Асинхронные двигатели с фазным ротором

Выбор, расчёт размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором. Главные размеры асинхронной машины и их соотношения. Обмотка, паза и ярма статора. Параметры двигателя. Проверочный расчет магнитной цепи. Схема развёртки обмотки статора.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 20.11.2013
Размер файла 361,2 K

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/

1. Выбор и расчёт основных размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором

1.1 Главные размеры асинхронной машины и их соотношения

К главным размером асинхронной машины относятся:

- внутренний диаметр D;

- расчетная длина воздушного зазора Lб.

Эти размеры связаны с другими параметрами так называемой машиной постоянной.

(1.1)

где: ?1 - синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора ?1=2?n1/60; S1 - расчетная мощность, кВА; aб - расчетный коэффициент полюсного перекрытия, равный отношению полюсной дуги ?n к полюсному делению ?; Кв - коэффициент, зависящий от формы кривой магнитного поля в воздушном зазоре; Коб - обмоточный коэффициент; А - линейная нагрузка, А/м; Вб - магнитная индукция в зазоре, Тл.

1.2 Определение главных размеров асинхронной машины

Предварительно число пар полюсов статора определяется по формуле:

(1.2)

где: - частота напряжения сети; n1 - синхронная частота вращения магнитного поля статора (принимается по заданию на расчёт).

Расчетная мощность определяется из выражения.

(1.3)

где: КЕ=0,98 - коэффициент, показывающий какую часть от номинального напряжение составляет ЭДС в обмотке статора (принимается по графику рис. 1.1. [3]); Рн=7,5 - мощность на валу двигателя, кВт (принимается по заданию); =86,25% - коэффициент полезного действия и cos ?н =0,882 - коэффициент мощности (принимается по таблице 1.1. [3]);.

, кВА

По графику рис. 1.2. [3] определяем высоту оси вращения двигателя по заданной мощности: h=0,15, м

Методом интерполяции, зная h из таблицы 1.2. [3] принимаем Da=0,255, м

Определить внутренний диаметр D по выражению.

(1.4)

где KD - коэффициент в зависимости от 2Р1: KD=0,66

Da=0,255 м

D=0,66·0,255=0,168 м

Полюсное деление статора определяется из выражения.

(1.5)

м =13,2 см

Далее из формулы (1,1) определяется расчетная длина статора.

(1.6)

Коэффициенты полюсного перекрытия ?б и формы поля КВ принимается из расчета синусоидального поля в воздушном зазоре;

?б=2/??0,637; КВ=?/2?1,11.

Значение обмоточного коэффициента предварительно принимается;

- для однослойных обмоток Коб=0,95?0,96.

Принимаем однослойную обмотку Коб=0,955; зная Da=0,255 м определяем по графику: А=29·103

Вб=0,9 Тл

?1=2?n1/60=2·3,14·1500/60=157,08 (1.7)

м

1.3 Обмотка, паза и ярма статора

Число пазов статора. Предварительный выбор зубцового деления t1 осуществляется по рис 1.4. [3]

При h=150 мм выбирается 2-я зона при м

t1min=0,0123

t1max=0,0147

Возможное число пазов статора.

(1.8)

где D=0,16592

Z1min=35,968 Z1max=42,986

Окончательно число пазов статора Z1; принимаем Z1=36

(1.9)

Тогда зубцовый шаг статора.

(1.10.)

t1>[6?7] мм

м

Число проводников в пазу.

Количество эффективных проводников:

(1.11)

где a1=1 число параллельных ветвей в обмотке, равно единице, а номинальный ток обмотки статора.

(1.12)

[A]

A=29·103

t1=0,015 м

Число витков в фазе обмотки.

(1.13)

Окончательное значение линейной нагрузки.

(1.14)

Площадь сечения около S ? 2,5, мм2

<2,5 мм2 (1.15)

где I=14,6 A; nэл - число элементарных проводников в одном эффективном.

Jдоп=50?6,5 А/мм; a1=1

Примем Jдоп=6,5 А/мм2

, мм2

Из таблице выбираем стандартное сечение проводника Sс1 ближайшее к S' =2,259. Марка ПЭТВ - эмалированный проводник.

Sc - площадь поперечного сечения не изолированного провода Sc=2,27 мм2 номинальный диаметр неизолированного провода d=1,7 мм.

Среднее значение диаметра изолированного провода dиз=1,785 мм.

Уточняем плотность тока, А/мм2

(1.16)

, А/мм2

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция. Общее число проводников в пазу.

(1.17)

шт.

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

(1.18)

, мм2

Свободная площадь паза

(1.19)

где Кз - коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать Кз=0,68?0,74 принимаем К з=0,69.

В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используется трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки.

Внешний диаметр: Da=255 мм

Высота ярма статора, м

(1.20)

где hZ1 - находим из эскиза.

, мм

, мм

Рис. 1. Эскиз трапецеидального паза статора.

1.4 Расчёт фазного ротора

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и полюсов, сколько и обмотка, т.е.

m2 = m1 и p2 = p1.

где p1 = p2 = 2

m1 = m2 = 3

Число пазов полюсов и фазы ротора q2, а также число пазов ротора Z2 определяется по формуле:

(1.21)

Определяем число витков по формуле:

(1.22)

При: q2?1 в фазе роторов с катушечной обмоткой устанавливаем значение ЭДС фазы Е2 соединяем в треугольник по формуле:

(1.23)

где U2K - напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя, которое должно находиться в пределах 150?200 В.

Примем U2K =150

, В

Определяем число эффективных проводников в пазу:

(1.24)

Число эффективных проводников в пазу должно быть чётным, поэтому полученное значение округляется до uп1, уточняется число витков в фазе,

uп1=28

W2=uп2·р2·q2 (1.25)

W2=2·2·28=112

И проверятся Uф2 напряжение на контактных кольцах в момент пуска двигателя:

, В (1.26)

, В

Фазный ток ротора:

, А (1.27)

где Кj - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивление обмоток на отношение I1 / I2, принимается по рис. 1.7. [3] при cos ?н =0,882, Кj=0,94; Кпр - коэффициент для приведения параметров неподвижного ротора к параметрам статора.

(1.28)

где Коб1, Коб2 - обмоточный коэффициент статора и ротора;

коэффициент Коб определяем по таблице 1.6. [3] и примем при q2 = 4; Коб2 = 0,965.

Подставим Кпр, получим:

, А

Внешний диаметр ротора, м, определяется по формуле:

(1.29)

, м

Зубцовое деление (зубцовый шаг) ротора, м.

(1.30)

, м

Площадь сечения

<2,5, мм2 (1.31)

применим nэл2 = 1

>2,5, мм2

применим nэл2 = 2

<2,5, мм2

S2'=1,65 примем Sc=1,767 мм2

d=1,5 мм.

dиз=1,585 мм

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция.

Общее число проводников в пазу.

(1.32)

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

(1.33)

, мм2

Свободная площадь паза

(1.34)

где Кз - коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать Кз=0,68?0,74 принимаем К з=0,69.

, мм2

В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используется трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки.

Число пазов Z2=24

м

Угол между позами ?=

Высота паза , мм

Рис. 2. Эскиз трапецеидального паза ротора.

1.5 Параметры двигателя

Параметрами асинхронного двигателя называют активное и индуктивное сопротивление обмоток статора R1, X1, ротора R1, X1, сопротивление взаимной индуктивности X12 и расчётное сопротивление R12 (R?), введением которого учитывают потери мощности в стали статора.

Для расчёта активного сопротивления необходимо определить среднюю длину витка обмотки, м, состоящею из суммы прямолинейных пазов и изогнутых лобовых частей катушки, определяется по формуле:

(1.35)

Точный расчёт длины лобовой части обмотки трудоёмок, поэтому необходимо использовать эмпирические формулы.

Приводится формула для расчёта лобовой части всыпных обмоток:

(1.36)

где КЛ - коэффициент, (принимаемый из таблице) КЛ = 1,55;

bКТ - средняя ширина катушки, м, определяется по дуге окружности, проходящей по серединам высоты паза:

В статоре:

(1.37)

мм

В роторе:

(1.38)

мм

В-длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начало отгиба лобовой части, м, В=0,015 м; ? - относительное укорочение шага обмотки, для диаметральных обмоток ? =1.

мм

мм

мм

мм

Общая длина проводников фазы обмотки, м,

(1.39)

Рассчитаем для статора:

, м

Рассчитаем для ротора:

, м

Активное сопротивление фазы обмотки:

(1.40)

где p - удельное сопротивление медного материала обмотки; при расчётной температуре p = 1/46.

, Ом

, Ом

Рассчитаем приведённое сопротивление ротора определяется по формуле:

(1.41)

, Ом

2. Проверочный расчет магнитной цепи

Магнитный поток, Вб в воздушном зазоре определяется из выражения:

(2.1)

где КЕ=0,98; КВ =1,11 определяется по формуле; К об1=0,955

, Вб

Магнитная индукция, Тл, в воздушном зазоре должна незначительно отличатся от предварительно принятой:

(2.2)

, Тл

Магнитная индукция, Тл, в зубце статора при постоянном сечении определяется по формуле:

(2.3)

где KC = 0,97 - коэффициент заполнения стали; bz1=8 - ширина паза.

Магнитная индукция в ярме статора рассчитывается по формуле:

(2.4)

Значение Вс =1,5; Вс ?1,4?1,6 Тл для 2р1=4, удовлетворяет значению.

Принимаем намагничивающий ток I?=0,25

3. Схема развёртки обмотки статора

Z1=36 число пазов, 2P1=4

Полюсное деление в пазах определяется по формуле:

(3.1)

Число пазов определяется по формуле:

(3.2)

.

4. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Механической характеристикой двигателя называется зависимость его угловой частоты вращения от развиваемого момента ?=f(M). Часто механическую характеристику представляют в виде зависимости числа оборотов в минуту от момента n=f(M). Так как ? и n связаны постоянным соотношение n=(30/?)?, то очертание обеих характеристик подобны.

Для трёхфазного асинхронного двигателя зависимости частоты вращения ротора от электромагнитного момента выражается громоздкой функцией, неудобной для анализа. Поэтому широкое применение получила зависимость момента от скольжения М=f(S), причём частота вращения ротора и скольжения связаны простым соотношением n=n (1-S).

Характеристики делятся на естественные и искусственные.

Естественная характеристика двигателя соответствует основной схеме его включения и номинальным параметром питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя неноминальным напряжением характеристики также отличаются от естественной характеристики.

Искусственные характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором и способы их получения рассмотрены в разделе. 5.

4.1 Расчёт и построение механической характеристики

Для расчёта характеристики М=f(S) и механической характеристики ?=f(M) воспользуемся известной упрощенной формулой Клосса:

(4.1)

где М - развиваемый двигательный момент, Нм, при соответствующем скольжении; S; SКр - критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту Мmax на механической характеристике.

Для номинального режима работы выражение (4.1) примет вид:

(4.2)

где SН - скольжение в номинальном режиме двигателя (дается в задании), или, используя известные параметры, получим; SН = 1,75%=0,0175

(4.3)

где PН=7,5 кВт:

Угловая частота вращения ротора ? с угловой синхронной частотой магнитного поля ?1 связана соотношением:

(4.4)

Тогда в номинальном режиме ?н = ?1(1-Sн).

?н = 157,08.(1-0,0175)=154,3 об/мин

Н.м.

Максимальный момент определяется из соотношения Мmax / Mн, приведенного в задании.

(4.5)

Таким образом, в выражении (4.1.2.) неизвестным остается скольжение Sкр, которое необходимо выразить и рассчитать.

Учитывая, что 0<SКР<1 и SКР>SН выбираем SКР1=0,065

Далее подставляем в выражение (4.1.4.) значение скольжения S от1 до 0, получают значение М для этих скольжений. И для них же определяют угловую частоту ротора ?:

(4.6)

(4.7)

(4.8)

Таблица 1. Данные расчёта механической характеристики.

S, о.е.

0

0,01

0,02

0,0175

0,065

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

1

M, Нм

0

29

54,64

48,8

97,6

88,8

57

30,8

20,8

15,69

12,6

?, 1/с

157,1

155,5

153,9

154,33

146,9

141,4

125,7

94,25

62,8

31,42

0

Исходя из таблицы 1, выполняем график: Механической характеристики.

Рис. 4. Зависимость М=f(S)

Рис. 5. Механическая характеристика

5. Расчет пусковых сопротивлений и пусковая диаграмма

5.1 Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором

Расчет добавочного сопротивления Rд.

(5.1)

где R2 - сопротивление фазы ротора, R2=0,37; Sки Sке - критическое скольжение естественной и искусственной механической характеристик, Sки=1, Sке= Sкр=0,065

, Ом

Пусковая диаграмма асинхронного двигателя.

Расчёт резисторов в цепи ротора, обеспечивающих заданную пусковую диаграмму, для асинхронного электропривода с фазным ротором является наиболее часто встречающейся задачей.

Под пусковой диаграммой понимают совокупность двух или более искусственных механических характеристик, которые используются при пуске АД в пределах от М1 до М2 показано на рисунке.

Пусковая диаграмма строится в предположении, что рабочий участок механических характеристик близок к линейному.

При построении пусковой диаграммы предельный момент М1 не может быть больше критического и обычно принимается (0,8?0,9) Мmax, а момент переключения М2 должен составлять (1,1?1,25) Мс.

Число ступеней пусковой диаграммы m (оно равно числу искусственных характеристик) и значение моментов М1 и М2 связаны между собой соотношением.

(5.2)

где - значение момента в относительных единицах.

Если при выбранных значениях М1 до М2 число ступеней m не получается целым, то его следует округлить в сторону ближайшего целого числа m и пересчитать момент переключения М'2.

Принимаем М1=0,9·97,6=87,84

М2=1,1·48,6=53,46

Т.к. при выборе значения М1 и М2 число ступеней получится близко к 6, то число позиций будет равно 6.

Расчетам М'2 с учетом, что m=7 по формуле:

(5.3)

После этого определяем отношение ?=М1/М'2 и величину сопротивления по ступеням рисунок определяется по формуле:

(5.4)

где RР=R2 - сопротивление ротора.

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

, Ом

Рис. 6. Пусковая диаграмма при m = 6

6. Управление электроприводами с асинхронными двигателями

Частоту вращения ротора асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно регулировать, изменяя величину сопротивления в роторной цепи.

Управлять такими электродвигателями возможно с помощью силовых и магнитных контроллеров. В настоящее время используются магнитные контроллеры, относящиеся к аппаратам дистанционного управления.

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан асинхронный двигатель с фазным ротором, выбраны и рассчитаны его параметры, рассчитана магнитная цепь, построены схема развертки статора и его механическая характеристика, выбраны пусковые сопротивления и разработана схема управления.

асинхронный двигатель статор фазный

Список литературы

1. Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления. Учебно-методическое пособие. Ющенко Л.В. 1999.

2. Электрические машины М.П. Костенко, А.М. Пиотровский, Л: Энергия, 1973.

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

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Определение размеров асинхронной машины. Расчет активного сопротивления обмотки статора и ротора, магнитной цепи. Механическая характеристика двигателя. Расчёт пусковых сопротивлений для автоматического пуска. Разработка схемы управления двигателем.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 05.02.2014

  • Расчет параметров асинхронного двигателя, проверочный расчет магнитной цепи, также построение естественных и искусственных характеристик двигателя с помощью программы "КОМПАС". Главные размеры асинхронной машины и их соотношения. Расчет фазного ротора.

    курсовая работа [141,6 K], добавлен 17.05.2016

  • Конструктивная разработка и расчет трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором. Расчет статора, его обмотки и зубцовой зоны. Обмотка и зубцовая зона фазного ротора. Расчет магнитной цепи. Магнитное напряжение зазора. Намагничивающий ток двигателя.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 14.06.2013

  • Рабочие характеристики асинхронного двигателя, определение его размеров, выбор электромагнитных нагрузок. Расчет числа пар полюсов, мощности двигателя, сопротивлений обмоток ротора и статора, магнитной цепи. Механические и добавочные потери в стали.

    курсовая работа [285,2 K], добавлен 26.11.2013

  • Определение главных размеров асинхронного электродвигателя. Тип и число витков обмотки. Размеры паза статора и проводников его обмотки. Расчёт обмотки, паза и ярма ротора. Параметры двигателя для рабочего режима. Определение пусковых характеристик.

    курсовая работа [11,5 M], добавлен 16.04.2012

  • Проектирование трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор аналога двигателя, размеров, конфигурации, материала магнитной цепи. Определение коэффициента обмотки статора, механический расчет вала и подшипников качения.

    курсовая работа [3,0 M], добавлен 29.06.2010

  • Выбор главных размеров обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора, воздушного зазора. Внешний диаметр ротора. Расчёт магнитной цепи. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора. Расчёт параметров асинхронной машины для номинального режима.

    курсовая работа [273,5 K], добавлен 30.11.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.