Архангельський державний технічний університет

Кафедра електротехніки та енергетичних систем

Факультет ПЕ

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

З дисципліни

"Електричні апарати та машини"

На тему "Проектування асинхронного двигуна"

Корельський Вадим Сергійович

Керівник проекту

Ст. викладач Н.Б. Баланцева

Архангельськ 2010

на проект трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

Видано студенту ІІІ курсу 1 групи факультету ОСП-ПЕ

Виконати розрахунок та конструктивну розробку асинхронного двигуна з такими даними:

Потужність Р н, кВт ……………………………………………..………… 15

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

Частота обертання n, хв -1 (про/хв) ………………………………… 1465

ККД двигуна η …………………………………………...………… 88,5%

Коефіцієнт потужності cos φ ……………………………..………… 0,88

Частота струму f, Гц …………………………………………………..…… 50

Кратність пускового струму I п /I н ………………………………………… 7,0

Кратність пускового моменту М п /М н ………………………………… 1,4

Кратність максимального моменту М макс /М н ………………………… 2,3

Конструкція ……………………………………………..………… IМ1001

Режим роботи ………………………………………………… тривалий

Додаткові вимоги..…………………… двигун 4А160S4У3

Завдання видано "…" ……………….. 2009 р.

Керівник проекту…………………………

1. ВИБІР ГОЛОВНИХ РОЗМІРІВ

2. РОЗРАХУНОК СТАТОРА

2.1 Визначення , та площі поперечного перерізу дроту обмотки статора

2.2 Розрахунок розмірів зубцевої зони статора та повітряного зазору

3. РОЗРАХУНОК РОТОРА

4. РОЗРАХУНОК МАГНІТНОГО ЛАНЦЮГУ

5. ПАРАМЕТРИ РОБОЧОГО РЕЖИМУ

6. РОЗРАХУНОК Втрат

7. РОЗРАХУНОК РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГУНА

8. РОЗРАХУНОК ПУСКОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГУНА

8.1 Розрахунок струмів з урахуванням впливу витіснення струму та насичення від полів розсіювання

8.2 Розрахунок пускових характеристик з урахуванням впливу витіснення струму та насичення від полів розсіювання

9. ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛОВ

Корельський В.С. Проектування електричного асинхронного двигуна. Керівник старший викладач Баланцева Н.Б.

Курсовий проект. Пояснювальна записка обсягом 49 сторінка містить 7 малюнків, 3 таблиці, 2 джерела, графічну частину формату А1.

Ключові словаКабіна: асинхронний електричний двигун, статор, ротор.

Мета курсового проекту – набуття практичних навичок у проектуванні електричних апаратів.

На підставі списку джерел та технічного завданняобрані головні розміри, розрахована обмотка статора, ротор, магнітний ланцюг асинхронного двигуна серії 4А виконання за ступенем захисту IP44, з короткозамкненим ротором з чавунними станиною та підшипниковими щитами, з висотою осі обертання 160 мм, з меншим установочним розміром двох полюсних (

), кліматичного виконання У, категорії розміщення 3. Також обчислені параметри робочого режиму, втрати, робочі та пускові характеристики без урахування та з урахуванням насичення. Проведено тепловий розрахунок.

1. ВИБІР ГОЛОВНИХ РОЗМІРІВ

1.1 Згідно з таблицею 9.8 (стор. 344) при висоті осі обертання

мм. приймаємо зовнішній діаметр статора, м м

1.2 Приймаючи, що розміри пазів не залежать від кількості полюсів машини, отримаємо наближений вираз внутрішнього статора, м.м.

, (1)

де K D – коефіцієнт, що характеризує відношення внутрішнього та зовнішнього діаметрів сердечника статора асинхронної машини серії 4А. При числі полюсів p=4, за таблицею 9.9; приймаємо K D = 0,68

1.3 Полюсний поділ

, м (2) м

1.4 Розрахункова потужність, ВА.

, (3)

де P 2 – потужність на валу двигуна, P 2 = 15 · 10 3 Вт;

k E – відношення ЕРС обмотки статора до номінальної напруги, яку приблизно визначаємо за рис. 9.20 Приймаємо

k E = 0,975;

1.5 Електромагнітні навантаження попередньо визначаємо за рис. 9.22 б,(стор. 346), залежно від висоти осі обертання h= 160 мм та ступеня захисту двигуна IP44 звідки

А/м, Тл

1.6 Обмотувальний коефіцієнт (попередньо для одношарової обмотки при 2р = 4) приймаємо

1.7 Розрахункова довжина магнітопроводу l δ, м

, (4) - коефіцієнт форми поля (приймаємо попередньо); - синхронна кутова частота двигуна, рад/с; (5) рад/с, м

1.8 Значення відносин

. Критерій правильності вибору основних розмірів - відношення розрахункової довжини магнітопроводу до полюсного поділу (6) знаходиться в допустимих межах (рис. 9.25 а стор. 348)

2. РОЗРАХУНОК СТАТОРА

2.1 Визначення

, та площі поперечного перерізу дроту обмотки статора

1.1 Граничні значення зубцевого поділу статора

, мм, визначаємо згідно з малюнком 9.26 мм; мм.

2.1.2 Число пазів статора

, Визначаємо за формулами (7) ,

Приймаємо Z 1 =48, тоді число пазів на полюс та фазу:

(8)
є цілим числом. Обмотка одношарова.

2.1.3 Зубцове поділ статора (остаточно)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

РЕСПУБЛІКИ КАЗАХСТАН

Північно-Казахстанський державний університет ім. М. Козибаєва

Факультет енергетики та машинобудування

Кафедра енергетики та приладобудування

КУРСОВА РОБОТА

На тему: "Проектування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором"

з дисципліни – «Електричні машини»

Виконав Калантирьов

Науковий керівник

д.т.н., проф. Н.В. Шатковська

Петропавловськ 2010

Вступ

1. Вибір основних розмірів

2. Визначення кількості пазів статора, витків у фазі обмотки перерізу дроту обмотки статора

4. Розрахунок ротора

5. Розрахунок магнітного ланцюга

6. Параметри робочого режиму

7. Розрахунок втрат

9. Тепловий розрахунок

Додаток А

Висновок

Список літератури

Вступ

Асинхронні двигуни є основними перетворювачами електричної енергії в механічну та становлять основу електроприводу більшості механізмів. Серія 4А охоплює діапазон номінальних потужностей від 0,06 до 400 кВт та має 17 висот осі обертання від 50 до 355 мм.

У цьому курсовому проекті розглядається наступний двигун:

Виконання за рівнем захисту: IP23;

Спосіб охолодження: IС0141.

Конструктивне виконання за способом монтажу: IM1081 – за першою цифрою – двигун на лапах з підшипниковими щитами; за другою та третьою цифрами – з горизонтальним розташуванням вала та нижнім розташуванням лап; по четвертій цифрі – з одним циліндричним кінцем валу.

Кліматичні умови роботи: У3 – за буквою – для помірного клімату; за цифрою – для розміщення в закритих приміщеннях з природною вентиляцією без штучно регульованих кліматичних умов, де коливання температури та вологості повітря, впливу піску та пилу, сонячної радіації істотно менше, ніж на відкритому повітрі кам'яні, бетонні, дерев'яні та інші приміщення, що не опалюються.

1. Вибір основних розмірів

1.1 Визначимо кількість пар полюсів:

Тоді число полюсів.

1.2 Визначимо висоту осі обертання графічно: за малюнком 9.18, б відповідно до таблиці 9.8 визначимо відповідний осі обертання зовнішній діаметр .

1.3 Внутрішній діаметр статора, обчислимо за формулою:

де - Коефіцієнт визначається за таблицею 9.9.

При лежить у проміжку: .

Виберемо значення , тоді

1.4 Визначимо полюсне поділ:

(1.3)

1.5 Визначимо розрахункову потужність , Вт:

, (1.4)

де - Потужність на валу двигуна, Вт;

– відношення ЕРС обмотки статора до номінальної напруги, яка може бути приблизно визначена за малюнком 9.20. При і .

Наближені значення та візьмемо за кривими, побудованими за даними двигунів серії 4А. малюнок 9.21, ст. При кВт і , ,

1.6 Електромагнітні навантаження А та В d визначимо графічно по кривих малюнок 9.23, б. При кВт та , , Тл.

1.7 Обмотковий коефіцієнт. Для двошарових обмоток при 2р>2 слід приймати = 0,91-0,92. Приймемо.

1.8 Визначимо синхронну кутову швидкість валу двигуна W:

де – синхронна частота обертання.

1.9 Розрахуємо довжину повітряного зазору:

, (1.6)

де – коефіцієнт форми поля. .

1.10 Критерієм правильності вибору основних розмірів D і є відношення , яке має знаходитися в допустимих межах малюнок 9.25, б.

. Значення l лежить у рекомендованих межах, отже основні розміри визначено правильно.

2. Визначення кількості пазів статора, витків у фазі обмотки та перерізу дроту обмотки статора

2.1 Визначимо граничні значення: t 1 max та t 1 min малюнок 9.26. При і , , .

2.2 Число пазів статора:

, (2.1)

(2.2)

Остаточно число пазів має бути кратним значенню числа пазів на полюс та фазу: q. Приймемо тоді

, (2.3)

де m – число фаз.

2.3 Остаточно визначаємо зубцеве поділ статора:

(2.4)

2.4 Попередній струм обмотки статора

2.5 Число ефективних провідників у пазу (за умови):

(2.6)

2.6 Приймаємо число паралельних гілок, тоді

(2.7)

2.7 Остаточне число витків у фазі обмотки та магнітний потік:

, (2.8)

2.8 Визначимо значення електричних та магнітних навантажень:

(2.11)

Значення електричного та магнітного навантаження незначно відрізняються від вибраних графічно.

2.9 Вибір допустимої щільності струму здійснюється з урахуванням лінійного навантаження двигуна:

де - Нагрів пазової частини обмотки статора, визначимо графічно малюнок 9.27, д. При .

2.10 Розрахуємо площу перерізу ефективних провідників:

(2.13)

Приймаємо тоді таблиця П-3.1 , , .

2.11 Остаточно визначимо щільність струму в статорній обмотці:

3. Розрахунок розмірів зубцевої зони статора та повітряного зазору

3.1 Попередньо виберемо електромагнітні індукції в ярмі статора B Z 1 та в зубцях статора B a . При таблиці 9.12, а.

3.2 Виберемо марку сталі 2013 таблиця 9.13 та коефіцієнт заповнення сталлю магнітопроводів статора та ротора.

3.3 За вибраними індукціями визначимо висоту ярма статора та мінімальну ширину зубця

3.4 Підберемо висоту шліцю та ширину шліцю напівзакритого паза. Для двигунів з висотою осі, мм. Ширину шліцю виберемо з таблиці 9.16. При і .

3.5 Визначимо розміри паза:

висоту паза:

розміри паза в штампі та:

Виберемо, тоді

висоту клинової частини паза:

Малюнок 3.1. Паз спроектованого двигуна з короткозамкненим ротором

3.6 Визначимо розміри паза у світлі з урахуванням припусків на шихтівку та складання сердечників: і , таблиця 9.14:

ширину, і :

і висоту:

Визначимо площу поперечного перерізу корпусної ізоляції в пазу:

де - одностороння товщина ізоляції в пазу;

Розрахуємо площу поперечного перерізу прокладок до пазу:

Визначимо площу поперечного перерізу паза для розміщення провідників:

3.7 Критерієм правильності вибраних розмірів служить коефіцієнт заповнення паза, який приблизно дорівнює .

, (3.13)

таким чином, вибрані значення вірні.

4. Розрахунок ротора

4.1 Виберемо висоту повітряного зазору d графічно на малюнок 9.31. При і .

4.2 Зовнішній діаметр короткозамкнутого ротора:

4.3 Довжина ротора дорівнює довжині повітряного зазору: , .

4.4 Число пазів виберемо з таблиці 9.18 .

4.5 Визначаємо величину зубцевого поділу ротора:

(4.2)

4.6 Значення коефіцієнта k B для розрахунку діаметра валу визначимо з таблиці 9.19. При і .

Внутрішній діаметр ротора дорівнює:

4.7 Визначимо струм у стрижні ротора:

де k i - Коефіцієнт, що враховує вплив струму намагнічування і опору обмоток на відношення , визначимо графічно при ; ;

Коефіцієнт приведення струмів, визначимо за формулою:

Тоді струм у стрижні ротора:

4.8 Визначимо площу поперечного перерізу стрижня:

де - Допустима щільність струму; у нашому випадку .

4.9 Паз ротора визначаємо на малюнку 9.40, б. Приймаємо , , .

Магнітну індукцію в зубці ротора виберемо із проміжку Таблиця 9.12. Приймемо.

Визначимо допустиму ширину зубця:

Розрахуємо розміри паза:

ширинуb 1 і b 2:

, (4.9)

висоту h 1:

Розрахуємо повну висоту паза ротора h П2:

Уточнимо площу перерізу стрижня :

4.10 Визначимо щільність струму в стрижні J 2:

(4.13)

Рисунок 4.1. Паз спроектованого двигуна з короткозамкненим ротором

4.11 Розрахуємо площу перерізу короткозамикаючих кілець q кл:

де - струм у кільці, визначимо за формулою:

,

4.12 Розрахуємо рамери замикаючих кілець і середній діаметр кільця:

(4.18)

Уточнимо площу перерізу кільця:

5. Розрахунок струму, що намагнічує

5.1 Значення індукцій у зубцях ротора та статора:

, (5.1)

(5.2)

5.2 Розрахуємо індукцію у ярмі статора B a:

5.3 Визначимо індукцію в ярмі ротора Bj:

, (5.4)

де h"j - розрахункова висота ярма ротора, м.

Для двигунів з 2р≥4 з посадкою осердя ротора на втулку або на оребрений вал h"j визначають за формулою:

5.4 Магнітна напруга повітряного зазору F d:

, (5.6)

де k д - Коефіцієнт повітряного зазору, визначимо за формулою:

, (5.7)

де

Магнітна напруга повітряного зазору:

5.5 Магнітна напруга зубцевих зон статора F z 1:

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

де 2h z1 – розрахункова висота зубця статора, м.

H z1 визначимо за таблицею П-1.7. При , .

5.6 Магнітна напруга зубцевих зон ротора F z 2:

, (5.9)

, таблиця П-1.7

5.7 Розрахуємо коефіцієнт насичення зубцевої зони k z:

(5.10)

5.8 Знайдемо довжину середньої магнітної лінії ярма статора L a:

5.9 Визначимо напруженість поля H a при індукції В a за кривою намагнічування для ярма прийнятої марки стали 2013 р. таблиця П-1.6. При , .

5.10 Знайдемо магнітну напругу ярма статора F a:

5.11 Визначимо довжину середньої магнітної лінії потоку в ярмі ротора Lj:

, (5.13)

де h j - Висота спинки ротора, знаходиться за формулою:

5.12 Напруженість поля H j при індукції визначимо за кривою намагнічування ярма для прийнятої марки стали таблиця П-1.6. При , .

Визначимо магнітну напругу ярма ротора F j:

5.13 Розрахуємо сумарну магнітну напругу магнітного ланцюга машини (на пару полюсів) F ц:

5.14 Коефіцієнт насичення магнітного ланцюга:

(5.17)

5.15 Намагнічуючий струм:

Відносне значення струму , що намагнічує :

(5.19)

6. Параметри робочого режиму

Параметрами асинхронної машини називають активні та індуктивні опори обмоток статора х 1 , r 1 , ротора r 2 , x 2 , опір взаємної індуктивності х 12 (або x м), і розрахунковий опір r 12 (або r м), введенням якого Сталі статора на характеристики двигуна.

Схеми заміщення фази асинхронної машини, засновані на приведенні процесів у машині, що обертається, до нерухомої, наведені на малюнку 6.1. Фізичні процеси в асинхронній машині наочно відбиває схема, зображена малюнку 6.1. Але для розрахунку зручніше перетворити її на схему, показану на малюнку 6.2.

Малюнок 6.1. Схема заміщення фази обмотки наведеної асинхронної машини

Малюнок 6.2. Перетворена схема заміщення фази обмотки наведеної асинхронної машини

6.1 Активний опір фази обмотки статора розрахуємо за такою формулою:

, (6.1)

де L 1 - загальна довжина ефективних провідників фази обмотки, м;

а – число паралельних гілок обмотки;

з 115 – питомий опір матеріалу обмотки (міді для статора) при розрахунковій температурі. Для міді ;

k r – коефіцієнт збільшення активного опору фази обмотки від дії ефекту витіснення струму.

У провідниках обмотки статора асинхронних машин ефект витіснення струму проявляється трохи через мінімальні розміри елементарних провідників. Тож у розрахунках нормальних машин, зазвичай, приймають k r =1.

6.2 Загальну довжину провідників фази обмотки L 1 розрахуємо за формулою:

де l ср – середня довжина витка обмотки, м.кв.

6.3 Середню довжину витка l ср знаходять як суму прямолінійних - пазових та вигнутих лобових частин котушки:

, (6.3)

де l П – довжина пазової частини, що дорівнює конструктивній довжині сердечників машини. ;

l л – довжина лобової частини.

6.4 Довжина лобової частини котушки всипної обмотки статора визначається за такою формулою:

, (6.4)

де К л - коефіцієнт, значення якого залежить від числа пар полюсів, для таблиця 9.23;

b КТ - середня ширина котушки, м, що визначається по дузі кола, що проходить по серединах висоти пазів:

, (6.5)

де b 1 - відносне скорочення кроку обмотки статора. Зазвичай приймають.

Коефіцієнт для всипної обмотки, що укладається в пази до запресування сердечника в корпус.

Середня довжина:

Загальна довжина ефективних провідників фази обмотки:

Активний опір фази обмотки статора:

6.5 Визначимо довжину вильоту по лобовій частині:

де До вив - коефіцієнт, що визначається за таблицею 9.23. при .

6.6 Визначимо відносне значення опору фази обмотки статора:

(6.7)

6.7 Визначимо активний опір фази обмотки ротора r 2:

де r с – опір стрижня;

r кл – опір кільця.

6.8 Опір стрижня розрахуємо за такою формулою:

6.9 Розрахуємо опір кільця:

Тоді активний опір ротора:

6.10 Приведемо r 2 до витків обмотки статора, визначимо:

6.11 Відносне значення опору фази обмотки ротора.

(6.12)

6.12 Індуктивний опір фаз обмотки ротора:

, (6.13)

де l п - Коефіцієнт магнітної провідності пазового ротора.

Виходячи з малюнка 9.50, e l визначимо за формулою з таблиці 9.26:

, (6.14)

(провідники закріплені пазовою кришкою).

, (6.15)

Коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіювання:

Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання, визначимо за формулою:

, (6.17)

де визначається графічно, при , малюнок 9.51, д, .

За формулою (6.13) розрахуємо індуктивний опір статора обмотки:

6.13 Визначимо відносне значення індуктивного опору обмотки статора:

(6.18)

6.14 Зробимо розрахунок індуктивного опору фази обмотки ротора за такою формулою:

де l п2 - Коефіцієнт магнітної провідності паза ротора;

l л2 - коефіцієнт магнітної провідності лобової частини ротора;

l д2 – коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання ротора.

Коефіцієнт магнітної провідності паза ротора розрахуємо за формулою, виходячи з таблиці 9.27:

6.15 Коефіцієнт магнітної провідності лобової частини ротора визначимо за формулою:

,

6.16 Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання ротора визначимо за формулою:

, (6.23)

де .

6.17 Знайдемо значення індуктивного опору за формулою (6.19):

Наведемо x 2 до витків статора:

Відносне значення:

(6.25)

7. Розрахунок втрат

7.1 Розрахуємо основні втрати сталі статора асинхронної машини за формулою:

, (7.1)

де – питомі втрати, таблиця 9.28;

b - показник ступеня, для марки сталі 2013;

k та і k д z – коефіцієнти, що враховують вплив на втрати сталі, для сталі марки 2013 ;

m a – маса ярма, вважається за формулою:

де - Питома маса сталі.

Маса зубців статора:

7.2 Розрахуємо повні поверхневі втрати в роторі:

де p пов2 – питомі поверхневі втрати, визначимо за такою формулою:

, (7.5)

де - Коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців ротора на питомі втрати;

У 02 – амплітуда пульсації індукції у повітряному зазорі, визначимо за формулою:

де визначається графічно при рисунок 9.53, б.

7.3 Розрахуємо питомі поверхневі втрати за формулою (7.5):

7.4 Розрахуємо пульсаційні втрати в зубцях ротора:

, (7.7)

де m z 2 - Маса сталі зубців ротора;

У пул2 – амплітуда магнітної пульсації у роторі.

, (7.9)

7.5 Визначимо суму додаткових втрат у сталі:

7.6 Повні втрати сталі:

7.7 Визначимо механічні втрати:

де, за таблицею 9.29.

7.8 Розрахуємо додаткові втрати за номінального режиму:

7.9 Струм холостого ходу двигуна:

, (7.14)

де I х.г.а. - Активна складова струму холостого ходу, її визначимо за формулою:

де Р е.1 х.х. - Електричні втрати в статорі при холостому ході:

7.10 Визначимо коефіцієнт потужності при холостому ході:

(7.17)

8. Розрахунок робочих характеристик

8.1 Визначимо дійсну частину опору:

(8.1)

(8.2)

8.3 Постійна електродвигуна:

, (8.3)

(8.4)

8.4 Визначимо активну складову струму:

8.5 Визначимо величини:

8.6 Втрати, що не змінюються при зміні ковзання:

Приймаємо та розрахуємо робочі характеристики, при ковзанні рівному: 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,0201. Результати розрахунку запишемо до таблиці 8.1.

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

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

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

Таблиця 8.1

Робочі характеристики асинхронного двигуна

Розрахункова формула		Ковзання s

Малюнок 8.1. Графік залежності двигуна від потужності P 2

Малюнок 8.2. Графік залежності ККД двигуна від потужності P 2

Малюнок 8.3. Графік залежності ковзання двигуна s від потужності P 2

Малюнок 8.4. Графік залежності струму статора I двигуна 1 від потужності P 2

9. Тепловий розрахунок

9.1 Визначимо перевищення температури внутрішньої поверхні осердя статора над температурою повітря всередині двигуна:

, (9.1)

де при ступеня захисту IP23, таблиця.9,35;

a 1 – коефіцієнт тепловіддачі з поверхні, визначимо графічний малюнок 9.68, б, .

, (9.2)

де - Коефіцієнт збільшення втрат, для класу нагрівостійкості F .

,

9.2 Перепад температури в ізоляції пазової частини статора обмотки:

, (9.4)

де П п1 - периметр поперечного перерізу паза статора, визначимо за формулою:

l екв. – середня еквівалентна теплопровідність пазової частини, для класу нагрівальностійкості F , сторінка 452;

- Середнє значення коефіцієнта теплопровідності внутрішньої ізоляції. визначимо графічно при , , рисунок 9.69.

9.3 Визначимо перепад температури за товщиною ізоляції лобових частин:

, (9.6)

де , .

Лобові частини статора обмотки не ізольовані, тому .

9.4 Розрахуємо перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин над температурою повітря всередині машини:

9.5 Визначимо середнє перевищення температури обмотки статора над температурою повітря всередині машини:

(9.8)

9.6 Розрахуємо середнє перевищення температури повітря всередині машини над температурою довкілля:

де a - визначимо графічно малюнок 9.68, ;

– сума втрат, що відводяться у повітря всередині двигуна:

де – сумарні втрати двигуна при номінальному режимі;

Р е1 - електричні втрати в обмотці статора при номінальному режимі;

Ре2 – електричні втрати в обмотці ротора за номінального режиму.

, (9.12)

де S кор. - Площа поверхні станини.

П р визначаємо графічно. При, малюнок 9.70.

9.7 Визначимо середнє перевищення температури обмотки статора над температурою довкілля:

9.8 Визначимо витрату повітря, необхідну для вентиляції:

(9.14)

9.9 Витрата повітря, що забезпечується зовнішнім вентилятором при конструктивному виконанні, та розміри прийняті в серії 4А може бути приблизно визначений за формулою:

, (9.15)

де - число і ширина, м, радіальних вентиляційних каналів, сторінка 384;

n-частота обертання двигуна, про/хв;

Коефіцієнт для двигунів з .

Тобто. витрати повітря, що забезпечується зовнішнім вентилятором більше витрати повітря необхідного для вентиляції електродвигуна.

10. Розрахунок робочих показників по кругової діаграмі

10.1 Спочатку визначимо струм синхронного холостого ходу за формулою:

10.2 Розрахуємо активний та індуктивний опір короткого замикання:

10.3 Розрахуємо масштаби кругової діаграми:

Масштаб струму дорівнює:

де D до - Діаметр кола діаграми, вибирається з інтервалу: , Виберемо .

Масштаб потужності:

Масштаб моменту:

(10.6)

Кругова діаграма двигуна наведена нижче. Окружність діаметром D з центром О¢ є геометричним місцем кінців вектора струму статора двигуна при різних ковзаннях. Точка А 0 визначає положення кінця вектора струму I 0 при синхронному холостому ході, а - реальному холостому ході двигуна. Відрізок дорівнює коефіцієнту потужності при холостому ході. Точка А 3 визначає положення кінця вектора струму статора при короткому замиканні (s=1), відрізок струм I к.з. , А кут - . Точка А 2 визначає положення кінця вектора струму статора при .

Проміжні точки на дузі А0А3 визначають положення кінців вектора струму I1 при різних навантаженнях в руховому режимі. Вісь абсцис діаграми ОВ є лінією первинної потужності Р 1 . Лінією електромагнітної потужності Рем або електромагнітних моментів Мем є лінія А 0 А 2 . Лінією корисної потужності на валу (вторинної потужності Р 2) є лінія А 0 А 3 .

Малюнок 10.1. Кругова діаграма

Висновок

У цьому курсовому проекті був спроектований асинхронний електродвигун із короткозамкненим ротором. В результаті розрахунку були отримані основні показники для двигуна заданої потужності з cosj, які задовольняють гранично допустимим значенням ГОСТу для серії двигунів 4А. Було здійснено розрахунок та побудову робочих характеристик проектованої машини.

Таким чином, за даними розрахунку даному двигуну можна дати наступне умовне позначення:

4 – порядковий номер серії;

А – рід двигуна – асинхронний;

315 – висота осі обертання;

М - умовна довжина станини за МЕК;

10 – число полюсів;

У – кліматичне виконання помірного клімату;

Номінальні дані спроектованого двигуна:

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

Список літератури

1. Проектування електричних машин: Навч. для вузів / П79

І.П. Копилов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкін, Б.Ф. Токарев; За ред. І.П. Копилова. - 4-е вид., Перероб. та дод. - М: Вища. шк., 2005. - 767 с.: іл.

2. Вольдек А.І., Попов В.В. Електричні машини. Машини змінного струму: Підручник для вишів. - СПб,: - Пітер, 2007. -350 с.

3. Кацман М.М. Довідник з електричних машин: Навчальний посібник для студентів утвор. установ середовищ. проф. освіти / Марк Михайлович Кацман. - М: Видавничий центр «Академія», 2005. - 480 с.

Додаток А

(обов'язкове)

Рисунок 1. Схема двошарової обмотки з укороченим кроком, , ,

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ

РЕСПУБЛІКИ КАЗАХСТАН

Північно-Казахстанський державний університет ім. М. Козибаєва

Факультет енергетики та машинобудування

Кафедра енергетики та приладобудування

КУРСОВА РОБОТА

На тему: "Проектування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором"

з дисципліни – «Електричні машини»

Виконав Калантирьов

Науковий керівник

д.т.н., проф. Н.В. Шатковська

Петропавловськ 2010

Вступ

1. Вибір основних розмірів

2. Визначення кількості пазів статора, витків у фазі обмотки перерізу дроту обмотки статора

3. Розрахунок розмірів зубцевої зони статора та повітряного зазору

4. Розрахунок ротора

5. Розрахунок магнітного ланцюга

6. Параметри робочого режиму

7. Розрахунок втрат

8. Розрахунок робочих характеристик

9. Тепловий розрахунок

10. Розрахунок робочих показників по кругової діаграмі

Додаток А

Висновок

Список літератури

Вступ

Асинхронні двигуни є основними перетворювачами електричної енергії в механічну та становлять основу електроприводу більшості механізмів. Серія 4А охоплює діапазон номінальних потужностей від 0,06 до 400 кВт та має 17 висот осі обертання від 50 до 355 мм.

У цьому курсовому проекті розглядається наступний двигун:

Виконання за рівнем захисту: IP23;

Спосіб охолодження: IС0141.

Конструктивне виконання за способом монтажу: IM1081 – за першою цифрою – двигун на лапах з підшипниковими щитами; за другою та третьою цифрами – з горизонтальним розташуванням вала та нижнім розташуванням лап; по четвертій цифрі – з одним циліндричним кінцем валу.

Кліматичні умови роботи: У3 – за буквою – для помірного клімату; за цифрою – для розміщення в закритих приміщеннях з природною вентиляцією без штучно регульованих кліматичних умов, де коливання температури та вологості повітря, впливу піску та пилу, сонячної радіації істотно менше, ніж на відкритому повітрі кам'яні, бетонні, дерев'яні та інші приміщення, що не опалюються.

1. Вибір основних розмірів

1.1 Визначимо кількість пар полюсів:

(1.1)

Тоді кількість полюсів

.

1.2 Визначимо висоту осі обертання графічно: на рисунку 9.18, б

, відповідно до , за таблицею 9.8 визначимо відповідний осі обертання зовнішній діаметр .

1.3 Внутрішній діаметр статора

, Обчислимо за формулою: , (1.2) - коефіцієнт визначається за таблицею 9.9. лежить у проміжку: .

Виберемо значення

тоді

1.4 Визначимо полюсний поділ

: (1.3)

1.5 Визначимо розрахункову потужність

, Вт: , (1.4) - потужність на валу двигуна, Вт; – відношення ЕРС обмотки статора до номінальної напруги, яка може бути приблизно визначена за малюнком 9.20. При і .

Наближені значення

і візьмемо за кривими, побудованими за даними двигунів серії 4А. малюнок 9.21, ст. При кВт і , ,

1.6 Електромагнітні навантаження А та В d визначимо графічно по кривих малюнок 9.23, б. При

кВт і , , Тл.

1.7 Обмотковий коефіцієнт

. Для двошарових обмоток при 2р>2 слід приймати = 0,91-0,92. Приймемо.

1.8 Визначимо синхронну кутову швидкість валу двигуна W:

, (1.5) – синхронна частота обертання.

1.9 Розрахуємо довжину повітряного зазору

:
, (1.6) - коефіцієнт форми поля. .

1.10 Критерієм правильності вибору основних розмірів D та

служить відношення, яке має перебувати в допустимих межах рис. 9.25, б. . Значення l лежить у рекомендованих межах, отже основні розміри визначено правильно.

2. Визначення кількості пазів статора, витків у фазі обмотки та перерізу дроту обмотки статора

2.1 Визначимо граничні значення: t 1 max та t 1 min малюнок 9.26. При

і , , .

2.2 Число пазів статора:

, (2.1) (2.2)

Остаточно число пазів має бути кратним значенню числа пазів на полюс та фазу: q. Приймемо

тоді
, (2.3)

де m – число фаз.

2.3 Остаточно визначаємо зубцеве поділ статора:

(2.4)

2.4 Попередній струм обмотки статора

(2.5)

2.5 Число ефективних провідників у пазу (за умови

0

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни «Електричні машини»

ПРОЕКТУВАННЯ АСИНХРОННОГО ДВИГУНА З КОРОТКОЗАМКНУТИМ РОТОРОМ

Пояснювальна записка

Анотація

В пояснювальній записцідо курсового проекту з дисципліни "Електромеханіка" представлений електромагнітний, тепловий та вентиляційний розрахунок шестиполюсного трифазного асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором корисної потужності 2,2 кВт на напругу мережі 220/380 В.

Розрахунок асинхронного двигуна виконувався вручну та з використанням ЕОМ. В результаті проектування двигуна отримано варіант проекту, який відповідає вимогам технічного завдання.

Для спроектованого асинхронного двигуна виконано механічний розрахунок валу та вибрано підшипники. Визначено розміри елементів конструкції двигуна.

Пояснювальна записка містить 63 аркуші машинописного тексту, у тому числі 4 рисунки, 2 таблиці та список використаних джерел із 3 найменувань.

Вступ……………………………………………………………….…………....5

1 Вибір основних размеров………………………...………………………………7

2 Визначення параметрів статора, розрахунок обмотки та розмірів зубцевої зони статора …………………………………………………………………………..….9

3 Вибір повітряного зазору………………………………...…………………….17

4 Розрахунок короткозамкнутого ротора……………….....………………………..18

5 Розрахунок магнітного ланцюга……………………………….………………………...22

6 Параметри робочого режима…………………………………………………..27

7 Розрахунок втрат потужності у режимі холостого ходу….…..…………………...34

8 Розрахунок робочих характеристик………………………………………….…..…38

9 Розрахунок пускових характеристик…………………………………………….....45

10 Тепловий та вентиляційний розрахунок……………………………………..…..55

11 Конструювання двигуна…………………………………………………..60

Заключение…………………………………………….………………………….62

Список використаних джерел...………………………………….............63

Вступ

Асинхронні двигуни є основними двигунами електроприводах практично всіх промислових підприємств. У СРСР випуск асинхронних двигунів перевищував 10 млн штук на рік. Найбільш поширені двигуни на номінальну напругу до 660, сумарна встановлена ​​потужність яких становить близько 200 млн. кВт.

Двигуни серії 4А випускалися в 80-х роках XX століття в масовій кількості і в даний час експлуатуються практично на всіх промислових підприємствахРосії. Серія охоплює діапазон потужностей від 0,6 до 400 кВт та побудована на 17 стандартних висотах осі обертання від 50 до 355 мм. Серія включає основне виконання двигунів, ряд модифікацій та спеціалізовані виконання. Двигуни основного виконання призначені для нормальних умов роботи та є двигунами. загального призначення. Це трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором, які розраховані на частоту мережі 50 Гц. Вони мають виконання за ступенем захисту IP44 у всьому діапазоні висот осі обертання та IP23 у діапазоні висот осей обертання 160…355 мм.

Модифікації та спеціалізовані виконання двигунів побудовані на основі основного виконання та мають ті ж важливі конструктивні рішення основних елементів. Такі двигуни випускаються окремими відрізками серії на певні висоти осі обертання, і призначені для застосування як приводи механізмів, що пред'являють специфічні вимоги до двигуна або працюють в умовах, відмінних від нормальних за температурою або чистотою навколишнього середовища.

До електричних модифікацій двигунів серії 4А відносяться двигуни з підвищеним номінальним ковзанням, підвищеним пусковим моментом, багатошвидкісні, частотою живлення 60 Гц. До конструктивних модифікацій відносяться двигуни з фазним ротором, з вбудованим електромагнітним гальмом, малошумні, з вбудованим температурним захистом.

За умовами навколишнього середовища розрізняють модифікації двигунів тропічного виконання, вологоморозостійкого, хімостійкого, пилозахищені та сільськогосподарські.

Спеціалізоване виконання мають ліфтові двигуни, частотно-керовані, високоточні.

Більшість двигунів серії 4А мають рівень захисту IP44 і випущено в конструктивному виконанні, що відноситься до групи IM1, тобто з горизонтальним валом, на лапах, з двома підшипниковими щитами. Корпус двигунів виконаний з поздовжніми радіальними ребрами, що збільшують поверхню охолодження та покращують відведення тепла від двигуна в навколишнє повітря. На протилежному від робочого кінця валу укріплений вентилятор, що проганяє повітря, що охолоджує, вздовж ребер корпусу. Вентилятор закритий кожухом із отворами для проходу повітря.

Магнітопровід двигунів - шихтований з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, причому двигунів з h = 50...250 мм зі сталі марки 2013, а двигунів з h = 280...355 мм - зі сталі марки 2312.

У всіх двигунах серії з h< 280 мм и в двигателях с 2p = 10 и 12 всех высот оси вращения обмотка статора выполнена из круглого провода и пазы статора полузакрытые. При h = 280…355 мм, кроме двигателей с 2p = 10 и 12, катушки обмотки статора намотаны прямоугольным проводом, подразделенные и пазы статора полуоткрытые.

Обмотка короткозамкнутого ротора лопатки та кільця – литі з алюмінію. Вентиляційні лопатки на кільцях ротора служать переміщення повітря, що усередині машини.

Підшипникові щити кріплять корпус за допомогою чотирьох або шести болтів.

Коробка висновків розташована зверху станини, що полегшує монтажні роботипри з'єднанні двигуна із мережею.

1 Вибір основних розмірів

Виходячи з вимоги аркуша технічного завдання, за базовою вибираємо двигун серії 4А100S6У3 за додатком А /1/, виконання за ступенем безпеки IP54, спосіб охолодження ICO141, конструктивне виконання IM1001. Потужність двигуна 2,2 кВт, 2р = 6, f = 60 Гц, U 1н = 230/400 Ст.

Номінальні дані базового двигуна:

; ; η= 81%; ; h=100 мм.

З висоти осі обертання вибираємо по таблиці 2.1 /1/ зовнішній діаметр сердечника статора.

Значення діаметра внутрішньої поверхні статора визначають за зовнішнім діаметром сердечника статора, та коефіцієнтом k d, рівному відношенню внутрішнього діаметра до зовнішнього Значення коефіцієнта k dзалежно від кількості полюсів вибираємо з таблиці 2.2 попередньо k d =0,70 .

Внутрішній діаметр статора:

де k d - відношення внутрішнього та зовнішнього діаметра сердечника статора;

D = 0,70 · 0,168 = 0,118м.

Полюсний поділ:

де p – число пар полюсів;

Розрахункова потужність машини:

де - Потужність на валу двигуна;

Ставлення ЕРС обмотки статора до номінальної напруги, приймаємо = 0,948;

Коефіцієнт корисної дії двигуна;

Коефіцієнт потужності;

Електромагнітні навантаження попередньо приймаємо:

А = 25 · 10 3 А/м; У δ = 0,88 Тл.

Обмотковий коефіцієнт попередньо для одношарової обмотки kоб = 0,96.

Коефіцієнт форми поля:

Розрахункова довжина машини, м:

Магнітна індукція у повітряному зазорі, Тл;

Ставлення лежить у допустимих межах.

2 Визначення кількості пазів та типу обмотки статора, розрахунок обмотки та розмірів зубцевої зони статора

Визначення розмірів зубцевої зони статора починають із вибору числа пазів Z 1 . Число пазів статора неоднозначно впливає на техніку. економічні показникимашини. Якщо збільшувати число пазів статора, покращується форма кривої ЕРС і розподіл магнітного поля в повітряному зазорі. Водночас зменшується ширина паза та зубця, що призводить до зниження коефіцієнта заповнення паза міддю, а в машинах невеликої потужності може призвести до неприпустимого зниження механічної міцності зубців. Збільшення кількості пазів статора збільшує трудомісткість виконання обмотувальних робіт, збільшуючи складність штампів, які стійкість знижується.

Вибираючи число пазів статора за рис.3.1/1/ визначаємо граничні значення зубцевого поділу tz1max = 0,012 м; tz1min = 0,008 м.

Число пазів статора:

де - Мінімальне значення зубцевого розподілу статора, м;

Максимальне значення зубцевого поділу статора, м;

З отриманого діапазону значень вибираємо число пазів статора

Число пазів на полюс та фазу:

де m – кількість фаз;

Зубцове поділ статора остаточно:

Номінальний струм обмотки статора:

де - номінальна напруга двигуна,;

Число ефективних провідників у пазу:

Приймаємо число паралельних гілок а = 1 тоді U п = 48 т.к. обмотка одношарова.

Число витків у фазі:

Обмотку вибираємо одношарову концентричну. Обмотка статора виконується всипною із дроту круглого поперечного перерізу.

Коефіцієнт розподілу:

Обмотковий коефіцієнт:

k об1 =k y ∙k p; (2.9)

де k y - Коефіцієнт укорочення кроку обмотки статора, приймається k y =1;

k об1 =1∙0,966=0,966

Схема обмотки показано малюнку 1.

Малюнок 1- Схема одношарової трифазної обмотки з z 1 = 36, m 1 = 3, 2p = 6, a 1 = 1, q 1 = 2.

Магнітний потік у повітряному зазорі машини:

Уточнена магнітна індукція у повітряному зазорі:

Попередньо для D а = 0,168 м приймаємо = 182 10 9 .

Щільність струму в статорній обмотці:

де - добуток лінійного навантаження на щільність струму, ;

Площа поперечного перерізу ефективного провідника попередньо:

Приймаємо обмотувальний провід марки ПЕТВ: d ел = 0,95 мм, d = 1,016 мм, q ел = 0,706 мм 2 .

Приймаємо попередньо для 2p = 6 B'z 1 =1,9 Тл; В'а =1,55 Тл.

За таблицею 3.2 /1/ для оксидованої сталі марки 2013 року приймаємо.

Попереднє значення ширини зубця статора:

де - Коефіцієнт заповнення пакета сталлю;

Попереднє значення висоти ярма статора:

Розміри паза у штампі приймаємо b ш = 3,0 мм; h ш =0,5 мм; β = 45˚.

Попереднє значення висоти паза статора:

Розміри паза статора:

де – висота шліцю, м;

- ширина шліцю, м;

Уточнене значення висоти паза статора:

Приймаємо = 0,1 мм та = 0,2 мм.

Розміри паза у світлі з урахуванням припуску на складання:

де - припуск по ширині паза, м.

де - припуск за висотою, мм;

Площа поперечного перерізу пазової ізоляції:

де - Товщина ізоляції, мм;

S з = 0,25∙10 -3 ∙(2∙1,37∙10 -2 +7,8∙10 -3 +5,9∙10 -3)=1,032∙10 -5 м 2 .

Вільна площа паза, :

Критерієм оцінки результатів вибору розмірів паза є значення коефіцієнта заповнення вільної площі паза обмотувальним дротом:

де - Середнє значення діаметра ізольованого дроту, мм;

Отримане значення коефіцієнта заповнення допустиме для механізованого укладання обмотки.

Уточнене значення ширини зубця:

Середнє значення ширини зубця статора:

Розрахункове значення ширини зубця статора:

Розрахункова висота зубця статора:

Уточнене значення висоти ярма статора:

3 Вибір повітряного зазору

Для двигунів потужністю менше 20 кВт розмір повітряного зазору знаходять за формулою 3.1.

Округлимо значення до 0,05 мм = 0,35 мм.

4 Розрахунок короткозамкнутого ротора

Для 2p = 6 та Z 1 = 36 вибираємо число пазів ротора Z 2 = 28.

Зовнішній діаметр ротора:

D 2 = 0,118 - 2 · 0,35 · 10 -3 = 0,1173 м.

Зубцове поділ ротора:

Для 2p = 6 та h = 100 мм приймаємо K B =0,23.

Т.к. у нас 2,2 кВт< 100 кВт, то сердечник ротора непосредственно насаивают на вал без промежуточной втулки. Применим горячую посадку сердечника на гладкий вал без шпонки.

При такому виконанні ротора внутрішній діаметрмагнітопроводу дорівнює діаметру валу, м:

Внутрішній діаметр ротора:

d = 0,23 · 0,168 = 0,0386 м.

Коефіцієнт приведення струмів:

де - Коефіцієнт скосу пазів;

Розмір скосу: b ск =t 1 =0.01.

Скіс пазів у частках зубцевого поділу ротора:

Центральний кут скосу пазів:

Коефіцієнт скосу:

Попереднє значення струму в обмотці ротора:

Щільність струму в стрижнях обмотки ротора приймаємо J 2 = 3.05 10 6 А/м 2 .

Площа поперечного перерізу стрижня:

q c = 255.12/3.05 · 10 6 = 8,36 · 10 -5 м 2.

Для ротора вибираємо напівзакриті пази.

Розміри паза у штампі: приймаємо b ш =1 мм; h ш2 = 0,5 мм.

Для 2p = 6; B z2 = 1,8 Тл.

Розміри паза ротора:

де – висота шліцю, м;

Висота перемички над пазом, м;

Приймаємо b 21 = 5,8∙10 -3 м, b 22 = 1,6∙10 -3 м;

Уточнений переріз стерня:

Висота паза, мм:

Уточнюємо ширину зубців ротора:

Розрахункова ширина зубця:

Струм кільця короткозамкнутого ротора:

Площа поперечного перерізу кільця:

Середня висота кільця:

Ширина короткозамикаючого кільця:

Середній діаметр кільця:

5 Розрахунок магнітного ланцюга

Розрахунок магнітного ланцюга асинхронного двигуна виробляють для номінального режиму роботи з метою визначення сумарної сили, що намагнічує, необхідної для створення робочого магнітного потоку в повітряному зазорі.

Магнітний ланцюг машини розбивають на п'ять характерних ділянок: повітряний зазор, зубці статора та ротора, ярмо статора та ротора. Вважають, що в межах кожної з ділянок магнітна індукція має один характерний напрямок. Для кожної ділянки магнітного кола визначають магнітну індукцію, за значенням якої визначають напруженість магнітного поля. За значенням напруженості магнітного поля на ділянках магнітного ланцюга і відповідної ділянці довжині силової лінії поля визначають намагнічує силу. Необхідну силу, що намагнічує, визначають як суму намагнічувальних сил всіх ділянок магнітного ланцюга. Магнітний ланцюг машини вважається симетричним, тому розрахунок сили, що намагнічує, виконують на одну пару полюсів.

Коефіцієнт, що враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастої будови поверхні статора:

Коефіцієнт, що враховує збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчастої будови ротора:

Результативний коефіцієнт повітряного зазору:

Магнітна напруга повітряного зазору:

Розрахункова індукція в зубцях статора:

Розрахункова індукція в зубцях ротора:

Вибираємо сталь марки – 2013. Для 1,88 Тл приймаємо H z1 = 1970 А/м, для 1,79 Тл приймаємо H z2 = 1480 А/м.

Магнітна напруга зубцевих зон:

Коефіцієнт насичення зубцевої зони:

Отримане значення коефіцієнта насичення зубцевої зони знаходиться у допустимих межах.

Індукція у ярмі статора:

Висота ярма ротора:

Т.к. 2р = 6, то розрахункова висота ярма ротора h’ a 2 = h a 2 .

Для 1 = 1,56 Тл приймаємо H a 1 = 654 А/м; для 2 = 1,06 Тл приймаємо H a 2 = 206 А/м.

Довжина магнітної силової лінії в ярмі статора та ротора:

Магнітна напруга ярма статора:

де - Напруженість поля в ярмі статора, А/м;

Магнітна напруга на пару полюсів:

Коефіцієнт насичення магнітного ланцюга:

Намагнічуючий струм:

Відносне значення струму, що намагнічує:

Головне індуктивне опір:

де E= k e Uнф=0,948∙230=218,04 В;

Головне індуктивне опір у відносних одиницях:

6 Параметри робочого режиму

6.1 Активні опори обмоток ротора та статора

Середня ширина котушки обмотки статора:

де - укорочення кроку обмотки статора;

Для всипної обмотки, що укладається в пази до запресування сердечника в корпус, приймаємо B= 0,01 м.

Для 2p = 6 приймаємо,

Виліт лобової частини обмотки статора:

Довжина лобової частини статора обмотки:

Середня довжина витка статора обмотки:

Для обмотки статора, виконаної з мідних провідників, та розрахункової температури приймаємо

Активний опір обмотки статора:

де - питомий опір матеріалу обмотки при розрахунковій температурі;

Для короткозамкнутого ротора, виконаного з алюмінію, та розрахункової температури приймаємо

Активний опір стрижня обмотки ротора:

де k r- коефіцієнт збільшення активного опору стрижня внаслідок витіснення струму, приймаємо k r=1 ;

l cт= l 2- Довжина стрижня;

Опір ділянки замикаючого кільця, укладеного між двома сусідніми стрижнями:

Опір фази ротора:

Активний опір фази алюмінієвої обмотки ротора, наведений до витків обмотки статора:

де - Коефіцієнт приведення опору обмотки ротора до обмотки статора;

6.2 Індуктивні опори розсіювання асинхронного двигуна

Відносний крок обмотки β=1, k β = k’ β = 1.

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання обмоток статора:

Коефіцієнт питомої магнітної провідності лобового розсіювання:

Для вибраної конфігурації пазів статора:

де - скіс пазів, виражений у частках зубцевого поділу ротора, β ск =0,76;

k' ск- Коефіцієнт залежить від t 2 / t 1 і β ск, приймаємо k' ск = 1,85;

Індуктивний опір фази обмотки статора:

Коефіцієнт питомої магнітної провідності пазового розсіювання короткозамкнутого ротора:

де – коефіцієнт провідності;

h’ ш2= 0;

Коефіцієнт питомої магнітної провідності лобового розсіювання короткозамкнутої обмотки ротора:

Коефіцієнт питомої магнітної провідності диференціального розсіювання обмотки короткозамкнутого ротора:

Індуктивний опір розсіювання обмотки ротора:

Індуктивний опір розсіювання обмотки ротора, наведений до витків статора:

Базовий опір:

Параметри асинхронного двигуна у відносних одиницях:

Коефіцієнт обліку впливу скосу пазів:

Індуктивний опір розсіювання машини з урахуванням скосу пазів:

Уточнене значення коефіцієнта k e:

Різниця між k eі k’ e, (k e - k’ e )%=((0,948-0,938)/0,948)∙100%=1,1 %.

7 Розрахунок втрат потужності в режимі холостого ходу

Маса сталі зубців статора:

Маса стали ярма статора:

Для сталі 2013 року приймаємо.

Для машин потужністю менше 250 кВт беруть.

Основні втрати у спинці статора:

де - питомі втрати сталі, Вт/кг;

Основні втрати в зубцях статора:

Основні втрати сталі статора:

Приймаємо, k 01 = 1,6, k 02 = 1,6.

Амплітуда пульсації індукції в повітряному зазорі над коронками зубців:

Поверхневі втрати на статорі:

k 01- Коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців статора на питомі втрати;

Поверхневі втрати на роторі:

k 02- Коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців ротора на питомі втрати;

Маса сталі зубців ротора:

Амплітуда пульсацій середніх значень магнітної індукції в зубцях:

Пульсаційні втрати потужності в зубцях статора:

Пульсаційні втрати в зубцях ротора:

Загальні додаткові втрати сталі:

Повні втрати потужності сталі:

Механічні втрати:

де kхутро- Коефіцієнт тертя, для двигунів з 2p=6

Електричні втрати в обмотці статора при неодруженому ході:

Активна складова струму холостого ходу двигуна:

Струм холостого ходу:

Коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу:

8 Розрахунок робочих характеристик

Розрахунок робочих показників проводиться у разі схемою заміщення асинхронного двигуна, представленої малюнку 2.

Рисунок 2 – Схема заміщення асинхронного двигуна

Коефіцієнт розсіювання статора:

Розрахункові значення параметрів схеми заміщення:

Опір короткого замикання дорівнює:

Додаткові втрати:

Механічна потужність на валу двигуна:

Опір схеми заміщення:

Повний опір робочого контуру схеми заміщення:

Номінальне ковзання:

Номінальна частота обертання ротора:

Активна та реактивна складові струму статора при синхронному

обертанні ротора:

Розрахунковий струм ротора:

Активна та реактивна складові струму статора:

Фазний струм статора:

Коефіцієнт потужності:

Втрати потужності в обмотках статора та ротора:

Сумарні втрати потужності у двигуні:

Споживана потужність:

Коефіцієнт корисної дії:

Розраховуємо робочі характеристики для потужності: 0,25 Р 2н; 0,5∙Р 2н; 0,75∙Р 2н 0,9∙Р 2н; 1,0∙Р 2н; 1,25∙Р 2н. Результати розрахунку зведено до таблиці 1.

Таблиця 1 - Робочі характеристики двигуна

	Розрахункові величини	Потужність Р 2, Вт.
	Р доб, Вт.
	Р’ 2 ,Вт.
	Rн,Ом.
	Zн,Ом.
	sн, о.е.
	I 2 ’’, A.
	I 1a, A.
Продовження таблиці 1
	I 1p, A.
	I 1, A.
	Р сум, Вт.
	Р 1, Вт.
	η , о.е.
	n, про/хв.

Рисунок 3 - Робочі характеристики спроектованого двигуна

9 Розрахунок пускових характеристик

Висота стрижня в пазу ротора:

Наведена висота стрижня:

Для приймаємо, .

Глибина проникнення струму в стрижень:

Ширина паза ротора на розрахунковій глибині проникнення струму в стрижень:

Площа поперечного перерізу стрижня на розрахунковій глибині проникнення струму:

Розрахунковий коефіцієнт збільшення опору стрижня:

Коефіцієнт збільшення активного опору фази обмотки ротора внаслідок ефекту витіснення струму:

Наведений опір ротора з урахуванням впливу ефекту витіснення струму:

Зменшення коефіцієнта магнітної провідності пазового розсіювання:

Коефіцієнт зміни індуктивного опору фази обмотки ротора від дії ефекту витіснення струму:

Значення індуктивного опору розсіювання обмотки ротора, наведеного до статора обмотування, з урахуванням ефекту витіснення струму:

Коефіцієнт розсіювання статора в режимі пуску:

Коефіцієнт опору статора:

Параметри схеми заміщення у режимі пуску:

Повний пусковий опір:

Попереднє значення струму ротора при пуску з урахуванням впливу насичення:

де K н- Коефіцієнт насичення, попередньо приймемо K н=1,6;

Розрахункова сила пазів статора і ротора, що намагнічує:

Еквівалентне розкриття паза:

Зменшення провідності пазового розсіювання:

де ∆ bш1= b 12 - bш1=2,735 мм;

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання:

Коефіцієнт питомої магнітної провідності диференціального розсіювання:

Розрахунковий індуктивний опір розсіювання обмотки статора:

Розрахунковий індуктивний опір розсіювання обмотки ротора, наведений до обмотки статора, з урахуванням насичення та витіснення струму:

Опір з урахуванням насичення та витіснення під час пуску:

Розрахунковий струм ротора при пуску:

Активна та реактивна складові струму статора при пуску:

Струм статора при пуску:

Кратність пускового струму:

Пусковий момент:

Кратність пускового моменту:

Розраховуємо пускові характеристики для ковзання s= 1; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2; 0,1. Результати розрахунку зведемо до таблиці 2.

Таблиця 2 – Розрахункові пускові характеристики.

	Розрахункова величина	Ковзання
	φ ’
	h r ,м.
	b r, м.
	q r, м 2.
	r’ 2ξ, Ом.
	r” 2ξ, Ом.
	Z nξ, Ом.
	I” 2n, A.
	I” 2nн, A.
	F n, H.
	∆ bш2, мм.
	∆λ n1
	∆λ n2
	λ n1.н
Продовження таблиці 2
	λ n2ξ.н
	λ d1.н
	λ d 2 . н
	x” 1н, Ом.
	x”2ξн, Ом.
	R n, Ом.
	Хn, Ом.
	Z nξ.н, Ом.
	I” 2nн, A.
	I n.а . , A.
	I n.р . , A.
	I 1 n, A.
	Мn, Н∙м.

Рисунок 4 - Пускові характеристики спроектованого двигуна

Спроектований асинхронний двигун задовольняє вимоги ГОСТ як за енергетичними показниками (ККД і), так і за пусковими характеристиками.

10 Тепловий та вентиляційний розрахунок асинхронного двигуна

Для обмоток з ізоляцією класу нагрівальності B приймаємо kp = 1,15.

Електричні втрати в пазовій частині статора обмотки:

де – коефіцієнт збільшення втрат;

Електричні втрати в лобовій частині статора обмотки:

Розрахунковий периметр поперечного перерізу паза статора:

Для ізоляції класу нагрівостійкості приймаємо. приймаємо.

Перепад температури в ізоляції пазової частини статора обмотки:

де – середня еквівалентна теплопровідність пазової ізоляції;

Середнє значення коефіцієнта теплопровідності внутрішньої ізоляції котушки всипної обмотки з емальованих провідників з урахуванням нещільності прилягання провідників;

Для 2p = 6 приймаємо К = 0,19. Для приймаємо.

Перевищення температури внутрішньої поверхні сердечника статора над температурою повітря всередині двигуна:

де K- коефіцієнт, що враховує, що частина втрат у сердечнику статора та в пазовій частині обмотки передається через станину безпосередньо в навколишнє середовище;

Коефіцієнт тепловіддачі з поверхні;

Перепад температури за товщиною ізоляції лобових частин:

де bз.л- одностороння товщина ізоляції лобової частини однієї котушки;

Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин над температурою повітря всередині двигуна:

Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою повітря всередині двигуна:

Для h= 100 мм.приймаємо. Для приймаємо.

Еквівалентна поверхня охолодження корпусу:

де – умовний периметр поперечного перерізу ребер корпусу двигуна;

Сума втрат у двигуні:

Сума втрат, що відводяться у повітря всередині двигуна:

Перевищення температури повітря всередині двигуна над температурою навколишнього середовища:

Середнє значення перевищення температури обмотки статора над температурою довкілля:

Для двигунів з і h= 100 мм.приймаємо.

Коефіцієнт, що враховує зміну умов охолодження по довжині поверхні корпусу, що обдувається зовнішнім вентилятором:

Витрата повітря, що потрібна для охолодження:

Витрата повітря, що забезпечується зовнішнім вентилятором:

Вентилятор забезпечує необхідну витрату повітря.

11 Конструювання двигуна

Одночасно зі стрижнями та замикаючими кільцями відливаються вентиляційні лопатки, bл=3 мм., Nл= 9 прим., lл= 30 мм., hл= 15мм..

Станіна виконується з алюмінієвого сплаву з поздовжньо-поперечним оребренням, bст= 4 мм.. Зверху прилитий вивідний пристрій.

Висота ребра:

Число ребер на чверть поверхні статора:

Вивідний пристрій машини складається із закритої коробки висновків із розташованою в ній ізоляційною дошкою затискачів. Коробка висновків забезпечена пристосуванням для кріплення проводів, що підводяться.

Для зовнішнього обдування корпусу використовують радіальний відцентровий вентилятор, розташований на кінці валу з боку, протилежному приводу. Вентилятор закривають кожухом. Кожух з торця має решітку для входу повітря. Вентилятор та кожух виконується із пластмаси. Посадка вентилятора здійснюється на шпонку.

Зовнішній діаметр вентилятора:

де Dкорп = D a+2∙ bст=0,168+2∙4∙10 -3 =0,176 м. ;

Ширина лопаток вентилятора:

Число лопаток вентилятора:

Тривалий момент:

Згідно з отриманим моментом вибираємо розміри валу: d 1 =24 мм.; l 1 = 50мм.; b 1 =8 мм.; h 1 =7 мм.; t=4,0 мм.; d 2 =25 мм.; d 3 =32 мм..

По вибраному діаметру під підшипник вала d 2 =25 мм,приймається підшипник 180 605.

Висновок

Результатом виробленого електромагнітного розрахунку є спроектований асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, що задовольняє вимогам ГОСТ як за енергетичними показниками (ККД і), так і за пусковими характеристиками.

Тепловий розрахунок показав, що зовнішній вентилятор забезпечує необхідну для нормального охолодження витрати повітря.

При конструюванні вибрали матеріал станини, алюмінієвий сплав. Станіна виконується з подовжньо-поперечним оребренням. Через тривалий момент розраховані розміри валу, і обрані шарикопідшипник 180605.

Технічні дані спроектованого асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором: потужністю P 2 = 2,2 кВт, номінальна напруга 230/400 В, кількість полюсів 2 p = 6 , частота обертів n=1148 об/хв, коефіцієнт корисної дії η = 0,81, коефіцієнт потужності cosφ = 0,74.

Список використаних джерел

2 Проектування електричних машин: Навч. для вузів/І.П. Копилов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкін, Б.Ф. Токарев; За ред. І.П. Копилова. - 3-тє вид., Випр. І дод. - М: Вища. Шк., 2002. – 757с.: іл.

3 СТО 02069024.101-2010. Загальні вимогита правила оформлення – Оренбург, 2010.- 93 с.

* Дане джерело є основним, надалі посилання на нього не виконується.

КРЕСЛЕННЯ

Завантажити: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера.

ФДБОУ ВПО "Югорський державний університет"

Кафедра «Енергетика»

Кармінська Т.Д., Ковальов В.З., Беспалов А.В, Щербаков А.Г.

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ

Навчальний посібник

для виконання курсового проектування з

дисципліни «Електричні машини»

для бакалаврів, які навчаються

напряму підготовки 13.03.02 «Електроенергетика та електротехніка»

Ханти-Мансійськ 2013

У цьому навчальному посібнику описується методика проектування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, яка необхідна для виконання завдання курсового проектування. У ході виконання курсового проектування вирішуються такі завдання як вибір головних розмірів двигуна, розрахунок параметрів та магнітної системи обмотки статора, розрахунок параметрів та магнітної системи обмотки ротора, визначення параметрів схеми заміщення та побудова механічної та робочих характеристик асинхронного двигуна.

Навчальний посібник складено у відповідність до робочих програм курсів «Електричні машини» для студентів напряму 13.03.02 «Електроенергетика та електротехніка». Воно може бути корисним студентам інших електричних та електромеханічних напрямків та спеціальностей, а також фахівцям, які займаються дослідженнями, проектуванням та експлуатацією асинхронних машин різного призначення.

Вступ

Вихідні дані для проектування

Варіанти завдань для проектування

Розділ 1. Методика проектування асинхронного двигуна із короткозамкненим ротором

1.1. Вибір основних розмірів двигуна.

1.2. Розрахунок параметрів обмотки статора

1.3. Розрахунок параметрів повітряного зазору

1.4. Розрахунок параметрів обмотки ротора.

1.5. Розрахунок струму намагнічування

1.6. Розрахунок параметрів робочого режиму двигуна

1.7. Розрахунок активних втрат у двигуні

1.8. Розрахунок робочих характеристик двигуна

1.9. Розрахунок пускових параметрів.

Глава 2. Застосування ЕВМ для проектування асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором.

2.1. Опис програми «АД-КП»

2.2. Приклад застосування програми «АТ – КП»

Висновок

ДОДАТКИ

Список літератури

Вступ.

Асинхронна машина – безколекторна машина змінного струму, яка має відношення частоти обертання ротора до частоти струму в ланцюгу, до якої машина підключена, залежить від навантажень. Як і будь-яка електрична машина, асинхронна машина має властивість оборотності, тобто. може працювати як у руховому, так і генераторному режимах. Однак на практиці найбільшого поширення набув руховий режим роботи машини. На сьогоднішній день асинхронний двигун є основним двигуном більшості механізмів та машин. Більше 60% всієї електричної енергії, що виробляється, споживається електричними машинами, при цьому значну частку в цьому споживанні (приблизно 75%) складають асинхронні двигуни. Досить широкого поширення асинхронні двигуни набули завдяки таким перевагам: невеликі габаритні розміри, простота конструкції, висока надійність, високе значення ККД, відносно низька вартість. До недоліків асинхронного двигуна відносять: труднощі при регулюванні швидкості обертання, великі пускові струми, низьке значення коефіцієнта потужності під час роботи машини у режимі близькому до холостому ходу. Перший і другий недоліки можуть бути компенсовані застосуванням перетворювачів частоти, використання яких розширило область застосування асинхронних машин. Завдяки перетворювачам частоти асинхронний двигун широко впроваджується в області, де традиційно використовувалися інші види електричних машин, насамперед, машини постійного струму.

Оскільки існуючим асинхронним двигунам властиві ряд недоліків згодом постійно розробляються нові серії асинхронних двигунів, що мають більш високі техніко-економічні показники порівняно з попередніми серіями асинхронних двигунів, найкращі за якісними показниками робочі та механічні характеристики. Крім цього, часто виникають потреби у розробці та модернізації асинхронних двигунів спеціального виконання. До таких двигунів можна віднести:

занурювальні асинхронні двигуни (ПЕД), що застосовуються для приводу установок електровідцентрових насосів (УЕЦН). Особливість конструкції таких двигунів – обмеженість у розмірах зовнішнього діаметра, розміри якого задані діаметром насосно-компресорної труби, у якій двигун розташовується. Крім цього, двигун експлуатується при досить високих температурах, що призводить до зниження його потужності, що розвивається. Вказані обставини вимагають розробки спеціальної конструкції асинхронних двигунів;

двигуни, що працюють разом із частотними перетворювачами, які виконують функції їх регулювання. Оскільки перетворювачі частоти призводять до генерації цілого спектру гармонічних складових у кривій напруги живлення двигуна, наявність гармонічних складових призводить до появи додаткових втрат у двигуні та зниження його ККД нижче за номінальний. Конструкція асинхронного двигуна, що працює спільно з перетворювачами частоти повинна враховувати цю особливість та наявність у кривій напруги живлення вищих гармонік не повинно призводити до додаткових втрат потужності.

Вказаний список асинхронних двигунів спеціального виконання може бути продовжений, і звідси можна зробити такі висновки:

існує потреба у розробці нових серій асинхронних двигунів;

існує необхідність у освоєнні існуючих методик проектування асинхронних двигунів для вирішення зазначеної задачі;

Існує необхідність у розробці нових методик проектування асинхронних двигунів, що дозволяють при менших витратах часу на проектування розробляти нову серію асинхронних двигунів з кращими техніко-економічними показниками.

Мета виконання завдання на курсове проектування – розробка асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, що має задані параметри, на основі існуючої та широко застосовуваної практично методики проектування асинхронних двигунів.

Вихідні дані для проектування.

Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором повинен мати такі паспортні дані:

Номінальна (фазна) напруга живлення U 1нф, В;

Частота напруги живлення мережі f 1 Гц;

Число фаз напруги живлення m 1

Номінальна потужність Р 2 кВт;

Синхронна швидкість обертання n 1 об/хв;

Номінальне значення ККД η (не менше), отн. од.;

Номінальне значення коефіцієнта потужності cos(φ) (не менше), отн. од.;

Конструктивне виконання;

Виконання способу захисту від впливу навколишнього середовища;

У ході виконання курсового проектування необхідно спроектувати асинхронний двигун з короткозамкненим ротором, що має зазначені паспортні дані, і порівняти основні показники отриманого асинхронного двигуна з показниками аналогічного двигуна, що випускається промисловістю (як аналоги розглядати асинхронні двигуни серії АІР, паспортні дані яких наводяться в ПРИЛО

Результати розрахунку оформити як пояснювальної записки.

Виконати креслення розробленого асинхронного двигуна та подати його на форматі А1.

Примітка: це навчальний посібникза курсовим проектуванням виконано у вигляді робочого зошита, який може бути зразком для оформлення розрахунків у вигляді пояснювальної записки. У ній наводиться також приклад розрахунку асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором, що має наступні вихідні дані:

					n 1 , про/хв	не менше	Cos(φ), о. не менше

Конструктивне виконання – IM1001;

Виконання щодо способу захисту від впливу навколишнього середовища – IP44;

Варіанти завдань проектування.

Номер варіанта	Вихідні дані для проектування
		n 1 , про/хв		не менше

Для всіх варіантів завдання однакові значення мають такі паспортні дані двигунів, що проектуються:

Напруга живлення (фазне значення) U 1фн, В – 220;

Частота напруги живлення f 1 , Гц - 50;

Число фаз напруги живлення m 1 - 3;

Конструктивне виконання IM1001;

Виконання способу захисту від впливу навколишнього середовища IP44;