94
Выручка		3796568	3796568	3796568	3796568	3796568
Общие издержки		3548193	3548193	3548193	3548193	3548193
в т. ч. на амортизацию		384500	384500	384500	384500	384500
Балансовая прибыль		248375	248375	248375	248375	248375
Налог на прибыль		59610	59610	59610	59610	59610
Чистая прибыль		188765	188765	188765	188765	188765
NCF		573265	573265	573265	573265	573265
Kd	1	0,98039	0,96116	0,94232	0,92384	0,90573

1. Определение нормы дисконта q:

q= Банковская ставка по кредиту – Инфляция

q=0,15-0,13=0,02

Коэффициент дисконтирования ( для каждого года с нулевого года, для нулевого года Kd=1 )

Kd = (1+q)^-^t

2. Находим чистую дисконтную стоимость NPV

где IC – капитальные вложения.

Инвестиции эффективны если NPV>0.

NPV = 334884*0,9803922 + 334884*0,96116878 + 334884*0,942322335 + 334884*0,9238454 + 334884*0,9057308 – 1*1052286 = 526176,174

3. Внутренняя норма доходности:

Внутреннюю норму доходности проекта можно рассматривать как наивысшую ставку процента, которую может заплатить заемщик без ущерба для своего финансового положения, если все средства для реализации инвестиционного проекта заемные. Она показывает запас прочности проекта по отношению к выбранной процентной ставки.

Для данного расчета используем метод подбора. Подберем 2 значения нормы дисконта (округление до тысячных) таким образом, что при значении q’ NPV’>0. А при значении q’’ NPV’’<0. И рассчитаем IRR по формуле:

IRR=[q′+ NPV′(q′′-q′)]/( NPV′′ - NPV′)

Таблица 7.7

Значение q` при котором NPV>0 но →0	0,17	19123,84
Значение q`` при котором NPV<0 но →0	0,18	-5046,4598

IRR=[0,17+19123,84(0,18-0,17)]/(19123,84-5046,4598)=0,177912124

Условие эффективности для внутренней нормы доходности IRR>q.

4. Коэффициент рентабельности инвестиций

К_рент = (334884*0,9803922 + 334884*0,96116878 + 334884*0,942322335 + 334884*0,9238454 + 334884*0,9057308)/(1·1052286)=1,500031526

При Крент > 1 сумма дисконтных денежных доходов > суммы инвестиций. Данный коэффициент является относительным показателем, поэтому он очень удобен при выборе одного проекта из альтернативных, имеющих одинаковые значения NPV.

5. Срок окупаемости проекта:

Значение этого показателя определяет такой срок, при котором суммированные дисконтированные доходы равны суммарным дисконтированным затратам (NPV=0)

Таблица 7.8

Срок окупаемости (PBP)	3,38913017
0 год (1·0-1052286)	-1052286
1 год (334884·0,9803922-1052286)	-723968,3529
2 год (334884·0,96116878-723968,3529)	-402088,3068
3 год (334884·0,942322335-402088,3068)	-86519,63412
4 год (334884·0,9238454-86519,63412)	222861,4175
5 год (334884·0,9057308+222861,4175)	526176,174

Заключение

Приведенное в данном дипломном проекте расчет и принятые инженерно-конструктивные решения позволяют надеяться на то, что двухскоростной АД, изготовленный в соответствии с материалами дипломного проекта будет удовлетворять требованиям технического задания и находится на уровне известных отечественных аналогов.

Конкретно, основные энергетические показатели на большой частоте вращения выглядят следующим образом:

КПД – 0,875

Коэффициент мощности – 0,86

Для сравнения у ближайшего аналога АД серии 4А типоразмера 4А112М2У3: КПД = 0,875; cos φ = 0,88. Таким образом, незначительно ухудшился лишь коэффициент мощности.

Пусковые показатели спроектированного двигателя в сравнении с вышеуказанным аналогом: кратность пускового тока 7,97 против 7,5 (немного возрасло), кратность пускового момента 2,61 против 1,6 (заметно увеличилось). Перегрузочная способность /кратность максимального момента 3,6 против 2,2 (заметно возросло).

При этом также незначительно снизилась масса, в основном за счет перехода на алюминиевые сплавы в таких конструктивных деталях, как корпус, подшипниковые щиты и т.д.

Литература

1. Проектирование электрических машин: учебное пособие для ВУЗов. Под редакцией И.П. Копылова. М. Энергия, 1980, 496с

2. Г.К.Жерве «Обмотки электрических машин».

3. И.Г. Шубов «Шум и вибрация электрических машин»

4. Костромин В.Г. «Технология производства асинхронных двигателей», Энегоиздат, М, 1984 г.

5. Котеленец Н.Ф., Кузнецов Н.Л. «Испытание и надежность элекутрических машин». Высшая школа, М, 1988 г.

6. Фионин В.И. «Проведение функционально-стоимостного анализа конструкций электрических изделий в курсовых работах и дипломных проектах», Куйбышев, 1989 г.

7. Ю.В.Копытов, Л.И.Вайнштейн, А.В.Михалков, П.В.Филимонов - Пра-вила технической эксплуатации электроустановок потребителей и пра-вила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потре-бителей – М, «Атомиздат», 1971.

8. П.А.Долин – Основы техники безопасности в электроустановках –

М, «Энергоиздат»,1984.

Внимание! Представленный Диплом находится в открытом доступе в сети Интернет, и уже неоднократно сдавался, возможно, даже в твоем учебном заведении.
Советуем не рисковать. Узнай, сколько стоит абсолютно уникальный Диплом по твоей теме:

Новости образования и науки

14:21 05 Июля 2016
Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
01:21 05 Июля 2016
На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
11:00 04 Июля 2016
Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
10:52 04 Июля 2016
Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
15:31 01 Июля 2016
В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

База знаний студента. Реферат, курсовая, контрольная, диплом на заказ

Проектирование двухскоростного асинхронного двигателя для привода деревообрабатывающих станков — Технология

Наименование

Выполняемая

Материалы

преобразование

все изделие

вспомо-

вспомо-

Конструк-

Ста-тор

Ротор

Вал

Ротор

Вал

Новости образования и науки

Заказать уникальную работу

Похожие работы: