Привет студент. Курсовая работа: Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Спроектировать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

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/

Электрические машины

Курсовой проект

«Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»

Техническое задание

Спроектировать асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором:

Р = 15 кВт, U = 220/380 В, 2р = 2;

n = 3000 об/мин, = 90%, cos = 0,89, S НОМ = 3%;

h=160 М п / М н =1,8, М max / М н =2,7, I п / I н = 7;

конструктивное исполнение IM1001;

исполнение по способу защиты IP44;

способ охлаждения IC0141;

климатическое исполнение и категория размещения У3;

класс нагревостойкости изоляции F.

режим работы S1

Определение основных геометрических размеров

1. Предварительно выбираем высоту оси вращения по рис. 8.17, а (здесь и далее все формулы, таблицы и рисунки из ) h = 150 мм.

Из табл. 8.6 принимаем ближайшее меньшее значение h = 132 мм и а = 0,225 м (D а - наружный диаметр статора).

2. Определяем внутренний диаметр статора:

D=K D D а =0,560,225=0,126 (м)

K D - коэффициент пропорциональности, определяемый по табл. 8.7.

3. Полюсное деление

м

где 2p - число пар полюсов.

4. Определяем расчетную мощность:

P = (P 2 k Е)/(cos)

k Е - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определяем по рис. 8.20, k Е = 0,983

- КПД асинхронного двигателя, по рис. 8.21,a , = 0,89 , cos = 0,91

P 2 - мощность на валу двигателя, Вт

P = (1510 3 0,983) / (0,890,91) = 18206 (Вт)

5. Определяем электромагнитные нагрузки (предварительно) по рис. 8.22, б:

Линейная нагрузка (отношение тока всех витков обмотки к длине окружности) А = 25,310 3 (А/м)

Индукция в воздушном зазоре B= 0,73 (Тл)

6. Предварительный обмоточный коэффициент выбираем в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток k О1 = 0,95 0,96.

Примем k О1 = 0,96.

7. Расчетная длина воздушного зазора определяется по формуле:

= P / (k В D 2 k О 1 AB)

k В - коэффициент формы поля, предварительно принимают равным

k В = / () = 1,11

- синхронная угловая скорость вала двигателя, рад/с, расчитывается по формуле

рад/с

где 1 - частота питания, Гц

= 18206 / (1,110,126 2 3140,9625,310 3 0,73) = 0,19 (м)

8. Проверяем отношение = / . Оно должно находиться в пределах 0,19 0,87, определяемых по рис. 8.25:

= 0,19 / 0,198 = 0,96

Полученное значение выше рекомендуемых пределов, поэтому принимаем следующую большую из стандартного ряда (табл. 8.6) высоту оси вращения h = 160 мм. Повторяем расчеты по пп. 1-8:

D а = 0,272 (м) P = (1510 3 0,984) / (0,910,89) = 18224 (Вт)

D = 0,560,272 = 0,152 (м) A = 3410 3 (A/м)

= (3,140,152) / 2 = 0,239 (м) B = 0,738 (Тл)

= 18224 / (1,110,152 2 3140,963610 3 0,738) = 0,091 (м)

= 0,091 / 0,239 = 0,38

Расчет обмотки, пазов и ярма статора

Определение Z 1 , 1 и сечения провода обмотки статора

1. Определяем предельные значения зубцового деления 1 по рис. 6-15:

1 max = 18 (мм) 1 min = 13 (мм)

2. Предельные значения числа пазов статора определяем по следующим формулам

Принимаем 1 = 36, тогда q = Z 1 / (2pm), где m - число фаз

q = 36 / (23) = 6

Обмотка однослойная.

3. Окончательно определяем зубцовое деление статора:

м = 1410 -3 м

4. Находим число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (а=1)):

u =

I 1H - номинальный ток обмотки статора, A, и определяется по формуле:

I 1H = P 2 / (mU 1H cos) = 1510 3 / (32200,890,91) = 28,06(A)

u= = 16

5. Принимаем а=2, тогда

u= аu = 216 = 32

6. Получаем окончательные значения:

число витков в фазе обмотки

линейная нагрузка

А/м

поток

Ф = (1) -1

k О1 - окончательное значение обмоточного коэффициента, определяем по формуле:

k О1 = k У k Р

k У - коэффициент укорочения, для однослойной обмотки k У = 1

k Р - коэффициент распределения, определяется из табл. 3.16 для первой гармоники

k Р = 0,957

Ф = = 0,01 (Вб)

индукция в воздушном зазоре

Тл

Значения А и В находятся в допустимых пределах (рис. 8.22,б)

7. Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

J 1 = (AJ 1)/ A= (18110 9)/ (33,810 3)= 5,3610 6 (А/м 2)

произведение линейной нагрузки на плотность тока определяется по рис. 8.27, б.

Сечение эффективного проводника (предварительно):

q ЭФ = I 1 H / (aJ 1) = 28,06 / (25,1310 6) = 2,7310 -6 (м 2) = 2,73(мм 2)

Принимаем n ЭЛ = 2, тогда

q ЭЛ = q ЭФ / 2 = 2,73 / 2 = 1,365 (мм 2)

n ЭЛ - число элементарных проводников

q ЭЛ - сечение элементарного проводника

Выбираем обмоточный провод ПЭТВ (по табл. П3.1) со следующими данными:

номинальный диаметр неизолированного провода d ЭЛ = 1,32 мм

среднее значение диаметра изолированного провода d ИЗ = 1,384 мм

площадь поперечного сечения неизолированного провода q ЭЛ = 1,118 мм 2

площадь поперечного сечения эффективного проводника q ЭФ = 1,1182 = 2,236 (мм 2)

9. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора - по рис. 1, a с соотношением размеров, обеспечивающим параллельность боковых граней зубцов.

1. Принимаем предварительно по табл. 8.10:

значение индукции в зубцах статора B Z1 = 1,9 (Тл) значение индукции в ярме статора B a = 1,6 (Тл), тогда ширина зубца

b Z1 =

k C - коэффициент заполнения сердечника сталью, по табл. 8.11 для оксидированных листов стали марки 2013 k С = 0,97

СТ1 - длина стали сердечников статора, для машин с 1,5 мм

СТ1 = 0,091 (м)

b Z1 = = 6,410 -3 (м) = 6,4 (мм)

высота ярма статора

2. Размеры паза в штампе принимаем:

ширина шлица паза b Ш = 4,0 (мм)

высота шлица паза h Ш = 1,0 (мм) , = 45

высота паза

h П = h a = =23,8 (мм) (25)

ширина нижней части паза

b 2 = = = 14,5 (мм) (26)

ширина верхней части паза

b 1 = = = 10,4 (мм) (27)

h 1 = h П - + = = 19,6 (мм) (28)

3. Размеры паза в свету с учётом припусков на сборку:

для h = 160 250 (мм) b П = 0,2 (мм); h П = 0,2 (мм)

b 2 = b 2 - b П = 14,5 - 0,2 = 14,3 (мм) (29)

b 1 = b 1 - b П = 10,4 - 0,2 = 10,2 (мм) (30)

h 1 = h 1 - h П = 19,6 - 0,2 = 19,4 (мм) (31)

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

S П = S ИЗ S ПР

площадь поперечного сечения прокладок S ПР = 0

площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

S ИЗ = b ИЗ (2h П +b 1 +b 2)

b ИЗ - односторонняя толщина изоляции в пазу, по табл. 3.1 b ИЗ = 0,4 (мм)

S ИЗ = 0,4(223,8+14,5+10,4) = 29 (мм 2)

S П = 0,5(14,3+10,2)19,4 29 = 208,65 (мм 2)

4. Коэффициент заполнения паза:

k З = [(d ИЗ) 2 u n n ЭЛ ] / S П = (1,405 2 402)/ 208,65 = 0,757 (34)

Полученное значение k З для механизированной укладки обмотки чрезмерно велико. Коэффициент заполнения должен находиться в пределах 0,70 0,72 (из табл. 3-12 ). Уменьшим значение коэффициента заполнения увеличив площадь поперечного сечения паза.

Примем B Z1 = 1,94 (Тл) и B a = 1,64 (Тл), что допустимо, так как эти значения превышают рекомендуемые только на 2,5 - 3 %.

5. Повторяем расчет по пп. 1-4.

b Z1 = = 0,0063(м)= 6,3(мм) b 2 = = 11,55 (мм)

h a = = 0,0353(м) = 35,3(мм) b 1 = = 8,46 (мм)

h П = = 24,7 (мм) h 1 = = 20,25 (мм)

b 2 = = 11,75 (мм)

b 1 = = 8,66 (мм)

h 1 = = 20,45 (мм)

S ИЗ = = 29,9 (мм 2)

S П = = 172,7 (мм 2)

k З = = 0,7088 0,71

Размеры паза в штампе показаны на рис. 1 , a .

Расчет обмотки, пазов и ярма ротора

1. Определяем воздушный зазор (по рис. 8.31): = 0,8 (мм)

2. Число пазов ротора (по табл. 8.16): Z 2 = 28

3. Внешний диаметр:

D 2 = D2 = 0,15220,810 -3 = 0,150 (м) (35)

4. Длина магнитопровода ротора 2 = 1 = 0,091 (м)

5. Зубцовое деление:

t 2 = (D 2)/ Z 2 = (3,140,150)/ 28 = 0,0168 (м) = 16,8 (мм) (36)

6. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал:

D J = D В = k В D а = 0,230,272 = 0,0626 (м) 60 (мм) (37)

Значение коэффициента k В взято из табл. 8.17: k В = 0,23

7. Предварительное значение тока в стержне ротора:

I 2 = k i I 1 i

k i - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I 1 / I 2 . k i = 0,2+0,8cos = 0,93

i - коэффициент приведения токов:

i = (2m 1 1 k O 1) / Z 2 = (23960,957) / 28 = 19,7

I 2 = 0,9328,0619,7 = 514,1 (А)

8. Площадь поперечного сечения стержня:

q С = I 2 / J 2

J 2 - плотность тока в стержнях ротора, при заливке пазов алюминием выбирается в пределах

J 2 = (2,53,5)10 6 (А/м 2)

q C = 514,1 / (3,510 6) = 146,910 -6 (м 2) = 146,9 (мм 2)

9. Паз ротора - по рис. 1. б. Проектируем грушевидные закрытые пазы с размерами шлица b Ш = 1,5 мм и h Ш = 0,7 мм. Высоту перемычки над пазом выбираем равной h Ш = 1 мм.

Допустимая ширина зубца

b Z2 = = = 7,010 -3 (м) = 7,0 (мм) (41)

B Z2 - индукция в зубцах ротора, по табл. 8.10 B Z2 = 1,8 (Тл)

Размеры паза

b 1 ===10,5 (мм)

b 2 = = = 5,54 (мм) (43)

h 1 = (b 1 - b 2)(Z 2 / (2)) = (10,5 - 5,54)(28/6,28) = 22,11 (мм) (44)

Принимаем b 1 = 10,5 мм, b 2 = 5,5 мм, h 1 = 22,11 мм.

10. Уточняем ширину зубцов ротора

b Z2 = = 9,1 (мм)

b Z2 = = 3,14 9,1 (мм)

b Z2 = b Z2 9,1 (мм)

Полная высота паза:

h П 2 = h Ш + h Ш +0,5b 1 +h 1 +0,5b 2 = 1+0,7+0,510,5+22,11+0,55,5 = 31,81 (мм)

Сечение стержня:

q C = (/8)(b 1 b 1 +b 2 b 2)+0,5(b 1 +b 2)h 1 =

(3,14/8)(10,5 2 +5,5 2)+0,5(10,5+5,5)22,11 = 195,2 (мм 2)

11. Плотность тока в стержне:

J 2 = I 2 / q C = 514,1 / 195,210 -6 = 3,4910 6 (А/м 2)

12. Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

qКЛ = IКЛ / JКЛ

JКЛ - плотность тока в замыкающих кольцах:

JКЛ = 0,85J2 = 0,853,49106 = 2,97106 (А/м2) (51)

IКЛ - ток в кольцах:

IКЛ = I2 /

= 2sin = 2sin = 0,224 (53)

IКЛ = 514,1 / 0,224 = 2295,1 (A)

qКЛ = 2295 / 2,97106 = 772,710-6 (м2) = 772,7 (мм2)

13. Размеры замыкающих колец:

hКЛ = 1,25hП2 = 1,2531,8 = 38,2 (мм) (54)

bКЛ = qКЛ / hКЛ = 772,7 / 38,2 = 20,2 (мм) (55)

qКЛ = bКЛhКЛ = 38,2 20,2 = 771,6 (мм2) (56)

DК. СР = D2 - hКЛ = 150 - 38,2 = 111,8 (мм) (57)

Расчет магнитной цепи

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

1. Магнитное напряжение воздушного зазора:

F= 1,5910 6 Bk, где (58)

k- коэффициент воздушного зазора:

k= t 1 /(t 1 -)

= = = 2,5

k= = 1,17

F= 1,5910 6 0,7231,170,810 -3 = 893,25 (A)

2. Магнитное напряжение зубцовых зон:

статора

F Z1 = 2h Z1 H Z1

h Z1 - расчетная высота зубца статора, h Z1 = h П1 = 24,7 (мм)

H Z1 - значение напряженности поля в зубцах статора, по таблице П1.7 при B Z1 = 1,94 (Тл) для стали 2013 H Z1 = 2430 (А/м)

F Z1 = 224,710 -3 2430 = 120 (A)

расчетная индукция в зубцах:

B Z1 = = = 1,934 (Тл)

так как B Z1 1,8 (Тл), необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце B Z1 .

Коэффициент k ПХ по высоте h ZX = 0,5h Z:

k ПХ =

b ПХ = 0,5(b 1 +b 2)= 0,5(8,66+11,75) = 12,6

k ПХ = = 2,06

B Z1 = B Z1 - 0 H Z1 k ПХ

Принимаем B Z1 = 1,94 (Тл), проверяем соотношение B Z1 и B Z1:

1,94 = 1,934 - 1,25610 -6 24302,06 = 1,93

ротора

F Z2 = 2h Z2 H Z2

h Z2 - расчетная высота зубца ротора:

h Z2 = h П2 - 0,1b 2 = 31,8- 0,15,5 = 31,25 (мм)

H Z2 - значение напряженности поля в зубцах ротора, по таблице П1.7 при B Z2 = 1,8 (Тл) для стали 2013 H Z2 = 1520 (А/м)

F Z2 = 231,25 10 -3 1520 = 81,02 (A)

индукция в зубце

B Z2 = = = 1,799 (Тл) 1,8 (Тл)

3. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

k Z = 1+= 1+= 1,23

4. Магнитное напряжение ярма:

статора

F a = L a H a

L a - длина средней магнитной линии ярма статора, м:

L a = = = 0,376 (м)

H a - напряженность поля, по таблице П1.6 при B a = 1,64 (Тл) H a = 902 (А/м)

F a = 0,376902 = 339,2 (A)

B a =

h a - расчетная высота ярма статора, м:

h a = 0,5(D a - D) - h П 1 = 0,5(272 - 152) - 24,7 = 35,3 (мм)

B a = = 1,6407 (Тл) 1,64 (Тл)

ротора

F j = L j H j

L j - длина средней магнитной линии потока в ярме ротора:

L j = 2h j

h j - высота спинки ротора:

h j = - h П2 = - 31,8 = 13,7 (мм)

L j = 213,7 10 -3 = 0,027 (м)

B j =

h j - расчетная высота ярма ротора, м:

h j = = = 40,5 (мм)

B j = = 1,28 (Тл)

H j - напряженность поля, по таблице П1.6 при B j = 1,28 (Тл) H j = 307 (А/м)

F j = 0,027307 = 8,29 (А)

5. Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи на пару полюсов:

F Ц = F+F Z1 +F Z2 +F a +F j = 893,25+120+81,02+339,2+8,29= 1441,83 (A)

6. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

k = F Ц / F= 1441,83/893,25 = 1,6

7. Намагничивающий ток:

I = = = 7,3 (A)

относительное значение

I = I / I 1H = 7,3 / 28,06 = 0,26

Расчет параметров асинхронной машины для номинального режима

1. Активное сопротивление фазы обмотки статора:

r 1 = 115

115 - удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре, Омм. Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура равна 115 градусам. Для меди 115 = 10 -6 /41 Омм.

L 1 - общая длина эффективных проводников фазы обмотки статора, м:

L 1 = СР1 1

СР1 - средняя длина витка обмотки статора, м:

СР1 = 2(П1 + Л1)

П1 - длина пазовой части, П1 = 1 = 0,091 (м)

Л1 - лобовая часть катушки

Л1 = K Л b КТ +2В

K Л - коэффициент, значение которого берётся из таблицы 8.21: K Л = 1,2

В - длина вылета прямолинейной части катушки из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м. Принимаем В = 0,01.

b КТ - средняя ширина катушки, м:

b КТ = 1

1 - относительное укорочение шага обмотки статора, 1 = 1

b КТ = = 0,277 (м)

Л1 = 1,20,277+20,01 = 0,352 (м)

СР1 = 2(0,091+0,352) = 0,882 (м)

L 1 = 0,88296 = 84,67 (м)

r 1 = = 0,308 (Ом)

Длина вылета лобовой части катушки

ВЫЛ = K ВЫЛ b КТ +В = 0,260,277+0,01= 0,08202 (м)= 82,02 (мм) (90)

По таблице 8.21 K ВЫЛ = 0,26

Относительное значение

r 1 = r 1 = 0,308= 0,05

2. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

r 2 = r C +

r C - сопротивление стержня:

r C = 115

для литой алюминиевой обмотки ротора 115 = 10 -6 / 20,5 (Омм).

r C = = 22,210 -6 (Ом)

r КЛ - сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями

r КЛ = 115 = = 1,0110 -6 (Ом) (94)

r 2 = 22,210 -6 + = 47,110 -6 (Ом)

Приводим r 2 к числу витков обмотки статора:

r 2 = r 2 = 47,110 -6 = 0,170 (Ом) (95)

Относительное значение:

r 2 = r 2 = 0,170= 0,02168 0,022

3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

х 1 = 15,8(П1 + Л1 + Д1) , где (96)

П1 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:

П1 =

h 2 = h 1 - 2b ИЗ = 20,45 - 20,4 = 19,65 (мм)

b 1 = 8,66 (мм)

h K = 0,5(b 1 - b) = 0,5(8,66 - 4) = 2,33 (мм)

h 1 = 0 (проводники закреплены пазовой крышкой)

k = 1 ; k = 1 ; = = 0,091 (м)

П1 = = 1,4

Л1 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:

Л1 = 0,34(Л1 - 0,64) = 0,34(0,352 - 0,640,239)= 3,8

Д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

Д1 =

= 2k СК k - k O1 2 (1+ СК 2)

k = 1

СК = 0 , так как отсутствует скос пазов

k СК определяем по кривым рис. 8.51 ,д в зависимости от t 2 /t 1 и СК

= = 1,34 ; СК = 0 ; k СК = 1,4

= 21,41 - 0,957 2 1,34 2 = 1,15

Д1 = 1,15 = 1,43

х 1 = 15,8(1,4+3,8+1,43) = 0,731 (Ом)

Относительное значение

х 1 = х 1 = 0,731= 0,093

4. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

х 2 = 7,9 1 (П2 + Л2 + Д2 + СК)10 -6 (102)

П2 = k Д +

h 0 = h 1 +0,4b 2 = 17,5+0,45,5 = 19,7 (мм)

k Д = 1

П2 = = 3,08

Л2 = = = 1,4

Д2 =

= = = 1,004

так как при закрытых пазах Z 0

Д2 = = 1,5

х 2 = 7,9500,091(3,08+1,4+1,5)10 -6 = 21510 -6 (Ом)

Приводим х 2 к числу витков статора:

х 2 = х 2 = = 0,778 (Ом)

Относительное значение

х 2 = х 2 = 0,778= 0,099 (108)

Расчёт потерь мощности

1. Потери в стали основные:

P СТ. ОСН. = P 1,0/50 (k Да B a 2 m a +k ДZ B Z1 2 +m Z1)

P 1,0/50 - удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц. По табл. 8.26 для стали 2013 P 1,0/50 = 2,5 (Вт/кг)

m a - масса стали ярма статора, кг:

m a = (D a - h a)h a k C1 C =

= 3,14(0,272 - 0,0353)0,03530,0910,977,810 3 = 17,67 (кг)

С - удельная масса стали; в расчётах принимают С = 7,810 3 (кг/м 3)

m Z1 - масса стали зубцов статора, кг:

m Z1 = h Z1 b Z1 СР. Z 1 CT 1 k C 1 C =

= 24,710 -3 6,310 -3 360,0910,977,810 3 = 3,14 (кг) (111)

k Да и k ДZ - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов. Приближенно можно принять k Да = 1,6 и k ДZ = 1,8.

PСТ. ОСН. = 2,51(1,61,64217,67+1,81,93423,14) = 242,9 (Вт)

2. Поверхностные потери в роторе:

PПОВ2 = pПОВ2(t2 - bШ2)Z2СТ2

pПОВ2 - удельные поверхностные потери:

pПОВ2 = 0,5k02(B02t1103)2

B02 - амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора:

B02 = 02

02 зависит от соотношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору. 02 (при bШ1/ = 4/0,5 = 8 по рис. 8.53,б) = 0,375

k02 - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери. Примем k02 =1,5

B02 = 0,3571,180,739 = 0,331 (Тл)

pПОВ2 = 0,51,5(0,33114)2 = 568 (16,8 - 1,5)24 0,091 = 22,2 (Вт)

3. Пульсационные потери в зубцах ротора:

PПУЛ2 = 0,11mZ2

BПУЛ2 - амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов:

BПУЛ2 = BZ2

mZ2 - масса стали зубцов ротора, кг:

mZ2 = Z2hZ2bZ2СТ2kC2C =

= 2826,6510-39,110-30,0910,977,8103 = 3,59 (кг) (117)

BПУЛ2 = = 0,103 (Тл)

PПУЛ2 = 0,11= 33,9 (Вт)

4. Сумма добавочных потерь в стали:

PСТ. ДОБ. = PПОВ1+PПУЛ1+PПОВ2+PПУЛ2 = 22,2 + 33,9 = 56,1 (Вт

5. Полные потери в стали:

PСТ. = PСТ. ОСН. + PСТ. ДОБ. = 242,9 + 56,1 = 299 (Вт

6. Механические потери:

PМЕХ = KTDa4 = 0,2724 = 492,6 (Вт) (120)

Для двигателей с 2р=2 KT =1.

7. Холостой ход двигателя:

IХ. Х.

IХ.Х.а. =

PЭ1 Х.Х. = mI2r1 = 37,320,308 = 27,4 (Вт)

IХ.Х.а. = = 1,24 (А)

IХ.Х.Р. I = 7,3 (A)

IХ.Х. = = 7,405 (А)

cos хх = IX.X.a / IX.X. = 1,24/4,98 = 0,25

асинхронный трёхфазный двигатель короткозамкнутый ротор

Расчёт рабочих характеристик

1. Параметры:

r 12 = P СТ. ОСН. /(mI 2) = 242,9/(37,3 2) = 3,48 (Ом)

x 12 = U 1H /I - x 1 = 220/7,3 - 1,09 = 44,55 (Ом)

c 1 = 1+x 1 /x 12 = 1+0,731/44,55 = 1,024 (Ом)

= = =

= arctg 0,0067 = 0,38 (23) 1 o

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

I 0a = (P СТ. ОСН. +3I 2 r 1) / (3U 1H) = = 0,41 (A)

a = c 1 2 = 1,024 2 = 1,048

b = 0

a = c 1 r 1 = 1,0240,308 = 0,402 (Ом)

b = c 1 (x 1 +c 1 x 2) = 1,024(0.731+1,0241,12) = 2,51 (Ом)

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:

P СТ. +P МЕХ. = 299+492,6 = 791,6 (Вт)

	Расчётные формулы	Размерность	Скольжение S
	Z = (R 2 +X 2) 0,5
	I 1a = I 0a +I 2 cos 2
	I 1p = I 0p +I 2 sin 2
	I 1 = (I 1a 2 +I 1p 2) 0,5
	P 1 = 3U 1 I 1a 10 -3
	P Э 1 = 3I 1 2 r 1 10 -3
	P Э 2 = 3I 2 2 r 2 10 -3
	P ДОБ = 0,005P 1
	P=P СТ +Р МЕХ +P Э1 +Р Э2 +Р ДОБ

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Р2НОМ = 15 кВт; I0p = I = 7,3 A ; PСТ. +PМЕХ. = 791,6 Вт

U1НОМ = 220/380 В; r1 =0,308 Ом; r2 = 0,170 Ом

2р=2 ; I0a = 0,41 A ; c1 = 1,024 ; a = 1,048 ; b = 0 ;

a = 0,402 (Ом) ; b = 2,51 (Ом)

2. Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений

S = 0,005;0,01;0,015

0,02;0,025;0,03;0,035 , принимая предварительно, что SНОМ r2 = 0,03

Результаты расчёта сведены в табл. 1 . После построения рабочих характеристик (рис. 2) уточняем значение номинального скольжения: SН = 0,034.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Р2НОМ = 15 кВт cos НОМ = 0,891

U1НОМ = 220/380 В НОМ = 0,858

I1НОМ =28,5 А

Расчёт пусковых характеристик

Расчет токов с учётом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учёта влияния насы щения от полей рассеяния)

Подробный расчёт приведён для S = 1. Данные расчёта остальных точек сведены в табл. 2.

1. Активное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

= 2h C = 63,61h C = 63,610,0255= 1,62 (130)

расч = 115 о С; 115 = 10 -6 /20,5 (Омм) ; b C /b П =1 ; 1 = 50 Гц

h C = h П - (h Ш +h Ш) = 27,2 - (0,7+1) = 25,5 (мм)

- ”приведённая высота” стержня

по рис. 8.57 для = 1,62 находим = 0,43

h r = = = 0,0178 (м)= 17,8 (мм)

так как (0,510,5) 17,8 (17,5+0,510,5):

q r =

h r - глубина проникновения тока в стержень

q r - площадь сечения, ограниченного высотой h r

b r = = 6,91 (мм)

q r = = 152,5 (мм 2)

k r = q C /q r = 195,2 / 152,5 = 1,28 (135)

K R = = 1,13

r С = r C = 22,210 -6 (Ом)

r 2 = 47,110 -6 (Ом)

Приведённое сопротивление ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

r 2 = K R r 2 = 1,130,235 = 0,265 (Ом)

2. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

для = 1,62 = kД = 0,86

KX = (П2 +Л2 +Д2)/(П2 +Л2 +Д2)

П2 = П2 - П2

П2 = П2(1- kД) = =

= = 0,13

П2 = 3,08 - 0,13 = 2,95

KX = = 0,98

x2 = KXx2 = 0,980,778 = 0,762 (Ом)

3. Пусковые параметры:

Индуктивное сопротивление взаимной индукции

х 12П = k x 12 = 1,644,55 = 80,19 (Ом) (142)

с 1П = 1+х 1 /х 12П = 1+1,1/80,19 = 1,013 (143)

4. Расчёт токов с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

R П = r 1 +c 1 П r 2 /s = 0,308+1,0130,265 = 0,661 (Ом)

	Расчётные формулы	Размерность	Скольжение S
	63,61h C S 0,5
	K R =1+(r C /r 2)(k r - 1)
	R П = r 1 +c 1 П r 2 /s
	X П = x 1 +c 1П x 2
	I 2 = U 1 / (R П 2 +X П 2) 0,5
	I 1 = I 2 (R П 2 + +(X П +x 12 П) 2) 0,5 /(c 1 П x 12 П)

Таблица 2 . Расчёт токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом влияния эффекта вытеснения тока

Р2НОМ = 15 кВт; U1 = 220/380 B ; 2р=2 ; I1НОМ = 28,5 А;

r2 = 0,170 Ом; х12П = 80,19 Ом; с1П = 1,013 ; SНОМ = 0,034

XП = х1 + с1Пх2 = 0,731+1,0130,762 = 1,5 (Ом)

I2 = U1 / (RП2+ХП2)0,5= 220/(0,6612+1,52)0,5= 137,9 (A)

I1 = I2 (RП2+(ХП+х12П)2)0,5/ (c1Пх12П)=

=137,9(0,6612+(1,5+80,19)2)0,5/(1,01380,19)= 140,8 (A)

Расчет пусковых характеристик с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчёт проводим для точек характеристик, соответствующих S=1; 0,8 ; 0,5 ;

0,2 ; 0,1 , при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учётом влияния вытеснения тока.

Данные расчёта сведены в табл. 3. Подробный расчёт приведён для S=1.

1. Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем k НАС =1,35:

Средняя МДС обмотки, отнесённая к одному пазу обмотки статора:

F П. СР. = = = 3916,4 (А)

C N = = 1,043

Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:

B Ф =(F П. СР. /(1,6С N))10 -6 =(3916,410 -6)/(1,60,810 -3 1,043)=5,27(Тл)

для B Ф = 5,27 (Тл) находим к = 0,47

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения:

сЭ1 = (t1 - bШ1)(1 - к) = (14 - 4)(1 - 0,47) = 6,36

П1 НАС. =((hШ1 +0,58hK)/bШ1)(сЭ1/(сЭ1+1,5bШ1))

hK = (b1 - bШ1)/2 = (10,5 - 4)/2 = 3,25 (153)

П1 НАС. =

П1 НАС. = П1 - П1 НАС. = 1,4 - 0,37 = 1,03

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

Д1 НАС. = Д1к = 1,430,47 = 0,672

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учётом влияния насыщения:

х1 НАС. = (х11 НАС.)/ 1 = = 0,607 (Ом)

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

П2. НАС. = (hШ2/bШ2)/(cЭ2/(сЭ2+bШ2))

сЭ2 = (t2 - bШ2)(1 - к) = (16,8 - 1,5)(1 - 0,47) =10,6

hШ2 = hШ +hШ = 1+0,7 = 1,7 (мм)

П2. НАС. =

П2. НАС. = П2 - П2. НАС. = 2,95 - 0,99 = 1,96

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения:

Д2. НАС. = Д2к = 1,50,47 = 0,705

Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:

х2 НАС = (х22 НАС.)/ 2 = = 0,529 (Ом)

с1П. НАС. = 1+ (х1 НАС. /х12 П) = 1+(0,85/80,19) = 1,011

	Расчётные формулы	Размерность	Скольжение S
	BФ =(FП.СР.10-6) / (1,6CN)
	сЭ1 = (t1 - bШ1)(1 - к)
	П1 НАС. = П1 - П1 НАС.
	Д1 НАС. = к Д1
	х1 НАС. = х11 НАС. / 1
	c1П. НАС. = 1+х1 НАС. / х12П
	сЭ2 = (t2 - bШ2)(1 - к)
	П2 НАС. = П2 - П2 НАС.
	Д2 НАС. = к Д2
	х2 НАС. = х22 НАС. /2
	RП. НАС. = r1+c1П. НАС. r2/s
	XП.НАС=х1НАС.+с1П.НАС.х2НАС
	I2НАС=U1/(RП.НАС2+ХП.НАС2)0,5
	I1 НАС=I2 НАС (RП.НАС2+(ХП. НАС+ х12П) 2) 0,5/(c1П. НАСх12П)
	kНАС. = I1 НАС. /I1
	I1 = I1 НАС. /I1 НОМ
	М = (I2НАС/I2НОМ)2КR(sHОМ/s)

Таблица 3 . Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Р2НОМ = 15 кВт; U1 = 220/380 B ; 2р=2 ; I1НОМ = 28,06 А;

I2НОМ = 27,9 А; х1 = 0,731 Ом; х2 = 0,778 Ом; r1 = 0,308 Ом;

r2 = 0,170 Ом; х12П = 80,19 Ом; СN = 1,043 ; SНОМ = 0,034

2. Расчёт токов и моментов

RП. НАС. = r1+c1П. НАС. r2/s = 0,393+1,0110,265 = 0,661 (Ом) (165)

XП.НАС.=х1НАС.+с1П.НАС.х2НАС. = 1,385 (Ом) (166)

I2НАС.=U1/(RП.НАС2+ХП.НАС2)0,5= 220/(0,6612+1,3852)0,5= 187,6 (A)

I1 НАС. = I2НАС.= = 190,8 (A) (168)

IП = = 6,8

M = = = 1,75

kНАС. = I1 НАС. /I1 = 190,8/140,8 = 1,355

kНАС. отличается от принятого kНАС. = 1,35 менее чем на 3%.

Для расчёта других точек характеристики задаёмся kНАС. , уменьшенным в зависимости от тока I1 . Принимаем при:

s = 0,8 kНАС. = 1,3

s = 0,5 kНАС. = 1,2

s = 0,2 kНАС. = 1,1

s = 0,1 kНАС. = 1,05

Данные расчёта сведены в табл. 3 , а пусковые характеристики представлены на рис. 3 .

3. Критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений х1 НАС. и х2 НАС. , соответствующим скольжениям s = 0,2 0,1:

sКР = r2 / (x1 НАС. /c1П НАС. +x2 НАС) = 0,265/(1,085/1,0135+1,225)=0,12

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (и cos) , так и по пусковым характеристикам.

Тепловой расчёт

1. Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:

пов1 =

PЭ. П1 - электрические потери в пазовой части обмотки статора

PЭ. П1= kPЭ1= = 221,5 (Вт)

PЭ1 = 1026 Вт (из табл.1 при s = sНОМ)

k = 1,07 (для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F)

K = 0,22 (по табл. 8.33)

1 - коэффициент теплоотдачи с поверхности; 1 = 152 (Вт/м 2 С)

пов1 =

2. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

из. п1 =

П П1 = 2h ПК +b 1 +b 2 = 220,45+8,66+11,75 = 66,2 (мм) = 0,0662 (м)

ЭКВ - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции, для класса нагревостойкости F ЭКВ = 0,16 Вт/(мС)

ЭКВ - среднее значение коэффициента теплопроводности, по рис. 8.72 при

d/d ИЗ = 1,32/1,405 = 0,94 ЭКВ = 1,3 Вт/(м 2 С)

из. п1 = = 3,87 (С)

3. Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

из. л1=

PЭ. Л1 - эл. потери в лобовой части обмотки статора

PЭ. Л1 = kPЭ1= = 876 (Вт)

ПЛ1 = ПП1 = 0,0662 (м)

bИЗ. Л1 МАХ =0,05

из. л1= = 1,02 (С)

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

пов. л1 = = 16,19 (С)

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

1 = =

= = 24,7 (С)

6. Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

В =

P В - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя:

P В = P - (1 - K)(P Э. П1 +P СТ. ОСН.) - 0,9P МЕХ

P - сумма всех потерь в двигателе при номинальном режиме:

P = P +(k - 1)(PЭ1+PЭ2) = 2255+(1,07 - 1)(1026+550) = 2365 (Вт)

PВ = 2365 - (1 - 0,22)(221,5+242,9) - 0,9492,6 = 1559 (Вт)

SКОР - эквивалентная поверхность охлаждения корпуса:

SКОР = (Da+8ПР)(+2ВЫЛ1)

ПР - условный периметр поперечного сечения рёбер корпуса двигателя, для h = 160 мм ПР = 0,32 .

В - среднее значение коэффициента подогрева воздуха, по рис. 8.70,б

В = 20 Вт/м2С.

SКОР = (3,140,272+80,32)(0,091+282,0210-3) = 0,96 (м2)

В = 1559/(0,9620) = 73,6 (C)

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

1 = 1 +В = 24,7+73,6 = 98,3 (С)

8. Проверка условий охлаждения двигателя:

Требуемый для охлаждения расход воздуха

В =

km = = 9,43

Для двигателей с 2р=2 m= 3,3

В = = 0,27 (м3/с)

Расход воздуха,обеспечиваемый наружным вентилятором

В = = 0,36 (м3/c)

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах.

Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Вывод

Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.

Список использованной литературы

1. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин” М.: «Энергоатомиздат» , 1993г. ч.1,2.

2. И.П. Копылов “Проектирование электрических машин” М. : “Энергия” , 1980г.

3. А.И. Вольдек “Электрические машины” Л.: “Энергия” , 1978г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

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


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


Определение главных размеров электродвигателя. Расчёт обмотки, паза и ярма статора. Параметры двигателя для рабочего режима. Расчёт магнитной цепи злектродвигателя, постоянных потерь мощности. Расчёт начального пускового тока и максимального момента.

курсовая работа , добавлен 27.06.2016


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 параметров обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М. Клосса и в режиме динамического торможения.

курсовая работа , добавлен 23.11.2010


Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Размеры короткозамыкающего кольца, овальных закрытых пазов и магнитной цепи. Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя. Расчет параметров номинального режима работы.

курсовая работа , добавлен 23.02.2014


Размеры, конфигурация, материал магнитной цепи трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами. Тепловой и вентиляционный расчеты, расчет массы и динамического момента инерции.

курсовая работа , добавлен 22.03.2018


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


Режим электромагнитного тормоза асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (противовключение): механические характеристики режима динамического торможения, принципа действия схемы торможения АД: порядок ее работы и назначение органов управления.

лабораторная работа , добавлен 01.12.2011


Электромагнитный расчет трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров, определение числа пазов статора и сечения провода обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны статора, ротора, намагничивающего тока.

ФГБОУ ВПО «Югорский государственный университет»

Кафедра «Энергетика»

Карминская Т.Д., Ковалёв В.З., Беспалов А.В, Щербаков А.Г.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Учебное пособие

для выполнения курсового проектирования по

дисциплине «Электрические машины»

для бакалавров, обучающихся по

направлению подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Ханты-Мансийск 2013

В данном учебном пособии описывается методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, которая необходима для выполнения задания по курсовому проектированию. В ходе выполнения курсового проектирования решаются такие задачи как выбор главных размеров двигателя, расчёт параметров и магнитной системы обмотки статора, расчёт параметров и магнитной системы обмотки ротора, определение параметров схемы замещения и построение механической и рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Учебное пособие составлено в соответствие с рабочими программами курсов «Электрические машины» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника». Оно может быть полезно студентам других электрических и электромеханических направлений и специальностей, а также специалистам, занимающимся исследованиями, проектированием и эксплуатацией асинхронных машин различного назначения.

Введение

Исходные данные для проектирования

Варианты заданий для проектирования

Глава 1. Методика проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

1.1. Выбор главных размеров двигателя.

1.2. Расчёт параметров обмотки статора

1.3. Расчёт параметров воздушного зазора

1.4. Расчёт параметров обмотки ротора.

1.5. Расчёт тока намагничивания

1.6. Расчёт параметров рабочего режима двигателя

1.7. Расчёт активных потерь в двигателе

1.8. Расчёт рабочих характеристик двигателя

1.9. Расчет пусковых характеристик.

Глава 2. Применение эвм для проектирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2.1. Описание программы «АД–КП»

2.2. Пример применения программы «АД – КП»

Заключение

ПРИЛОЖЕНИЯ

Список литературы

Введение.

Асинхронная машина – бесколлекторная машина переменного тока, у которой отношение частоты вращения ротора к частоте тока в цепи, к которой машина подключена, зависит от нагрузок. Как любая электрическая машина, асинхронная машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать как в двигательном, так и генераторном режимах. Однако на практике наибольшее распространение получил двигательный режим работы машины. На сегодняшний день асинхронный двигатель является основным двигателем большинства механизмов и машин. Более 60 % всей вырабатываемой электрической энергии потребляется электрическими машинами, при этом значительную долю в этом потреблении (примерно 75 %) составляют асинхронные двигатели. Достаточно широкое распространение асинхронные двигатели получили благодаря следующим своим достоинствам: небольшие габаритные размеры, простота конструкции, высокая надёжность, высокое значение КПД, относительно низкая стоимость. К недостаткам асинхронного двигателя относят: трудности при регулировании скорости вращения, большие пусковые токи, низкое значение коэффициента мощности при работе машины в режиме близком к холостому ходу. Первый и второй из недостатков могут быть компенсированы применением преобразователей частоты, использование которых расширило область применения асинхронных машин. Благодаря преобразователям частоты асинхронный двигатель широко внедряется в области, где традиционно использовались другие виды электрических машин, прежде всего машины постоянного тока.

Поскольку существующим асинхронным двигателям свойственны ряд недостатков со временем постоянно разрабатываются новые серии асинхронных двигателей, имеющих более высокие технико-экономические показатели по сравнению с предыдущими сериями асинхронных двигателей, лучшие по качественным показателям рабочие и механические характеристики. Кроме этого, часто возникают потребности в разработке и модернизации асинхронных двигателей специального исполнения. К таким двигателям можно отнести:

погружные асинхронные двигатели (ПЭД) применяемые для привода установок электроцентробежных насосов (УЭЦН). Особенность конструкции таких двигателей – ограниченность в размерах наружного диаметра, размеры которого заданы диаметром насосно-компрессорной трубы, в которой двигатель располагается. Кроме этого, двигатель эксплуатируется при достаточно высоких температурах, что приводит к снижению его развиваемой мощности. Указанные обстоятельства требуют разработки специальной конструкции асинхронных двигателей;

двигатели, работающие совместно с частотными преобразователями, которые выполняют функции их регулирования. Поскольку преобразователи частоты приводят к генерации целого спектра гармонических составляющих в кривой напряжения питания двигателя, наличие гармонических составляющих приводит к появлению дополнительных потерь в двигателе и снижению его КПД ниже номинального. Конструкция асинхронного двигателя, работающего совместно с преобразователями частоты должна учитывать данную особенность и наличие в кривой напряжения питания высших гармоник не должно приводить к дополнительным потерям мощности.

Указанный список асинхронных двигателей специального исполнения может быть продолжен, и отсюда можно сделать следующие выводы:

существует необходимость в разработке новых серий асинхронных двигателей;

существует необходимость в освоении существующих методик проектирования асинхронных двигателей для решения указанной выше задачи;

существует необходимость в разработке новых методик проектирования асинхронных двигателей, позволяющих при меньших затратах времени на проектирование разрабатывать новую серию асинхронных двигателей с лучшими технико-экономическими показателями.

Цель выполнения задания на курсовое проектирование – разработка асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющего заданные параметры, на основе существующей и широко применяемой на практике методике проектирования асинхронных двигателей.

Исходные данные для проектирования.

Разрабатываемый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором должен иметь следующие паспортные данные:

Номинальное (фазное) напряжение питания U 1нф, В;

Частота напряжения питания сети f 1 , Гц;

Число фаз напряжения питания m 1

Номинальная мощность Р 2 , кВт;

Синхронная скорость вращения n 1 , об/мин;

Номинальное значение КПД η (не менее), отн. ед.;

Номинальное значение коэффициента мощности cos(φ) (не менее), отн. ед.;

Конструктивное исполнение;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды;

В ходе выполнение курсового проектирования необходимо спроектировать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеющий указанные паспортные данные, и сравнить основные показатели полученного асинхронного двигателя с показателями аналогичного двигателя, выпускаемого промышленностью (в качестве аналогов рассматривать асинхронные двигатели серии АИР, паспортные данные которых приводятся в ПРИЛОЖЕНИИ 1)

Результаты расчёта оформить в виде пояснительной записки.

Выполнить чертёж разработанного асинхронного двигателя и представить его на формате А1.

Примечание: данное учебное пособие по курсовому проектированию выполнено в виде рабочей тетради, которая может служить образцом для оформления расчётов в виде пояснительной записки. В ней приводится так же пример расчёта асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, имеющем следующие исходные данные:

					n 1 , об/мин	не менее	Cos(φ), о.е. не менее

Конструктивное исполнение – IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды – IP44;

Варианты заданий для проектирования.

Номер варианта	Исходные данные для проектирования
		n 1 , об/мин		не менее

Для всех вариантов задания одинаковые значения имеют следующие паспортные данные проектируемых двигателей:

Напряжение питания (фазное значение) U 1фн, В – 220;

Частота питающего напряжения f 1 , Гц – 50;

Число фаз напряжения питания m 1 – 3;

Конструктивное исполнение IM1001;

Исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды IP44;

Подробности Опубликовано 27.12.2019

Дорогие читатели! Коллектив библиотеки поздравляет вас с Новым годом и Рождеством! От всей души желаем счастья, любви, здоровья, успехов и радости вам и вашим семьям!
Пусть грядущий год подарит вам благополучие, взаимопонимание, гармонию и хорошее настроение.
Удачи, процветания и исполнения самых заветных желаний в новом году!

Тестовый доступ к ЭБС Ibooks.ru

Подробности Опубликовано 03.12.2019

Уважаемые читатели! До 31.12.2019 нашему университету предоставлен тестовый доступ к ЭБС Ibooks.ru , где вы сможете ознакомиться с любой книгой в режиме полнотекстового чтения. Доступ возможен со всех компьютеров сети университета. Для получения удалённого доступа необходима регистрация.

«Генрих Осипович Графтио - к 150 - летию со дня рождения»

Подробности Опубликовано 02.12.2019

Уважаемые читатели! В разделе "Виртуальные выставки" размещена новая виртуальная выставка «Генрих Осипович Графтио». В 2019 году исполняется 150 лет со дня рождения Генриха Осиповича - одного из основателей гидроэнергетической отрасли нашей страны. Ученый-энциклопедист, талантливый инженер и выдающийся организатор, Генрих Осипович внес огромный вклад в развитие отечественной энергетики.

Выставка подготовлена сотрудниками отдела научной литературы библиотеки. На выставке представлены труды Генриха Осиповича из фонда истории ЛЭТИ и публикации о нём.

Ознакомиться с выставкой Вы можете

Тестовый доступ к Электронно-библиотечной системе IPRbooks

Подробности Опубликовано 11.11.2019

Уважаемые читатели! C 08.11.2019 г. по 31.12.2019 г. нашему университету предоставлен бесплатный тестовый доступ к крупнейшей российской полнотекстовой базе данных - Электронно-библиотечной системе IPR BOOKS . ЭБС IPR BOOKS содержит более 130 000 изданий, из которых более 50 000 - уникальные учебные и научные издания. На платформе Вам доступны актуальные книги, которые невозможно найти в открытом доступе в сети Интернет.

Доступ возможен со всех компьютеров сети университета.

Для получения удаленного доступа необходимо обратиться в отдел электронных ресурсов (ауд. 1247) к администратору ВЧЗ Склеймовой Полине Юрьевне или по электронной почте [email protected] с темой "Регистрация в IPRbooks".

Архангельский государственный технический университет

Кафедра электротехники и энергетических систем

Факультет ПЭ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине

"Электрические аппараты и машины"

На тему "Проектирование асинхронного двигателя"

Корельский Вадим Сергеевич

Руководитель проекта

Ст. преподаватель Н.Б. Баланцева

Архангельск 2010

на проект трехфазного асинхронного двигателя c короткозамкнутым ротором

Выдано студенту III курса 1 группы факультета ОСП-ПЭ

Выполнить расчет и конструктивную разработку асинхронного двигателя со следующими данными:

Мощность Р н, кВт ……………………………………………..………… 15

Напряжение U н, В ……………………………………………….… 220/380

Частота вращения n, мин -1 (об/мин) ………………………………… 1465

Кпд двигателя η …………………………………………...………… 88,5%

Коэффициент мощности cos φ ……………………………..………… 0,88

Частота тока f, Гц …………………………………………………..…… 50

Кратность пускового тока I п /I н ………………………………………… 7,0

Кратность пускового момента М п /М н ………………………………… 1,4

Кратность максимального момента М макс /М н ………………………… 2,3

Конструкция ……………………………………………..………… IМ1001

Режим работы ………………………………………………… длительный

Дополнительные требования..…………………… двигатель 4А160S4У3

Задание выдано " … " ……………….. 2009 г.

Руководитель проекта…………………………

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

2. РАСЧЁТ СТАТОРА

2.1 Определение , и площади поперечного сечения провода обмотки статора

2.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

3. РАСЧЁТ РОТОРА

4. РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

5. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

6. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ

7. РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

8. РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

8.1 Расчет токов с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

8.2 Расчёт пусковых характеристик с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

9. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

Корельский В.С. Проектирование асинхронного электрического двигателя. Руководитель – старший преподаватель Баланцева Н.Б.

Курсовой проект. Пояснительная записка объёмом 49 страница содержит 7 рисунков, 3 таблицы, 2 источника, графическую часть на формате А1.

Ключевые слова: асинхронный электрический двигатель, статор, ротор.

Цель курсового проекта – приобретение практических навыков в проектировании электрических аппаратов.

На основании списка источников и технического задания выбраны главные размеры, рассчитана обмотка статора, ротор, магнитная цепь асинхронного двигателя серии 4А исполнения по степени защиты IP44, с короткозамкнутым ротором с чугунными станиной и подшипниковыми щитами, с высотой оси вращения 160 мм, с меньшим установочным размером по длине станины (S), двух полюсной (

), климатического исполнения У, категории размещения 3. Также вычислены параметры рабочего режима, потери, рабочие и пусковые характеристики без учёта и с учётом насыщения. Проведён тепловой расчёт.

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

1.1 Согласно таблице 9.8 (стр. 344) при высоте оси вращения

мм. принимаем внешний диаметр статора , м м

1.2 Принимая, что размеры пазов не зависят от числа полюсов машины, получим приближенное выражение внутреннего диаметра статора, м.

, (1)

где K D – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметров сердечника статора асинхронной машины серии 4А. При числе полюсов p =4, по таблице 9.9 ; принимаем K D = 0,68

1.3 Полюсное деление

, м (2) м

1.4 Расчетная мощность, ВА.

, (3)

где P 2 – мощность на валу двигателя, P 2 =15∙10 3 Вт;

k E – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое приближенно определяем по рис. 9.20 Принимаем

k E = 0,975;

1.5 Электромагнитные нагрузки предварительно определяем по рис 9.22б, (стр. 346 ), в зависимости от высоты оси вращения h = 160 мм и степени защиты двигателя IP44 откуда

А/м, Тл

1.6 Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки при 2р =4) принимаем

1.7 Расчетная длина магнитопровода l δ , м

, (4) - коэффициент формы поля (принимаем предварительно) , ; - синхронная угловая частота двигателя, рад/с; (5) рад/с, м

1.8 Значение отношения

. Критерий правильности выбора главных размеров - отношение расчетной длины магнитопровода к полюсному делению (6) находится в допустимых пределах (рис. 9.25 а стр. 348 )

2. РАСЧЁТ СТАТОРА

2.1 Определение

, и площади поперечного сечения провода обмотки статора

1.1 Предельные значения зубцового деления статора

, мм, определяем согласно рисунку 9.26 мм; мм.

2.1.2 Число пазов статора

, определяем по формулам (7) ,

Принимаем Z 1 =48, тогда число пазов на полюс и фазу:

(8)
является целым числом. Обмотка однослойная.

2.1.3 Зубцовое деление статора (окончательно)

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

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:

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

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, , ,