Расчет асинхронного тороидального двигателя

Работа из раздела: «Физика и энергетика»

Дипломная работа

Содержание

1. Введение

2. Расчет двигателя

2.1 Главные размеры

2.1.1 Внешний диаметр сердечника статора

2.1.2 Внутренний диаметр сердечника статора

2.1.3 Полюсное деление

2.1.4 Расчетная мощность

2.1.5 Расчетная длина сердечника статора

2.1.6 Расчетная длина сердечника статора

2.1.7 Определяем отношение

2.2 Сердечник статора

2.2.1 Максимальное число пазов

2.2.2 Количество пазов сердечника статора

2.2.3 Количество пазов на полюс и фазу

2.2.4 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

3. Обмотка статора

3.1 Расчет обмотки статора

3.1.1 Номинальный фазный ток

3.1.2 Количество эффективных проводников в пазу

3.1.3 Количество витков в обмотке

3.1.4 Магнитный поток

3.1.5 Уточненная индукция в воздушном зазоре

3.1.6 Уточненная линейная нагрузка статора

3.1.7 Предварительная плотность тока в обмотке статора

3.1.8 Предварительная площадь поперечного сечения эффективного проводника

3.1.9 Предварительное сечение элементарного проводника

3.1.10 Выбор провода

3.1.11 Площадь поперечного сечения эффективного проводника

3.1.12 Предварительная плотность тока в обмотке статора

3.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора

3.2.1 Ширина зубцов

3.2.2 Высота спинки статора

3.2.3 Высота паза

3.2.4 Большая ширина паза

3.2.5 Меньшая сторона паза

3.2.6 Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

3.2.7 Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

3.2.8 Площадь поперечного сечения паза для размещения обмотки

3.2.9 Коэффициент заполнения паза

4. Расчет короткозамкнутого ротора

4.1 Сердечник ротора

4.1.1 Коэффициент заполнения сталью

4.1.2 Воздушный зазор между статором и ротором

4.1.3 Внешний диаметр ротора

4.1.4 Внутренний диаметр ротора

4.1.5 Длина магнитопровода ротора

4.1.7 Число пазов ротора

4.1.8 Зубцовое деление ротора

4.1.9 Ток в обмотке ротора

4.1.10 Предварительная площадь поперечного сечения стержня

4.2 Размеры трапецеидальных закрытых пазов

4.2.1 Размеры шлица

4.2.2 Допустимая ширина зубца

4.2.3 Больший радиус паза

4.2.4 Меньший радиус паза

4.2.5 Расстояние между центрами радиусов

4.2.6 Уточненная ширина зубцов ротора

4.2.7 Полная высота паза

4.2.8 Площадь поперечного сечения стержня

4.2.9 Плотность тока в стержне

4.3 Размеры короткозамыкающего кольца

4.3.1 Ток в кольце

4.3.2 Плотность тока в замыкающих кольцах

4.3.3 Площадь поперечного сечения кольца

5. Расчет магнитной цепи

5.1 МДС для воздушного зазора

5.2 МДС зубцовой зоны статора

5.3МДС зубцовой зоны ротора

5.4 Коэффициент насыщения зубцовой зоны

5.5 МДС ярма статора

5.4 МДС ярма ротора

5.7 Параметры магнитной цепи

6. Параметры рабочего режима

6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора

6.2 Активное сопротивление фазы обмотки ротора

6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

7. Расчет потерь

7.1 Основные потери в стали статора

7.2 Добавочные потери в стали

7.3 Полные потери в стали

7.4 Механические потери

7.5 Холостой ход двигателя

8. Рабочие характеристики

8.1 Параметры рабочего режима

9. Расчет пусковых характеристик

9.1 Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под

9.2 Расчет пусковых характеристик с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Рис.4 Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

10. Тепловой расчет

10.1 Электрические потери в обмотке статора в пазовой части

11. Механический расчет вала

11.1 Расчет вала на жесткость

11.2 Определение критической частоты вращения

11.3 Расчет вала на прочность

12. Расчет подшипников

12.1 Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А

3. Технологическая часть

3.1 Асинхронные машины

3.1.2 Устройства трехфазной асинхронной машины

3.2 Режимы работы трехфазной асинхронной машины

3.2.1 Режим двигателя

3.2.2 Режим генератора

3.3 Процессы происходящие в асиннхроной машине

3.3.1 Цепь статора

3.3.2 Цепь ротора

3.3.3 Ток статора

3.4 Электромагнитный момент асинхронной машины

3.4.2 Механическая характеристика торцевого асинхронного двигателя

3.5 Совместная работа торцевого асинхронного двигателя с нагрузкой на валу

3.6. Пуск в ход торцевого асинхронного двигателя

3.6.1 Прямое включение в сеть

3.6.2 Пуск при пониженном напряжении

3.6.3 Реостатный пуск двигателей

3.7 Использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами

3.7.1 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

3.7.1.1 Изменение скольжения

3.7.1.2 Изменение числа пар полюсов

3.7.1.3 Изменение частоты источника питания

3.8 Способы изготовления магнитопровода статора торцевого асинхронного двигателя

4. Анализ кинетического привода

4.1 Структурная схема системы адаптивно-векторного управления торцевым асинхронным электроприводом

4.2 Наблюдатель состояния

4.3 Анализ чувствительности электропривода к изменению параметров электродвигателя и задержкам переключения инвертора

4.4 Описание стенда для проведения испытаний

5. Экономическая часть

5.1 Расчет цеха

5.1.1 Определение количества оборудования

5.2 Определение количества станочников

5.3 Определение площади цеха

5.4 Общие расходы

5.4.1 Расчет затрат на вспомогательное технологическое оборудование.

5.4.2 Расчет затрат на инструмент, оснастку и устройства, которые дорого стоят, Кон

5.4.3 Расчет затрат на здание цеха, Кз

5.4.4 Расчет затрат на сооружения и передающие устройства Кс. 129

5.4.5 Расчет затрат на производственный инвентарь и принадлежность Кпі

5.4.6 Расчет затрат на хозяйственный инвентарь

5.5 Расчет себестоимости годового объема продукции цеха, С

5.5.1 Расчет затрат на основные материалы и полуфабрикаты, См

5.5.2 Расчет затрат на энергоносителе для технологических целей, Сээ

5.5.3 Расчет фонда заработной платы основных рабочих

5.5.4 Общепроизводственные затраты

5.5.5 Расчет общехозяйственных затрат

5.5.6 Расчет непроизводственных (коммерческих) затрат

5.6 Расчет годового экономического эффекта Эр, и срока окупаемости капитальных вложений Ток

5.7 Технико-экономические показатели цеха

6. Безопасность

6.1 Анализ производственных опасностей и вредностей. Разработка мероприятий по их снижению

6.1.1 Метеоусловия

6.1.2 Освещенность

6.1.3 Снижение шума и вибраций оборудования

6.1.4 Электробезопасность

6.1.5 Обеспечение безопасности при работе на прессовом оборудовании

6.1.6 Пожарная безопасность

Заключение

Список использованной литературы

1. Введение

Производство и потребление энергии во всем мире растет быстрыми темпами, определяя прогресс во всех областях жизнедеятельности человека. Одновременно усложняются процессы преобразования энергии, расширяется многообразие энергетических установок и агрегатов, обеспечивающих наиболее рациональные режимы энергопитания разнородных потребителей. Наряду с ростом количественных показателей энерго-обеспеченности промышленности, промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта и т.п. все большую роль начинают играть показатели качества использования энергии, что связано с рациональным согласованием параметров энергии на различных стадиях её преобразования. Значительное место в решении возникающих при этом проблем отводится накопителям энергии, являющимся важным промежуточным звеном между системами генерирования и системами распределения и потребления энергии.

Существует множество видов накопителей энергии (НЭ), таких как: накопители со статической активной зоной (электрохимические, индуктивные, емкостные), и накопители с динамической активной зоной, предполагающие накопление и использование кинетической энергии с помощью подвижных элементов.

Пружинный маятник в часах (динамический накопитель)

Спусковой механизм часов: 1 -- балансир; 2 -- анкерная вилка; 3 -- спусковое колесо.

В колебательных накопителях кинетическая энергия накапливается в возвратно-поступательном (линейном или вращательном) движении груза за счёт резонанса. При этом энергия должна как подаваться, так и расходоваться порциями, попадая «в такт» с движением груза. Это сразу усложняет механизм и делает его достаточно капризным в настройке. Впрочем, такие узлы уже много веков используются во всех механических часах с балансирным или гравитационным маятником. Очень часто такие часы для начала работы надо слегка встряхнуть или толкнуть маятник рукой -- в целях экономии завода пружины за один такт подаётся на маятник лишь столько энергии, чтобы её хватило для компенсации потерь во время работы, но не для запуска «с нуля», из неподвижного состояния.

Как правило, основная цель подобных устройств -- не собственно накопление энергии, а стабилизация во времени работы каких-либо приборов, поскольку абсолютные значения запасаемой энергии обычно весьма малы и годятся только для «внутреннего потребления» при работе самого устройства.

Однако для разработки данного проекта этот вид накопителя не подходит, поскольку возникающее возвратно-поступательное ускорение, учитывая большую массу маховика, создает серьезные перегрузки.

В данном дипломном проекте будет рассмотрена модель именно кинетического накопителя энергии (КНЭ), в котором энергия запасается во вращающемся роторе, которая равна W=J?²/2.

Инерционные МН в настоящее время используются в различных отраслях техники. Примерами транспортных накопительных устройств служат: гироскопы систем навигации и ориентации; маховичные двигатели для малоразмерных вертолетов, грузовых средств транспорта во взрывоопасных помещениях (пороховых складах, шахтах и т. п.), а также для пассажирского транспорта; электроинерционные стартеры самолетных двигателей; стартовые катапультирующие установки на авианосцах для разгона самолетов при взлете [4.1 ] и др. Широко распространены маховичные МН в различных электрофизических установках. Рассматривается крупномасштабное применение инерционных МН совместно с электрическими машинами в электроэнергетических системах.

Рассмотрим инерционные кинетические МН.

Кинетическую энергию в принципе можно запасать при любом движении массы. Для равномерного поступательного движения тела массой m со скоростью V кинетическая энергия W=mV²/2. Удельная энергия W_y_д=W/m=V²/2 зависит (квадратично) только от линейной скорости тела. Тело, движущееся с первой космической скоростью V₁?8 км/с, имеет удельную энергию W_уд?32 МДж/кг.

Для разнообразных энергетических и транспортных применений рациональны МН вращательного движения -- инерционные МН (маховики). Запасенная кинетическая энергия W=J² ? /2 определяется квадратом угловой скорости ? = 2рп (п-- частота вращения) и моментом инерции J маховика относительно оси вращения. Если дисковый маховик имеет радиус r и массу m=гV (V--объем, г--плотность материала), то J=mr² /2 = гVr²/2 и W=р²mr²n²= гр²Vr²n². Соответствующая удельная энергия (на единицу m или V) составляет W_уд=W/m = r²р²n², Дж/кг и W_0уд=W/V=р²гr²n², Дж/м³. Значения ? и п При заданном размере r ограничиваются линейной окружной скоростью V = ?r = 2рnr, связанной с допустимым разрывающим напряжением материала у_р. Известно, что напряжение у в дисковом или цилиндрическом роторе МН зависит от v². В зависимости от геометрической формы металлических маховиков для них характерны допустимые предельные скорости на периферии приблизительно от 200 до 500 м/с.

Для повышения кинетической энергии маховика нужно увеличивать его массу и число оборотов вращения. Но с ростом числа оборотов увеличивается центробежная сила, что может привести к разрыву маховика. Поэтому для маховиков используются самые прочные материалы. Например, сталь и стеклопластик. Уже изготовлены маховики, масса которых измеряется многими десятками килограммов, а частота вращения достигает 200 000 об/мин.

Потери энергии при вращении маховика вызываются трением между поверхностью маховика и воздухом и трением в подшипниках. Для уменьшения потерь маховик помещают в кожух, из которого откачивается воздух, т. е. внутри кожуха создается вакуум. Применяются самые совершенные конструкции подшипников. В этих условиях годовая потеря энергии маховиком может быть менее 20%.

К недостаткам КНЭ можно отнести то, что запасённая маховиком энергия прямо зависит от его скорости вращения, поэтому по мере накопления или отдачи энергии скорость вращения всё время меняется и может достигать десятков тысяч об/мин. В то же время в нагрузке очень часто требуется стабильная скорость вращения, обычно не превышающая нескольких тысяч об/мин. По этой причине чисто механические системы передачи энергии на маховик и обратно могут оказаться слишком сложными.

Особенно перспективны так называемые супермаховики, состоящие из витков стальной ленты, проволоки или высокопрочного синтетического волокна. Навивка может быть плотной, а может иметь специально оставленное пустое пространство. В последнем случае по мере раскручивания маховика витки ленты перемещаются от его центра к периферии вращения, изменяя момент инерции маховика, а если лента пружинная, то и запасая часть энергии в энергии упругой деформации пружины. В результате в таких маховиках скорость вращения не так прямо связана с накопленной энергией и гораздо стабильнее, чем в простейших цельнотелых конструкциях, а их энергоёмкость заметно больше. Помимо большей энергоёмкости, они более безопасны в случае различных аварий, так как в отличии от осколков монолитного маховика, по своей энергии и разрушительной силе сравнимых с пушечными ядрами, обломки пружины обладают гораздо меньшей «поражающей способностью» и обычно достаточно эффективно тормозят лопнувший маховик за счёт трения о стенки корпуса. По этой же причине и современные цельнотелые маховики, рассчитанные на работу в режимах, близких к переделу прочности материала, часто изготавливаются не монолитными, а сплетёнными из тросов или волокон, пропитанных связующим веществом.

Современные конструкции маховиков с вакуумной камерой вращения и магнитным подвесом супермаховика из кевларового волокна обеспечивают плотность запасённой энергии до 5 МДж/кг и более, причём могут сохранять кинетическую энергию неделями и месяцами. Однако пока они существуют лишь в виде экспериментальных экземпляров или опытных партий. Использование для навивки сверхпрочного «суперкарбонового» волокна позволит увеличить скорость вращения и удельную плотность запасаемой энергии ещё во много раз -- до 2-3 ГДж/кг (одной раскрутки такого маховика весом 100-150 кг хватит для пробега в миллион километров и более, т.е. на фактически на всё время жизни автомобиля(«Нурбей Владимирович Гулиа.Удивительная механика.В поисках «энергетической капсулы»)). Однако стоимость такого волокна пока также во много раз превышает стоимость золота.

Рассмотрим маховичные накопители, исключая упругую энергию. Последняя под влиянием инерционных сил, действующих на упругие вращающиеся элементы, может быть запасена наряду с кинетической энергией в специальных комбинированных устройствах.

Уравнение движения маховика, справедливое в режимах заряда и разряда НЭ, имеет вид

M_вн=Jd?/dt-M_T.(1)

В (1) внешний момент M_вн является активным (движущим) моментом при заряде или реактивным (тормозящим) моментом при разряде МН. Динамический момент M_дин =Jd?/dt имеет знак, определяемый угловым ускорением E=d?/dt. Момент трения M_Т = M_Та + M_Тп равен сумме моментов аэродинамического трения (Мт>а) и трения в подшипниковых опорах и уплотнениях (Мт>п). Умножая (1) на ?dt и интегрируя, получаем уравнение баланса энергии

(2)

где ?₁, ?₂--начальная и конечная угловые скорости маховика; t₁ и t₂' соответствующие значения времени.

Из (2) видно, что, например, в режиме разряда кинетическая энергия W_r = 0,5J (?₁²-?₂²) расходуется на отводимую от МН энергию и энергию потерь трения

Для увеличения эффективности инерционных МН необходимо обеспечить наибольший возможный уровень начальной кинетической энергии М_к1=J?₁²,2 и свести к минимуму потери W_T при помощи соответствующих конструктивных решении.

Металлические маховики. На рисунке изображены маховичные накопительные элементы различной формы. Для базовой модели в виде тонкого ободкового МН допустима предельная окружная скорость V = ?у_P/г, следовательно, наибольшая запасенная энергия W=0,5mV² = 0,5m у_P/г. Удельная энергия W_уд = W/m=0,5у_р/г.

Для диска постоянной толщины или цилиндра радиусом R значение W_y_д=J?²/2M=(?R)²/4-=0,25V² определяется также квадратом окружной скорости на периферии V²=(?R)²~у_р/г.

Коэффициенты формы ч для различных маховиков дискового, ободкового и стержневого типов

ч =0.3 ч=0.5 0,3< ч <0,5

ч =0,6 ч=0.8 ч >1

ч =0.8 ч=0.5

a - Диск постоянной толщины с малым отверстием в центральной зоне

б- Тонкий обод

в- Диск с ободом

г- Диск постоянной толщины без центрального отверстия

д, ж- Конический и гиперболический диски без отверстия

е- Диск равной прочности

з - Стержень равной прочности

Для диска постоянной толщины или цилиндра радиусом R значение W_y_д=J²/2m=(?R)²/4-=0,25V² определяется также квадратом окружной скорости на периферии V²=(?R)²~у_р/г.

В общем случае для различных МН показатель W_уд = чу_р/г при одинаковых параметрах материала у_ри г пропорционален коэффициенту формы ч

Коэффициенты формы ч для различных маховиков дискового, ободкового и стержневого типов

Предельное значение запасаемой энергии единичного металлического маховика определяется конструктивно-технологическими ограничениями по массе и габаритам. Наиболее крупные стальные поковки (до 250 т), удовлетворяющие заданным требованиям металлургического качества, изготавливаются из слитков массой 500 т. Поковки подвергаются термообработке и ультразвуковому контролю дефектов. В случае выполнения маховиков без центрального отверстия возможна их работа с частотой вращения 3000 об/мин при диаметре до 2 м. Реально достигнутый уровень запасенной энергии в МН с горизонтальным расположением вала составляет 3,6-- 36 МДж.

Если необходимо накопить энергию в диапазоне 10 -- 10⁴ МДж и более, целесообразны вертикальные конструкции МН с составными (сборными) маховиками.

Наряду с дисками для маховиков используют иногда стержни равной прочности, симметричные относительно своей продольной оси (рисунок з)

Многослойные маховики. Исследования по увеличению удельной энергии привели к созданию различных конструкций супермаховиков на основе металлических проволок и лент, а также композитных волокнистых неметаллических материалов. Известно, что стальная проволока или лента (вследствие своей внутренней структуры, образованной волочением или холодной прокаткой) допускает у_р, в несколько раз превосходящие предельные напряжения массивных изделий из того же металла. Следовательно, в навитом из проклеенных слоев непрерывной ленты маховике можно получить сответственно более высокие значения W_y_д, чем в сплошных дисках. Ленточные маховики оказываются безопасными при разрыве на сверхугонных скоростях: потерявшие прочность наиболее напряженные периферийные витки выполняют роль предохранительного элемента, тормозя маховик трением о защитный кожух.

Уровень удельной энергии определяется параметрами композитов для продольного направления, которое в ободковых маховиках -- окружное, а в стержневых -- радиальное. Созданные ободковые маховики из органопластиковых или графитопластиковых композитов имеют показатель W_y_д = 510 к Дж/кг, а из стеклокомпозитов--до W_y_д =4000 кДж/кг.

В легких композитных маховиках, несмотря на большую удельную энергию W_y_д=W/m, затруднительно достижение высокого абсолютного уровня запасенной энергии. Предельный диаметр этих маховиков ограничен значением порядка 3--4 м по условиям работы современного технологического оборудования для намотки ленты. Однако известны проекты крупных МН, предназначенных для использования в электроэнергетических системах, со стеклопластиковыми маховиками диаметром до 18 м и толщиной 3--6 м. Четыре таких маховика рассчитаны на накопление суммарной энергии W=36 10⁴ МДж .При преобразовании в электроэнергию с КПД порядка 0,8 этот запас кинетической энергии может обеспечить работу потребителей мощностью 1000 кВт в течение 80 ч.

В данном проекте необходимо создать внешний момент,согласно уравнению движения: M_вн=Jd?/dt-M_T_,который может быть реализован разными способами.Наиболее простой-создание электромагнитного момента,с помощью электродвигателей.,использование,которых предпочтительно,т.к. электрическая машина может работать в генераторном режиме и вырабатывать энергию в режиме отдачи энергии потребителю.

Руководствуясь исходными данными, целесообразно использование асинхронных двигателей(АД), преимуществами которых являются простота конструкции и отсутствие коллекторного узла(по сравнению с машинами постоянного тока).Также причиной выбора АД является то,что крайне нежелательно размещать неподвижные проводящие материалы вблизи магнитов, так как это приводит к наведению вихревых токов и потерям энергии. Недостатками использования АД являются необходимость иметь реактивную мощность в генераторном режиме(исходя из условия самовозбуждения), Высокий ток намагничивания из-за увеличения магнитного зазора. Если рассматривать ток статора, то в двигательном режиме образуется большой ток намагничивания.

Одним из критериев выбора электродвигателя является его конструктивная и параметрическая совместимость с приводным механизмом. Рассмотрим некоторые аспекты конструктивной пластичности торцевых двигателей, используемых в различных областях техники.

На рис. 1.1 показаны конструктивные варианты устройств, причем штриховой линией отмечены схемы с использованием двигателей обычного цилиндрического исполнения, сплошной линией--схемы с торцевым двигателем.

В ряде случаев за счет оптимальной компоновки возможно получение новых качеств электропривода в целом. Конструктивные схемы электродвигателей представлены на рис. 1.2. Каждой конструкции двигателей присущи свои достоинства и недостатки. Так, например, с точки зрения простоты изготовления предпочтительной является однопакетная схема. При этом наличие сил одностороннего магнитного тяжения усложняет работу подшипникового узла.

Рис 1.1 Применение торцевых асинхронных двигателей в электробытовых устройствах: а--магнитофоне: б- вентиляторе; в- «стиральной машине; г -- электропроигрывающем устройстве

В двухпакетной схеме возможно выполнение тороидальной обмотки статора с резким сокращением длины лобовых частей. Таким образом, проблема выбора конструктивной схемы -- задача многоплановая и должна увязываться с общими требованиями к технологии производства и технико-экономическими показателями электропривода в целом.

Существуют конструкции торцевых двигателей в совокупности с приводными механизмами.

На рис. 1.3 показана схема центробежного вентилятора с торцевым асинхронным электродвигателем.

Рис 1.2 Конструктивные схемы активной часги торцевых электродвигателей: а--однопакстная; б--двухпакетная; в -- дисковая; .г -- многопакетная

Рабочее колесо вентилятора крепится непосредственно к ротору.. При работе вентилятора возникает разность давлений между объемом, ограниченным внутренним диаметром лопаток, и объемом за наружным диаметром лопаток рабочего колеса. В результате воздух, прокачиваемый вентилятором, из зоны высокого давления через окна и кольцевой канал попадает в рабочий зазор двигателя и через центральное отверстие в зону низкого давления. Тем самым осуществляется принудительная циркуляция наружного воздуха внутри двигателя без специальных охладительных устройств.

Рис. 1.3. Цснтробсжный вентилятор: /-статор: 2 -корпус: 3-- ротор; 4 ступица: 5- подшипник; 6- окно: 7 - кольцевой канал; 8 -кожух; 9- рабочее кольцо; 10-центральное отверстие

На рис. 1.4 приведена схема центробежного прямоточного электровентилятора со встроенным торцевым асинхронным двигателем.

Рис. 1.4. Центробежный прямоточный тдектровен тилятор: / -- двигатель: 2 рабочее колесо; 3--лопатки спрямляющею аппарата; 4 -- направляющий кожух: 5-- корпус вентилятора

На рис. 1.7 изображена конструкция герметичного компрессора со встроенным торцевым асинхронным двигателем.. Ряд технических мер позволяет обеспечить эффективное охлаждение элементов компрессора без дополнительных вспенивающих разбрызгивающих и охладительных устройств, применяемых при использовании цилиндрических двигателей. Кроме того, обеспечивается дегазация масла, повышается его диэлектрическая прочность, а торцевой ротор, выполняющий функцию маховика, сглаживает пульсации нагрузки.

Рис. 1.7. Герметичный компрессор со встроенным асинхронным двига-телем: 1 -- маслосборник; 2-- кожух; 3- блок цилиндров: 4--статор; 5 --ротор; 6 -- лопатка охлаждения на наружном ко-роткозамыкающем кольце

На рис. 1.8 показана схема исполнительного двигателя AG фирмы OYAKO, состоящего из низкоскоростного (мощностью 0,1--0,4 кВт) и высокоскоростного (мощностью 0,4-- 1,5 кВт) торцевых асинхронных самотормозящихся двигателей и редуктора. Ротор каждого двигателя установлен на валу с возможностью осевого перемещения и подпружинен. При включении в сеть под действием электромагнитного притяжения ротор притягивается к статору, сжимая осевую пружину, и отходит от тормозной колодки, закрепленной в низкоскоростном двигателе на торце корпуса, а в высокоскоростном двигателе --на диске сцепления. При отключении питания пружина прижимает ротор к тормозной колодке. Исполнительный двигатель отличается пониженной массой и компактностью, большим передаточным числом скоростей, большим крутящим моментом на низкой скорости, простотой конструкции и ухода, возможностью небольших перемещений суппорта станка частыми включениями. Двигатели применяются для электропривода станков, подъемно-транспортных и конвейерных устройств.

Торцевые асинхронные двигатели являются предпочтительными для применения в качестве экранированных двигателей герметичных электроприводов , так как плоская форма тонкостенного экрана создает преимущества при применении и более технологична в изготовлении по сравнению с цилиндрической. Как известно, в экранированных двигателях ухудшены энергетические характеристики за счет увеличенного суммарного электромагнитного зазора и вихревых токов в сплошных металлических экранах.

В процессе развития электромашиностроения решение задач снижения материалоемкости основывалось на улучшении свойств, применяемых в производстве материалов и совершенствовании конструкции электрических машин.

Потребляемая мощность P₁, активная длина L и внешний диаметр сердечника D_вш асинхронного двигателя цилиндрической конструкции связаны между собой количественным критерием использования к :

к = P₁/LдDвш^2+г,

где г- показатель степени, характеризующий изменение линейной нагрузки статора и максимальной индукции в рабочем зазоре при изменении диаметра.

Улучшение свойств материалов учитывается введением коэф-фициента к':

k'=kk₁k₂k₃

где k₁ учитывает повышение заполнения паза медью; k₂-переход на изоляцию с повышенным допустимым превышением температуры; k₃-- переход на лучший материал магнитопровода.

Эффективным средством является повышение k₁. Изменение его на 1% приводит к изменению заготовительной массы электротехнической стали на 0,25--0,4% и изменению k на 0,3--0,5%.Дальнейшему повышению k₁ для двигателей классической конструкции малой мощности препятствуют традиционная механизированная укладка обмотки в полузакрытые пазы, являющаяся основной причиной межвитковых замыканий, а также круглая форма сечения обмоточного провода.

Дальнейшее повышение нагревостойкости изоляции до класса Н хотя и дает повышение использования еще на 14%, но требует решения ряда вопросов, связанных с теплоотводом и с необходимостью применения специальных подшипников.Переход от горячекатаной стали к холоднокатаной легиро-ванной стали позволил получить k₃ = 1,1.

Повысить технический уровень обмоточно-изолировочных работ позволяет применение открытых пазов статора. При этом характеристики двигателей с открытыми пазами улучшаются при использовании магнитных клиньев.

К недостаткам беспазового статора можно отнести сложность сборки и закрепления активного распределительного слоя(АРС) на ярме, наличие крепежного технологического зазора, дополнительные потери от поперечного потока рассеяния, пропорциональные значению высоты АРС в третьей степени. Наиболее эффективно применение АРС в аксиальном варианте асинхронной машины.

Другой разновидностью беспазовой машины является машина с гофрированной конструкцией магнитопровода.. Важными преимуществами конструкции являются высокая малоотходность (коэффициент использования стали составляет 0,95). возможность применения в зубцах и ярме холоднокатаной стали, закрытие пазов мостиками насыщения, а также упрощение укладки обмотки по сравнению с классической конструкцией.

Недостатками конструкции по сравнению с двигателями с АРС являются сложность технологии навивки стальной ленты на ребро и некоторое усложнение обмоточных работ вследствие нарушения технологической автономности катушечных групп. Недостатком также является необходимость увеличения длины вылета или отгиба лобовых частей после намотки и сборки статора, а также возможность пропитки активного слоя лишь в полном сборе статора. Кроме того, недостатком являются добавочные потери на цилиндрических поверхностях гофрированного слоя в шлицевых зонах.

Рис. 1.12. Магнитопровод с витым ярмом и гофрированным зубцовым слоем: а--с симметричным профилем зубцов; 6 - с периодическим профилем зубцов: в --ротор с гофрированным зубцовым слоем и массивным ярмом

Широкому внедрению конструкции с гофрированным активным слоем препятствуют следующие его недостатки:

низкие энергетические показатели при наличии двух воздушных зазоров и при трудностях обеспечения равномерности рабочего зазора, сниженном заполнении паза и большом количестве пазов и корпусной изоляции и др.; сложность механизации технологии в серийном производстве (при создании гофрированного слоя, укладке обмоток, креплении активного слоя, заливке ротора и др.), особенно с учетом разнотолщинности. коробоватости и других дефектов стали.

Торцевые асинхронные двигатели по сравнению с цилиндри-ческими обладают рядом известных преимуществ. Аналогом штампованного цилиндрического сердечника асинхронной ма-шины является торцевой витой (по спирали) сердечник с проштампованными пазами, при изготовлении которого ис-пользование электротехнической стали доводится до 80%,тогда как в цилиндрическом двигателе около 60%. При этом исключается операция шихтовки. При изготовлении сердечников цилиндрических машин штамповкой пластины статора и ротора могут выполняться как одним ударом, так и последовательными операциями штампов совмещенного действия, причем штампы последовательного действия более производительны. Двухроторные торцевые асинхронные двигатели мощностью 0,375 - 6 кВт на 25--30% экономичней в производстве и имеют себестоимость на 35 40% меньше, чем традиционная конструкция.При интегральном изготовлении торцевых двигателей кон-струкция имеет следующие особенности: плоское (торцевое) исполнение с различными вариантами построения подшипникового узла ; плоскую зубцовую зону с прямоугольными пазами; плоскую беспазовую зону; короткозамкнутую обмотку ротора, являющуюся частью корпуса ротора; радиально-унорные подшипники качения; блочно-модулыюе построение; обмотку статора, выполненную методами фотолитографии или штамповкой из медного или алюминиевого листа толщиной 0.2 -0.5 мм по заданной конфигурации проводника обмотки; возможно и обычное исполнение для всыпной обмотки; обмотку ротора, выполненную методом заливки алюминия совместно с корпусом ротора в случае выполнения обмотки статора из алюминия: заливка алюминия в ротор осуществляется за счет отходов обмотки статора.

Применение того или иного конструктивно-технологического варианта ограничивается мощностями электродвигателей. Граничные значения в шкале мощностей определяются в основном возможностями технологического процесса.

При интегральной технологии для изготовления печатных обмоток статора могут быть применены методы фотолитогра-фии, позволяющие выполнять обмотки с достаточно тонкими проводниками и малыми межпроводниковыми расстояниями.

Устройство двигателя, работающего от сети с частотой 400 Гц, показано на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Двигатель переменного тока с печатной обмоткой: 1--статор; 2--ротор: 3 - печатая обмотка

Статор изготовлен из тонкой ленты магнитной листовой стали, намотанной в виде спирали, которая зафиксирована наружным бандажным кольцом. Толщина магнитопровода 5 мм; внутренний и внешний диаметры -- соответственно 30 и 90 мм.

Печатная обмотка выполнена на изоляционной пленке толщиной 0.03 мм и наклеена на статор. Волновая 16-полюсная обмотка имеет две идентичные фазы, отпечатанные на лицевой и обратной сторонах изоляционной пленки и сдвинутые в пространстве одна относительно другой на электрический угол 90°. Проводники обмотки имеют постоянное поперечное сечение; ширина каждого проводника 1 мм. толщина 0.05 мм. Проводники отделены друг от друга изолирующим промежутком, ширина которого в среднем равна 0.15 мм. Ротор двигателя-массивный стальной.

Низкая индуктивность обмоток дает возможность использовать машины с печатными обмотками в комбинации с полупроводниковыми устройствами, так как в переходных режимах электромагнитные процессы в обмотках не вызывают перенапряжений на полупроводниках.

Небольшой момент инерции ротора в некоторых конструкциях позволяет получить высокое быстродействие двигателя. Чувствительность машины к сигналу может быть значительно повышена введением внутреннею демпфирования, осуществляемого соединением печатной обмотки с тонким алюминиевым диском-демпфером. Беспазовые электрические машины с печатными обмотками имеют следующие основные достоинства:

простоту и надежность конструкции:

возможность работы с большими превышениями температур;

низкий момент инерции ротора;

малую собственную индуктивность и электрическую постоянную времени обмоток;возможность использования в схемах управления на транзисторах:возможность внутреннего демпфирования колебаний ротора;возможность изготовления обмоток в условиях поточного автоматизированного производства без применения ручного труда.

Недостатками существующих конструкций электродвигателей с печатными обмотками являются:

необходимость в питающей сети малого напряжения;

некоторое увеличение габаритов электродвигателей, обусловленное увеличением воздушного зазора;

принятие специальных мер для снижения потерь на вихревые токи в проводниках.

Но поскольку, двигатели с печатной обмоткой статора рассчитаны на малые мощности(до 0.18 кВт),то для реализации нашей задачи они не подходят.

накопитель энергия расчет стенд асинхронный двигатель

2. Расчет двигателя

1. Исходные данные

Номинальный режим работы повторно-кратковременный

Номинальная отдаваемая мощность Р₂, кВт 1,5

Частота сети f, Гц 200

зазор д ? 8мм

Номинальное линейное напряжение U, В 220/380

Синхронная частота вращения n₁, об/мин 1000

Wзап 14 кДж

Внешний диаметр активной зоны: ? 0.5м

2. Размеры, конфигурация, материал

2.1 Главные размеры

2.1.1 Внешний диаметр сердечника статора

D_А=278 мм.

2.1.2 Внутренний диаметр сердечника статора

D= k_D?D_А =0,52?278 ?145 мм,

где k_D=0,52.

2.1.3 Полюсное деление

мм.

2.1.4 Расчетная мощность

Р'=Вт,

где к_Е=0,98 - коэффициент;

'=87% - среднее значение КПД;

cos'=0,87 - среднее значение cosц.

2.1.5 Расчетная длина сердечника статора

2.1.6 Расчетная длина сердечника статора

?₁= мм,

где к_об1=0,96 - предварительный обмоточный коэффициент для однослойной обмотки; к_В=1,11 -коэффициент формы поля;

А'₁=36000 А/м - предварительная электромагнитная нагрузка;

В'_б=0,74 Тл - предварительная индукция.

2.1.7 Определяем отношение

=?₁/ф=130/227,77=0,57. Что меньше предельно допустимого значения _max=0,9.

2.2 Сердечник статора

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2013, толщиной 0,5 мм, с изолированием листов оксидированием. Коэффициент заполнения сталью k_С=0,97. Принимаем форму паза трапецеидальную полузакрытую. Обмотка однослойная всыпная концентрическая

2.2.1 Максимальное число пазов

где =17,5 - максимальная величина зубцового деления статора;

=14,4 - минимальная величина зубцового деления.

2.2.2 Количество пазов сердечника статора

Z₁=30.

2.2.3 Количество пазов на полюс и фазу

2.2.4 Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

мм.

3. Обмотка статора

3.1 Расчет обмотки статора

Принимаем однослойную всыпную концентрическую обмотку из проводов марки ПЭТВ, укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы

3.1.1 Номинальный фазный ток

I_1НОМ = А.

3.1.2 Количество эффективных проводников в пазу

u_П=.

где а=1 - количество параллельных ветвей обмотки статора.

3.1.3 Количество витков в обмотке

w₁=

3.1.4 Магнитный поток

Ф=,

где k_ОБ1=k_Р1Мk_У1=0,958?0,95=0,911 - уточненный обмоточный коэффициент.

k_Р1=0,958 - коэффициент распределения обмотки

k_У1=0,95 - коэффициент укорочения.

3.1.5 Уточненная индукция в воздушном зазоре

В_б= Тл.

3.1.6 Уточненная линейная нагрузка статора

А= А/м.

3.1.7 Предварительная плотность тока в обмотке статора

J₁= А/мм²,

где AJ - плотность тока в стержне =3,05?10¹¹.

3.1.8 Предварительная площадь поперечного сечения эффективного проводника

мм².

3.1.9 Предварительное сечение элементарного проводника

мм²,

где n_ЭЛ=7 - количество элементарных проводов в эффективном.

3.1.10 Выбор провода

По приложению 3 находим ближайший стандартный провод

d/d'=1,32/1,4 мм;S=1,368 мм².

3.1.11 Площадь поперечного сечения эффективного проводника

мм².

3.1.12 Предварительная плотность тока в обмотке статора

J₁= А/мм²,

3.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора

3.2.1 Ширина зубцов

b_Z₁= мм,

где В_З1=1,8 Тл - среднее значение магнитной индукции в зубцах статора.

3.2.2 Высота спинки статора

h_А= мм,

где В_А=1,6 Тл - среднее значение магнитной индукции в спинке статора.

3.2.3 Высота паза

h_П= мм.

3.2.4 Большая ширина паза

b₂= мм.

3.2.5 Меньшая сторона паза

b₁= мм,

где b_Ш=3,7 мм - ширина шлица.

3.2.6 Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

b₁=b₁ - Дb_П=9,4 - 0,2=9,2 мм;

b₂=b₂ - Дb_П=15,1 - 0,2=14,9 мм;

h₁=h₁ - Дh_П=27,5 - 0,2=27,3 мм,

где Дb_П= Дh_П=0,2 - припуски на штамповку.

3.2.7 Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

S_ИЗ=b_ИЗ(2h_П+b₁+b₂)=0,4(2?31,3+9,4+15,1)=34,84 мм²,

где b_ИЗ=0,4 мм - односторонняя толщина корпусной изоляции.

3.2.8 Площадь поперечного сечения паза для размещения обмотки

S'_П= мм²,

где ;

S_ПР=14,5 - площадь поперечного сечения прокладок.

3.2.9 Коэффициент заполнения паза

k_З =

4. Расчет короткозамкнутого ротора

4.1 Сердечник ротора

Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм.

4.1.1 Коэффициент заполнения сталью

к_с=0,97.

4.1.2 Воздушный зазор между статором и ротором

=0,8 мм.

4.1.3 Внешний диаметр ротора

D₂=D₁-2? =145-2·0,8=143,8 мм.

4.1.4 Внутренний диаметр ротора

D_j=D_В0,23D_A=0,23?278=60 мм.

4.1.5 Длина магнитопровода ротора

?₂=?₁=130 мм.

4.1.7 Число пазов ротора

Z₂=38.

4.1.8 Зубцовое деление ротора

t₂=D₂/Z₂=3,14·143,8/38=11,92.

Рис.1 Конструкции роторов торцевых тороидальных двигателей

4.1.9 Ток в обмотке ротора

где k_i=0,2+0,8cos=0,2+0,8·0,87=0,896 - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I₁/I₂;

- коэффициент приведения токов.

4.1.10 Предварительная площадь поперечного сечения стержня

q_c=I₂/J₂=352,21/2,9=121,45.

4.2 Размеры трапецеидальных закрытых пазов

4.2.1 Размеры шлица принимаем

b_ш=1,5 мм; h_ш=0,7 мм; h'_ш=0,3 мм.

4.2.2 Допустимая ширина зубца

b_з2доп= мм.

4.2.3 Больший радиус паза

b₁= мм.

4.2.4 Меньший радиус паза

b₂= мм.

4.2.5 Расстояние между центрами радиусов

h₁=(b₁-b₂)?z₂/(2?)=(6,1-1,5)?38/(2?3,14)=27,8 мм.

4.2.6 Уточненная ширина зубцов ротора

b'_z₂= мм;

b''_z₂= мм

4.2.7 Полная высота паза

h_п2=h'_ш+h_ш+b₁/2+h₁+b₂/2=0,3+0,7+6,1/2+27,8+1,5/2=32,6 мм.

4.2.8 Площадь поперечного сечения стержня

q_c=р/8(b²₁+b²₂)+0,5(b₁+b₂)h₁=3,14/8^.(6,1²+1,5²)+0,5^.(6,1+1,5)·27,8=121,1 мм².

4.2.9 Плотность тока в стержне

J₂=I₂/q_c=352,21/121,1=2,91 А/мм².

4.3 Размеры короткозамыкающего кольца

4.3.1 Ток в кольце

I_кл=I₂/=352,21/0,17=2132,54 А,

где =2^.sin(^.p/z₂)=2^.sin(3,14•2/(2•38))=0,17.

4.3.2 Плотность тока в замыкающих кольцах

J_кл=0,85^.J₂=0,85^.2,91=2,47 А/мм².

4.3.3 Площадь поперечного сечения кольца

q_кл= I_кл/ J_кл=2132,54/2,47=865,13 мм².

4.3.4 Высота кольца литой клетки

h_кл=1,25h_п2=1,25·32,6=41 мм².

4.3.5 Длина кольца

b_кл=q_кл/h_кл=865,13/41=21 мм².

4.3.6 Средний диаметр кольца

D_кл.ср=D₂-h_кл=144,2-41=103,2 мм.

5. Расчет магнитной цепи

5.1 МДС для воздушного зазора

5.1.1 Коэффициент воздушного зазора:

k=,

где .

5.1.2 МДС воздушного зазора

А.

5.2 МДС зубцовой зоны статора

5.2.1 Расчетная индукция в зубцах

Тл.

5.2.2 Напряженность магнитного поля

Н_Z₁=1342 А/м.

5.2.3 МДС зубцовой зоны статора

F_z₁=2h_z₁H_z₁=2^.31,3^.10^-3.1342=83,99 А,

где h_z₁=h_п1=31,3 мм.

5.3 МДС зубцовой зоны ротора

5.3.1 Расчетная индукция в зубцах

Тл

5.3.2 Напряженность магнитного поля

Н_z₂=1386 А/м.

5.3.3 МДС зубцовой зоны ротора

F_z2=2h_z2H_z2=2·32,45·10^-3·1386=89,94 А,

где h_z₂=h_п2-0,1b₂=32,6-0,1·1,5=32,45 мм.

5.4 Коэффициент насыщения зубцовой зоны

5.5 МДС ярма статора

5.5.1 Высота ярма статора

h_а=(D_а-D)/2-h_п1=(278-145)/2-31,3=35,2 мм.

Длина средней силовой линии в ярме статора

L_а=(D_а-h_а)/(2p)=3,14·(278-35,2)/2=381,39 мм.

Индукция в ярме статора

Тл,

где h_а=h_а=35,2 мм - при отсутствии радиальных вентиляционных каналов.

5.5.4 Напряженность магнитного поля

Н_а=1692 А/м.

5.5.5 МДС ярма статора

F_а= L_аН_а=381,39·10^-3·1692=645,43 А.

5.4 МДС ярма ротора

Высота ярма ротора

h_j=(D₂-D_j)/2-h_п2=(144,2-60)/2-32,6=9,5 мм.

Длина средней силовой линии в ярме ротора

L_j=(D_j+h_j)/(2p)=3,14·(60+9,5)/4=109,17 мм.

Расчетная длина ярма ротора

мм.

Индукция в ярме ротора

Тл.

5.6.5 Напряженность магнитного поля

Н_j=811 А/м.

5.6.6 МДС ярма ротора

F_j=L_jH_j=109,17·10^-3·811=88,5 А.

5.7 Параметры магнитной цепи

5.7.1 Суммарная МДС магнитной цепи на пару полюсов

F_ц=F+F_z₁+F_z2+F_а+F_j=570,18+83,99+89,94+645,43+88,5=1478,03 А.

5.7.2 Коэффициент насыщения магнитной цепи

к=F_ц/F=1478,03/570,18=2,59.

5.6.3 Намагничивающий ток

I= А.

5.6.4 Намагничивающий ток в относительных единицах

I_*=I/I_1ном=8,01/36,43=0,22.

6. Параметры рабочего режима

6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора

Средняя ширина катушки

мм,

где =1 (для однослойной обмотки) - укорочение шага обмотки статора.

Длина лобовой части

l_л1=K_Лb_кт+2B=1,2·276,9+2·10=352,3 мм,

где B=10 мм. - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части.

Средняя длина витка обмотки

l_ср1=2(l_п1+l_л1)=2·(130+352,3)=964,6 мм,

где l_п1=l₁=130 мм. Длина проводников фазы обмотки

L₁= l_ср1₁=964,6·75=72347,7 мм.

6.1.5 Активное сопротивление обмотки статора

r₁= Ом,

где р₁₁₅=2,44·10^-5 ом/м - удельное сопротивление материала обмотки.

6.1.6 Активное сопротивление обмотки в относительных единицах

r_1*=r₁I_1ном/U_1ном=0,18М36,43/220=0,031.

Активное сопротивление фазы обмотки ротора

6.2.1 Активное сопротивление стержня

r_с=Ом,

где ₁₁₅=4,88·10^-5 Ом·м - для алюминиевого стержня.

6.2.2 Сопротивление участка замыкающего кольца

r_кл= Ом.

6.2.3 Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора

r'₂= Ом.

6.2.4 Активное сопротивление обмотки ротора приведенное к обмотке статора в относительных единицах

r'_2*=.

6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

6.3.1 Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

где ;

для _ск=0 и =0,79 - k'_ск=0,75.

6.3.2 Коэффициент проводимости пазового рассеяния

где h₂=h_п.к-2b_из=27,5-2·0,4=26,7 мм.; h_к=0,5·(b₁-b_ш)=0,5·(9,4-3,7)=2,85 мм; h₁=0 (проводники закреплены пазовой крышкой); k= k'=1; l'= l=130 мм.

6.3.3 Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

л_л1=0,34(?_л-0,64·в·ф)=0,34(352,3-0,64М0,8М227,77)=3,08.

6.3.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

6.3.5 Относительное значение

х_1*=х₁.

6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

6.4.1 Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

где ,

где _Z=0 - при закрытых пазах.

6.4.2 Коэффициент проводимости пазового рассеяния

где h₀=h₁+0,4b₂=27,8+0,4·1,5=28,4 мм.

6.4.3 Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

6.4.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

6.4.5 Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора

6.4.6 Относительное значение

х'_2*=х'₂

7. Расчет потерь

7.1 Основные потери в стали статора

7.1.1 Масса стали ярма статора

Масса стали зубцов статора

Принимаем k_Да=1,6; k_Д_Z=1,8.

Основные потери в стали статора

Вт.

7.2 Добавочные потери в стали

Амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре

B₀₂=₀₂kB=0,4·1,19·0,754=0,36 Тл,

где для b_ш/=9,3 - ₀₂=0,4.

Удельные поверхностные потери для ротора

Поверхностные потери в роторе

P_пов2=p_пов2(t_Z₂-b_ш2)Z₂l_ст2=602,25·(11,92-1,5)·38·130·10^-6=31,01 Вт.

Масса стали зубцов ротора

Амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов

Тл.

Пульсационные потери в зубцах ротора

Вт. Сумма добавочных потерь в стали

P_ст.доб=P_пов1+P_пул1+ P_пов2+P_пул2=31,01+182,7=213,7 Вт.

7.3 Полные потери в стали

P_ст=P_ст_._осн+P_ст_._доб=359,3+213,7=573,01 Вт.

7.4 Механические потери

Вт,

где K_T=1,3·(1-D_а)=1,3·(1-278·10^-3)=0,94.

7.5 Холостой ход двигателя

7.5.1 Электрические потери в статоре при холостом ходе

Вт.

7.5.2 Активная составляющая тока холостого хода

А.

7.5.3 Ток холостого хода двигателя

А.

Коэффициент мощности при холостом ходе

8. Рабочие характеристики

8.1. Параметры рабочего режима

8.1.1 Последовательно включенное активное сопротивление

Ом.

8.1.2 Последовательно включенное индуктивное сопротивление

Ом.

8.1.3 Комплексный коэффициент

c₁=1+x₁/x₁₂=1+0,859/26,6=1,032.

Используем приближенную формулу, так как

Активная составляющая тока синхронного холостого хода

А.

8.1.5 Расчетные величины

а'=c₁²=1,032²=1,07; b'=0;

a=c₁r₁=1,032^.0,18=0,19;

b=c₁(x₁+c₁x₂')=1,032^.(0,859+1,032^.0,5)=1,419.

8.1.6 Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

P_ст+P_мех=573,01+504,55=1077,55 Вт.

Таблица 1 Рабочие характеристики двигателя

Расчетные формулы	Размерность	s
		0,001	0,006	0,011	0,016	0,021	0,026	0,031
	Ом	234,9	24,7	13,0	8,8	6,7	5,2	4,4
'	Ом	235,1	24,8	13,2	9,0	6,9	5,4	4,6
	Ом	1,42	1,42	1,42	1,42	1,42	1,42	1,42
	Ом	235,08	24,89	13,28	9,14	7,03	5,59	4,79
	А	0,94	8,84	16,57	24,08	31,31	39,36	45,92
	-	1,000	0,998	0,994	0,988	0,979	0,967	0,955
	-	0,006	0,057	0,107	0,155	0,202	0,254	0,296
	А	1,53	9,42	17,07	24,38	31,27	38,67	44,46
	А	8,02	8,52	9,78	11,75	14,34	18,00	21,61
	А	8,16	12,70	19,68	27,07	34,40	42,65	49,43
	А	0,97	9,13	17,11	24,85	32,33	40,63	47,40
	кВт	1012,4	6220,0	11268,7	16092,2	20636,6	25521,2	29342,8
	кВт	36,8	89,2	214,1	405,0	654,1	1005,8	1350,9
	кВт	0,36	32,29	113,46	239,51	405,19	640,12	871,32
	кВт	5,06	31,10	56,34	80,46	103,18	127,61	146,71
	кВт	1119,81	1230,13	1461,41	1802,48	2240,00	2851,04	3446,46
	кВт	-107,4	4989,9	9807,3	14289,7	18396,6	22670,2	25896,3
	-	-10,6%	80,2%	87,0%	88,8%	89,1%	88,8%	88,3%
	-	0,188	0,742	0,868	0,901	0,909	0,907	0,899

Рис. 2. Рабочие характеристики

9. Расчет пусковых характеристик

9.1 Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния)

9.1.1 Высота стержня в пазу

h_c=h_п-(h_ш+h'_ш)=32,6-(0,7+0,3)=31,6 мм.

9.1.2 В роторах с литой обмоткой

b_с/b_п=1.

9.1.3 Коэффициент магнитной проводимости участка паза, занятого проводником с обмоткой

9.1.4 Пусковые параметры

x_12П=kx₁₂=2,59^.26,6=68,96 Ом;

с_1П=1+x₁/x_12П=1+0,859/68,96=1,012.

Таблица 2 Расчет токов в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока

Расчетные формулы	Размерность	s
		1	0,56	0,24	0,18	0,125	0,1
	-	2,01	1,50	0,99	0,85	0,71	0,58
ц(о)	-	0,89	0,36	0,09	0,05	0,02	0,01
	мм	16,75	23,31	29,07	30,17	30,90	31,28
	мм	13,70	20,26	26,02	27,12	27,85	28,23
	мм	3,83	2,75	1,80	1,61	1,49	1,43
	мм2	82,64	104,25	117,31	119,20	120,32	120,88
	-	1,47	1,16	1,03	1,02	1,01	1,00
	-	1,28	1,10	1,02	1,01	1,00	1,00
	Ом	0,165	0,142	0,132	0,130	0,130	0,129
	-	0,75	0,89	0,96	0,97	0,98	0,98
	-	0,44	0,20	0,06	0,05	0,04	0,03
	-	2,72	2,96	3,09	3,11	3,12	3,13
	-	0,93	0,97	0,99	0,99	0,99	1,00
	Ом	0,467	0,485	0,495	0,496	0,497	0,498
	Ом	0,351	0,440	0,739	0,916	1,235	1,740
	Ом	1,33	1,35	1,36	1,36	1,36	1,36
	А	159,81	154,99	142,16	134,08	119,66	99,54
	А	160,89	156,08	143,19	135,06	120,54	100,29

9.2.1 Коэффициент

9.2.2 Высота скоса шлица паза статора при угле скоса в = 45°

h_к=(b₁-b_ш)/2=(9,4-3,7)/2=2,85 мм.

Таблица 3 Расчет пусковых характеристик в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчетные формулы	Размерность	s
		1	0,56	0,24	0,18	0,125	0,1
k_нас	-	1,34	1,32	1,22	1,2	1,12	1,06
	A	3892,0	3719,3	3153,7	2925,8	2437,1	1919,2
	Тл	6,44	6,16	5,22	4,84	4,04	3,18
	-	0,40	0,41	0,47	0,49	0,58	0,70
	мм	6,88	6,73	6,14	5,80	4,83	3,43
	-	0,40	0,39	0,38	0,37	0,33	0,27
	-	1,33	1,33	1,35	1,36	1,39	1,45
	Ом	1,05	1,08	1,22	1,30	1,52	1,84
	-	0,631	0,635	0,653	0,663	0,693	0,736
	мм	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01	1,01
	-	6,24	6,11	5,57	5,26	4,38	3,11
	-	0,54	0,54	0,53	0,52	0,50	0,45
	-	2,18	2,42	2,57	2,59	2,62	2,68
	Ом	0,84	0,87	0,98	1,04	1,21	1,47
	Ом	0,331	0,351	0,371	0,377	0,393	0,416
	Ом	0,35	0,44	0,74	0,91	1,23	1,74
	А	0,97	0,99	1,03	1,04	1,09	1,16
	А	214,19	203,10	174,00	158,55	133,72	105,39
	-	215,22	204,13	174,95	159,43	134,51	106,06
	-	5,91	5,60	4,80	4,38	3,69	2,91
	-	1,12	1,54	2,44	2,68	2,74	2,52

9.2.3 Максимальный момент двигателя

Рис. 3. Пусковые характеристики

Рис.4 Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

10 Тепловой расчет

10.1 Электрические потери в обмотке статора в пазовой части

Вт,

где k=1,07 - коэффициент увеличения потерь.

10.2 Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя

где K=0,22- коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду;

₁=155 Вт/м² - коэффициент теплоотдачи.

10.3 Расчетный периметр поперечного сечения паза статора

П_П1=2h_ПК+b₁+b₂=2^.27,5+15,1+9,4=79,5 мм.

10.4 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

где _экв=0,16 Вт/(м^.С) - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции;

^'_экв=1,34 Вт/(м^.С) - среднее значение коэффициента теплопроводности внутренней изоляции катушки.

10.5 Электрические потери в обмотке статора в лобовых частях

Вт.

10.6 Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей

где П_л1=П_п1=79,5 мм - периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки;

b_из.л1=0,05 мм - односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки.

10.7 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя

10.8 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

10.9 Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса

S_кор=(D_a+8П_р)(l₁+2l_выл1)=(3,14^.278+8^.319)(130+2^.76,5)=9,69^.10⁵ мм²,

где П_р=319 мм - условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя.

10.10 Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя

Вт,

где Вт;

P=2319,81 Вт - сумма всех потерь в двигателе.

10.11 Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

где _в=20 Вт/(м^2.С) - коэффициент подогрева воздуха.

10.12 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

10.13 Проверка условий охлаждения двигателя

10.13.1 Коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором

10.13.2 Требуемый для охлаждения расход воздуха

м³/с.

10.13.3 Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

м³/с.

Нагрев двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

11. Механический расчет вала

11.1 Расчет вала на жесткость

Рис. 5. Эскиз вала к механическому расчету

Вал двигателя соединен с приводимым механизмом упругой муфтой: D_н2=144 мм; =0,4 мм; муфта - тип МУВП 1-32; m=6,97 кг; L=165 мм; r=50 мм. Размеры вала: d₁=38 мм; d₂=40 мм; d₃=49 мм; с=49мм; b=169 мм; а=169 мм; ?=338 мм; t=5 мм; сталь 45.

11.1.1 Сила тяжести сердечника ротора с обмоткой и участком вала по длине сердечника

G'₂=64МD²_н2М?₂М10^-6=64М144²М130М10^-6=173 Н.

11.1.2 Прогиб вала посередине сердечника

f_t=мм,

где Е=2,06М10¹¹ Па - модуль упругости стали;

S₀=0,011 мм^-1;

S_а=15,74 мм^-1;

S_b=15,74 мм^-1.

11.1.3 Номинальный момент вращения

М₂=9,55МP₂/n=9,55М19200/1000=57,94 НМм.

11.1.4 Поперечная сила, вызываемая передачей через упругую муфту

F_п=(к_пМ₂/r)М10³=(0,3М57,94/50)М10³=347,62 Н.

11.1.5 От поперечной силы передачи прогиб вала посередине сердечника

f_н=F_nc[1,5?S₀-S_b]a+bS_a]М10^-6/3E?²=347,62М49[(1,5^.338•1,1•10^-3 -

-15,74)М169+169М15,74]М10⁶/(3М2,06М10¹¹М338²)=2,27^.10^-5 мм.

11.1.6 Начальный расчетный эксцентриситет сердечника ротора

е₀=к+f_T+f_П=0,15М0,4+2,2^.10^-3+2,27^.10^-5=6,22М10^-2 мм.

11.1.7 Сила одностороннего магнитного притяжения

Т₀=0,15МD_н2?₂е₀/=0,15М144М130М6,22М10^-2/0,4=437,43 H.

11.1.8 Дополнительный прогиб от силы Т₀

f₀=f_ТТ₀/G'₂=2,2^.10^-3М437,43/173=0,005571 мм.

11.1.9 Установившийся прогиб вала

f_м=f₀/(1-f₀/е₀)=0,005571/(1-0,005571/6,22М10^-2)=0,00612 мм.

11.1.10 Результирующий прогиб вала

f=f_T+f_n+f_M=2,2^.10^-3+2,27^.10^-5+0,00612=0,00834 мм.

11.2 Определение критической частоты вращения

11.2.1 Прогиб от силы тяжести упругой полумуфты

f_с=f_nF_c/(2F_n)= 2,27^.10^-5М34,2/(2М347,62)=1,12^.10^-6 мм,

где F_с=9,81^.m/2=34,2 Н - сила тяжести соединительного устройства;

11.2.2 Первая критическая частота вращения

n_кр=950

=об/мин.

Больше минимально допустимого значения n_кр=1,3М1000=1300 об/мин

11.3 Расчет вала на прочность

11.3.1 Определение Z₁

z₁=L/2+?₁/2=165/2+32/2=98,5 мм.

11.3.2 Изгибающий момент

М_и=к(F_n+F_c)z₁М10^-3=2(347,62+34,2)М98,5М10^-3=75,22 НМм.

11.3.3 Момент кручения

М_к=кММ₂=2М57,94=115,87 НМм.

11.3.4 Момент сопротивления при изгибе

w=0,1Мd³=0,1^.(38-5)=3593,7 мм³.

11.3.5 Приведенное напряжение

у_пр=(М10⁹)/w=( Па.

Полученное значение меньше допустимого для стали марки 45 значения у_пр=245М10⁶ Па.

12. Расчет подшипников

12.1 Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник А

R_A=(G₂+T₀)b/l+F_Пc/l=(173+437,43)169/338+347,62М49/338=355,6 Н.

12.2 Динамическая приведенная нагрузка для подшипника А

Н,

где k=1,5 - коэффициент, учитывающий характер нагрузки машины.

12.3 Необходимая динамическая грузоподъемность подшипника А

Н.

12.4 Наибольшая радиальная нагрузка на подшипник В

R_В=(G₂+T₀)а/l+F_П(l+c)/l=(173+437,43)169/338+347,62^.(338+49)/338=703,2 Н.

12.5 Динамическая приведенная нагрузка для подшипника В

Н.

12.6 Необходимая динамическая грузоподъемность подшипника В

Н.

Выбираем радиальные шарикоподшипники легкой серии 207 с динамической грузоподъемностью С = 25100 Н.

3. Технологическая часть

3.1 Асинхронные машины

Асинхронная машина -- это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронные машины -- наиболее распространённые электрические машины. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n₁ .Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.

Впервые явление, названное магнетизмом вращения, продемонстрировал французский физик Д. Ф. Араго (1824). Он показал, что укрепленный на вертикальной оси медный диск начинает вращаться, если вращать над ним постоянный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, английский ученый У. Бейли получил вращение магнитного поля поочередным подключением обмоток 4 стержневых электромагнитов к источнику постоянного тока. В работах М. Депре (Франция, 1880--1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства, основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Однако строгое научное изложение сущности этого явления впервые, практически одновременно и независимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом и хорватским инженером и ученым Н. Тесла.

Двухфазный асинхронный электродвигатель. был изобретен Н. Тесла в 1887 (английский патент № 6481), публичное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888. Распространения этот тип асинхронного двигателя не получил главным образом из-за плохих пусковых характеристик. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испытал сконструированный им первый в мире трехфазный асинхронный двигатель, в котором применил ротор типа «беличье колесо» (германский патент № 51083), а обмотку статора разместил в пазах по всей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрел фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами (патенты английский № 20425 и германский № 75361). Через 2 года им же была предложена конструкция ротора, названная «двойной беличьей клеткой», которую, однако, стали широко применять только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившего асинхронный электродвигатель с таким ротором, как двигатель со специальными пусковыми характеристиками.

Конструктивное оформление асинхронного электродвигателя, их мощность и габариты зависят от назначения и условий работы.

Например, двигатели с воздушным и водяным охлаждением (общего применения); герметичные, маслонаполненные (для электробуров) и взрывобезопасные (для работы в шахтах, взрывоопасных помещениях и др.); пыле -, брызгозащищенные (для применения в морских условиях и тропическом климате) и т. д. Некоторые виды асинхронных двигателей (например, шаговые, для следящих систем, схем автоматики и телемеханики, со ступенчатой регулировкой скорости и пр.) разрабатываются и выпускаются комплектно с блоками управления и пускозащитной аппаратурой, с встроенными редукторами. Трехфазные асинхронные электродвигателя сравнительно с однофазными обладают лучшими пусковыми и рабочими характеристиками. Основные конструктивные элементы асинхронных двигателей: статор -- неподвижная часть (рис.3.1 а) и ротор -- вращающаяся часть (рис.3.1 б, в). В соответствии со способом выполнения роторной обмотки асинхронного мотора делятся на двигатели с контактными кольцами и короткозамкнутые. Воздушный зазор между статором и ротором у асинхронного электромотора делается по возможности малым (до 0,25 мм). Частота вращения ротора торцевого тороидального асинхронного электродвигателя зависит от частоты вращения магнитного поля статора и определяется частотой питающего тока и числом пар полюсов двигателя.

Рис. 3.1.1. и 3.1.2 Конструкция асинхронного двигателя

При пуске электродвигателя с короткозамкнутым ротором возникает пусковой ток, сила которого превышает силу номинального тока в 4--7 раз. Поэтому прямое включение в сеть применяется только для моторов мощностью до 200 квт. Более мощные асинхронные электромоторы с короткозамкнутым ротором включают сперва на пониженное напряжение, чтобы сила пускового тока снизилась в 3--4 раза. С этой же целью применяют пуск асинхронного двигателя через автотрансформатор, включенный на время пуска последовательно с обмоткой статора. Силу пускового тока двигателей с фазным ротором ограничивают пусковым сопротивлением в цепи ротора, которое в процессе разбега ротора постепенно уменьшают. После запуска асинхронного электродвигателя обмотку ротора замыкают накоротко. Для уменьшения потерь на трение и износа щеток их обычно поднимают щеткоподъемным приспособлением, которое перед этим замыкает накоротко обмотку ротора через кольца.

Частоту вращения асинхронного электромотора регулируют в основном изменением числа пар полюсов, сопротивления, включенного в цепь ротора, изменением частоты питающего тока, а также каскадным включением нескольких машин. Направление вращения асинхронного электромотора изменяют переключением любых двух фаз обмотки статора.

Электродвигатель благодаря простоте в производстве и надежности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Основные недостатки асинхронного двигателя -- ограниченный диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения асинхронного двигателя в автоматических регулируемых электроприводах.

3.1.2 Устройства трехфазной асинхронной машины

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная - ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рис. 3.1.3 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже - из алюминия.

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами с₁, с₂, с₃, концы - с₄, с₅, с₆.

Рис. 3.1.3 Статор

Начала и концы фаз выведены на клеммник (рис. 3.1.4 а), закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда (рис. 2.2 б) или треугольник (рис. 3.1.4 в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/?. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл = 660В по схеме звезда или в сеть с Uл =380В - по схеме треугольник.

Основное назначение обмотки статора - создание в машине вращающего магнитного поля.

Рис. 3.1.4 Вывод фаз статора

Сердечник ротора (рис. 3.1.5 б) набирается из листов электротехнической стали, на внешней стороне которых имеются пазы, в которые закладывается обмотка ротора. Обмотка ротора бывает двух видов: короткозамкнутая и фазная. Соответственно этому асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым ротором и фазным ротором (с контактными кольцами).

Рис. 3.1.5 Короткозамкнутная обмотка

Короткозамкнутая обмотка (рис. 3.1.5) ротора состоит из стержней 3, которые закладываются в пазы сердечника ротора. С торцов эти стержни замыкаются торцевыми кольцами 4. Такая обмотка напоминает “беличье колесо” и называют её типа “беличьей клетки” (рис. 3.1.5 а). Двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет подвижных контактов. За счёт этого такие двигатели обладают высокой надёжностью. Обмотка ротора выполняется из меди, алюминия, латуни и других материалов.

Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток - ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка - сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.

На рис. 3.1.6 приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 - станина, 2 - обмотка статора, 3 - ротор, 4 - контактные кольца, 5 - щетки.

У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь. Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.

Рис. 3.1.6 асинхронная машина с фазным ротором

На рис. 3.1.7 приведено условное обозначение торцевого тороидального асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

Рис. 3.1.7

На рис. 3.1.8 приведен вид торцевой асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 - станина, 2 - сердечник статора, 3 - обмотка статора, 4 - сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 - вал.

Рис. 3.1.8

На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные: Р_н, U_н, I_н, n_н, а также тип машины.

· Р_н - это номинальная полезная мощность (на валу)

· U_н и I_н - номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/?, IнY/Iн?.

· n_н - номинальная частота вращения в об/мин.

Тип машины, например, задан в виде 4ТAH315S8. Это торцевой асинхронный двигатель (ТА) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.

· 315 - высота оси вращения в мм;

· S - установочные размеры (они задаются в справочнике);

· 8 - число полюсов машины.

3.2 Режимы работы трехфазной асинхронной машины

Асинхронная машина может работать в режимах двигателя, генератора и электромагнитного тормоза.

3.2.1 Режим двигателя

Этот режим служит для преобразования потребляемой из сети электрической энергии в механическую.

Рис. 3.2.1

Пусть обмотка статора создаёт магнитное поле, вращающееся с частотой n₀ в указанном направлении (рис. 3.2.1 ). Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки и показано на рисунке (силовые линии должны входить в ладонь, а большой палец нужно направить по направлению движения проводника, т.е. ротора, относительно магнитного поля). В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. В результате взаимодействия обмотки ротора с током и вращающегося магнитного поля возникает электромагнитная сила F. Направление силы определяется по правилу левой руки (силовые линии должны входить в ладонь, четыре пальца - по направлению тока в обмотке ротора). В данном режиме (рис. 3.2.1 ) электромагнитная сила создаст вращающий момент, под действием которого ротор начнёт вращаться с частотой n. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель), нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, т.е. переключить две фазы.

Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (n = n₀). При этом в обмотке ротора ЭДС E₂ будет равна нулю. Ток в обмотке ротора I₂ = 0, электромагнитный момент M тоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент. Таким образом, в режиме двигателя ротор будет вращаться не синхронно с магнитным полем. Частота вращения ротора будет изменяться при изменении нагрузки на валу. Отсюда появилось название двигателя - асинхронный (несинхронный). При увеличении нагрузки на валу двигатель должен развивать больший вращающий момент, а это происходит при снижении частоты вращения ротора. В отличие от частоты вращения ротора частота вращения магнитного поля не зависит от нагрузки. Для сравнения частоты вращения магнитного поля n₀ и ротора n ввели коэффициент, который назвали скольжением и обозначили буквой S. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

S = (n₀ - n) / n₀ или S = [(n₀ - n) / n₀] 100%

При пуске в ход асинхронного двигателя n=0, S=1. В режиме идеального холостого хода n = n₀, S=0. Таким образом, в режиме двигателя скольжение изменяется в пределах:

0 < S ? 1.

При работе асинхронных двигателей в номинальном режиме:

S_n = (2 ч 5) %.

В режиме реального холостого хода асинхронных двигателей:

S_хх = (0,2 ч 0,7) %.

3.2.2 Режим генератора

Этот режим служит для преобразования потребляемой из сети электрической энергии в механическую.

Рис. 3.2.2

Пусть обмотка статора создаёт магнитное поле, вращающееся с частотой n₀ в указанном направлении (рис. 3.2.2 ). Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки и показано на рисунке (силовые линии должны входить в ладонь, а большой палец нужно направить по направлению движения проводника, т.е. ротора, относительно магнитного поля). В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. В результате взаимодействия обмотки ротора с током и вращающегося магнитного поля возникает электромагнитная сила F. Направление силы определяется по правилу левой руки (силовые линии должны входить в ладонь, четыре пальца - по направлению тока в обмотке ротора). В данном режиме (рис. 3.2.2 ) электромагнитная сила создаст вращающий момент, под действием которого ротор начнёт вращаться с частотой n. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель), нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, т.е. переключить две фазы.

S = (n₀ - n) / n₀ или S = [(n₀ - n) / n₀] 100%

0 < S ? 1.

При работе асинхронных двигателей в номинальном режиме:

S_n = (2 ч 5) %.

В режиме реального холостого хода асинхронных двигателей:

S_хх = (0,2 ч 0,7) %.

3.3 Процессы происходящие в асиннхроной машине

3.3.1 Цепь статора

а) ЭДС статора.

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой n₀ = (60 f) / p и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:

E₁ = 4,44 w₁ k₁ f Ф,

где: k₁=0.92ч0.98 - обмоточный коэффициент;

f₁=f - частота сети;

w₁ - число витков одной фазы обмотки статора;

Ф - результирующее магнитное поле в машине.

б) Уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора

Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе.

Здесь Ъ и Ъ₁ - напряжение сети и напряжение, подведённое к обмотке статора.

R₁ - активное сопротивление обмотки статора, связанное с потерями на нагрев обмотки.

x₁ - индуктивное сопротивление обмотки статора, связанное с потоком рассеяния.

z₁ - полное сопротивление обмотки статора.

Э₁ - ток в обмотке статора.

При анализе работы асинхронных машин часто принимают I₁ z₁ = 0. Тогда можно записать:

U₁ ? E₁ = 4,44 w₁ k₁ f Ф.

Из этого выражения следует, что магнитный поток Ф в асинхронной машине не зависит от её режима работы, а при заданной частоте сети ѓ зависит только от действующего значения приложенного напряжения U₁. Аналогичное соотношение имеет место и в другой машине переменного тока - в трансформаторе.

3.3.2 Цепь ротора

а) Частота ЭДС и тока ротора.

При неподвижном роторе частота ЭДС f₂ равна частоте сети f.

f₂ = f = (n₀ p) / 60.

При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением:

n' = n₀ - n.

Тогда частота ЭДС вращающегося ротора:

Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Пусть при f = 50 Гц, номинальное скольжение S_н = 2 %. Тогда при номинальной частоте вращения ротора f₂ = f Ч S_н = 1 Гц.

Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора.

б) ЭДС ротора.

При неподвижном роторе f₂ = f и действующее значение ЭДС определяется по аналогии с E₁.

E₂ = 4,44 w₂ k₂ f Ф,

где: w₂ и k₂ - соответственно число витков и обмоточный коэффициент обмотки ротора.

Если ротор вращается, то f₂ = f Ч S_н и ЭДС вращающегося ротора определяется соотношением:

E_2S = 4,44 w₂ k₂ f₂ Ф = E₂ S.

ЭДС, наводимая в обмотке ротора, изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Отношение ЭДС статора к ЭДС неподвижного ротора называется коэффициентом трансформации асинхронной машины.

в) ток ротора.

Запишем уравнение равновесия для одной фазы короткозамкнутого ротора.

При неподвижном роторе.

где: x₂ = 2 р f L₂ - индуктивное сопротивление обмотки неподвижного ротора, связанное с потоком рассеяния;

R₂ - активное сопротивление обмотки ротора, связанное с потерями на нагрев обмотки.

При вращающемся роторе.

где: - индуктивное сопротивление обмотки вращающегося ротора.

Для тока ротора в общем случае можно получить такое соотношение:

Отсюда следует, что ток ротора зависит от скольжения и возрастает при его увеличении, но медленнее, чем ЭДС.

г) поле ротора

Обмотка ротора, как и обмотка статора, является многофазной и при появлении в ней тока создаёт своё вращающееся магнитное поле. Обозначим через n₂ частоту вращения магнитного поля ротора относительно ротора.

n₂ = (60 f₂) / p= (60 f S) / p.

Здесь p - число пар полюсов обмотки ротора, оно всегда равно числу пар полюсов обмотки статора.

Относительно статора магнитное поле ротора вращается с частотой

Из полученного соотношения следует, что магнитное поле ротора относительно статора вращается с той же частотой, что и магнитное поле статора. Таким образом, магнитные поля ротора и статора относительно друг друга неподвижны. Поэтому при анализе работы асинхронной машины можно применить те же соотношения, что и трансформаторе.

3.3.3 Ток статора

Так как результирующее магнитное поле асинхронной машины не зависит от её режима работы, можно составить для одной фазы уравнение магнитодвижущих сил, приравняв магнитодвижущую силу в режиме холостого хода к сумме магнитодвижущих сил в режиме нагрузки.

Э₀ w₁ k₁ = Э₁ w₁ k₁ + Э₂ w₂ k₂

Отсюда Э₁ = Э₀ + Э'₂.

Здесь I₀ - ток в обмотке статора в режиме идеального холостого хода,

составляющая тока статора, которая компенсирует действие магнитодвижущей силы обмотки ротора. Полученное выражение для тока статора отражает свойство саморегулирования асинхронной машины. Чем больше ток ротора, тем больше ток статора. В режиме холостого хода ток статора минимальный. В режиме нагрузки ток статора возрастает. Ток реального холостого хода асинхронной машины и значительно больше по сравнению с номинальным током, чем у трансформатора. Это объясняется тем, что величина тока I₀ зависит от магнитного сопротивления среды, в которой создаётся магнитное поле. У асинхронной машины, в отличие от трансформатора, есть воздушный зазор, который создаст большое сопротивление магнитному полю.

3.4 Электромагнитный момент асинхронной машины

Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:

М=СФI₂cosш₂.

Здесь: - конструктивный коэффициент;

щ₀ = 2 р f / p - скорость вращения магнитного поля;

ш₂ - сдвиг по фазе между ЭДС и током ротора;

I₂ cos ш₂- активная составляющая тока ротора.

Таким образом, величина электромагнитного момента зависит от результирующего магнитного поля Ф и активной составляющей тока ротора.

На рис. 3.4.1 приведено пояснение влияния cosш₂ на величину электромагнитного момента: а) ш₂ = 0°, (cos ш₂ = 1); б) ш₂ = 90°, (cos ш₂ = 0).

Рис. 3.4.1

Как следует из рис. 3.4.1

В режиме двигателя при изменении нагрузки на валу изменяется частота вращения ротора, что приводит к изменению скольжения, частоты тока ротора, индуктивного сопротивления ротора и cosш₂. В результате изменяется вращающий момент. На рис. 2.13 приведено пояснение влияния индуктивного сопротивления ротора на угол ш₂: а) при S=1 (пуск в ход); при S?1 (после разгона). Наибольшие значения ЭДС и частота тока ротора имеют в момент пуска в ход, когда скольжение S=1. При этом f₂ = f₁, X₂ >> R₂, угол ш₂ близок к 90° (рис. 3.4.2 а).

Рис. 3.4.2

За счет малого cosш₂ в момент пуска в ход асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент. Кратность пускового момента (по сравнению с номинальным) у них составляет

М_пуск / M_н = 0,8 ч 1,8.

Причем большие цифры относятся к двигателям специальной конструкции с улучшенными пусковыми свойствами.

По мере разгона ротора двигателя частота тока ротора падает, уменьшается индуктивное сопротивление ротора Х_2S и угол ш₂ уменьшается (рис. 3.4.2 б). Это приводит к увеличению вращающего момента и дальнейшему разгону двигателя.

Подставим в выражение для электромагнитного момента соотношения для I₂, cosш₂ и Ф, полученные ранее:

, , .

Тогда

Используя соотношение

где: к_тр - коэффициент трансформации асинхронной машины.

Выразим Е₂ =E₁ / к_тр, а Е₁ приравняем к напряжению U₁, подведенному к обмотке статора (Е₁?U₁). В результате получим другое выражение для электромагнитного момента, которое удобно использовать при анализе работы машины, при построении ее характеристик

. (*)

Из полученного выражения для электромагнитного момента следует, что он сильно зависит от подведенного напряжения (М ). При снижении, например, напряжения на 10%, электромагнитный момент снизится на 19% (М . Это является одним из недостатков асинхронных двигателей, так как приводит на производстве к снижению производительности труда и увеличению брака.

3.4.2 Механическая характеристика торцевого асинхронного двигателя

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику (рис. 3.4.2) можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Рис. 3.4.2

Так как S = (n₀ - n) / n₀, отсюда n = n₀(1 - S). Напомним, что n₀ = (60 f) / p - частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 - неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n₀. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты М_н и n_н. Точка 3 соответствует критическому моменту М_кр и критической частоте вращения n_кр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя М_пуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

n₀ = (60 f) / p,

где: р - число пар полюсов машины;

f - частота сети.

Точка 2 с координатами n_н и М_н. Номинальная частота вращения n_н задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: Р_н - номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами М_кр n_кр. Критический момент рассчитывается по формуле М_кр = М_н л. Перегрузочная способность л задается в паспорте двигателя n_кр = n₀ (1 - S_кр), , S_н = (n₀ - n_н) / n₀ - номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n=0 и М=М_пуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

М_пуск = М_н л_пуск,

где: л_пуск - кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1-3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

3.5 Совместная работа торцевого асинхронного двигателя с нагрузкой на валу

На рис. 3.5.1 рассматривается совместная работа двигателя с нагрузкой на валу. Нагрузочный механизм (рис. 3.5.1 а) соединяется с валом двигателя и при вращении создает момент сопротивления (момент нагрузки). При изменении нагрузки на валу автоматически изменяется частота вращения ротора, токи в обмотках ротора и статора и потребляемый из сети ток. Пусть двигатель работал с нагрузкой М_{нагр 1} в точке 1 (рис. 3.5.1. б). Если нагрузка на валу увеличится до значения М_{нагр 2}, рабочая точка переместится в точку 2. При этом частота вращения ротора снизится (n₂<n₁), а возрастет вращающий момент (М₂>М₁). Снижение частоты вращения ротора приводит к увеличению скольжения, увеличению токов в обмотках ротора и статора, т.е. к увеличению потребляемого из сети тока.

Рис. 3.5.1

3.6 Пуск в ход торцевого асинхронного двигателя

В момент пуска в ход n=0, т.е. скольжение S=1. Т.к. токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и возрастают при его увеличении, пусковой ток двигателя в 5 ч 8 раз больше его номинального тока

I_пуск = (5 ч 8) I_н.

Как рассматривалось ранее, из-за большой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент

М_пуск = (0,8 ч 1,8) М_н.

Для пуска в ход двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышая момент нагрузки на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска используют разные способы пуска, которые преследуют цели: уменьшение пускового тока и увеличение пускового момента.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, пуск при пониженном напряжении, реостатный пуск, использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

3.6.1 Прямое включение в сеть

Это самый простой и самый дешевый способ пуска. На двигатель вручную или с помощью дистанционного управления подается номинальное напряжение. Прямое включение в сеть допускается, если мощность двигателя не превышает 5% от мощности трансформатора, если от него питается и осветительная сеть. Ограничение по мощности объясняется бросками тока в момент пуска, что приводит к снижению напряжения на зажимах вторичных обмоток трансформатора. Если от трансформатора не питается осветительная сеть, то прямое включение в сеть можно применять для двигателей, мощность которых не превышает 25% от мощности трансформатора.

3.6.2 Пуск при пониженном напряжении

Этот способ применяют при пуске в ход мощных двигателей, для которых недопустимо прямое включение в сеть. Для понижения подводимого к обмотке статора напряжения используют дроссели и понижающие автотрансформаторы. После пуска в ход на обмотку статора подается напряжение сети. Понижение напряжения производят с целью уменьшения пускового тока, но одновременно, как это следует из рис. 2.17, происходит уменьшение пускового момента. Если напряжение при пуске понизить в раз, пусковой момент понизится в 3 раза. Поэтому этот способ пуска можно применять только при отсутствии нагрузки на валу, т.е. в режиме холостого хода.

Если, согласно паспортным данным, двигатель должен включаться в сеть по схеме треугольник, то для снижения пускового тока на время пуска в ход обмотку статора включают по схеме звезда.

Основные недостатки этого способа пуска: высокая стоимость пусковой аппаратуры и невозможность пуска с нагрузкой на валу.

3.6.3 Реостатный пуск двигателей

Этот способ применяют при тяжелых условия пуска, т.е. при большой нагрузке на валу. Для реостатного пуска используют асинхронные двигатели с фазным ротором, в цепь ротора включается пусковой реостат. Реостатный пуск служит для увеличения пускового момента. Одновременно происходит уменьшение пускового тока двигателя. По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится и после окончания пуска обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко.

На рис. 3.6.1 приведена схема реостатного пуска (рис. 3.6.1а) и механические характеристики (рис 3.6.1б) при этом пуске.

Рис. 3.6.1

В момент пуска в ход (рис. 3.6.1 а) в цепь ротора введен полностью пусковой реостат (R_пуск3 = R_пуск1 + R_пуск2), для чего контакты реле к₁ и к₂ разомкнуты. При этом двигатель будет запускаться по характеристике 3 (рис. 3.6.1 б) под действием пускового момента М_пуск. При заданной нагрузке на валу и введенном реостате R_пуск3 разгон закончится в точке А. Для дальнейшего разгона двигателя нужно замкнуть контакты к₁, при этом сопротивление пускового реостата снизится до R_пуск2 и разгон будет продолжаться по характеристике 2 до точки В. При замыкании контактов к₂, пусковой реостат будет полностью выведен (R_пуск=0) и окончательный разгон двигателя будет продолжаться по его естественной механической характеристике 1 и закончится в точке С.

Критическое скольжение равно:

для естественной характеристики ;

для искусственной характеристики .

Пусковой момент для искусственной характеристики можно рассчитать по формуле Клосса

Задаваясь необходимой величиной пускового момента, можно вычислить S_кр3 и величину пускового сопротивления

3.7 Использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами

Стремление совместить достоинства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (высокая надежность) и фазным ротором (большой пусковой момент) привело к созданию этих двигателей. Они имеют короткозамкнутую обмотку ротора специальной конструкцией. Различают двигатели с обмоткой ротора в виде двойной «беличьей клетки» (рис. 3.7.1а) и с глубоким пазом (рис. 3.7.1б).

Рис. 3.7.1

На рис. 3.7.1 показаны конструкции ротора двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

У двигателя с двойной «беличьей клеткой» на роторе закладывается две короткозамкнутые обмотки. Обмотка 1 выполняет роль пусковой, а обмотка 2 является рабочей. Для получения повышенного пускового момента пусковая обмотка должна обладать большим активным сопротивлением, чем рабочая обмотка. Поэтому обмотка 1 выполняется из материала с повышенным удельным сопротивлением (латунь), чем обмотка 2 (медь). Сечение проводников, образующих пусковую обмотку, меньше, чем у рабочей обмотки. За счет этого повышается активное сопротивление пусковой обмотки.

Рабочая обмотка, расположенная глубже, охватывается большим магнитным потоком, чем пусковая. Поэтому индуктивное сопротивление рабочей обмотки значительно больше, чем пусковой. За счет этого в момент пуска в ход, когда частота тока ротора имеет наибольшее значение, ток в рабочей обмотке, как следует из закона Ома, будет небольшим и в создании пускового момента будет участвовать в основном пусковая обмотка, имеющая большое активное сопротивление. По мере разгона двигателя частота тока ротора падает, уменьшается и индуктивное сопротивление обмоток ротора, это приводит к увеличению тока в рабочей обмотке, за счет этого в создании вращающего момента будет участвовать, в основном, рабочая обмотка. Т.к. она обладает малым активным сопротивлением, естественная механическая характеристика двигателя будет жесткой.

Аналогичная картина наблюдается у двигателя с глубоким пазом (рис. 3.7.1 б). Глубокий стержень обмотки (1) можно представить в виде нескольких проводников, расположенных по высоте паза. За счет высокой частоты тока в обмотке ротора в момент пуска в ход происходит «вытеснение тока к поверхности проводника». За счет этого в создании пускового момента участвует только верхний слой проводников обмотки ротора. Сечение верхнего слоя значительно меньше сечения всего проводника. Поэтому при пуске в ход обмотка ротора обладает повышенным активным сопротивлением, двигатель развивает повышенный пусковой момент. По мере разгона двигателя плотность тока по сечению проводников обмотки ротора выравнивается, сопротивление обмотки ротора снижается.

В целом эти двигатели имеют жесткие механические характеристики, повышенный пусковой момент и меньшую кратность пускового тока, чем двигатели с короткозамкнутым ротором обычной конструкцией.

3.7.1 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

При работе многих механизмов, приводящихся во вращение асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателей раскрывает соотношение:

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту вращения ротора можно регулировать:

1. изменением скольжения;

2. изменением числа пар полюсов;

3. изменением частоты источника питания.

3.7.1.1 Изменение скольжения

Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных машин. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но увеличивает критическое скольжение (рис. 3.7.2).

На рис. 3.7.2 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при разных сопротивлениях регулировочного реостата R_р3>R_р2>0, R_р1=0.

Рис. 3.7.2

Как следует из рис. 3.7.2 при этом способе можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Основные недостатки этого способа:

1. Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается коэффициент полезного действия, т.е. способ неэкономичный.

2. Механическая характеристика асинхронного двигателя с увеличением активного сопротивления ротора становится мягче, т.е. снижается устойчивость работы двигателя.

3. Невозможно плавно регулировать частоту вращения.

Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.

3.7.1.2 Изменение числа пар полюсов

Эти двигатели (многоскоростные) имеют более сложную обмотку статора, позволяющую изменять ее число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. При работе асинхронного двигателя необходимо, чтобы обмотки ротора и статора имели одинаковое число пар полюсов. Только короткозамкнутый ротор способен автоматически приобретать то же число пар полюсов, что и поле статора. Многоскоростные двигатели нашли широкое применение в приводе металлорежущих станков. Нашли применение двух, трех и четырех скоростные двигатели.

На рис. 3.7.3 показана схема соединения и магнитное поле статора двигателя при последовательном (б) и параллельном (а) соединении полуобмоток.

Рис. 3.7.3

У двухскоростного двигателя обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Включая их последовательно или параллельно можно в 2 раза изменять число пар полюсов.

У четырехскоростного двигателя на статоре должно размещаться две независимые обмотки с разным числом пар полюсов. Каждая из обмоток позволяет в два раза изменять число пар полюсов. Например, у двигателя, работающего от сети c частотой f=50 Гц, со следующими частотами вращения 3000/1500/1000/500 [об/мин] с помощью одной из обмоток статора можно получить частоту вращения 3000 об/мин и 1500 об/мин (при этом р=1 и р=2). С помощью другой из обмоток можно получить частоту вращения 1000 об/мин и 500 об/мин (при этом р=3 и р=6)..

При переключении числа пар полюсов изменяется и магнитный поток в зазоре, что приводит к изменению критического момента М_кр (рис. 3.7.4 б). Если при изменении числа пар полюсов одновременно изменять и подведенное напряжение, то критический момент может остаться неизменным (рис. 3.7.4 а). Поэтому при этом способе регулирования могут быть получены два вида семейства механических характеристик (рис. 3.7.4).

Достоинства этого способа регулирования: сохранение жесткости механических характеристик, высокий К.П.Д. Недостатки: ступенчатое регулирование, большие габариты и большая стоимость двигателя.

Рис. 3.7.4

3.7.1.3 Изменение частоты источника питания

В качестве таких источников питания в настоящее время начали находить применение преобразователи частоты (ПЧ), выполняемые на мощных полупроводниковых приборах - тиристорах. Из уравнения трансформаторной ЭДС U₁ = 4,44 w₁ k₁ f Ф следует, что для сохранения неизменным магнитного потока, т.е. для сохранения перегрузочной способности двигателя, необходимо вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения. При выполнении соотношения , критический момент не изменяется и получается семейство механически характеристик, представленное на рис. 3.7.5.

Рис. 3.7.5

На рис. 3.7.5 приведены механические характеристики при частотном регулировании.

Достоинства этого способа: плавное регулирование, возможность повышать и понижать частоту вращения, сохранение жесткости механических характеристик, экономичность. Основной недостаток - требуется преобразователь частоты, т.е. дополнительные капитальные вложения.

3.8 Способы изготовления магнитопровода статора торцевого асинхронного двигателя

В электротехнике при изготовлении магнитопроводов с явно выраженными полюсами для статоров однофазных двигателей. Пластины получаемые из ферромагнитного порошка посредством его прессования с одновременным формированием на противоположных краях соседних полюсов утолщений в форме выступов. Набор магнитопровода из отдельных пластин осуществляют таким образом, чтобы утолщения полюсов не несущей утолщений пластины соприкасались с торцевой поверхностью полюсов, не несущей утолщений, каждой последующей пластины, а зоны с изотропной электрической проводимостью получают в процессе спекания образующих магнитопровод пластин посредством их диффузионной сварки в местах соприкосновения.

На поверхности пластин, не несущей утолщений, соосно утолщениям и одновременно с ними формируют выемки, форма которых повторяет форму утолщений, а глубина меньше высоты утолщений.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что пластины получают из ферромагнитного порошка посредством его прессования с одновременным формированием на противоположных краях соседних полюсов утолщений в форме выступов, набор магнитопровода из отдельных пластин осуществляют таким образом, чтобы утолщения полюсов каждой предыдущей пластины соприкасались с торцевой поверхностью полюсов, не несущей утолщений, каждой последующей пластины, а зоны с изотропной электрической проводимостью получают в процессе спекания образующих магнитопровод пластин посредством их диффузионной сварки в местах соприкосновения.

На поверхности пластины, не несущей утолщений, соосно утолщениям и одновременно с ними формируют выемки, форма которых повторяет форму утолщений, а глубина меньше высоты утолщений.

Изготовление магнитопроводов по предлагаемому способу приводит к созданию на части каждого полюса электрического поверхностного контакта между пластинами, что, в случае размещения на полюсах однофазной обмотки, обуславливает сдвиг по фазе магнитных потоков частей полюсов и получение на валу ротора однофазного двигателя электромагнитного пускового момента. Данный технический эффект достигается при использовании предлагаемого способу и не достигается при использовании известных способов, в соответствии с которыми пусковой момент получают посредством охвата части каждого полюса короткозамкнутым витком, размещением на части каждого полюса массивной ферромагнитной вставки или укладкой в пазы статора вспомогательной пусковой обмотки и включением в ее цепь фазосдвигающего элемента.

Поиск аналогичных и эквивалентных технических решений не обнаружил в основном и смежных классах технических решений, направленных на решение поставленной задачи предложенными путями. Это означает, что данное техническое решение соответствует критерию 'существенные отличия'.

Предложенный способ изготовления магнитопровода с явно выраженными полюсами для статора однофазного асинхронного двигателя реализуется следующим образом.

Порошок чистого железа (96,5%) смешивают с порошком кремния (3,5%). Из полученной смеси на прессе при давлении 8-10 т/см2 прессуют отдельные пластины 1 толщиной 1,5-2,5 мм с утолщениями на части полюсов. Утолщения выполняются на одной из торцевых поверхностей пластин и имеют форму выступов. Высота утолщений составляет 0,3-1,0 мм, а их длина равна 0,35-0,45 от длины дуги полюсов . Из пластин , полученных прессованием, набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера , причем набирают так, что утолщения полюсов каждой предыдущей пластины соприкасаются с торцевой поверхностью полюсов , не несущей утолщений , каждой последующей пластины . Такой порядок набора магнитопровода из отдельных пластин обеспечивает соприкосновение всех пластин на части поверхности полюсов , несущих утолщения . Оставшиеся части поверхности пластин оказываются разделенными друг относительно друга воздушными зазорами , высота которых равна высоте утолщений . К набранному из пластин магнитопроводу в осевом направлении прикладывают статическое сжимающее давление 2-4 МПа, после чего магнитопровод помещают в вакуумную печь с глубиной вакуума 10-4 мм рт.ст. Процесс спекания пластин , образующих магнитопровод, ведут при температуре в печи 1050-1100оС в течение 2-1,5 ч. При этом одновременно со спеканием пластин протекает процесс их диффузионной сварки в местах соприкосновения друг с другом. В результате диффузионной сварки на одной части каждого полюса , которая несет утолщения , создается зона изотропной электрической проводимости . На другой части полюсов , из-за наличия между пластинами воздушных зазоров , образуется зона с анизотропной электрической проводимостью. На полюсах изготовленного таким образом магнитопровода, размещается однофазная обмотка, а в пространстве между полюсами устанавливается ротор, который относительно полюсов магнитопровода статора отделяется рабочим воздушным зазором .

Однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по предлагаемому способу, обеспечивает создание на валу ротора электромагнитного пускового момента и запуск двигателя в ход. Физически это объясняется следующим образом.

При подключении однофазной обмотки к источнику однофазного переменного напряжения в ней возникает электрический ток, который создает пульсирующий магнитный поток. Одна часть этого потока проходит по участкам, характеризующимся изотропной электрической проводимостью, а другая часть потока проходит по участкам, имеющим анизотропную электрическую проводимость. Часть потока, проходящая по участкам, имеющим изотропную электрическую проводимость, индуцирует в них электрические токи, которые создают свое магнитное поле, направленное встречно потоку, созданному током однофазной обмотки . В результате на участках образуется некоторый результирующий магнитный поток, который по отношению к потоку участков с анизотропной электрической проводимостью оказывается сдвинутым в пространстве и времени. Наличие пространственного и временного сдвигов по фазе магнитных потоков участков и участков приводит к созданию в рабочем воздушном зазоре эллиптического магнитного поля, а на валу ротора - электромагнитного пускового момента, обуславливающего надежный запуск двигателя.

Пример. Предлагаемый способ изготовления магнитопровода статора реализован в опытном образце однофазного торцевого асинхронного двигателя, в качестве ротора, в котором использован ротор с короткозамкнутой обмоткой от серийно изготавливаемого двигателя типа ТАПН 011-2.

Производится смешивание железного порошка марки ПЖРВ-2-200 (96,5%) с добавкой порошка кремния (3,5%). Смесь прессуется на гидравлическом прессе при давлении 8 т/см2, в результате чего получаются отдельные пластины. Толщина пластин составляет 2,5 мм, высота утолщений в осевом направлении двигателя равна 0,6 мм, а их длина выполнялась равной 13 мм, что составляло 0,35 от длины дуги полюса. Из девяти пластин выбирается магнитопровод и к нему в осевом направлении прикладывается статическое сжимающее давление 3 МПа. После этого магнитопровод помещается в вакуумную печь (10-4 мм рт.ст.), где осуществляется его спекание при температуре (1050-1070)оС в течение двух часов. Одновременно с процессом спекания протекает процесс диффузионной сварки по поверхности соприкосновения пластин.

Исследования в отраслевой лаборатории кафедры 'Общая электротехника и промышленная электроника' Пермского политехнического института показали, что однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по предлагаемому способу, обеспечивает надежный запуск ротора из неподвижного состояния.

Использование в качестве исходного материала смеси порошка чистого железа и порошка кремния и прессование смеси при давлении 8-10 т/см2 позволяет реализовать безотходную технологию и получить пластины, а следовательно и магнитопровод, у которых магнитная проницаемость, индукция насыщения, потери от протекания вихревых токов и потери на перемагничивание близки к их величинам, характерным для магнитопроводов из листовой электротехнической стали. Формирование в процессе прессования на части явно выраженных полюсов утолщений в форме выступов обуславливает получение на валу ротора однофазного асинхронного двигателя пускового электромагнитного момента, взаимную изоляцию посредством воздуха пластин друг относительно друга по всей их поверхности, исключая поверхность утолщений полюсов, а также многократное увеличение поверхности охлаждения магнитопровода статора. Спекание пластин в среде вакуума и приложение к пластинам в осевом направлении статического сжимающего давления обеспечивают пластинам и магнитопроводу необходимую механическую прочность и их диффузионную сварку по поверхности соприкосновения пластин друг с другом, т.е. по поверхности утолщений.

Формирование в процессе прессования пластин выемок, расположенных соосно утолщениям, обеспечивает строго определенное положение пластин друг относительно друга и создает предпосылки для автоматизации процесса сборки магнитопровода.

Всесторонними экспериментальными исследованиями установлено следующее.

Уменьшение в смеси порошка чистого железа и увеличение порошка кремния приводит к снижению индукции насыщения и ухудшению механических свойств пластин за счет повышения их твердости и хрупкости.

Увеличение порошка чистого железа и уменьшение порошка кремния обуславливает снижение электрического сопротивления пластин, рост вихревых токов и коэрцитивной силы, увеличение потерь на вихревые токи и перемагничивание.

Прессование пластин при давлении, меньшем 8 т/см2, приводит к снижению плотности пластин, возникновению пористости и уменьшению магнитной проницаемости, т.е. ухудшению магнитных характеристик. Увеличение давления выше 10 т/см2 невозможно из-за ограниченной прочности оснастки.

Уменьшение статического сжимающего давления ниже 2 МПа не позволяет получить хорошего контакта между пластинами, что приводит к снижению качества диффузионной сварки пластин и уменьшению прочности магнитопровода. Увеличение статического сжимающего давления выше 4 МПа обусловливает пластическую деформацию утолщений и приводит к уменьшению воздушного зазора между пластинами и ухудшению отвода тепла.

Увеличение температуры спекания выше 1100оС приводит к появлению локальных участков оплавления. При этом теряется форма пластин, появляются поры диффузионного характера, что снижает магнитную проницаемость и увеличивает вихревые токи. Уменьшение температуры спекания вниз от 1050оС не обеспечивает условий равномерного растворения кремния в железе, что приводит к уменьшению магнитной проницаемости и магнитной индукции.

Время спекания выбирается из условий полного растворения кремния в железе: с повышением температуры спекания время спекания уменьшается и, наоборот, с уменьшением температуры спекания время спекания возрастает.
Прессование пластин толщиной менее 1,5 мм обуславливает уменьшение магнитной проницаемости и ухудшение магнитных характеристик из-за снижения плотности материала пластин, вызванного ростом влияния трения по торцевым поверхностям. Увеличение толщины пластин, по сравнению с 2,5 мм, приводит к увеличению вихревых токов и ухудшению электрических и магнитных характеристик магнитопроводов.

Уменьшение высоты утолщений, по сравнению с 0,3 мм, обуславливает уменьшение воздушного зазора между пластинами и ведет к ухудшению охлаждения магнитопровода. Рост высоты утолщений выше 1 мм приводит к увеличению габаритов магнитопровода в осевом направлении.
Снижение длины утолщений, по сравнению с 0,35 длины дуги полюсов, обуславливает уменьшение электромагнитного момента однофазного двигателя. Рост длины утолщений, в сравнении с 0,45 длины дуги полюсов, практически не приводит к увеличению электромагнитного момента, но связан с увеличением расхода порошка и уменьшением поверхности охлаждения магнитопровода.

Глубина выемок выбирается из условия надежной фиксации пластин при наборе магнитопровода и эффективного отвода тепла через воздушные зазоры между пластинами.

Однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по предлагаемому способу, так же как и однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по способу, выбранному в качестве прототипа, обеспечивает создание пускового электромагнитного момента.

Вместе с тем, предлагаемое изобретение, в сравнении с , обеспечивает получение существенного положительного эффекта, который сводится к следующему.

Повышается технологичность конструкции, снижается трудоемкость и затраты на производство магнитопроводов, что объясняется отсутствием отходов активных материалов, повышением производительности за счет исключения операций снятия заусениц, взаимного изолирования пластин слоем лака, изготовлением ферромагнитных вставок, их креплением на части полюсов, полной автоматизацией производства, а также сокращением необходимого числа пластин, вызванного увеличением толщины пластин по сравнению с толщиной листовой стали.

Существенно возрастает эффективность охлаждения магнитопровода и размещенной на нем обмотки за счет наличия между пластинами, образующими магнитопровод, воздушных зазоров. Повышение эффективности отвода тепла позволяет увеличить удельные электрические и магнитные нагрузки однофазных двигателей, что способствует улучшению рабочих характеристик двигателей или уменьшению их габаритов.
Изобретение рекомендуется к использованию на предприятиях, осуществляющих серийное производство однофазных асинхронных двигателей.

4. Анализ кинетического привода

Задача построения высококачественного торцевого асинхронного электропривода с векторным управлением без использования каких-либо датчиков, пристроенных к валу или встроенных в двигатель, постоянно привлекает внимание разработчиков с момента появления самого термина «векторное управление» применительно к торцевому асинхронному электродвигателю в начале 1970-х годов. Область применения таких электроприводов определяется следующими условиями:

1) Механизм предъявляет повышенные требования к быстродействию электропривода.

2) В электроприводе требуется регулирование электромагнитного момента на валу двигателя.

3) Не требуется высокая статическая точность и широкий диапазон регулирования скорости (диапазон не более 100).

4) Установка датчика скорости на вал двигателя невозможна по условиям эксплуатации, технологическим, стоимостным или прочим ограничениям. Типичными объектами являются электроприводы подъемно-транспортных средств, механизмов намотки, экструдеров, дробилок, работающих в пожароопасных, взрывоопасных, химически и радиоактивных средах, в условиях повышенных вибраций и ударных механических нагрузок.

В настоящее время бездатчиковые торцевые асинхронные электроприводы с векторным управлением представлены практически всеми ведущими фирмами, производителями преобразователей частоты. При этом характеристики большинства этих электроприводов оказываются весьма скромными. В частности, полоса пропускания контура скорости, как правило, не превышает 5-7 Гц, а общий диапазон регулирования скорости (вверх и вниз от номинальной) не более 20-100, что вполне достижимо и в системе частотного управления с векторной ориентацией переменных в установившихся режимах работы . Большинство же производителей преобразователей частоты вообще не заявляют в технической документации полосу пропускания и диапазон регулирования скорости. В этом случае получить подобную информацию удается только в результате проведения стендовых испытаний.

Таким образом, если рассматривать указанные характеристики регулирования скорости, то практически «стирается грань» между бездатчиковыми электроприводами с частотным и векторным управлением.

Исследования, выполненные в данной дипломной работе, показали, что характеристики торцевых асинхронных векторных электроприводов без датчика скорости могут существенно превышать аналогичные характеристики систем частотного управления.

В частности, полоса пропускания контура скорости может составлять более 30 Гц, а в диапазоне регулирования скорости не менее 100 обеспечиваются значительно меньшие статические и динамические ошибки. Однако для достижения таких результатов приходится решить ряд проблем.

Основные проблемы, связанные с построением бездатчикового векторного электропривода, заключаются в следующем:

1) Наблюдатель состояния торцевого асинхронного электродвигателя , построенный на основе решения полной системы уравнений электрического равновесия для статора и ротора по доступной информации о напряжениях и токах статора, способен обеспечить приемлемую точность вычисления потоко-сцепления и скорости только в ограниченном диапазоне частот. Это связано с известной проблемой введения начальных условий при частотах, близких к нулевой. Практически все способы решения данной проблемы связаны с введением определенного отклонения математического описания наблюдателя состояния относительно реального объекта при работе в области малых частот. Эти отклонения проявляются в виде ошибки в вычислении потоко-сцепления, скорости, активной и реактивной составляющих тока.

2) Следующей проблемой является чувствительность электропривода к изменению его параметров в процессе работы. Прежде всего это относится к температурным изменениям активных сопротивлений статора и ротора, а также к изменению взаимной индуктивности в зависимости от тока цепи намагничивания. Одним из подходов к решению данной проблемы в построении векторного регулятора и наблюдателя состояния торцевого АД является применение регуляторов, грубых в отношении параметрических возмущений, в частности, релейных регуляторов, функционирующих в скользящих режимах. Другим подходом является параметрическая адаптация, осуществляемая в реальном времени при работе электропривода.

3) Третьей проблемой является получение необходимой точности оценки эквивалентных (усредненных на интервале расчета процессов в наблюдателе состояния) значений токов и напряжений статора. На точность оценки эквивалентных напряжений в области малых частот основной гармоники и высоких частот модуляции существенно влияет «мертвое время» и задержки переключения ключей инвертора. Заметим, что проблема точности измерения напряжения на малых частотах в гораздо меньшей степени проявляется в векторных электроприводах с датчиком скорости/положения, так как быстродействующий контур скорости, замкнутый по реально измеряемому сигналу, способен в значительной степени компенсировать ошибки, связанные с динамическими «неидеальностями» ключей инвертора. Известные подходы к построению наблюдателей состояния для бездатчикового торцевого асинхронного электропривода достаточно полно представлены. Отличительной особенностью предлагаемого в главе подхода является его относительная простота программной реализации и настройки (большинство контуров наблюдателя и системы управления допускают независимую последовательную настройку). Высокие технические характеристики электропривода достигаются за счет его адаптируемости сразу к трем параметрам электродвигателя, подвергающимся наибольшим изменениям в процессе работы, а именно к активным сопротивлениям статора и ротора и к взаимной индуктивности, а также за счет компенсации задержек переключения силовых ключей преобразователя.

4.1 Структурная схема системы адаптивно-векторного управления торцевым асинхронным электроприводом

Структурная схема системы адаптивно-векторного управления торцевым асинхронным электроприводом приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Структурная схема электропривода

Назначение элементов, математическое описание, структурное построение и принцип действия векторного модулятора, преобразователя напряжений, базовых структур векторного регулятора токов I_d, I , регуляторов ЭДС и скорости аналогичны и применительны к системе адаптивно-векторного управления с датчиком скорости/положения (исполнение 2 преобразователей частоты серии ЭПВ). Под базовыми здесь понимаются структуры без учета элементов адаптации. Векторный регулятор токов включает в себя ПИ-регуляторы составляющих вектора тока статора по осям d и q, ориентированным по оценке углового положения вектора потоко-сцепления ротора, и блок компенсации перекрестных связей.

Преобразователь напряжений включает в себя ограничитель заданного напряжения статора по осям d и q и преобразователь координат: ортогональная система (d, q) - полярная система - естественная трехфазная система (a, b, c), неподвижная относительно статора, и блок компенсации запаздывания системы управления.

Векторный модулятор реализует «треугольный» алгоритм пространственно-векторного формирования выходного напряжения IGBT инвертора с функцией компенсации «мертвого времени» и задержек переключения силовых ключей.

Наблюдатель состояния реализует вычисление всех переменных и параметров электродвигателя, необходимых для реализации алгоритма адаптивно-векторного управления, по информации о двух фазных токах статора и двух заданных значениях фазных напряжений.

Блок адаптации выполняет перерасчет параметров регуляторов системы управления в зависимости от изменения параметров двигателя, проявляющихся в процессе работы электропривода.

4.2 Наблюдатель состояния

Структурная схема наблюдателя состояния приведена на рис. 4.2. Все вычисленные переменные (оценки) помечены верхним символом . Для вычисления необходимых переменных вводится ортогональная система координат (x, y), вращающаяся синхронно с частотой поля. Ее угловое положение не фиксируется относительно какой-либо переменной или оси электродвигателя и может быть произвольным, то есть «плавающим». Принципиальными факторами являются не угловое положение, а синхронность системы (x, y), которая обеспечивает в установившихся режимах работы двигателя постоянные значения вычисляемых переменных, а также ее относительно высокая инерционность (скорость изменения углового положения должна быть ограничена), что обеспечивает желаемую степень устойчивости цифровых вычислительных алгоритмов. В качестве частоты вращения системы координат (x, y) могут приниматься переменные, величина которых в установившихся режимах работы равна частоте вращения поля. Это могут быть частоты вращения векторов потоко-сцеплений, отфильтрованные значения частот вращения векторов напряжения или тока статора. В рассматриваемом случае частота вращения системы (x, y) принята равной оценке частоты вращения вектора потокосцепления ротора Угловое положение и частота системы координат на k-интервале расчета переменных наблюдателя вычисляются по выражениям:

(1)

где Т₀ -- интервал расчета переменных наблюдателя.

Рис. 4.2. Структурная схема наблюдателя состояния

Преобразование 1 токов и преобразование 2 напряжений из системы координат (a, b, c) в систему координат (x, y) осуществляются по выражениям:

где I_a, I_b, U_az, U_bz -- токи и заданные напряжения статора фаз a и b.

Использование для преобразования напряжений углового положения системы координат на предыдущем интервале расчета (ц_x, _k -₁) связано с наличием запаздывания в измерении тока по отношению к формированию напряжения. Переход в полярную систему координат, неподвижную относительно статора, дает угловые положения векторов заданного напряжения и тока статора (ц_uz, ц_i).

Расчет ЭДС ротора осуществляется на основе цифрового решения уравнений статорной цепи электродвигателя, записанных в системе координат (x, y):

U_x = R_s I_x + уL_s (dI_x/d_t) - уL_sщ_x I_y + E_rx ;

U_y = R_sI_y + уL_s (dI_y/d_t) - уL_sщ_x I_y + E_ry , (4)

где E_rx = (L_m/L_r)(dШ_rx /d_t) - щ_x (L_m/L_r)Ш_ry; E_ry = (L_m/L_r)(dШ_ry/d_t) - щ_x (L_m/L_r)Ш_rx-- проекции вектора ЭДС ротора в системе координат (x, y); Ш_rx, Ш_ry -- проекции вектора пото-косцепления ротора в системе координат (x, y); у = 1 - (L²_m/L_sL_r) -- коэффициент рассеяния; L_s, L_r, L_m -- индуктивности статора, ротора, взаимная; R_s -- активное сопротивление статора.

Преобразование E_rx, E в полярную систему координат, неподвижную относительно статора, дает оценки модуля и углового положения вектора ЭДС ротора ().

Вычисление модуля первой оценки частоты вращения вектора потоко-сцепления ротора выполняется с учетом предположения, что трансформаторная составляющая ЭДС ротора () пренебрежимо мала в сравнении с ЭДС вращения , по выражению:

(5)

где -- оценка потокосцепления ротора.

Знак частоты вращения вектора потокосцепления ротора вычисляется на основе оригинального алгоритма по информации об угловых положениях векторов заданного напряжения и тока статора, модуле частоты вращения на текущем и предыдущих интервалах расчета и знаке частоты вращения на предыдущем интервале расчета.

Коррекция оценки частоты вращения вектора потокосцепления ротора по фактической мгновенной частоте вращения вектора ЭДС ротора, вычисленной из его углового положения ц_e, выполняется с целью устранить в оценке частоты ошибку, вызванную структурной и параметрической неадекватностью модели статорной цепи, погрешностями измерительных каналов и приближенным характером вычислений. Коррекция выполняется на основе интегрального регулятора частоты, коэффициент которого устанавливается исходя из желаемого характера движения ошибки.

Оценка углового положения вектора потокосцепления ротора выполняется на основе информации об угловых положениях векторов ЭДС ротора, тока статора и оценок частоты вращения вектора потокосцепления ротора . С учетом пренебрежения малой величиной трансформаторной ЭДС, угловые положения векторов ЭДС и потокосцепления ротора отстоят друг от друга на угол: ±р/2 Знак определяется направлением вращения векторов (знаком частоты). На малых частотах величина ЭДС ротора стремится к нулю, и, следовательно, диапазон вычисления положения вектора ЭДС с заданной точностью ограничен некоторым минимальным значением частоты щ_Шmin. Чтобы обеспечить работоспособность наблюдателя состояния на частотах, меньших щ_Шmin, осуществляется переход от ориентации по вектору ЭДС к ориентации по вектору тока статора. Алгоритм вычислений организован таким образом, что этот переход осуществляется только в режимах малых скольжений, то есть близких к холостому ходу электродвигателя. В этом случае положение вектора тока статора оказывается близким к положению вектора потокосцепления ротора, и переход на ориентацию по току не приводит к большим ошибкам в точности вычисления переменных.

Дополнительная коррекция оценки углового положения вектора потокосцепления ротора выполняется с целью минимизации влияния на точность вычисления переменных электродвигателя ошибок, вызываемых следующими факторами:

1. Малыми динамическими отклонениями разности угловых положений векторов ЭДС и потокосцепления ротора от величины ±р/2

2. Динамическими ошибками вычисления вектора ЭДС ротора.

3. Наличием скачков в оценке положения вектора потокосцепления, вызванных изменением структуры наблюдателя состояния в области малых частот при переходе с ориентации по вектору ЭДС к ориентации по вектору тока.

Коррекция выполняется на основе П-регулятора положения. Параметры регулятора выбираются исходя из желаемого характера движения ошибки между нескорректированным и скорректированным значениями углового положения вектора потокосцепления ротора. Коррекция угла выполняется с использованием алгоритма безинерционного устранения ошибок, превышающих определенное пороговое значение. Это делается для устранения возможности накопления больших погрешностей в вычислении угла потокосцепления при переходных процессах «в большом» (когда регулятор скорости переходит из линейной области в ограничение, в частности, при пусках, торможениях и реверсе с номинальной частоты вращения).

Преобразование трех токов статора из системы координат (a, b, c) в ортогональную систему координат (d, q), ориентированную по оценке углового положения вектора потокосцепления ротора, осуществляется по выражениям:

(6)

Для выделения параметров электродвигателя, к изменениям которых электропривод оказывается наиболее чувствительным, а именно взаимной индуктивности, активных сопротивлений статора и ротора, используется сигнал невязки д_щ. Этот сигнал определяет разницу между скорректированным значением частоты вращения вектора потокосцепления ротора и ее первой оценкой . В качестве исходных значений вычисляемых параметров (L_m₀, R_s ₀, R_r ₀) используются значения, определенные в результате выполнения процедуры автонастройки электропривода [3] или введенные пользователем на основе паспортных данных двигателя. Так как невязка одна, а оцениваемых параметров три, то для обеспечения сходимости оценок к истинным значениям параметров алгоритмы вычисления оценок разнесены во времени и в зависимости от режима работы электропривода (уровня частоты и нагрузки). С этой целью в блок оценки параметров вводится дополнительная информация о пределах функционирования алгоритмов оценки (щ_maxR, щ_minR, щ_max_L, щ_min_L, I_min_R ) и переменные, характеризующие величину частоты и нагрузки. Для оценки R_s использован интегральный регулятор, для оценки L_m -- пропорционально-интегральный. Настройки регуляторов произведены таким образом, чтобы обеспечить желаемый характер движения ошибок оценки параметров. Оценка температурного изменения R_r выполняется косвенным образом по оценке температурного изменения активного сопротивления статора.

Анализ чувствительности выполнялся в отношении электромагнитных параметров двигателя, наиболее подверженных изменению в процессе работы электропривода. К таким параметрам относятся активные сопротивления фаз статора и ротора, подверженные температурным изменениям, и взаимная индуктивность, изменяющаяся в связи с эффектом насыщения магнитной системы электродвигателя потоком взаимоиндукции. Для анализа использовалась математическая модель электропривода с базовой структурой системы бездатчикового векторного управления.

На рис. 4.3 показано влияние отклонений R_s, L_m, R_r на погрешность вычисления скорости и углового положения вектора потокосцепления ротора для электропривода с электродвигателем 4ТА112МА6У3. Значения отклонений параметров выбраны такими, что вполне могут встречаться в рабочих режимах электропривода, а именно 50%-ное увеличение активных сопротивлений двигателя относительно их значений, полученных в холодном состоянии, и 10%-ное увеличение взаимной индуктивности, вызванное ослаблением поля относительно его состояния в номинальном режиме. На рис.4.4 для того же электродвигателя показано влияние отклонений в активном сопротивлении статора на динамические процессы отработки ступенчатого изменения сигнала задания по скорости.

Рис.4 3. Графики ошибок в ориентации системы управления и вычисленной скорости при вариации параметров электродвигателя, уровня скорости и нагрузки: а) Rs = 1,5R' s ; _-- Mc = Mnom, * -- Mc = 0; б) L? m = 0,9Lm; _! щr = (0,05-0,9)щnom , * -- щr = 1,2щnom ; в) Rr = 1,5R' r , щr = (0,05-0,9)щnom .

Рис. 4.4 Временные диаграммы скорости в режиме ступенчатого сброса

Анализ представленных диаграмм и других результатов исследования чувствительности позволяет сделать следующие выводы:

1. Наиболее чувствителен электропривод к изменению активного сопротивления статора, которое ощутимо воздействует как на статические, так и динамические характеристики. Чувствительность к изменению R_s является функцией скорости и нагрузки. Наиболее сильному влиянию подвержены характеристики электропривода в области малых частот (менее 0,2щ_nom), вплоть до потери работоспособности, проявляющейся в возникновении автоколебательного режима работы с большими пульсациями переменных. В частности, при электропривод с торцевым асинхронным электродвигателем утрачивает работоспособность на скоростях, меньших 0,05щ_nom.

2. Изменение активного сопротивления ротора влияет на статическую ошибку в скорости и не влияет на точность ориентации системы по вектору потокосцепления ротора и на динамические характеристики электропривода. Статическая ошибка в скорости является функцией нагрузки и не зависит от уровня скорости.

3. Изменение взаимной индуктивности незначительно сказывается на ориентации и динамических характеристиках электропривода при работе на скоростях, меньших номинальной. Статическая ошибка в скорости возрастает с ростом нагрузки и при работе с постоянным потокосцеплением ротора не зависит от уровня скорости. Чувствительность электропривода к изменению L_m существенно возрастает на скорости, превышающей номинальную, вплоть до отказа воспринимать задание по скорости выше определенного уровня. В частности, при электропривод с торцевым асинхронным электродвигателем не разгоняется выше 1,3щ_nom.

4. Изменение индуктивностей рассеяния в связи с насыщением зубцовой зоны двигателя потоками рассеяния заметным образом проявляется при кратностях тока статора, превышающих (2-3) от номинального значения и, как правило, не превышает 30%-ного снижения относительно своего ненасыщенного значения, даже при токах прямого пуска двигателей на номинальное напряжение [14]. Результаты моделирования и эксперимента показали, что 50%-ные измененияL_s не оказывают существенного влияния на характеристики электропривода.

5. Исследования чувствительности электропривода к величине «мертвой зоны» переключения транзисторов инвертора показали, что в случае корректной параметрической настройки электропривода именно наличие «мертвой зоны» является фактором, ограничивающим диапазон регулирования электропривода вниз от номинальной скорости. Это проявляется в возрастании на малых скоростях низкочастотных (шестикратных по отношению к периоду основной гармоники) пульсаций в скорости и в электромагнитных переменных электропривода. Величина этих пульсаций возрастает с увеличением частоты модуляции и величины «мертвой зоны». Причина пульсаций заключается в отклонении реального напряжения статора от его заданного значения, сформированного без учета временных задержек переключения ключей инвертора. Так как расчет переменных электропривода выполняется на основе заданного напряжения статора, то эта ошибка проявляется во всех вычисленных переменных.

6. Введение в электропривод алгоритмов адаптации к R_s, L_m, R_r и компенсации задержек переключения ключей инвертора позволяет существенно улучшить его характеристики, а именно: снизить чувствительность к изменению параметров в процессе работы, расширить диапазон регулирования скорости как вниз, так и вверх от номинальной, снизить уровень пульсаций переменных на малых скоростях.

4.4 Описание стенда для проведения испытаний

Исследования проводились на лабораторном стенде, включающем преобразователь частоты ЭПВ-ТТПТ-16-380-4АО, торцевой асинхронный двигатель (P_nom = 3 кВт, N_nom = 1000 об/мин, I_nom = 7,4 А, M_nom = 30 Н*м), нагрузочный агрегат, выполненный на основе электропривода FANUC DC SERVOMOTOR SYSTEM с электродвигателем 30М (N_nom = 1200 об/мин, M_nom = 37 Н*м, I_nom = 24 А), компьютерный осциллограф PCS500А, персональный компьютер. На рис. 4.5 представлены динамические процессы, полученные в режимах пуска и реверса электропривода без нагрузки при следующих параметрах системы управления: постоянные времени контуров тока -- 2 мс; постоянные времени контуров скорости и ЭДС -- 4 мс; предельное значение электромагнитного момента: а) 2,9 M_nom, б) 2 M_nom. Настройка параметров системы управления на параметры торцевого асинхронного электродвигателя произведена в автоматическом режиме.

Рис.4.5 Динамические процессы в режиме реверса и пуска двигателя

На рис.4 6 представлены временные диаграммы скорости, тока фазы статора I_a, тока якоря I _Я нагрузочного двигателя в режиме ступенчатого наброса нагрузки с холостого хода (M = M_xx ) до номинального момента (M=M_nom).

В скорости и фазном токе отчетливо видны 6-пульсные искажения, связанные с неполной компенсацией задержек инвертора напряжения. С ростом нагрузки величина этих искажений снижается, так как с увеличением амплитуды заданного напряжения статора повышается точность его отработки.

Рис. 4.6. Процессы в режиме ступенчатого наброса номинального момента нагрузки на скорости щr = 0,05щnom

В процессе испытаний электропривода были получены следующие характеристики: предельное значение полосы пропускания, на которую может быть настроен контур скорости, -- не менее 30 Гц; диапазон регулирования скорости -- не менее 50 вниз от номинальной и не менее 2 вверх от номинальной; коэффициент неравномерности на минимальной скорости -- не более 0,25; статическая погрешность на минимальной скорости при изменении нагрузки в пределах (0,2-0,6) М_поти (0,6-1) М_пот -- не более ±20%. Электропривод может работать как с замкнутым, так и с разомкнутым контуром скорости, то есть осуществлять регулирование момента.

5.Экономическая часть

5.1 Расчет цеха

5.1.1 Определение количества оборудования

Годовую трудоемкость по цеху определяем по формуле:

мин

Количество металлорежущих станков для выполнения обработки деталей согласно полученной трудоемкости определяется по формуле:

где - действительный годовой фонд работы оборудования (при двухсменном режиме чел. в зависимости от числа рабочих дней в году);

- коэффициент загрузки оборудования (для серийного производства ).

станков

С учетом обрабатываемых поверхностей станки распределяются по технологическому назначению следующим образом:

Количество станков токарной группы:

ст.

Круглошлифовальной группы:

ст.

Фрезерной группы:

ст.

Фрезерно-центровальной группы:

ст.

Согласно полученным результатам принятое количество производственных станков составит:

ст.

Количество станков заточного отделения рекомендуется принимать 4-6% от числа обслуживаемого оборудования, т.е.

Кроме универсально-заточных необходимо в отделении иметь специальные заточные станки: для дисковых пил, центровочных сверл, для протяжек и т.д. Поэтому принимаем 1 специальный заточной станок. Итого:

шт.

Для цеховой ремонтной базы (ЦРБ) в серийном производстве принимается 2,6…4,3%. Это составит:

ст.

Для мастерской по ремонту оснастки и инструмента принимают 4% от количества производственных станков, т.е. ст.

Кроме этого на ремонтной базе устанавливают наждачное точило, пресс винтовой или гидравлический, электроискровой станок для удаления из отверстий сломанных инструментов и электрогазосварочный пост.

Таблица 5.1 - Ведомость металлорежущих станков производственного назначения.

Производственные участки	Металлорежущие станки	Средняя мощность	Количество станков
Механическая обработка	Токарной группы Фрезерной группы Круглошлифовальной группы Фрезерно-центровальные	10,5 12,2	8 3 1 1
Заточное отделение	Универсально-заточные Специальные заточные станки		1 1
РБЦ	Токарные станки Универсально-фрезерный Сверлильный станок Наждачное точило Пресс Сварочно-газорезательный пост		1 1 1 1 1 1
Ремонтно-инструментальные участки	Токарные Шлифовальные		1 1
Итого:	24

5.2 Определение количества станочников.

Количество основных рабочих-станочников определяют исходя из годовой трудоемкости мех. обработки при односменной работе по формуле:

, чел

где - суммарная трудоемкость мех. обработки деталей в году;

- действительный годовой фонд времени работы станочников (принимаем 1860 час.);

- коэффициент многостаночного обслуживания, принимается в пределах 1,25…1,5.

Подставляем значения в формулу:

чел.

Количество вспомогательных рабочих в серийном производстве принимают 18…25% от числа производственных рабочих, принимаем 20%. Это составит:

ИТР принимают 11…13% от общего числа рабочих:

ИТР=30

Счетно-конторский персонал (2…7%), принимаем 4% от общего количества работающих, т.е. с учетом вспомогательных рабочих, ИТР, конторских служащих и МОП, число которых составляет 2-3% от общего числа работающих в цехе.

МОП=

Итак, число конторских служащих составит:

Таблица5. 2 - Ведомость общего числа работающих

№ п/п	Категория работающих	Количество	В том числе
			І смена	ІІ смена
1	2	3	4	5
1 2 3 4 5	Производственные рабочие Вспомогательные рабочие ИТР Счетно-конторский персонал МОП	30 7 4 2 2	20 5 4 2 1	10 2 - - 1
Итого:	45	32	13

5.3 Определение площади цеха

Производственную (станочную) площадь определяют из расчета удельной площади на один мехообрабатывающий станок. В зависимости от размеров принятых станков принимается удельная площадь. Для средних размеров станков (1500х3500) удельная площадь рекомендуется 22м. Тогда площадь станочного участка составит:

Площадь участка для выполнения отдельных стадий сборочных работ принимают 18-20 на одно рабочее место.

Площадь заточного отделения определяется из расчета 10…12 на один станок, т.е.:

Площадь контрольного отделения принимается 3…5%, от площади станочного отделения, т.е.:

Площадь РБЦ определяется из расчета 27…30 на один основной станок базы. Это составит:

Участок электроремонтной службы: .

Отделение по ремонту инструмента и оснастки рассчитывается 17…22 на один станок:

Отделение по переработке стружки принимают из расчета 0,5 на один обслуживаемый станок. С учетом станков ремонтных участков это составит:

Площадь склада для хранения заготовок определяем из расчета, что масса заготовки составляет - 9,6 кг. Согласно годовой программе:

Площадь для хранения необходимого запаса заготовок на 15 дней определится по формуле:

где черновая масса заготовок, которую предстоит обработать в цехе за год;

е - количество дней, на которые принимается запас заготовок;

q - грузонапряженность пола в цеху, (принимаем 1,5…2 );

Ф - количество рабочих дней в году;

- коэффициент использования площади склада, =0,4…0,5.

Итак:

Площадь ИРК для инструмента определяется из расчета 0,3…0,8; для абразивов - 0,5/ст; для слесарей, слесарей-сборщиков приспособлений - 0,15

Таким образом, площадь ИРК составит:

Таблица5. 3 - Общая площадь цеха

№ п/п	Категория площади	Размер площади,	Примечания
1	Производственная площадь
	1. Производственные участки станочников	330
	2. Участки промежуточной сборки	20
	Всего:	350
2	Вспомогательные участки
	1. Заточное отделение	24
	2. Контрольные отделения	13,2
	3. РБЦ и службы электроремонта	90
	4. Ремонт инструмента и оснастки	40
	5. Отделение переработки стружки	10
	7. Склад для хранения заготовок	4,5
	8. Инструментально-раздаточная кладовая	15,7
	Всего:	173,4
	Итого:	523,4
	Бытовые помещения (3х12)	36

5.4 Общие расходы

5.4.1 Расчет затрат на вспомогательное технологическое оборудование

Балансовая стоимость вспомогательного технологического оборудования рассчитывается по формуле:

К_втоі = Ц_втоі (1+k_тмді)

где Ц_втоі - цена единицы і - го вспомогательного оборудования, USD;

k_тмді - коэффициент транспортно-монтажных затрат (k_тмд = 0,1 0,5)

Допускается рассчитывать затраты на вспомогательное технологическое оборудование в процентах от балансовой стоимости основного технологического оборудования:

К_втоі = К_отоі

k_вто = 8 10%

Результаты расчетов сводим в таблицу 5. 4.

Таблица 5.4. - Затраты на вспомогательное технологическое оборудование, К_вто

Наименование оборудования (марка, модель)	Nпі, од	Цото, USD	kвтоі, %	Квто, USD
				Единицы	Общая
Вертикально-фрезерный станок	2	78000	0,08	6240	12480
Пресс модели КБ3534А	5	24800		19840	99200
Пресс модели КД23221	1	16500		1320	1320
Токарный станок	2	16000		1280	2560
Шлифовальный станок	2	21000		16880	33760
Сверлильный станок	1	15900		1272	1272
Станок сверлильный 2М112	2	7000		560	1120

Всего К_вто = 15712 USD

5.4.2 Расчет затрат на инструмент, оснастку и устройства, которые дорого стоят, К_он.

К этой группе основных производственных фондов относятся инструменты, оснастка и устройства с сроком службы большее одного года и стоимостью большее 6000 руб.

Затраты на эту группу основных производственных фондов можно определить в процентах от балансовой стоимости оснащения, которое их использует:

К_он = К_ОБЛ ,

где К_ОБЛ - балансовая стоимость оснащения которое использует инструмент, оснастку и устройства. Всего К_он = 466900 руб.

5.4.3 Расчет затрат на здание цеха, К_з.

Стоимость здания определяется по формуле:

K_з = S_общ Ц_з = 1440 700 = 526170,6 руб,

где S_общ - общая внешняя площадь здания цеха, м²;

Ц_з - цена одного м² здания, руб (Ц_з= 7000)

Расчет S_общ начинается из определения внутренней производственной площади, необходимой для размещения оборудования и рабочих мест S_вп, что берется из нормативов и плана цеха.

Внутренняя площадь вспомогательных помещений (составов, проездов) S_вв составляет 40 50 % S_вв

Внутренняя площадь бытовых и конторских помещений S_вб составляет 5 10% от S_вв. Общая внешняя площадь цеха принимается на 10% больше суммы внутренних площадей.

S_общ = 1,1 (S_вп + S_вв + S_вб) = 1440 м²

5.4.4. Расчет затрат на сооружения и передающие устройства К_с

Стоимость сооружений и передающих устройств (водоснабжение, канализация, линии электропередач, связи и т.п.) определяется из расчета 5 7% от стоимости зданий:

К_с = (0,05 0,07) К_Б = 0,06 526170,6 = 10080000 руб

5.4.5 Расчет затрат на производственный инвентарь и принадлежность К_пі.

Годовая стоимость производственного инвентаря принимается 1,5 2% от балансовой стоимости основного технологического оснащения:

К_пі = (0,015 0,02) К_отоі = 0,015 1008000 = 60480 руб

5.4.6 Расчет затрат на хозяйственный инвентарь

Хозяйственный инвентарь определяется из расчета 500 руб. на одного служащего, и 300 руб. на одного рабочего.

Приведенные выше расчеты относятся к цеху который проектируется. Тем не менее для расчета экономической эффективности проекта необходимо его сравнить с данными базового варианта, которые было собрано в период преддипломной практики.

В таблице 5. 8. приведенные данные о составе, структуре и балансовой стоимости основных фондов цеха по базовому и проектному варианту.

Таблица 5. 5. - Состав основных фондов цеха

	Статья	Балансовая стоимость по варианту
		Базовий, К1, руб.	Проектний, К2, руб
Kз	Здания	1020000	1008000
Кс	Соружения	61200	60480
Ко	Оснащение всего:	3632328	3276238,3
Кто	- технологическое:	3327412	2996312
Кото	- основное	3145700	2844600
Кдто	- дополнительное	181712	151712
Ккво	- контрольно-измерительное	123626	119815,6
КЭО	- энергетическое	127842	116552
Кпто	- подъемно-транспортное	53448	43558,7
Кін	Инструмент, который дорого стоит	489100	466900
Кві	Производственный инвентарь	950	800
Кгі	Хозяйственный инвентарь	570	480

Всего: К₁ = 1216388,8 руб.; К₂ = 1108544,83 руб.

5.5 Расчет себестоимости годового объема продукции цеха, С.

5.5.1 Расчет затрат на основные материалы и полуфабрикаты, С_м.

Масса материала (полуфабриката), который необходимый для изготовления детали:

М_мі = ,

где М_ді - чистая масса і - ой детали-представителя, кг.;

k_вмі - коэффициент использования материала і - ой детали.

Масса отходов, которые возвращаются:

М_ві = М_мі- М_ді

Определяем затраты на материалы (полуфабрикаты) на годовую программу с учетом отходов, которые реализуются:

С_м = (Ц_мі М_мі - Ц_ві М_ві ) Q_і (1+k_ті),

где Ц_мі - цена і-го материала, грн/кг.; Ц_ві - цена i -ых отходов, которые реализуются, грн/кг.; k_ті - коэффициент транспортных затрат i -го материала, k_т = 0,06 0,1 Всего С_м = 11428351,56 грн.

5.5.2 Расчет затрат на энергоносителе для технологических целей, С_ээ

Затраты на электроэнергию рассчитываются:

С_ээ = Т_шк W_і Ц_ээ Q,

где Ц_ээ - тариф на 1 квт. час. электроэнергии, Ц_ээ =2.55 руб.

Всего С_ээ = 755093,85 руб.

Если цех потребляет другие виды энергоносителей для технологических целей (пар, сжатый воздух), их годовые затраты и стоимость определяется прямым расчетом аналогично расчетам.

5.5.3 Расчет фонда заработной платы основных рабочих

Учетная численность основных рабочих, которые необходимы для изготовления деталей і- го наименования, определяются:

Ч_ОБі =

При расчете соответствующей действительности годового фонда времени надо учесть, что рабочий работает только одну смену: З_м = 1.

Всего Ч_ог = 34 чел.

Общий фонд заработной платы, З_заг состоит из основного, З_осн и дополнительного З_дод фондов.

В основной фонд входят: прямая заработная плата, З_п, и премии З_пр.

Прямая заработная плата основного рабочего за год:

З_пі = ,

где Чсі - тарифная ставка і- го рабочего j- го разряда за час, грн;

k₁ - коэффициент доплат за профессиональное мастерство и совмещение профессий:

для 3-ого разряда: k₁= 1,08; для 4-ого разряда: k₁ = 1,1; для 5-ого разряда: k₁ = 1,8; k₂ - коэффициент доплат за условия работы, k₂ = 1,06.

Тарифные ставки берутся по данным базового варианта.

Премии З_пр в процентном соотношении к прямой заработной плате составляет 30%.

Дополнительный фонд заработной платы З_дод составляет 10% от основного фонда З_осн

На сумму основного и дополнительного фонда начисляется 2% в фонд страхования, 32% к пенсионному фонду, 2,5% к фонду занятости.

Результаты расчета затрат на заработную плату сводим в таблицу 5. 12.

Состав работников	Чс, руб/час	Fд, час	k1	k2	Зп, руб
Профессия	Розряд	Количество
штамповщик	3	5	1,45	1915,2	1,08	1,06	15895,78
	4	14	1,6		1,1		50021,96
	5	15	1,8		1,8		65775,63

Всего:прямая зарплата: З_п = 131693,37 руб.

премии: З_пр = 0,3 З_п = 35508,01 = руб

основной фонд: З_осн = З_п + З_пр = 171201,38 руб

дополнительный фонд: З_дод = 0,1 З_осн = 17120,14 руб;

общий фонд: З_заг = З_осн + З_дод = 188321,52 руб;

начисления: З_н = 0,365 З_заг = 68737,35 руб;

Затраты на заработную плату: С_з = З_заг + З_н = 257058,87 руб.

5.5.4 Общепроизводственные затраты

Эти затраты включаются в себестоимость продукции пропорционально затратам на основную заработную плату:

С_зв = k_зв З_осн = 0,7 171201,38 = 119840,97,

где k_зв норматив общепроизводственных затрат, k_зв = 0,7…1,0

5.5.5 Расчет общехозяйственных затрат

Эти затраты распределяются между разными видами продукции аналогично поэтому, как распределяются общепроизводственные затраты:

С_зг = k_зг З_осн = 119840,97

где k_зг - норматив общехозяйственных затрат, k_зг = 0,7…1.0

5.5.6 Расчет непроизводственных (коммерческих) затрат.

в Эти затраты относятся на себестоимость продукции пропорционально производственной себестоимости. Норматив коммерческих затрат k_пв принять равным 0,02…0,05:

С_пр = k_пв(С_м + С_ЕЕ + С_з +С_ін +С_зв +С_зг) k_пв

Себестоимость (С) продукции - это денежная форма затрат на изготовление и сбыт данной продукции. Себестоимость рассчитывается по калькуляционным статьям по для базового варианта (1) и варианта, который проектируется (2).

№ п/п	Статья калькуляций	С1	С2
1	Основные материалы и полуфабрикаты (См)	12428352	11428351,56
2	Енергоносители для технологических целей (СЕЕ)	800220	755093,85
3	Фонд зароботной платы основных работников (Сз)	21839	21739,25
4	Малоценный инструмент, оснастка и приспособления (Сін)	447590	426690
5	Общепроизводственные затраты (Сзв)	130550,03	119840,97
6	Общехозяйственные затраты (Сзг)	130550,03	119840,97
7	Непроизводственные (коммерчиские) затрати (Спв)	422926,9	389197,1
	Полная себестоимость	1459419,23	1342691,67

5.6 Расчет годового экономического эффекта Эр, и срока окупаемости капитальных вложений Т_ок

Годовой экономический эффект - это суммарная экономия всех видов затрат (текущих С и капитальных К ), рассчитывается по формуле:

Э_р = (С₁ + Е_н К₁) - (C₂ + Е_н К₂) = (1459419,23 + 0,15 1216388,8) - (1342691,67 + 0,15 1108544,83) = 282904,16 руб,

где Е_н - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, Е_н = 0,15.

В этом случае критерием эффективности проекта является коэффициент эффективности:

Е = Е_н

Е = = 0,19 0,15

5.7 Технико-экономические показатели цеха

Показатели	Базовый вариант	Вариант, что проектируется
Годовой выпуск продукции, шт	1075000	1075000
Площадь цеха (участка), м2	1600	1440
Количество основного оборудования, шт	21	15
Установленная мощность, кВт	401,6	345,4
Численность работников, чел	43	34
Годовая себестоимость продукции, грн	1459419,23	1342691,67
Енерговооружение одного работника, кВт	9,3	10,16
Производственная площадь на единицу основного оборудования, м2	76,19	96
Производственная площадь одного работника, м2	37,21	48
Фондоотдача, руб	1,19	1,21

6. Безопасность

Высокий уровень охраны труда, закрепленный законодательством является определяющим. В числе важнейших мероприятий по охране труда и оздоровлению условий труда - замена ручного труда машинным, повышение оснащенности предприятий современными средствами техники безопасности.

Задачи оборудования определяются, в первую очередь, повышением производительности и сокращением ручного труда, экономным расходом металла. При проектировании цеха штамповки завода автоматических телефонных станций приняты технические решения и разработаны мероприятия, обеспечивающие санитарно-гигиенические условия в рабочих помещениях и рабочих местах, соблюдение техники безопасности, не допущено загрязнение окружающей среды.

6.1 Анализ производственных опасностей и вредностей. Разработка мероприятий по их снижению

6.1.1. Метеоусловия

Метеоусловия или микроклимат в производственных условиях определяется следующими параметрами: ГОСТ 12 - 1. 005 - 83

· температура воздуха t (C⁰),

· относительная влажность (%),

· скорость движения воздуха на рабочем месте V (м/с). Работы, выполняемые в цехе, относятся к категории работ средней тяжести 2 б, затраты энергии на эти работы не превышают 628 кДж/с.

Нормы метеоусловий для холодного и переходного периодов и для теплового периода года:

· для холодного и переходного периодов при температуре наружного воздуха ниже 10⁰ С - температура воздуха в производственном помещении 17…19⁰ С, влажность воздуха 30…60 %, скорость движения воздуха не более 0,3 м/с;

· для теплого периода года при температуре наружного воздуха 10⁰С и выше - - температура воздуха в производственном помещении 20…22⁰ С, влажность воздуха 75 %, скорость движения воздуха 0,7…1,5 м/с.

Для поддержки таких метеоусловий в цехе предусмотрена в холодный период года центральное паровое отопление, в качестве нагревательных приборов применяются радиаторы, ребристые трубы и регистры из гладких труб. Задачей вентиляции является обеспечение чистоты воздуха и заданных метеоусловий в производственном помещении. Вентиляция достигается путем удаления загрязненного воздуха из помещения и подачей в него свежего воздуха. В цехе, в теплый период года, происходит естественная вентиляция, аэрация, за счет открытых дверей, ворот и оконных фрамуг. Аэрация в помещении происходит за счет разности температуры воздуха в производственном помещении и температуры воздуха вне помещений цеха. Так как высота цеха 8,4 метра, то при аэрации перемещаются большие объемы воздуха, но этого не достаточно, особенно в теплый период года, поэтому применяют обще-обменную вентиляцию. При обще-обменной вентиляции обеспечивается поддержание необходимых параметров воздушной среды во всем объеме помещения. Система обще-обменной вентиляции - притоко-вытяжная вентиляция. Требуемая производительность вентиляции определяется исходя из количества работающих в помещении цеха. Требуемый расход воздуха:

L = N N, (6. 1)

где L - требуемый расход воздуха для производственного помещения м³/ч;

N - количество работающих человек, N = 17 чел.;

N' - расход воздуха на одного работающего, N = 123,5 м³/ч

L = 123,5 17 = 2100 м³/ч

Подбор вентилятора производится по его аэродинамическим характеристикам:

· требуемая производительность вентилятора L_в = ( 1,10…1,15 ) L = 2420 м³/ч;

· развиваемое давление Н_в = 1,1 Н_п = 1,1 805 = 886 Па.

При выборе вентилятора по аэродинамическим характеристикам КПД вентилятора ЦЧ - 70 № 32 = 0,8, число оборотов крыльчатки n = 250 с^-1. Выбираем по полученным данным электродвигатель для чего используем КПД вентилятора и число оборотов (3).

Предварительно рассчитываем потребную мощность электродвигателя:

, (6. 2)

где L_B - производительность вентилятора, L_B = 2420 м³ / ч;

H_b - развиваемое вентилятором давление, H_b = 886 Па;

K - коэффициент запаса мощности, К = 1,05 … 1,10;

_b - КПД вентилятора, _b = 0,8;

_n - КПД подшипников, _n = 0,96 … 0,97;

_p - КПД передачи (ременной или редуктора) _p = 1

Выбираем электродвигатель серии А, тип двигателя А 02 - 31 - 2, мощность 3кВт (3000 об/мин).

6.1.2 Освещенность

Цех штамповки завода работает в две смены, следовательно цех не может полностью в течении рабочего времени быть обеспеченным естественным светом, а также в дневную смену в зимнее время и в пасмурную погоду части требуется искусственное освещение.

Искусственное освещение выполняется системой общего освещения. Для освещения помещения высотой более 6 метров, а наш цех имеет высоту 8б4 метра, применяют лампы высокого давления ДРЛ, ДРИ. При использовании этих ламп и системы общего освещения равномерное освещение горизонтальной поверхности для расчета применяется метод горизонтальной поверхности коэффициента использования светового потока. Световой поток лампы:

где Е_н - нормируемое значение освещенности, Е_н = 200 Лк;

S - площадь освещенного помещения, S = 1980 м²;

k₃ - коэффициент запаса, учитывающий зануленность помещения и уменьшение светового потока лампы в процессе эксплуатации (для газоразрядных ламп) при содержании в рабочей зоне пыли от 1…5 на 1 м², k₃ = 1,8;

Z - коэффициент неравномерности освещения, Z = 1,15;

N - количество светильников в помещении цеха;

- коэффициент использования светового потока, устанавливается в зависимости от индекса помещения и коэффициента отражения потока _n, смен _c, рабочей поверхности или пола _p, = 0,71.

Количество светильников в помещении цеха рассчитывается по формуле:

, (6. 4)

где l₁ и l₂ - расстояние между светильниками в ряду и между смежными рядами светильников.

Принимаем для цеха листовой штамповки лампы типа ДРЛ (газоразрядные лампы) дожде-защитные РСП05 - 1000 - 103, мощность лампы 1000 Вт, диаметр лампы 610 мм, высота 677 мм.

шт, принимаем расчетное количество светильников 28 штук.

, (6. 5)

где а длина помещения;

b - ширина помещения;

h - высота подвеса светильников над освещаемой поверхностью,

h = H - h_c - h_p, (6. 6)

где H - высота помещения цеха, Н = 8,4 м;

h_p - высота рабочей поверхности пола, h_p = 1,2 м;

h_c - высота светильника, h_c = 0,6777 м;

h = 8,4 - 0,677 - 1,2 = 65 м

При i = 3 коэффициент использования светового потока = 0,5

Лм

При полученной величине светового потока, равного 56000 Лм, лампа ДРЛ 1000 подходит по по параметрам к выбранной мощности лампы - 1000 Вт, напряжение сети - 220 В, световой поток - 57000 Лм. Размер лампы диаметр 181 мм, длинна подвеса 410 мм, тип цокола Е 40.

Для цеха штамповки применяем совмещенное освещение. Естественное освещение в цехе - боковое, оно осуществляется через световые проемы в наружных стенах.

Основная задача производства создать наилучшие условия труда и условия видения. Эта задача осуществляется только осветительной системой, отвечающей следующим требованиям. Характеру зрительной работы должна соответствовать такая освещенность, которая должна соответствовать следующим параметрам:

· объект различия - размер рассматриваемого предмета, отдельная его часть или дефект, который надо видеть во время работы. Для цеха применяем наименьший размер объекта различения 0,3…0,5 мм - это соответствует высокой точности характера зрительной работы;

· фон - поверхность, прилегающая непосредственно к объекту различения, на которой он рассматривается, характеризуется коэффициентом отражения, зависит от цвета и фактуры поверхности, значения которого находятся в пределах 0,02…0,95. Коэффициент отражения поверхности в цехе 0,2…0,4, по этому коэффициенту соответствует светлый (серый) фон;

· контраст объекта с фоном - характеризуется соотношением яркости рассматриваемого объекта и фона.

Для повышения равномерности естественного освещения цеха, осуществляется общее освещение. Светлая краска потолка, стен и производственного оборудования способствует созданию равномерного распределения яркостей в зоне зрения. Блескость - это повышение яркости светящихся поверхностей, вызывающая нарушения зрительных функций (ослепительность). Прямую блескость, яркость источников света, уменьшаем правильным выбором защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильника. Отраженную блескость уменьшаем правильным выбором светового потока на рабочем месте, на рабочую поверхность, заменяем где можно матовыми поверхностями блестящие.

Величину освещенности устанавливаем в зависимости от характера зрительной работы, которую определяют наименьшим размером объекта размещения, контраста объема с фоном и характеристикой фона. В нашем случае разряд зрительной работы 3-й (высокой точности) подразряд зрительной работы (контраст объекта с фоном - средний, характеристика фона - светлый). Расчет естественного освещения проводим по СН и П - П - 4 - 79 «Строительные нормы и правила»:

· площадь светлых проемов:

S₀ = 508,4 м²;

· при боковом освещении цеха:

, (6. 7)

где S_o площадь световых проемов, S_о = 508,4 м²;

S_n - площадь пола помещения, S_n = 1440 м²;

L_n - нормированное значение;

K₃ - коэффициент запаса, K₃ = 1,5

_о - световая характеристика, _о = 6,5

K_зд - коэффициент, учитывающий окон противостоящими зданиями, K_зд = 1,2;

r_о - коэффициент светоспускания:

r_о = r₁ r₂ r₃ r₄ r₅, (6. 8)

где r₁ - коэффициенты светопропускания материала (стекло листовое солнцезащитное), r₁ = 0,65

r₂ - коэффициент, учитывающий потери света в светопроемах (вид переплета двойной, окна двойные открывающиеся), r₂ = 0,6;

r₃ - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях, r₃ = 0,9;

r₄ - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах, r₄ = 0,8;

r₅ - коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, установленной под фонарями, r₅ = 0,9

r_о = 0,65 0,6 0,9 0,8 0,9 = 0,25

Следовательно, естественного света не достаточно для освещения цеха, требуется также искусственное освещение.

Проверка коэффициента естественного освещения (К, l, С) при боковом освещении:

, (6. 9)

где Е_б геометрическое (К, l, С) в расчетной точке при боковом освещении, учитывающий прямой свет неба, Е_б = 1,5;

g - коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного неба, g = 1;

R - коэффициент, учитывающий яркость противоположного здания (кирпич или бетон), R = 0,22;

₁ - коэффициент, учитывающий повышение (К, l, С) при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещений и подстилающего слоя прилегающего здания, ₁ = 1,25

(6. 10)

Е_Н Е_Ф

План размещения на потолке цеха светильников типа ламп ДРЛ - 1000: светильники размещены на потолке в 7 рядов по 4 штуки в ряду (рис. 8. 1.).

рис. 6.1. Размещение светильников на потолке.

6.1.3 Снижение шума и вибраций оборудования.

Для снижения шума при работе станков применяется глушитель шума отработанного воздуха. На станках и механизмах применяют шумопоглощающую обшивку, экран, специальные ограждения. В соответствии с требованиями ГОСТа рабочие в цехе на рабочих местах пользуются средствами индивидуальной защиты от шума. Противошумовые наушники ВЦНИИОТ, ВЦНИИОТ - 1 и ВЦНИИОТ - 2 предназначены для защиты органов слуха от воздействия от воздействия производственных шумов с уровнем звукового давления до 110 дБ, среднечастотного до 150 дБ.

Для обеспечения нормальных санитарно-технических условий работы рабочих важное значение имеет снижение вибрации пола, на котором стоит рабочий. Это достигается применением виброизолированных фундаментов для станков с усилием 2500 кН.

Эксплуатация станка на виброизолированных фундаментах показало, что они значительно снижают возникающие при работе колебания, улучшают условия эксплуатации конструкции здания, цеха и работы обслуживающего персонала. Уровень вибрации в 1,5…3,5 раза ниже, чем допускаемые санитарные нормы. Для снижения уровня вибрации также применяется скошенные штампы, что позволяют дополнительно снизить уровень вибрации на 3…4 дБ.

При работе с ручными механизированными электрическими инструментами (в частности шлифовки) применяем средства индивидуальной защиты рук от вибрации. К ним относятся рукавицы, виброзащитные прокладки или пластины. Общие технические требования к средствам индивидуальной защиты от вибраций определены ГОСТ 12. 4002 - 74.

Проектируемые изготовляемые станки с пневмо - фрикционными муфтами включения обеспечены средствами глушения шума на пути распространения воздушной струи (на пневмоклапанах).

рис. 6. 2. Глушитель шума.

Глушитель шума со сферическим дном, устанавливаемых на токарных и фрезерных станках, прессах. Для глушения шума при работе разработан и внедрен глушитель шума.

Корпус глушителя представляет собой стаканчик из полиэтилена, выдерживающего высокое давление, со сферическим дном. Отработанный сжатый воздух из пневмоклапанов через клапан последовательного включения поступает в полость глушителя и проходит через 216 отверстий d = 2 мм, расположенных друг к другу под углом 60^о.

6.1.4 Электробезопасность

Электротравмы возникают при прохождении электрического тока через тело человека или попадание человека в среду электрической дуги.

Основой электробезопасности эксплуатации электроустановок в цехе является требование совершенно закрыть или сделать недоступным токоведущие части установки.

Токоведущие части рубильников, включателей плавких предохранителей, клем электродвигателей закрыты сплошными кожухами, применены блокировки кожухов, рубильников, которые не допускают его включение при снятом или не закрытом кожухе.

На всех выключателях положение включения и выключения обозначены подписями « Вкл. » и « Откл. ».

Каждая единица прессового оборудования, объединенная в автоматическую линию, должна иметь вводный выключатель ручного действия, размещенный в безопасном и удобном для обслуживания месте. Штепсельное соединение для напряжения 12 и 42 В отличаются от штепсельных соединений 110 - 220 В как по конструкции, так и по цвету.

Электропроводка в помещениях выполнена изолированными проводами. Изолированные провода, которые проложены в производственном помещении на высоте 2-х метров и менее, ограждены от возможных поверхностей, а проложенные в станках и других агрегатах и под полом заключены в специальные трубы.

Все металлические части станков и вспомогательного оборудования, которые могут оказываться под напряжением, оснащены устройствами заземления. Для предупреждения электротравматизма применена система защитного зануления.

При работе под напряжением с разъединителями высокого напряжения и при положении временных заземлений применяют изолирующие клемы или штанги. Диэлектрические перчатки и боты относятся к дополнительным средствам защиты от поражения электрическим током. В данном проектируемом цехе применяют «заземление» и «зануление» для трехфазной четырехпроводной цепи с глухо заземленной нейтралью.

Предупреждение работающих от всевозможной опасности устанавливаются защитные ограждения опасных зон, в местах производства развешивают плакаты, предостерегающие, напоминающие, разрешающие, запрещающие.

рис. 6.3. Трехфазная четырехпроводная цепь с глухозаземленной нейтралью.

рис. 6.4. Принципиальная схема зануления.

1 - корпус;

2 - предохранители, которые плавятся;

R_о - сопротивление нейтрали источника тока;

R_п - сопротивление посторного заземления;

I_к - ток короткого замыкания.

6.1.5 Обеспечение безопасности при работе на прессовом оборудовании

Все открытые движущиеся и вращающиеся части оборудования расположены на высоте до 2,5 метров над уровнем пола, закрыты сплошными или сетчатыми ограждениями со стороной ячеек не более 10 мм. Ограждение массой более 5 кг. имеют рукоятку, скобы для их удержания при открывании или снятии.

Машины снабжены централизированной системой смазки основных трущихся частей, действующие автоматически. Включается машина только после включения системы смазки и достижения в ней установленного давления. Точки индивидуальной смазки обозначены и к ним обеспечен доступ с пола или с обслуживающих площадок. Для стекающей смазочной жидкости имеется сборник, надежно загрязнение рабочего места. Для сигнализации применяются светофильтры в соответствии с ГОСТ 15 548 - 70:

· красный - запрещающий - сигнализирующий необходимость немедленного вмешательство, указывает устройство, которое прервало процесс;

· желтый - предохраняющий - указывает на недостающий переход на автоматический цикл работы;

· зеленный - извещающий - указывает о нахождении механизмов в подготовленном к работе состоянии в нормальном давлении воздуха;

· синий - сигнализирующий - используется для указательных знаков и элементов технической информации;

· белый (прозрачный) - подтверждающий количество напряжения.

Требования безопасности к приборам управления на станочных машинах:

1. при одновременном управлениями двумя руками система должна допускать возможность включения рабочих органов только при нажатии обеих пусковых кнопок (рычагов), которые располагаются на расстоянии не менее 300 и не более 600 мм. Каждый последующий ход после их освобождения и последующего нажатия исключается возможность пуска рабочих органов при заклинивании одной из кнопок. В мелких станках, у которых из-за малых габаритах стола не возможно выдержать минимальное расстояние между кнопками включения, применяют пульт двурукого включения. Безопасность движения рабочих органов обеспечивается наличием 2-х рычагов для включения кнопок. Кнопки рычагов, на которые воздействует оператор, расположены на расстоянии не менее 300 мм друг от друга.

2. для педального управления (ножного)муфтой прессов в режиме одиночных ходов наиболее распространены электрические педали. Конечные переключатели в педалях для надежности имеют контакты с двойным разрывом. Система управления сблокированы так, что при работе одной системы исключается включение другой. Ножницы и пресса имеют защитные устройства опасной зоны, исключающие попадание рук под ножницы и рабочие части штампа, сблокированные с механизмом включения исключая включение без устройств. Ножницы и пресса оборудованы также двурукими управлениями машин.

Для пресса применяется защитное ограждение. Решетка расположена перед гидравлическим прижимом может поворачиваться в опарах, которые крепятся вместе с кронштейнами к станине пресса. Когда опасная зона закрыта, опущенная решетка воздействует на конический выключатель, замыкает электрическую цепь и фрезу можно включить в работу.

Каждый станок, на котором производится работа одиночными ходами, имеет устройства, исключающие травмирование рук в опасной зоне: двурукое включение, фотозащиту или другое устройство, обеспечивающее безопасность. Одно-кривошипные пресса усилием выше 16 т. с. и двух-кривошипные пресса усилием более 6 т. с. имеют индивидуальные электродвигатели для регулировки межштамповых пространств.

Пуск электродвигателя регулирования межштампового пространства должен быть сблокирован с пуском пресса таким образом, чтобы во время регулирования включение пресса было не возможно.

При обслуживании промышленных роботов выполнены следующие мероприятия:

- запрещено движение робота рабочую зону оборудования в случаи нахождения там человека ;

- аварийная остановка робота при наезде на посторонний предмет при неправильном базировании заготовки на оборудование;

- удержание заготовки в захвате при отключении электропитания;

- запрещены перемещения робота за приделы загрузочных устройств и зон оборудования и других рабочих позиций;

- блокировку гарантирующую безусловное выполнение выше перечисленных команд;

- зона действия робота загружена и обозначена соответствующими цветами и знаками безопасности, вход в зону ограждения сблокирован с электрической цепью остановки работы.

ГОСТ 12. 2072 - 82 роботопромышленные и робототехнические участки. Требования безопасности.

Применяются также при опускании ползуна рукоотстранители. Рукоотстранитель обеспечивает отстранение рук рабочего из опасной зоны раньше, чем наступит непосредственная опасность.

6.1.6 Пожарная безопасность

Согласно ФЗ от 21.12.1994 № 69-ФЗ в цехе категория пожарной опасности «Д». При проектировании цеха пресовки обеспечиваем выполнение требований пожарной профилактики, предусмотренных ФЗ от 21.12.1994 № 69-ФЗ мероприятий, установленных ведомственными указаниями и нормами, обязательные для оборудования:

1 предусмотренные противопожарные разрывы между зданием цеха и соседними зданиями не менее 9 метров;

2 расстояние от края проезжей части дороги или от спланированной территории не должно превышать 25 метров;

3 здание имеет снаружи стальные пожарные лестницы;

4 здание цеха обеспечено пожарным инвентарем (ведра, грабли, лопаты, ящики с песком и т.д.) и огнетушителями ОАХ - 0,5, ПО 10;

5 в цехе предусмотрен противопожарный водопровод, который объединен с хозяйственным мытьевым и производственным водопроводом;

6 количество эвакуационных выходов из здания цеха - 2 и расположены они в разных концах цеха, также для этой цели в цехе используются проезды, проходы и ворота, используемые в производственных целях;

7 расстояние от наиболее удаленного мечта до эвакуационного выхода в пределах 40…50 метрах;

8 ширина пожарных проездов принята 4 метра;

9 ширина проходов служащих людей не менее 1 метра, приборов не менее 1…3 метров, площадок и лестниц 1,15…2,4 метра, дверей в пределах 0,8…2,4 метра.

Заключение

В данном дипломном проекте рассмотрены вопросы о разработке стенд для торцевого асинхронного двигателя, с подьемным механизмом, изменяющим зазор для измерения сил тяжения в зазоре. А также изготовление статора с использованием современных технологий изготовления узлов и агрегатов. В связи с расширением требований предъявляемых к изготовлению электродвигателей.

Из обоснования выбора технологий изготовления, приведенных в проекте, видно, что проектируемый электродвигатель позволит обеспечить необходимое качество изготовления предъявляемые требованиями.

В проекте проведены расчеты торцевого асинхронного двигателя, с помощью программной среды рассчитаны основные этапы производства статора двигателя, а также, освещены вопросы по соблюдению мероприятий гарантирующих безопасное производство данного изделия.

В кинетической анализе рассмотрен и спроектирован стенд для измерения сил тяжения торцевого асинхронного двигателя. Рассмотрены основные силы действующие на привод при работе двигателя.

Технико-экономический расчет показал, что конструирование и производство изделия эффективна, а значит и целесообразна. С внедрением новых технологий изготовления деталей , может увеличится поток заказов на них.

Список использованной литературы

1. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе - М.: Энергия, 1977. - 425 с.

2. Гольдберг О.Д. Гурин Я.С. Проектирование электрических машин. - 2-е изд. перераб и доп. - М.: Высшая школа. - 2001.

3. Иноземцев Е.К. Ремонт и эксплуатация электродвигателя с непосредственным водяным охлаждением типа ЛВ - 8000/6000 УЗ - М.: Энергия, 1980 - 546 с.

4. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1984. - 375 с.

5. Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2007 - 757 с.

6. Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. -- 2-е изд., перераб. -- М.: Высш. шк.; Логос; 2008. -- 607 с.

7. Копылов И. П., Клокова Б. К. Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ Т. 1 и 2.--М.: Энергоатомиздат, 1988.--456 с:

8. Москаленко В.В.Справочник электромонтера 2008 г., 2-е изд., 288 стр.

9. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока. - М.: Энергоатомиздат,1989. - 224 с.

10. Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учебник для техникумов - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 672 с.

11. Электродвигатели и электрооборудование. Каталог. Ч1 - М.: ИКФ «Каталог», 1994.

12. Электродвигатели и электрооборудование. Каталог. Ч3 - М.: ИКФ «Каталог», 1996.

13. Защита и диагностика агрегатов электродвигателей: Диагностика и ремонт электротехнического оборудования //Главный энергетик. - 2008. - № 5. - 125 c.

14. Заякин С. Частотный преобразователь в системах водоснабжения: Электротехническое оборудование //Оборудование: Рынок, предложение, цены. - 2005. - №1. - 140 c.

15. Кимкетов М. Устройство защиты электродвигателя от перегрузки без оперативного питания //Главный энергетик. - 2005. - № 11. - 115 c.