Моделирование нагрева асинхронного двигателя

3.3 Автоматизация расчетов параметров тепловой модели асинхронного двигателя

Расчеты коэффициентов системы дифференциальных уравнений (1.20) приведенные в разделах 3 – 6, для автоматизации вычислений реализованы с помощью системы MatLab.

Рисунок 3.9 – Схема модели определения температуры стали

Эта система позволяет обрабатывать заранее подготовленную последовательность команд и операторов, записанную в виде так называемого m-файла. Для подготовки, редактирования и отладки m-файлов служит специальный редактор-отладчик, обеспечивающий синтаксический контроль файла.

Текст m-файла, рассчитывающего необходимые для моделирования величины, приводится в Приложении А.

Следует заметить, что пакет MatLab 6.1 не поддерживает кодировку кириллицы что не позволяет использовать русскоязычные комментарии в теле m-файла [16]. В связи с этим комментарии написаны транслитерацией, то есть заменой букв кириллицы созвучными латинскими буквами. В тексте m-файла, приведенного в Приложении А, комментарии для улучшения восприятия заменены русскими.

Кротко поясним назначение основных частей программы:

1. Ввод исходных данных – в память ЭВМ вносятся все необходимые для расчета исходные данные.

2. Промежуточные вычисления – расчет промежуточных величин, которые необходимы для дальнейшего расчета. Расчет тепловых сопротивлений – здесь рассчитываются тепловые сопротивления для ЭТС закрытого обдуваемого двигателя (см. рисунок 2.2).

3. Активные сопротивления обмоток статора и ротора – расчет активных сопротивлений обмоток по формулам (2.99) и (2.102).

4. Расчет потерь – в этой части рассчитываются потери в лобовой и пазовой частях обмотки, необходимые для перехода от схемы (см рисунок 2.2) к схеме (см. рисунок 2.5), а так же константы, необходимые для определения потерь в меди и стали.

5. Расчет коэффициентов теплоотдачи – здесь производится преобразование схемы (см. рисунок 2.2) к схеме (см. рисунок 2.5), определяются тепловые проводимости, вводится замена (2.6) и по выражениям (2.15) – (2.17) определяются коэффициенты А1, А2 и А12.

6. Расчет теплоемкостей – рассчитываются теплоемкости меди и стали по выражениям (2.91) и (2.93).

7. Расчет коэффициентов, учитывающих вклад ротора в нагрев меди и стали – определяются весовые коэффициенты потерь в роторе, входящие в выражения (2.18) и (2.19).

8. Расчет шага интегрирования – здесь определяется оптимальный шаг интегрирования. Это необходимо потому, что используемый по умолчанию метод с переменным шагом не дает желаемого результата и приходится использовать метод с постоянным шагом (в частности метод Рунге-Кутта).

Ниже приводятся исходные данные необходимые для расчета коэффициентов системы дифференциальных уравнений на примере асинхронного двигателя марки 4А132М2У3.

Паспортные данные

3. Номинальная отдаваемая мощность P2=11 кВт;

4. Количество фаз m1=3;

5. Номинальное напряжение U1н=380 В;

6. Синхронная частота вращения n1=3000 об/мин;

7. Количество пар полюсов p=1.

Параметры станины

9. Высота оси вращения h=132 мм;

10. Диаметр станины у основания ребер Dc=0,245 м;

11. Длина свисающей части станины со стороны привода lсв.пр=0,15 м;

12. Длина свисающей части станины со стороны вентилятора lсв.в=0,15 м;

13. Зазор между диффузором и подшипниковым щитом в месте крепления δд.щ=0;

14. Количество ребер станины zp=12;

15. Высота ребра станины hp=23∙10-3 м;

16. Толщина ребра станины δр=2∙10-3 м.

Параметры вентилятора

2. Внешний диаметр вентилятора Dвент=0,214 м.

Параметры статора

6. Внешний диаметр сердечника Da=0,225 м;

7. Внутренний диаметр сердечника D=0,13 м;

8. Длина паза lп=0,13 м;

9. Число пазов статора Z1=24;

10. Коэффициент шихтовки (заполнения пакета сталью) kш=0,97.

Параметры паза статора

9. Большая ширина паза b1=13,4∙10-3 м;

10. Меньшая ширина паза b2=10,2∙10-3 м;

11. Высота паза hп=16,5∙10-3 м;

12. Коэффициент заполнения паза kз=0,75;

13. Высота шлица hш=0,9∙10-3 м;

14. Ширина шлица bш=4∙10-3 м;

15. Высота зубца hз=16,5∙10-3 м;

16. Ширина зубца bз=6,56∙10-3 м.

Параметры ротора

10. Внешний диаметр ротора Dрот=129∙10-3 м;

11. Число пазов ротора Zрот=19;

12. Ширина короткозамыкающего кольца bк=25∙10-3 м;

13. Высота короткозамыкающего кольца aк=23∙10-3 м;

14. Ширина лопатки ротора bл=41∙10-3 м;

15. Высота лопатки ротора ал=22∙10-3 м;

16. Количество лопаток ротора zл=12;

17. Коэффициент качества лопатки, рассматриваемой как ребро ηл=0,6;

18. Толщина воздушного зазора между ротором и статором δ=0,6∙10-3 м.

Параметры паза ротора

1. Ширина паза у вершины b1р=10,8∙10-3 м;

2. Ширина паза у основания b2р=7,1∙10-3 м;

3. Высота паза ротора hпр=20,2∙10-3 м.

Параметры обмотки

8. Количество витков в обмотке фазы ω1=84;

9. Число параллельных ветвей а=1;

10. Число элементарных проводников в эффективном n=3;

11. Средняя длина витка обмотки lср1=0,722 м;

12. Развернутая длина лобовой части обмотки с одной стороны lл=0,256 м;

13. Длина вылета лобовой части обмотки с одной стороны lл.в=70∙10-3 м;

14. Диаметр изолированного проводника dи=1,28 мм;

15. Коэффициент пропитки обмотки kп=0,9;

16. Обмоточный коэффициент kобм=0,958;

17. Толщина окраски обмотки в лобовой части δокр=0 м;

Параметры пазовой изоляции

2. Толщина пазовой изоляции δи.п=0,25∙10-3 м.

Общие физические величины

11. Кинематическая вязкость воздуха ν=15,8∙10-6 м2/с;

12. Коэффициент теплопроводности воздуха λв=0,03 Вт/(оС∙м);

13. Средняя температура обмотки Tср=100 оС;

14. Коэффициент теплопроводности меди обмотки λм=384 Вт/(оС∙м);

15. Коэффициент теплопроводности алюминия клетки λа=189 Вт/(оС∙м);

16. Коэффициент теплопроводности материала станины λст=160 Вт/(оС∙м);

17. Коэффициент теплопроводности стали пакета статора λс=34 Вт/(оС∙м);

18. Коэффициент теплопроводности пропиточного состава обмотки λп=0,28 Вт/(оС∙м);

19. Коэффициент теплопроводности изоляции проводов λи=0,26 Вт/(оС∙м);

20. Коэффициент теплопроводности окраски обмотки в лобовой части λокр=0,2 Вт/(оС∙м);

21. Коэффициент теплопроводности пазовой изоляции λи.п=0,41 Вт/(оС∙м);

22. Плотность меди γм=8,89∙103 кг/м3;

23. Плотность стали γст=7,65∙103 кг/м3;

24. Удельная теплоемкость меди см=386 Дж/(кг∙К);

25. Удельная теплоемкость стали сст=500 Дж/(кг∙К).

В результате расчета в MatLab 6.1 получены следующие результаты:

1. Коэффициент теплоотдачи от меди к окружающему воздуху А1=0,5046 Вт/0С.

 Скачать реферат