Разделы сайта

Выбор редакции:

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов. Серия 4А охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт и имеет 17 высот оси вращения от 50 до 355 мм.

В данном курсовом проекте рассматривается следующий двигатель:

Исполнение по степени защиты: IP23;

Способ охлаждения: IС0141.

Конструктивное исполнение по способу монтажа: IM1081 – по первой цифре – двигатель на лапах, с подшипниковыми щитами; по второй и третьей цифрам – с горизонтальным расположением вала и нижним расположением лап; по четвертой цифре – с одним цилиндрическим концом вала.

Климатические условия работы: У3 – по букве – для умеренного климата; по цифре – для размещения в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействия песка и пыли, солнечной радиации существенно меньше, чем на открытом воздухе каменные, бетонные, деревянные и другие, не отапливаемые помещения.

1. Выбор главных размеров

1.1 Определим число пар полюсов:

(1.1)

Тогда число полюсов

1.2 Определим высоту оси вращения графически: по рисунку 9.18, б

, в соответствии с , по таблице 9.8 определим соответствующий оси вращения наружный диаметр .

1.3 Внутренний диаметр статора

, вычислим по формуле: , (1.2) – коэффициент определяемый по таблице 9.9. лежит в промежутке: .

Выберем значение

, тогда

1.4 Определим полюсное деление

: (1.3)

1.5 Определим расчётную мощность

, Вт: , (1.4) – мощность на валу двигателя, Вт; – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по рисунку 9.20. При и , .

Приближенные значения

и возьмём по кривым, построенным по данным двигателей серии 4А. рисунок 9.21, в. При кВт и , , а

1.6 Электромагнитные нагрузки А и В d определим графически по кривым рисунок 9.23, б. При

кВт и , , Тл.

1.7 Обмоточный коэффициент

. Для двухслойных обмоток при 2р>2 следует принимать =0,91–0,92. Примем .

1.8 Определим синхронную угловую скорость вала двигателя W:

, (1.5) – синхронная частота вращения.

1.9 Рассчитаем длину воздушного зазора

:
, (1.6) – коэффициент формы поля. .

1.10 Критерием правильности выбора главных размеров D и

служит отношение , которое должно находиться в допустимых пределах рисунок 9.25, б. . Значение l лежит в рекомендуемых пределах, значит главные размеры определены верно.

2. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки и сечения провода обмотки статора

2.1 Определим предельные значения: t 1 max и t 1 min рисунок 9.26. При

и , , .

2.2 Число пазов статора:

, (2.1) (2.2)

Окончательно число пазов должно быть кратным значению числа пазов на полюс и фазу: q. Примем

, тогда
, (2.3)

где m - число фаз.

2.3 Окончательно определяем зубцовое деление статора:

(2.4)

2.4 Предварительный ток обмотки статора

(2.5)

2.5 Число эффективных проводников в пазу (при условии

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современный электропривод - это комплекс из аппаратов и устройств, предназначенный для управления и регулирования физическими и мощностными показателями электродвигателя. Наиболее распространенным электрическим двигателем, применяемым в промышленности, является асинхронный двигатель. С развитием силовой электроники и разработкой новых мощных систем управления асинхронным двигателем, электропривод на базе асинхронного двигателя и преобразователей частоты, является лучшим выбором, для управления различными технологическими процессами. Асинхронный электропривод обладает лучшими технико-экономическими показателями, а разработка новых энергосберегающих двигателей, позволяет создавать энергоэффективные системы электропривода.

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного 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.

Целью курсовой работы является проектирование асинхронного двигателя. По средствам данного проектирования мы изучаем свойства и характеристики данного двигателя, также изучаем особенности данных двигателей. Данная работа является неотъемлемой частью курса изучения электромашин.

1. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал

1.1 Главные размеры

1. Высота оси вращения асинхронного двигателя:

Для Рн =75 кВт, n1=750 об/мин

h=280 мм, 2р=8.

2. Наружный диаметр сердечника DН1 при стандартной высоте оси вращения h=280 мм. При данных условиях DН1=520 мм.

3. Для определения внутреннего диаметра сердечника статора D1 воспользуемся зависимостью D1=f(DН1) приведённой в таблице 9-3. Для DН1=520 мм;

D1=0,72 DН1 - 3;

D1=0,72 520-3 = 371.4 мм.

4. Найдём среднее значение kН=f(P2) асинхронных двигателей

Для РН=75 кВт; 2р=8;

5. Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 предварительные значения.

Для РН=75 кВт

6. Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 принимаем значение cos по рисунку 9-3,а при 2р = 8

7. Расчётная мощность P? для двигателей переменного тока:

где - КПД; cos - коэффициент мощности при номинальной нагрузке;

8. Нахождение линейной нагрузки обмотки статора А1

А1 =420 0.915 0.86=330.4 А/см.

9. Нахождение максимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре В

В=0,77 · 1.04· 0.86=0.69 Тл.

10. Для определения длины сердечника статора зададимся предварительным значением обмоточного коэффициента kоь1, при 2р=8

11. Найдём расчётную длину сердечника l1

l1=366.7+125=426.7

12. Конструктивная длина сердечника статора l1 округляется до ближайшего кратного 5:

13. Коэффициент

425 / 371,4 = 1,149

14. Находим max R4=1.1

max = 1,46 - 0,00071 DН1 ;

max = 1,46 - 0.00071 · 520 = 1.091

max =1.091 · 1.1 = 1.2

1.2 Сердечник статора

Сердечник собираем из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Для стали 2312 используем изолирование листов лакировкой.

Количество пазов на полюс и фазу:

По выбранному значению q1 количество пазов сердечника статора z1 определяем:

где m1 - количество фаз;

z1 = 8 3 3 = 72.

1.3 Сердечник ротора

Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2312.

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

Для сердечника принимаем то же изолирование листов, что и для статора - лакировка.

Коэффициент заполнения стали принимаем равным

Размер воздушного зазора между статором и ротором принимаем.

При h = 280 мм и 2р = 8;

Скос пазов ck (без скоса пазов)

Наружный диаметр сердечника ротора DН2:

DН2 = 371,4 - 2 0.8 = 369.8 мм.

Для высоты вращения h 71 мм внутренний диаметр листов ротора D2:

D2 0,23 520 = 119,6 мм.

Для улучшения охлаждения, уменьшения массы и динамического момента инерции ротора в сердечниках ротора с h250 предусматривают круглые аксиальные вентиляционные каналы:

Длина сердечника ротора l2 при h>250 мм.

l2 = l1 + 5 = 425+5=430 мм.

Количество пазов в сердечнике для двигателя с короткозамкнутым ротором при z1=72 и 2р=8

2. Обмотка статора

2.1 Параметры общие для любой обмотки

Для нашего двигателя принимаем разносекционную двухслойную концентрическую обмотку из провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.

Обычно обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 электрических градуса. При шестизонной обмотке коэффициент распределения kР1

kР1 = 0,5/(q1sin(б/20));

kР1 = 0,5/(3 sin(10)) = 0,95.

Укорочение шага 1 принимаем равным

1 = 0,8, при 2р=8.

Двухслойную обмотку выполняем с укороченным шагом yП1

yП1 = 1 z1 / 2p;

yП1 = 0,8 72 / 8 = 7.2.

Коэффициент укорочения ky1

ky1=sin(1 90)= sin(0,8 90)=0.95.

Обмоточный коэффициент kОБ1

kОБ1 = kР1 · ky1;

kОБ1 = 0,95 · 0,95 = 0,9.

Предварительное значение магнитного потока Ф

Ф = В D1l1 10-6/p;

Ф = 0,689 371,4 42510-6/4 =0.027 Вб.

Предварительное количество витков в обмотке фазы?1

1 = kнU1/(222 kОБ1(f1/50) Ф);

1 = 0,96 380/(222 0,908 0.027) ?66.9.

Количество параллельных ветвей обмотки статора а1 выбираем как один из делителей числа полюсов а1 = 1.

Предварительное количество эффективных проводников в пазу NП1

NП1 = 1а1(рq1);

NП1 = 155,3 1/(4 3) = 5.58

Значение NП1 принимаем, округляя NП1 до ближайшего целого значения

Выбрав целое число, уточняем значение 1

1 = NП1рq1а1;

1 = 4 4 3/1 = 72.

Значение магнитного потока Ф

Ф = 0,023 66.5/64 = 0,028 Вб.

Значение индукции в воздушном зазоре В

В = В? 1/ ? 1;

В = 0,8 66.9/72 = 0,689 Тл.

Предварительное значение номинального фазного тока I1

I1 = Рн 103/(3U1cos);

I1 = 75 103/(3 380 0,93 0.84) = 84,216 А.

А1 = 10Nп1z1I1(D1a1);

А1 = 6 13 72 84.216/(3,14 371,4) = 311.8 А/см.

Среднее значение магнитной индукции в спинке статора ВС1

При h = 280 мм, 2р = 8

ВС1 = 1,5 Тл.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора t1

t1 = р 371.4/72 =16,1 мм.

2.2 Обмотка статора с прямоугольными полузакрытыми пазами

Принимаем предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора

31max = 1.8 Тл.

Зубцовое деление статора в наиболее узком месте

Предварительная ширина зуба в наиболее узком месте

Предварительная ширина полуоткрытого и открытого паза в штампе

Ширина шлица полуоткрытого паза

Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией

b?эф =()/=3.665мм;

Количество эффективных проводников по высоте паза

Предварительная высота спинки статора

Ф 106?(2 kc l1 Вc1);

0,027 106 ? (2 0,95 425 1.5)=22,3 мм.

Предварительная высота паза

= [ (D H1- D1)/ 2]- h c1;

= =[(520-371,4)/2]-22,3 =53 мм.

Допустимая высота эффективного проводника с витковой изоляцией

Площадь эффективного проводника

Предварительное количество элементарных проводников

Количество элементарных проводников в одном эффективном

Предварительное количество элементарных проводников в одном эффективном

Увеличиваем до 4

Размер элементарного элементарного проводника по высоте паза

Окончательное количество элементарных проводников

Меньший и больший размеры неизолированного провода

Размер по высоте паза

Размер по ширине паза в штампе

Высота паза

= [ (D H1- D1)/ 2]- h c1;

= =[(520-371,4)/2]-18,3 =56 мм.

Уточненная ширина зуба в наиболее узкой части

Уточненная магнитная индукция в наиболее узкой части зубца статора

Плотность тока в обмотке статора J1

J1 = I1(c S·a1);

J1 = 84.216/(45,465·1) = 3,852 А/мм2.

А1J1 = 311·3,852 = 1197,9 А2/(см мм2).

(А1J1)доп = 2200·0,75·0.87=1435.5 А2/(см мм2).

lв1 = (0,19+0,1p)bcp1 + 10;

lв1 = (0.19+0.1 3) 80,64+10= 79,4 мм.

Среднее зубцовое деление статора tСР1

tСР1 = (D1 + hП1)/z1;

tСР1 = р(371.4 + 56)/72 = 18,6 мм.

Средняя ширина катушки обмотки статора bСР1

bСР1 = tСР1 уП1;

bСР1 = 18.6 7.2 = 133.6 мм.

Средняя длина лобовой части обмотки lл1

lл1 = 1,3=279,6 мм

Средняя длина витка обмотки lcp1

lcp1 = 2 · (l1 + lл1) = 2 · (425 + 279,6) = 1409,2 мм.

Длина вылета лобовой части обмотки lв1

3. Обмотка короткозамкнутого ротора

асинхронный магнитный статор фазный

Применим обмотку ротора с бутылочными пазами, т.к. h = 280 мм.

Высота паза из рис. 9-12 равна hп2 = 40 мм.

Расчетная высота спинки ротора hc2 при 2р=8 и h = 280 мм

hc2 = 0.38 · Dн2 - hп2 - ?dk2;

hc2 = 0.38 · 369.8 - 40 - ? 40 = 73,8 мм.

Магнитная индукция в спинке ротора Вс2

Вс2 = Ф · 106 / (2 · kc · l2 · hc2);

Вс2 = 0.028 · 106 / (2 · 0.95 · 430 · 73,8) = 0,464 Тл.

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора t2

t2 = рDн2/z2 = р · 369,8/86 = 13,4 мм.

Магнитная индукция в зубцах ротора Вз2.

Вз2 = 1.9 Тл.

Литература

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 431с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Определение размеров и выбор электромагнитных нагрузок асинхронного двигателя. Выбор пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора. Расчет короткозамкнутого ротора и магнитной цепи. Потери мощности в режиме холостого хода.

курсовая работа , добавлен 10.09.2012

Данные двигателя постоянного тока серии 4А100L4УЗ. Выбор главных размеров асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, конфигурация его пазов. Выбор воздушного зазора. Расчет ротора и магнитной цепи.

курсовая работа , добавлен 06.09.2012

Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.

курсовая работа , добавлен 10.01.2011

Расчет статора, ротора, магнитной цепи и потерь асинхронного двигателя. Определение параметров рабочего режима и пусковых характеристик. Тепловой, вентиляционный и механический расчет асинхронного двигателя. Испытание вала на жесткость и на прочность.

курсовая работа , добавлен 10.10.2012

Выбор основных размеров асинхронного двигателя. Определение размеров зубцовой зоны статора. Расчет ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, рабочих потерь. Вычисление и построение пусковых характеристик. Тепловой расчет асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 27.09.2014

Определение допустимых электромагнитных нагрузок и выбор главных размеров двигателя. Расчет тока холостого хода, параметров обмотки и зубцовой зоны статора. Расчет магнитной цепи. Определение параметров и характеристик при малых и больших скольжениях.

курсовая работа , добавлен 11.12.2015

Изоляция обмотки статора и короткозамкнутого ротора. Активные и индуктивные сопротивления обмоток. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами. Расчет параметров номинального режима работы асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 15.12.2011

Расчет площади поперечного сечения провода обмотки статора, размера его зубцовой зоны, воздушного зазора, ротора, магнитной цепи, параметров рабочего режима, потерь, пусковых характеристик с целью проектирования трехфазного асинхронного двигателя.

курсовая работа , добавлен 04.09.2010

Построения развернутой и радиальной схем обмоток статора, определение вектора тока короткого замыкания. Построение круговой диаграммы асинхронного двигателя. Аналитический расчет по схеме замещения. Построение рабочих характеристик асинхронного двигателя.

контрольная работа , добавлен 20.05.2014

Определение тока холостого хода, сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя. Расчет и построение механических и электромеханических характеристик электропривода, обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электропривода и электрического транспорта

Допускаю к защите:

Руководитель__ Клепикова Т.В __

ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовому проекту по дисциплине

«Электрические машины»

096.00.00П3

Выполнил студент группы _ЭАПБ 11-1 ________ __ Нгуен Ван Ву____

Нормоконтроль ___________ _доцент каф.ЭЭТ Клепикова Т.В __

Иркутск 2013

Введение

1. Главные размеры

2 Сердечник статора

3 Сердечник ротора

Обмотка статора

1 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Обмотка короткозамкнутого ротора

1 Размеры овальных закрытых пазов

2 Размеры короткозамыкающего кольца

Расчет магнитной цепи

1 МДС для воздушного зазора

2 МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора

3 МДС для зубцов ротора при овальных закрытых пазах ротора

4 МДС для спинки статора

5 МДС для спинки ротора

6 Параметры магнитной цепи

Активное и индуктивное сопротивления обмоток

1 Сопротивление обмотки статора

2 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами

3 Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя

Режим холостого хода и номинальный

1 Режим холостого хода

2 Расчет параметров номинального режима работы

Круговая диаграмма и рабочие характеристики

1 Круговая диаграмма

2 Рабочие характеристики

Максимальный момент

Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

1 Активные и индуктивные сопротивления, соответствующие пусковому режиму

2 Начальные пусковые ток и момент

Тепловой и вентиляционный расчеты

1 Обмотка статора

2 Вентиляционный расчет двигателя со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC0141

Заключение

Список использованных источников

Введение

Электрические машины являются основными элементами энергетических установок, различных машин, механизмов, технологического оборудования, современных средств транспорта, связи и др. Они вырабатывают электрическую энергию, осуществляют высокоэкономичное преобразование ее в механическую, выполняют разнообразные функции по преобразованию и усилению различных сигналов в системах автоматического регулирования и управления.

Электрические машины широко применяются во всех отраслях народного хозяйства. Их преимущества - высокий КПД, достигающий в мощных электрических машинах 95÷99%, сравнительно малая масса и габаритные размеры, а также экономное использование материалов. Электрические машины могут быть выполнены на различные мощности (от долей ватта до сотен мегаватт), частоты вращения и напряжения. Они характеризуются высокой надежностью и долговечностью, простотой управления и обслуживания, удобством подвода и отвода энергии, небольшой стоимостью при массовом и крупносерийном производстве и являются экологически чистыми.

Асинхронные машины - наиболее распространенные электрические машины. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

В настоящее время асинхронные электродвигатели потребляют около половины всей вырабатываемой в мире электроэнергии и широко применяются в качестве электропривода подавляющего большинства механизмов. Это объясняется простотой конструкции, надежностью и высоким значением КПД этих электрических машин.

В нашей стране самой массовой серией электрических машин является общепромышленная серия асинхронных машин 4А. Серия включает машины мощностью от 0,06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения. На каждую из высот вращения выпускаются двигатели двух мощностей, отличающиеся по длине. На базе единой серии выпускаются различные модификации двигателей, которые обеспечивают технические требования большинства потребителей.

На базе единых серий выпускаются различные исполнения двигателей, предназначенных для работы в специальных условиях.

Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Техническое задание

Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором: Р=45кВт, U= 380/660 B, n=750 об/мин; конструктивное исполнение IM 1001; исполнение по способу защиты IP44.

1. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал

1 Главные размеры

Принимаем высоту оси вращения двигателя h=250 мм (, таблица 9-1).

Принимаем наружный диаметр сердечника статора DН1=450 мм (, таблица 9-2).

Внутренний диаметр сердечника статора (, таблица 9-3):

1= 0,72 DН1-3=0,72ˑ450-3= 321 (1.1)

Принимаем коэффициент (, рисунок 9-1).

Принимаем предварительное значение КПД (, рисунок 9-2, а)

Принимаем предварительное значение (, рисунок 9-3, а).

Расчетная мощност

(1.2)

Принимаем предварительную линейную нагрузку А/см (, рисунок 9-4, а и таблица 9-5).

Принимаем предварительную индукцию в зазоре (, рисунок 9-4, б и таблица 9-5).

Принимаем предварительное значение обмоточного коэффициента (, страница 119).

Расчетная длина сердечника статора

Принимаем конструктивную длину сердечника статора .

Максимальное значение отношения длины сердечника к его диаметру (, таблица 9-6)

Отношение длины сердечника к его диаметру

(1.5)

1.2 Сердечник статора

Принимаем марку стали - 2013. Принимаем толщину листа 0,5 мм. Принимаем вид изолирования листов - оксидирование.

Принимаем коэффициент заполнения стали kC=0,97.

Принимаем количество пазов на полюс и фазу (, таблица 9-8).

Количество пазов сердечника статора (1.6)

1.3 Сердечник ротора

Принимаем марку стали - 2013. Принимаем толщину листа 0,5 мм. Принимаем вид изолирования листов - оксидирование.

Принимаем коэффициент заполнения стали kC=0,97.

Принимаем сердечник ротора без скоса пазов.

Принимаем воздушный зазор между статором и ротором (, таблица 9-9).

Наружный диаметр сердечника ротора

Внутренний диаметр листов ротора

Принимаем длину сердечника ротора равную длине сердечника статора,

Принимаем количество пазов сердечника ротора (, таблица 9-12).

2. Обмотка статора

Принимаем двухслойную обмотку с укороченным шагом, укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы (, таблица 9-4).

Коэффициент распределения

(2.1)

где

Принимаем относительный шаг обмотки .

Шаг полученной обмотки:

(2.2)

Коэффициент укорочения

Обмоточный коэффициент

Предварительное значение магнитного потока

Предварительное количество витков в обмотке фазы

Предварительное количество эффективных проводников в пазу

(2.7)

где - число параллельных ветвей обмотки статора.

Принимаем

Уточненное количество витков в обмотке фазы

(2.8)

Уточненное значение магнитного потока

Уточненное значение индукции в воздушном зазоре

(2.10)

Предварительное значение номинального фазного тока

Отклонение полученной линейной нагрузки от предварительно принятой

(2.13)

Отклонение не превышает допустимое значение, равное 10%.

Принимаем среднее значение магнитной индукции в спинке статора (, таблица 9-13).

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

(2.14)

2.1 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Обмотка статора и паз определяем по рис 9.7

Принимаем среднее значение магнитной индукции в зубцах статора (, таблица 9-14).

Ширина зубца

(2.15)

Высота спинки статора

Высота паза

Большая ширина паза

Предварительное значение ширины шлица

Меньшая ширина паза

где - высота шлица (, страница 131).

И исходя из требования

Площадь поперечного сечения паза в штампе

Площадь поперечного сечения паза в свету

(2.23)

где - припуски на сборку сердечников статора и ротора соответственно по ширине и по высоте (, страница 131).

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

где - среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции (, страница 131).

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой

Произведение

где - допускаемый коэффициент заполнения паза для ручной укладки (. страница 132).

Принимаем количество элементарных проводов в эффективном .

Диаметр элементарного изолированного провода

(2.28)

Диаметр элементарного изолированного провода не должен превышать 1,71 мм при ручной укладке и 1,33 мм при машинной. Данное условие выполняется.

Принимаем диаметры элементарного изолированного и неизолированного (d) провода (, приложение 1)

Принимаем площадь поперечного сечения провода (, приложение 1).

Уточненный коэффициент заполнения паза

(2.29)

Значение уточненного коэффициента заполнения паза удовлетворяет условиям ручной укладки и машинной (при машинной укладке допускаемый ).

Уточненная ширина шлица

Принимаем , так как .

(2.31)

Произведение линейной нагрузки на плотность тока

Принимаем допустимое значение произведения линейной нагрузки на плотность тока (, рисунок 9-8). Где коэффициент k5=1 (таблица 9-15).

Среднее зубцовое деление статора

Средняя ширина катушки обмотки статора

Средняя длина одной лобовой части катушки

Средняя длина витка обмотки

Длина вылета лобовой части обмотки

3. Обмотка короткозамкнутого ротора

Принимаем пазы ротора овальной формы, закрытые.

3.1 Размеры овальных закрытых пазов

Пазы ротора определяем по рис. 9.10

Принимаем высоту паза . (, рисунок 9-12).

Расчетная высота спинки ротора

где - диаметр круглых аксиальных вентиляционных каналов в сердечнике ротора, в проектируемом двигателе они не предусматриваются.

Магнитная индукция в спинке ротора

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора

(3.3)

Принимаем магнитную индукцию в зубцах ротора (, таблица 9-18).

Ширина зубца

(3.4)

Меньший радиус паза

Больший радиус паза

где - высота шлица (, страница 142);

Ширина шлица (, страница 142);

для закрытого паза (, страница 142).

Расстояние между центрами радиусов

Проверка правильности определения и исходя из условия

(3.8)

Площадь поперечного сечения стержня, равная площади поперечного сечения паза в штампе

3.2 Размеры короткозамыкающего кольца

Принимаем литую клетку.

Короткозамыкающие кольца ротора изображены на рис. 9.13

Поперечное сечение кольца

Высота кольца

Длина кольца

(3.12)

Средний диаметр кольца

4. Расчет магнитной цепи

1 МДС для воздушного зазора

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора

(4.1)

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатости строения ротора

Принимаем коэффициент, учитывающий уменьшение магнитного сопротивления воздушного зазора при наличии радиальных каналов на статоре или роторе .

Общий коэффициент воздушного зазора

МДС для воздушного зазора

4.2 МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора

(, приложение 8)

Принимаем среднюю длину пути магнитного потока

МДС для зубцов

4.3 МДС для зубцов ротора при овальных закрытых пазах ротора

Так как , принимаем напряженность магнитного поля (, приложение 8).

МДС для зубцов

4.4 МДС для спинки статора

(, приложение 11).

Средняя длина пути магнитного потока

МДС для спинки статора

4.5 МДС для спинки ротора

Принимаем напряженность магнитного поля (, приложение 5)

Средняя длина пути магнитного потока

МДС для спинки ротора

4.6 Параметры магнитной цепи

Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс

Коэффициент насыщения магнитной цепи

(4.13)

Намагничивающий ток

Намагничивающий ток в относительных единицах

(4.15)

ЭДС холостого хода

Главное индуктивное сопротивление

(4.17)

Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах

(4.18)

5. Активное и индуктивное сопротивления обмоток

1 Сопротивление обмотки статора

Активное сопротивление обмотки фазы при 20 0С

где -удельная электрическая проводимость меди при 200С (, страница 158).

Активное сопротивление обмотки фазы при 20 0С в относительных единицах

(5.2)

Проверка правильности определения

Принимаем размеры паза статора (, таблица 9-21)

Высота: (6.4)

Коэффициенты, учитывающие укорочение шага

Коэффициент проводимости рассеяния

(5.7)

Принимаем коэффициент дифференциального рассеяния статора (, таблица 9-23).

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния

Принимаем коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора (, таблица 9-22).

(5.9)

Полюсное деление:

(5.10)

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора в относительных единицах

(5.14)

Проверка правильности определения

5.2 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными закрытыми пазами

Активное сопротивление стержня клетки при 20 0С

где - удельная электрическая проводимость алюминия при 20 °C (, страница 161).

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня

(5.17)

Сопротивление короткозамыкающих колец, приведенное к току стержня при 20 0С

магнитный цепь сопротивление обмотка

Центральный угол скоса пазов aск=0 т.к. скоса нет.

Коэффициент скоса пазов ротора

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора

Активное сопротивление обмотки ротора при 20 0C, приведенное к обмотке статора

Активное сопротивление обмотки ротора при 20 0C, приведенное к обмотке статора в относительных единицах

Ток стержня ротора для рабочего режима

(5.23)

Коэффициент проводимости рассеяния для овального закрытого паза ротора

(5.24)

Количество пазов ротора на полюс и фазу

(5.25)

Принимаем коэффициент дифференциального рассеяния ротора (, рисунок 9-17).

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния

(5.26)

Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих колец литой клетки

Относительный скос пазов ротора, в долях зубцового деления ротора

(5.28)

Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов

Индуктивное сопротивление обмотки ротора

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора, в относительных единицах

(5.32)

Проверка правильности определения

(5.33)

Должно выполняться условие . Данное условие выполняется.

5.3 Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя

Коэффициент рассеяния статора

Коэффициент сопротивления статора

где -коэффициент (, страница 72).

Преобразованные сопротивления обмоток

Пересчет магнитной цепи не требуется, так как и .

6. Режим холостого хода и номинальный

1 Режим холостого хода

Так как , в дальнейших расчетах примем .

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении

Расчетная масса стали зубцов статора при трапецеидальных пазах

Магнитные потери в зубцах статора

Масса стали спинки статора

Магнитные потери в спинке статора

Суммарные магнитные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали

(6.7)

Механические потери при степени защиты IP44, способе охлаждения IC0141

(6.8)

где при 2р=8

Активная составляющая тока х.х.

Ток холостого хода

Коэффициент мощности при х.х.

6.2 Расчет параметров номинального режима работы

Активное сопротивление к.з.

Индуктивное сопротивление к.з.

Полное сопротивление к.з.

Добавочные потери при номинальной нагрузке

Механическая мощность двигателя

Эквивалентное сопротивление схемы замещения

(6.17)

Полное сопротивление схемы замещения

Проверка правильности расчетов и

(6.19)

Скольжение

Активная составляющая тока статора при синхронном вращении

Ток ротора

Активная составляющая тока статора

(6.23)

Реактивная составляющая тока статора

(6.24)

Фазный ток статора

Коэффициент мощности

Плотность тока в обмотке статора

(6.28)

где -обмоточный коэффициент для короткозамкнутого ротора (, страница 171).

Ток в стержне короткозамкнутого ротора

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора

Ток в короткозамыкающем кольце

Электрические потери в обмотке статора

Электрические потери в обмотке ротора

Суммарные потери в электродвигателе

Подводимая мощность:

Коэффициент полезного действия

(6.37)

Подводимая мощность: (6.38)

Подводимые мощности, рассчитанные по формулам (6.36) и (6.38) должны быть равны друг другу, с точностью до округлений. Данное условие выполняется.

Отдаваемая мощность

Отдаваемая мощность должны соответствовать отдаваемой мощности, указанной в техническом задании. Данное условие выполняется.

7. Круговая диаграмма и рабочие характеристики

1 Круговая диаграмма

Масштаб тока

где - диапазон диаметров рабочего круга (, страница 175).

Принимаем .

Диаметр рабочего круга

(7.2)

Масштаб мощности

Длина отрезка реактивного тока

Длина отрезка активного тока

Отрезки на диаграмме

(7.7)

(7.8)

7.2 Рабочие характеристики

Расчет рабочих характеристик ведем в форме таблицы 1.

Таблица 1 - Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Услов. обоз.	Отдаваемая мощность в долях











cos0,080,500,710,800,830,85


P, Вт1564,75172520622591,53341,74358,4

, %13,5486,8891,6492,8893,0892,80

8. Максимальный момент

Переменная часть коэффициента статора при трапецеидальном полузакрытом пазе

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния статора, зависящая от насыщения

Переменная часть коэффициента ротора при овальных закрытых пазах

(8.3)

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора зависящая от насыщения

Ток ротора, соответствующий максимальному моменту (9-322)

(8.7)

Полное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте

Полное сопротивление схемы замещения при бесконечно большом скольжении

Эквивалентное сопротивление схемы замещения при максимальном моменте

Кратность максимального момента

Скольжение при максимальном моменте

(8.12)

9. Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент

1 Активные и индуктивные сопротивления, соответствующие пусковому режиму

Высота стержня клетки ротора

Приведенная высота стержня ротора

Принимаем коэффициент (, рисунок 9-23).

Расчетная глубина проникновения тока в стержень

Ширина стержня на расчетной глубине проникновения тока в стержень

(9.4)

Площадь поперечного сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока

(9.5)

Коэффициент вытеснения тока

Активное сопротивление стержня клетки при 20 0С для пускового режима

Активное сопротивление обмотки ротора при 20 0С, приведенное к обмотке статора, для пускового режима

Принимаем коэффициент (, рисунок 9-23).

Коэффициент проводимости рассеяния паза ротора при пуске для овального закрытого паза

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора при пуске

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, не зависящее от насыщения

(9.12)

Активное сопротивление к.з. при пуске

9.2 Начальные пусковые ток и момент

Ток ротора при пуске двигателя

Полное сопротивление схемы замещения при пуске (с учетом явлений вытеснения тока и насыщения путей потоков рассеяния)

Индуктивное сопротивление схемы замещения при пуске

Активная составляющая тока статора при пуске

(9.17)

Реактивная составляющая тока статора при пуске

(9.18)

Фазный ток статора при пуске

Кратность начального пускового тока

(9.20)

Активное сопротивление ротора при пуске, приведенное к статору, при расчетной рабочей температуре и Г-образной схеме замещения

(9.21)

Кратность начального пускового момента

10. Тепловой и вентиляционный расчеты

1 Обмотка статора

Потери в обмотке статора при максимально допускаемой температуре

где - коэффициент (, страница 76).

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора

Расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентилятором, должен превышать необходимый расход воздуха. Данное условие выполняется.

Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован асинхронный электродвигатель основного исполнения, с высотой оси вращения h=250 мм, степенью защиты IP44, с короткозамкнутым ротором. В результате расчета были получены основные показатели для двигателя заданной мощности P и cos, которые удовлетворяют предельно допустимым значением ГОСТа.

Спроектированный асинхронный электродвигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и cosφ), так и по пусковым характеристикам.

Тип двигателя Мощность, кВт Высота оси вращения, мм Масса, кг Частота вращения, об/мин КПД, % Коэффициент мощности, Момент инерции,

2. Кравчик А.Э. и др. Асинхронный двигатель серии 4А, справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 504с.

3. Проектирование электрических машин: учеб. для электромех. И электроэнергет. специальностей вузов / И. П. Копылов [и др.]; под ред. И. П. Копылова. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - М. : Высш. шк., 2011. - 306 с.

Приложение. Составление спецификации

Обозначение	наименование	Примечание

	Документация

1.096.00.000.ПЗ	Пояснительная записка
1.096.00.000.СЧ	Сборочный чертеж



	Обмотка статора
	Обмотка ротора
	Сердечник статора
	Сердечник ротора
	Коробка выводов

	Рым. Болт

	Болт заземления

	Вентилятор
	Кожух Вентилятор
	Подшипник

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева

Факультет энергетики и машиностроения

Кафедра энергетики и приборостроения

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: «Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»

по дисциплине – «Электрические машины»

Выполнил Калантырев

Научный руководитель

д.т.н., проф. Н.В. Шатковская

Петропавловск 2010

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора

4. Расчёт ротора

5. Расчёт магнитной цепи

6. Параметры рабочего режима

7. Расчёт потерь

9. Тепловой расчёт

Приложение А

Заключение

Список литературы

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается следующий двигатель:

Исполнение по степени защиты: IP23;

Способ охлаждения: IС0141.

1. Выбор главных размеров

1.1 Определим число пар полюсов:

Тогда число полюсов .

1.2 Определим высоту оси вращения графически: по рисунку 9.18, б , в соответствии с , по таблице 9.8 определим соответствующий оси вращения наружный диаметр .

1.3 Внутренний диаметр статора , вычислим по формуле:

где – коэффициент определяемый по таблице 9.9.

При лежит в промежутке: .

Выберем значение , тогда

1.4 Определим полюсное деление :

(1.3)

1.5 Определим расчётную мощность , Вт:

, (1.4)

где – мощность на валу двигателя, Вт;

– отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по рисунку 9.20. При и , .

Приближенные значения и возьмём по кривым, построенным по данным двигателей серии 4А. рисунок 9.21, в. При кВт и , , а

1.6 Электромагнитные нагрузки А и В d определим графически по кривым рисунок 9.23, б. При кВт и , , Тл.

1.7 Обмоточный коэффициент . Для двухслойных обмоток при 2р>2 следует принимать =0,91–0,92. Примем .

1.8 Определим синхронную угловую скорость вала двигателя W:

где – синхронная частота вращения.

1.9 Рассчитаем длину воздушного зазора :

, (1.6)

где – коэффициент формы поля. .

1.10 Критерием правильности выбора главных размеров D и служит отношение , которое должно находиться в допустимых пределах рисунок 9.25, б.

. Значение l лежит в рекомендуемых пределах, значит главные размеры определены верно.

2. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки и сечения провода обмотки статора

2.1 Определим предельные значения: t 1 max и t 1 min рисунок 9.26. При и , , .

2.2 Число пазов статора:

, (2.1)

(2.2)

Окончательно число пазов должно быть кратным значению числа пазов на полюс и фазу: q. Примем , тогда

, (2.3)

где m - число фаз.

2.3 Окончательно определяем зубцовое деление статора:

(2.4)

2.4 Предварительный ток обмотки статора

2.5 Число эффективных проводников в пазу (при условии ):

(2.6)

2.6 Принимаем число параллельных ветвей , тогда

(2.7)

2.7 Окончательное число витков в фазе обмотки и магнитный поток :

, (2.8)

2.8 Определим значения электрических и магнитных нагрузок:

(2.11)

Значения электрической и магнитных нагрузок незначительно отличаются от выбранных графически.

2.9 Выбор допустимой плотности тока производится с учётом линейной нагрузки двигателя:

где - нагрев пазовой части обмотки статора, определим графически рисунок 9.27, д. При .

2.10 Рассчитаем площадь сечения эфективных проводников:

(2.13)

Принимаем , тогда таблица П-3.1 , , .

2.11 Окончательно определим плотность тока в обмотке статора:

3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

3.1 Предварительно выберем электромагнитные индукции в ярме статора B Z 1 и в зубцах статора B a . При таблица 9.12 , а .

3.2 Выберем марку стали 2013 таблица 9.13 и коэффициент заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора .

3.3 По выбранным индукциям определим высоту ярма статора и минимальную ширину зубца

3.4 Подберём высоту шлица и ширину шлица полузакрытого паза. Для двигателей с высотой оси , мм. Ширину шлица выберем из таблицы 9.16 . При и , .

3.5 Определим размеры паза:

высоту паза:

размеры паза в штампе и :

Выберем , тогда

высоту клиновой части паза :

Рисунок 3.1. Паз спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

3.6 Определим размеры паза в свету с учётом припусков на шихтовку и сборку сердечников: и , таблица 9.14 :

ширину, и :

и высоту :

Определим площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

где - односторонняя толщина изоляции в пазу, .

Расчитаем площадь поперечного сечения прокладок к пазу:

Определим площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

3.7 Критерием правильности выбранных размеров служит коэффициент заполнения паза , который приближённо равен .

, (3.13)

таким образом выбранные значения верны.

4. Расчёт ротора

4.1 Выберем высоту воздушного зазора d графически по рисунок 9.31. При и , .

4.2 Внешний диаметр короткозамкнутого ротора:

4.3 Длина ротора равна длине воздушного зазора: , .

4.4 Число пазов выберем из таблицы 9.18 , .

4.5 Определяем величину зубцового деления ротора:

(4.2)

4.6 Значение коэффициента k B для расчёта диаметра вала определим из таблицы 9.19 . При и , .

Внутренний диаметр ротора равен:

4.7 Определим ток в стержне ротора:

где k i - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение , определим графически при ; ;

Коэффициент приведения токов, определим по формуле:

Тогда искомый ток в стержне ротора:

4.8 Определим площадь поперечного сечения стержня:

где - допустимая плотность тока; в нашем случае .

4.9 Паз ротора определяем по рисунку 9.40, б . Принимаем , , .

Магнитную индукцию в зубце ротора выберем из промежутка таблица 9.12. Примем .

Определим допустимую ширину зубца:

Расчитаем размеры паза:

ширинуb 1 и b 2:

, (4.9)

высоту h 1:

Рассчитаем полную высоту паза ротора h П2:

Уточним площадь сечения стержня :

4.10 Определим плотность тока в стержне J 2:

(4.13)

Рисунок 4.1. Паз спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

4.11 Рассчитаем площадь сечения короткозамыкающих колец q кл:

где - ток в кольце, определим по формуле:

4.12 Рассчитаем рамеры замыкающих колец , и средний диаметр кольца:

(4.18)

Уточним площадь сечения кольца:

5. Расчёт намагничивающего тока

5.1 Значение индукций в зубцах ротора и статора:

, (5.1)

(5.2)

5.2 Расчитаем индукцию в ярме статора B a:

5.3 Определим индукцию в ярме ротора B j:

, (5.4)

где h" j - расчетная высота ярма ротора, м.

Для двигателей с 2р≥4 с посадкой сердечника ротора на втулку или на оребренный вал h" j определяют по формуле:

5.4 Магнитное напряжение воздушного зазора F d:

, (5.6)

где k д - коэффициент воздушного зазора, определим по формуле:

, (5.7)

где

Магнитное напряжение воздушного зазора:

5.5 Магнитное напряжение зубцовых зон статора F z 1:

F z1 =2h z1 H z1 , (5.8)

где 2h z1 - расчетная высота зубца статора, м.

H z1 определим по таблице П-1.7. При , .

5.6 Магнитное напряжение зубцовых зон ротора F z 2:

, (5.9)

, таблица П-1.7.

5.7 Рассчитаем коэффициент насыщения зубцовой зоны k z:

(5.10)

5.8 Найдём длину средней магнитной линии ярма статора L a:

5.9 Определим напряженность поля H a при индукции В a по кривой намагничивания для ярма принятой марки стали 2013 таблица П-1.6. При , .

5.10 Найдём магнитное напряжение ярма статора F a:

5.11 Определим длину средней магнитной линии потока в ярме ротора L j:

, (5.13)

где h j - высота спинки ротора, находится по формуле:

5.12 Напряжённость поля H j при индукции определим по кривой намагничивания ярма для принятой марки стали таблица П-1.6. При , .

Определим магнитное напряжение ярма ротора F j:

5.13 Рассчитаем суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов) F ц:

5.14 Коэффициент насыщения магнитной цепи :

(5.17)

5.15 Намагничивающий ток :

Относительное значение намагничивающего тока :

(5.19)

6. Параметры рабочего режима

Параметрами асинхронной машины называют активные и индуктивные сопротивления обмоток статора х 1 , r 1 , ротора r 2 , x 2 , сопротивление взаимной индуктивности х 12 (или x м),и расчетное сопротивление r 12 (или r м), введением которого учитывают влияние потерь в стали статора на характеристики двигателя.

Схемы замещения фазы асинхронной машины, основанные на приведении процессов во вращающейся машине к неподвижной, приведены на рисунке 6.1. Физические процессы в асинхронной машине более наглядно отражает схема, изображенная на рисунке 6.1. Но для расчета удобнее преобразовать ее в схему, показанную на рисунке 6.2.

Рисунок 6.1. Схема замещения фазы обмотки приведенной асинхронной машины

Рисунок 6.2. Преобразованная схема замещения фазы обмотки приведенной асинхронной машины

6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора расчитаем по формуле:

, (6.1)

где L 1 - общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м;

а - число параллельных ветвей обмотки;

с 115 - удельное сопротивление материала обмотки (меди для статора) при расчетной температуре. Для меди ;

k r - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока.

В проводниках обмотки статора асинхронных машин эффект вытеснения тока проявляется незначительно из-за малых размеров элементарных проводников. Поэтому в расчетах нормальных машин, как правило, принимают k r =1.

6.2 Общую длину проводников фазы обмотки L 1 расcчитаем по формуле:

где l ср - средняя длина витка обмотки, м.

6.3 Среднюю длину витка l ср находят как сумму прямолинейных - пазовых и изогнутых лобовых частей катушки:

, (6.3)

где l П - длина пазовой части, равна конструктивной длине сердечников машины. ;

l л - длина лобовой части.

6.4 Длина лобовой части катушки всыпной обмотки статора определяется по формуле:

, (6.4)

где К л - коэффициент, значение которого зависит от числа пар полюсов, для таблица 9.23 ;

b КТ - средняя ширина катушки, м, определяемая по дуге окружности, проходящей по серединам высоты пазов:

, (6.5)

где b 1 - относительное укорочение шага обмотки статора. Обычно принимают .

Коэффициент для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус.

Средняя длина:

Общая длина эффективных проводников фазы обмотки:

Активное сопротивление фазы обмотки статора:

6.5 Определим длину вылета по лобовой части:

где К выл - коэффициент, определяемый по таблице 9.23. при .

6.6 Определим относительное значение сопротивления фазы обмотки статора :

(6.7)

6.7 Определим активное сопротивление фазы обмотки ротора r 2:

где r с - сопротивление стержня;

r кл - сопротивление кольца.

6.8 Сопротивление стержня рассчитаем по формуле:

6.9 Рассчитаем сопротивление кольца:

Тогда активное сопротивление ротора:

6.10 Приведём r 2 к числу витков обмотки статора, определим :

6.11 Относительное значение сопротивления фазы обмотки ротора.

(6.12)

6.12 Индуктивное сопротивление фаз обмотки ротора:

, (6.13)

где l п – коэффициент магнитной проводимости пазового ротора.

Исходя из рисунка 9.50, e l п определим по формуле из таблицы 9.26:

, (6.14)

(проводники закреплены пазовой крышкой).

, (6.15)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния, определим по формуле:

, (6.17)

где определяется графически, при , рисунок 9.51, д, .

По формуле (6.13) рассчитаем индуктивное сопротивление обмотки статора:

6.13 Определим относительное значение индуктивного сопротивления обмотки статора :

(6.18)

6.14 Произведём расчёт индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора по формуле:

где l п2 – коэффициент магнитной проводимости паза ротора;

l л2 – коэффициент магнитной проводимости лобовой части ротора;

l д2 – коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора.

Коэффициент магнитной проводимости паза ротора рассчитаем по формуле, исходя из таблица 9.27:

6.15 Коэффициент магнитной проводимости лобовой части ротора определим по формуле:

6.16 Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора определим по формуле:

, (6.23)

где .

6.17 Найдём значение индуктивного сопротивления по формуле (6.19):

Приведём x 2 к числу витков статора:

Относительное значение, :

(6.25)

7. Расчёт потерь

7.1 Рассчитаем основные потери в стали статора асинхронной машины по формуле:

, (7.1)

где – удельные потери, таблица 9.28;

b – показатель степени, для марки стали 2013 ;

k да и k д z – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали, для стали марки 2013 , ;

m a – масса ярма, считается по формуле:

где – удельная масса стали.

Масса зубцов статора:

7.2 Рассчитаем полные поверхностные потери в роторе:

где p пов2 – удельные поверхностные потери, определим по формуле:

, (7.5)

где – коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери;

В 02 – амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре, определим по формуле:

где определяется графически при рисунок 9.53, б.

7.3 Рассчитаем удельные поверхностные потери по формуле (7.5):

7.4 Рассчитаем пульсационные потери в зубцах ротора:

, (7.7)

где m z 2 – масса стали зубцов ротора;

В пул2 – амплитуда магнитной пульсации в роторе.

, (7.9)

7.5 Определим сумму добавочных потерь в стали:

7.6 Полные потери в стали:

7.7 Определим механические потери:

где , при по таблице 9.29 .

7.8 Рассчитаем добавочные потери при номинальном режиме:

7.9 Ток холостого хода двигателя:

, (7.14)

где I х.х.а. – активная составляющая тока холостого хода, её определим по формуле:

где Р э.1 х.х. – электрические потери в статоре при холостом ходе:

7.10 Определим коэффициент мощности при холостом ходе:

(7.17)

8. Расчёт рабочих характеристик

8.1 Определим действительную часть сопротивления:

(8.1)

(8.2)

8.3 Постоянная электродвигателя:

, (8.3)

(8.4)

8.4 Определим активную составляющую тока:

8.5 Определим величины:

8.6 Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

Принимаем и рассчитаем рабочие характеристики, при скольжении равном: 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,0201. Результаты расчёта запишем в таблицу 8.1.

Р 2н =110кВт; U 1н =220/380 В; 2p=10 I 0 a =2,74 A; I 0 p =I m =61,99 A;

P c т + P мех =1985,25 Вт; r 1 =0,0256 Oм; r¢ 2 =0,0205 Oм; с 1 =1,039;

а¢=1,0795; а=0,0266 Ом; b¢=0; b=0,26 Ом

Таблица 8.1

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Расчётная формула		Скольжение s
Расчётная формула

Рисунок 8.1. График зависимости двигателя от мощности P 2

Рисунок 8.2. График зависимости КПД двигателя от мощности P 2

Рисунок 8.3. График зависимости скольжения s двигателя от мощности P 2

Рисунок 8.4. График зависимости тока статора I 1 двигателя от мощности P 2

9. Тепловой расчёт

9.1 Определим превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

, (9.1)

где при и степени защиты IP23, таблица.9,35;

a 1 – коэффициент теплоотдачи с поверхности, определим графически рисунок 9.68, б, .

, (9.2)

где – коэффициент увеличения потерь, для класса нагревостойкости F .

9.2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

, (9.4)

где П п1 – периметр поперечного сечения паза статора, определим по формуле:

l экв. – средняя эквивалентная теплопроводимость пазовой части, для класса нагревостойкости F , страница 452;

– среднее значение коэффициента теплопроводимости внутренней изоляции. определим графически при , , рисунок 9.69.

9.3 Определим перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

, (9.6)

где , .

Лобовые части обмотки статора не изолированы, поэтому .

9.4 Рассчитаем превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

9.5 Определим среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

(9.8)

9.6 Рассчитаем среднее превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:

где a в – определим графически рисунок 9.68, ;

– сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя:

где – суммарные потери в двигателе при номинальном режиме;

Р э1 – электрические потери в обмотке статора при номинальном режиме;

Р э2 – электрические потери в обмотке ротора при номинальном режиме.

, (9.12)

где S кор. – площадь поверхности станины.

П р определяем графически. При , рисунок 9.70 .

9.7 Определим среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

9.8 Определим расход воздуха, требуемый для вентиляции:

(9.14)

9.9 Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором при конструктивном исполнении, и размерах принятых в серии 4А может быть приближённо определён по формуле:

, (9.15)

где и - число и ширина, м, радиальных вентиляционных каналов, страница 384 ;

n- частота вращения двигателя, об/мин;

Коэффициент, для двигателей с .

Т.е. расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором больше расхода воздуха требуемого для вентиляции электродвигателя.

10. Расчёт рабочих характеристик по круговой диаграмме

10.1 Сначала определим ток синхронного холостого хода по формуле:

10.2 Рассчитаем активное и индуктивное сопротивления короткого замыкания:

10.3 Рассчитаем масштабы круговой диаграммы:

Масштаб тока равен:

где D к – диаметр круга диаграммы, выбирается из интервала: , выберем .

Масштаб мощности:

Масштаб момента:

(10.6)

Круговая диаграмма двигателя приведена ниже. Окружность диаметром D к с центром О¢ является геометрическим местом концов вектора тока статора двигателя при различных скольжениях. Точка А 0 определяет положение конца вектора тока I 0 при синхронном холостом ходе, а - при реальном холостом ходе двигателя. Отрезок , равен коэффициенту мощности при холостом ходе. Точка А 3 определяет положение конца вектора тока статора при коротком замыкании (s=1), отрезок - ток I к.з. , а угол - . Точка А 2 определяет положение конца вектора тока статора при .

Промежуточные точки на дуге А 0 А 3 определяют положение концов вектора тока I 1 при различных нагрузках в двигательном режиме . Ось абсцисс диаграммы ОВ является линией первичной мощности Р 1 . Линией электромагнитной мощности Р эм или электромагнитных моментов М эм является линия А 0 А 2 . Линией полезной мощности на валу (вторичной мощности Р 2) является линия А ’ 0 А 3 .

Рисунок 10.1. Круговая диаграмма

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. В результате расчета были получены основные показатели для двигателя заданной мощности з и cosj, которые удовлетворяют предельно допустимым значением ГОСТа для серии двигателей 4А. Был произведен расчет и построение рабочих характеристик проектируемой машины.

Таким образом, по данным расчета данному двигателю можно дать следующее условное обозначение:

4 – порядковый номер серии;

А – род двигателя – асинхронный;

315 – высота оси вращения;

М – условная длина станины по МЭК;

10 – число полюсов;

У – климатическое исполнение для умеренного климата;

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Р 2н =110 кВт, U 1н =220/380 В, I 1н =216 А, cosj н =0,83, h н =0,93.

Список литературы

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / П79

И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2005. – 767 с.: ил.

2. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. – СПб,: – Питер, 2007. –350 с.

3. Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учебное пособие для студентов образоват. учреждений сред. проф. образования/ Марк Михайлович Кацман. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 480 с.

Приложение А

(обязательное)

Рисунок 1. Схема двухслойной обмотки с укороченным шагом, , ,

Читайте:

Да уж, теперь не разгонишься Презентация на тему ""Уроки французского" В Названия, описания и особенности зимующих птиц Разговорный стиль речи Порядок слов в предложении свободный Сочинение рассуждение на тему деньги Какое значение имеют деньги в жизни человека

Читайте: