Проектирование трехфазного асинхронного электродвигателя

Проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по техническим данным. Требования к значениям КПД, коэффициента мощности, скольжения, кратности пускового тока, пускового и максимального момента. Выбор размеров двигателя.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 22.02.2012
Размер файла 729,3 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/

Министерство образования Российской Федерации

Дальневосточный государственный технический университет

Кафедра автоматизированного управления техническими системами

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Расчетно-пояснительная записка

К курсовому проекту по электрическим машинам

Выполнил студент гр. З-404

Г.А. Шишкин

Принял преподаватель

Владивосток

2002

Содержание

  • Задание на курсовое проектирование
  • 1. Выбор главных размеров двигателя
  • 1.1 Число пар полюсов
  • 1.2 Высота оси вращения h стандартизирована (ГОСТ 13267-73)
  • 1.3 Внутренний диаметр статора
  • 1.4 Полюсное давление
  • 1.5 Расчетная мощьность
  • 1.6 Расчетная длина воздушного зазора
  • 1.7 Критерием правильности выбора главных размеров служит отношение
  • 2. Определение числа пазов, витков, и сечения провода обмотки статора
  • 2.1 Возможные числа пазов статора находятся в диапазоне
  • 2.2 Окончательное значение зубчатого давления статора
  • 2.3 Номинальный фазный ток статора
  • 2.4 Число эффективных проводников в пазу
  • 2.5 Окончательное значение величин
  • 2.6 Шаг двухслойной обмотки статора
  • 2.7 Коэффициенты укорочения, распределения и обмоточный
  • 2.8 Магнитный поток
  • 2.9 Предварительное значение плотности тока в обмотке статора
  • 2.10. Сечение эффективного проводника (предварительно)
  • 2.11. Окончательное значение плотности тока в обмотке статора
  • 3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
  • 3.2 Паз статора
  • 3.3 Размеры заполнения паза
  • 3.4 Площадь поперечного сечения паза для размещения проводника обмотки
  • 3.5 Коэффициент заполнения паза
  • 3.6 Воздушный зазор д (мм) между статором и ротором
  • 4. Расчет короткозамкнутого ротора
  • 4.1 Число пазов ротора
  • 4.2 Внешний D2 и внутренний Dj диаметры сердечника ротора
  • 4.3 Длина сердечника ротора принимается равной
  • 4.4 Зубцовое деление ротора
  • 4.5 Ток и площадь поперечного сечения стержня ротора
  • 4.6 В проектируемом двигателе выполняем на роторе закрытые грушевидные пазы и зубцы с параллельными гранями
  • 4.7 Ширина зубца ротора
  • 4.8 Основные размеры паза ротора (см. рис.4.2.)
  • 4.9 Окончательные значения сечения стержня и плотности тока
  • 4.10. Полная высота паза и расчетная высота зубца ротора
  • 4.11 Ток в короткозамыкающем кольце ротора
  • 4.12 Короткозамыкающее кольцо ротора
  • 4.13 Средняя высота кольца выбирается из условия
  • 4.14 Средний диаметр короткозамыкающего кольца
  • 5. Расчет намагничивающего тока
  • 5.1 Окончательные значения индукций
  • 5.3 Магнитное напряжение зубцовых зон статора и ротора
  • 5.5 Коэффициент насыщения зубцовой зоны
  • 5.6 Длина средней магнитной линии ярма статора и ротора
  • 5.7 Магнитное напряжение ярма статора и ротора
  • 5.8 Магнитное напряжение на пару полюсов
  • 5.9 Коэффициент насыщения магнитной цепи
  • 5.10 Намагничивающий ток
  • 5.11 Относительное значение намагничивающего тока
  • 6. Параметры рабочего режима
  • 6.1 Длина проводников фазы обмотки статора
  • 6.2 Активное сопротивление фазы обмотки статора
  • 6.3 Относительное значение активного сопротивления статора
  • 6.4 Активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора
  • 6.5 Относительное значение активного сопротивления ротора
  • 6.6 Коэффициенты магнитной проводимости обмотки статора
  • 6.7 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора
  • 6.8 Коэффициенты магнитной проводимости короткозамкнутой обмотки ротора
  • 6.9 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора
  • 7. Расчет потерь
  • 7.1 Масса стали ярма статора и зубцов статора и ротора
  • 7.2 Основные потери в стали статора
  • 7.3 Удельные поверхностные потери в коронках зубцов ротора
  • 7.4 Поверхностные потери в роторе
  • 7.6 Полные потери в стали
  • 7.7 Механические потери, кВт, в двигателе с радиальной системой вентиляции без радиальных вентиляционных каналов с к. з. ротором и вентиляционными лопатками на замыкающих кольцах (IP 23)
  • 7.8 Добавочные потери в нормальном режиме
  • 7.9 Расчет режима холостого хода
  • 8. Расчет рабочих характеристик
  • 8.1 Потери в стали и механические (постоянные) потери
  • 8.2 Активная и реактивная составляющие тока синхронного холостого хода
  • 8.3 Активная и реактивная составляющие сопротивления намагничивающей ветви схемы замещения
  • 8.4 Постоянные величины
  • 8.5 Принимаем предварительно скольжение в номинальном режиме
  • 8.6 Номинальные данные спроектированного двигателя
  • 9. Расчет пусковых характеристик
  • 9.1 Безразмерная приведенная высота стержня ротора при расчетной температуре 115°С
  • 9.2 Глубина проникновения тока в стержень, (см. рис.4.2.)
  • 9.3 Площадь сечения части стержня, ограниченной высотой hr
  • 9.4 Отношение площади всего сечения стержня qC к площади qr
  • 9.5 Коэффициент увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока
  • 9.6 Приведенное активное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока
  • 9.7 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с вытеснения тока
  • 9.8 Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока
  • 9.9 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока
  • 9.10 Ток ротора без учета влияния насыщения коронок зубцов полями пазового рассеяния
  • 9.11 Предполагаемая кратность увеличения тока
  • 9.12 Предварительное значение тока фазы статора с учетом насыщения
  • 9.13 Средняя МДС обмотки статора, отнесенная к одному паз
  • 9.14 Фиктивная индукция магнитного поля рассеяния в воздушном зазоре
  • 9.15 Коэффициент ?д =0,487
  • 9.16 Дополнительное раскрытие пазов статора и ротора, учитывающие уменьшение потока пазового рассеяния из-за насыщения
  • 9.17 Уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора
  • 9.18 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении
  • 9.19 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении зубцов
  • 9.21. Коэффициент связи параметров Г - образной и Т - образной схем замещения
  • 9.22 Расчетные активное и реактивное сопротивления
  • 9.23 Ток обмотки ротора, приведенный в обмотке статора
  • 9.24 Ток обмотки статора
  • 9.25 Расхождение полученных значений и , и принятых первоначально (п.9.12.) и (п.9.7.), %
  • 9.26 Относительные значения тока статора и электромагнитного момента
  • 9.27 Расчет пусковых характеристик для критического скольжения производятся аналогично с учетом следующих дополнений
  • 10. Оценка спроектированного двигателя
  • Литература

Задание на курсовое проектирование

Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, имеющим следующие технические данные:

номинальная мощность Р = 47 кВт;

номинальное линейное напряжение U1H = 660 B;

соединение обмотки статора ? /Y;

синхронная частота вращения n1 = 1000 об/мин;

частота напряжения f1 = 50 Гц;

исполнение по степени защищенности согласно ГОСТ14254-69 - IP.23

Значения КПД, коэффициента мощности, скольжения, кратности пускового тока, пускового и максимального момента должны соответствовать требованиям

ГОСТ 19523 - 81.

Согласно задания необходимо спроектировать трехфазный асинхронный двигатель мощностью 47 кВт, с частотой вращения поля 1000 об/мин, напряжением 380/660 В при частоте 50 Гц, ротор короткозамкнутый, исполнение двигателя по степени защиты IP23. В качестве базовой модели принята конструкция асинхронного двигателя серии 4А. Данные ближайшего серийного двигателя определены по приложению 2 /1/:

Р = 45 кВт

SH = 0.020

зи = 0,91

cosцH = 0,87

Mmax* =

MП* =

IП* =

При проектировании использованы методика и рекомендации, содержащиеся в /1/.

1. Выбор главных размеров двигателя

1.1 Число пар полюсов

,

1.2 Высота оси вращения h стандартизирована (ГОСТ 13267-73)

Предельное её значение определяется по рис.1.1 методического указания. Далее принимается ближайшее стандартное значение h и соответствующее значение Da из ряда:

H, мм

132

160

180

200

225

250

Da, мм

225

272

313

349

392

437

h = 206,7 мм; стандартное значение h = 225 мм; Da = 392 мм.

1.3 Внутренний диаметр статора

где kD - отношение диаметров статора, зависящие от числа полюсов 2р:

2

4

6

8

kD

0,52…0,67

0,64…0,68

0,70…0,72

0,74…0,77

kD = 0,720; мм

Значение D округляем до целого числа миллиметров. D = 282мм.

1.4 Полюсное давление

мм

1.5 Расчетная мощьность

кВт,

где: kE =0.9728 отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению по рис.1.2; , cos - КПД и коэффициент мощности двигателя в номинальном режиме, определяемые по прил.2 для ближайшего серийного двигателя.

1.6 Расчетная длина воздушного зазора

, где ?1 = рад/с -

Синхронная угловая скорость вращения, kB - коэффициент формы поля, предварительно принимаемый, равный 1.11; Bд = 0.8530 (Тл), А = 40574 (А/м) индукция в воздушном зазоре и линейная нагрузка, предварительные значения которых определены по рисункам 1.3 и 1.4; kоб1 - обмоточный коэффициент статора, зависящий от её типа и параметров.

Для статора проектируемого двигателя принимаем двухслойную всыпную петлевую обмотку из круглого провода, выполняемую распределенной по пазам, с укорочением шага. Для таких обмоток можно предварительно принять kоб= 0,91…0,92 (при 2Р = 6), принимаем kоб =0,910

мм

Двигатель выполняем без радиальных и аксиальных вентиляционных каналов, т.к. h < 250 мм. Сердечники статора и ротора представляют собой пакеты из листовой электротехнической стали длиной lст1= lст2= lд=198 мм

1.7 Критерием правильности выбора главных размеров служит отношение

,

которое находится в пределах заштрихованной зоны на рис.1.5.

трехфазный асинхронный электродвигатель

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

2.1 Возможные числа пазов статора находятся в диапазоне

,

где t1min, t1max - предельные значения зубцового деления статора, которые можно определить по рис.2.1 /1/ Рекомендуется принимать такое целое число Z1 в этом диапазоне, при котором число пазов и фазу q1=Z1/2pm1 равняется целому числу /m1 = 3 - число фаз статора/.

Принимаем t1min =12.01 мм, t1max=14,13 мм, тогда

Принимаем q = 4, Z1 =72

2.2 Окончательное значение зубчатого давления статора

мм

2.3 Номинальный фазный ток статора

А,

где U1H = 380 B - номинальное фазное напряжение обмотки статора.

2.4 Число эффективных проводников в пазу

где а=2 - число параллельных ветвей фазы. Эффективным называется проводник, по которому протекает ток одной ветви фазы.

2.5 Окончательное значение величин

Число эффективных проводников в пазу UП1= 20;

число витков фазы обмотки статора

линейная токовая нагрузка

А/м

Полученное значение А близко к ранее принятому (см. п.1.6.) и находится в рекомендованных пределах (см. рис.1.4.)

2.6 Шаг двухслойной обмотки статора

где в - относительный шаг (предварительно принимаем равным 5/6);

- полюсное деление, выраженное числом пазов и зубьев статора.

Уточняется относительный шаг

2.7 Коэффициенты укорочения, распределения и обмоточный

Далее корректируем расчет , , t1 по пп.1.4., 1.6., 2.2 используя значения D, A, kоб, уточненные в пп.2.5., 2.7.

мм

мм

2.8 Магнитный поток

Вб

и окончательное значение индукции в воздушном зазоре

Тл

Полученное значение Вд не выходит за рекомендованные пределы (см. рис.1.3.)

2.9 Предварительное значение плотности тока в обмотке статора

Можно найти с помощью произведения AJ1 (A2м2), определяемого по рис.2.2 AJ1= 2,715Е + 11 A2м2

А/мм2

2.10. Сечение эффективного проводника (предварительно)

мм2

Для всыпных обмоток при ручной укладке используется круглый провод марки ПЭТ-155. Диаметр изолированного провода выбираем 0,95мм с площадью поперечного сечения 0,709 мм2.

Так как получается qэф ? 2 мм2, то эффективный проводник разбиваем на 6 элементарных. Суммарная площадь сечения элементарных проводников близка к расчетному сечению эффективного проводника, dиз = 1,254 мм.

мм2.

2.11. Окончательное значение плотности тока в обмотке статора

А/мм2, превышение (-5%)

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

В двигателях серии 4А для всыпной обмотки статоравыбирают традиционные пазы и зубцы с параллельными гранями (рис.3.1.). С начала производится предварительный выбор размеров паза по допустимой индукции в зубцах и ярме статора. После расчета коэффициента заполнения паза проводниками обмотки статора размеры паза уточняются.

3.1 Предварительные значения ширины зубца и высоты ярма статора

;

где BZ1 = 2,0 Тл, Ba =1,60 Тл - индукции в зубце и ярме статора по табл.3.1 kC - коэффициент заполнения пакета сталью.

Сердечники статоров двигателей серии 4А выполняют из листов холоднокатаной электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм с оксидированной изоляцией. В этом случае kC = 0,97

мм

мм

3.2 Паз статора

Размеры паза в штампе (рис.3.1.)

; ;

где hш1 и bш1 - высота и ширина шлица паза. Для проектируемого двигателя принимаем hш1 = 1мм, bш1 = 3,7 мм

мм

мм

мм

Для двигателей серии 4А при Н=160 - 250 мм принимаются изоляционные материалы класса нагревостойкости F. Состав и размеры пазовой изоляции

bиз1 = 0,4 мм; bиз3 = 0,5 мм; hиз = 0,5 мм; hкл = 2,5 мм

3.3 Размеры заполнения паза

мм

мм

мм

Размеры паза в свету меньше размеров в штампе на величину припусков на штамповку и сборку сердечников. При h = 160…250 мм припуски по ширине и высоте паза принимаются равными

? bn = ? hn = 0,2 мм

Основания трапеции, на площади которой размещаются проводники паза

3.4 Площадь поперечного сечения паза для размещения проводника обмотки

где значение площади междуслойной прокладки

мм

мм2

3.5 Коэффициент заполнения паза

Плотность ручной укладки всыпной обмотки укладывается в нормы 0,70…0,75

3.6 Воздушный зазор д (мм) между статором и ротором

Определяется по рис.3.2 Найденное значение округляем до 0,1 мм;

д =0,60 мм.

Таблица

Поз

Наименование

Материал

Обознач.

размеров

Толщина,

мм

Провод обмоточный

ПЭТ-155

d/dИЗ

0.95/1.01

Коробка пазовая

Пленкосинтокартон ПСКФ или изоном

bИЗ2

0.4

Прокладка междуслойная

Пленкосинтокартон ПСКФ или изоном

bИЗ3

0.5

Прокладка

Стеклотексталит СТЭФ-1

hИЗ

0.5

Клин пазовый

Стеклотексталит СТЭФ-1

HK

2.5

4. Расчет короткозамкнутого ротора

4.1 Число пазов ротора

Z2 определяется из табл.4.1 Пазы ротора выполняются без скоса.

Z2 = 56

4.2 Внешний D2 и внутренний Dj диаметры сердечника ротора

мм

мм

Внутренний диаметр равен диаметру вала, так сердечник ротора насаживают непосредственно на вал. Значение Dj округляем до целого числа миллиметров. Dj = 90 мм.

4.3 Длина сердечника ротора принимается равной

lcm2 =lcm1 =lд =187 мм

4.4 Зубцовое деление ротора

мм

4.5 Ток и площадь поперечного сечения стержня ротора

где ki = 0,899 - коэффициент, учитывающий влияние намагничивающего тока и сопротивление обмоток, определяемый по рис.4.1.

- коэффициент приведения тока ротора к обмотке статора.

А

мм2

Пазы короткозамкнутого ротора двигателей серии 4А заливают алюминием. Плотность тока в стержне ротора при защищенном исполнении IP23 выбираем J2 = 3,0 А/мм2.

4.6 В проектируемом двигателе выполняем на роторе закрытые грушевидные пазы и зубцы с параллельными гранями

Принимаем размеры шлица hш2 = 0,7 мм, bш2 =1,5 мм, высоту перемычки над пазом = 0,3 мм.

4.7 Ширина зубца ротора

где

BZ2 = 1,95 - допустимая индукция в зубце ротора по табл.3.1.

Листы ротора выполняются также из стали марки 2013 толщиной 0,5 мм и не изолируются, при этом kC = 0,97.

мм

4.8 Основные размеры паза ротора (см. рис.4.2.)

мм

мм

мм

Для высококачественной заливки пазов ротора алюминием необходимо, чтобы

b1P ?2,5…3 мм. Условие выполнено. Размеры паза и зубца округляем до десятых долей миллиметра.

4.9 Окончательные значения сечения стержня и плотности тока

мм2

А/мм2

4.10. Полная высота паза и расчетная высота зубца ротора

мм

мм

4.11 Ток в короткозамыкающем кольце ротора

, где

А

4.12 Короткозамыкающее кольцо ротора

Имеет сечение в виде неправильной трапеции с площадью поперечного сечения

мм2

Плотность тока в Jкл = 2,55 А/мм2 выбираем в среднем на 15…20% меньше, чем в стержнях.

4.13 Средняя высота кольца выбирается из условия

, мм

Расчетное сечение колец литой обмотки ротора принимаем равным qкл = аКЛ + bКЛ, не учитывая утолщения в местах примыкания вентиляционных лопаток, поэтому толщина кольца

мм

4.14 Средний диаметр короткозамыкающего кольца

мм

Пазы и зубцы ротора

5. Расчет намагничивающего тока

5.1 Окончательные значения индукций

в зубцах статора Тл

и ротора Тл

см. пп.2.2., 2.8., 3.1., 4.4., 4.7 и рис.3.1., 4.2.

в ямках статора и ротора

Тл

; см. пп.1.6., 3.1., 4.3

Здесь - расчетная высота ярма ротора. При ? 6

мм

Тл

Коэффициент воздушного зазора kд, учитывающий влияние неравномерности воздушного зазора из-за наличия пазов на статоре и роторе на магнитную проводимость зазора

; где;

см. пп.3.2., 3.6 и рис.3.1.

5.3 Магнитное напряжение зубцовых зон статора и ротора

; см. п.4.10. и рис.3.1.

Т.к. BZ > 1,8 Тл, необходимо учитывать ответвление части потока в паз. В этом случае HZ определяем по кривым рис.5.1., приняв и рассчитав предварительно коэффициент knx, показывающий соотношение площадей поперечных сечений паза и зубца

;

где мм

- средняя ширина паза статора. (см. рис.3.1.)

;

где мм

- средняя ширина паза ротора. (см. рис.4.2.)

bZ - ширина зубца, kC - см. пп 3.1 или 4.7.; НZ1 = 2871,916 A/м;

НZ2 = 2510,808 А/м

Тл.

Тл.

5.5 Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Коэффициент kZ позволяет предварительно оценить правильность выбранных параметров и обмоточных данных машины. Обычно kZ лежит в пределах 1,2…1,5. Рассчитанные параметры входят в допустимую зону.

5.6 Длина средней магнитной линии ярма статора и ротора

мм

мм

5.7 Магнитное напряжение ярма статора и ротора

(Ba = 1,60 Тл, Bj = 0,621 Тл)

А

А

Напряженность магнитного поля в ярмах На и Hj определяем по табл.5.2.

На = 750 А/м Hj = 83 А/м

5.8 Магнитное напряжение на пару полюсов

А

5.9 Коэффициент насыщения магнитной цепи

5.10 Намагничивающий ток

А (см. п. п.1.1., 2.5., 2.7.)

5.11 Относительное значение намагничивающего тока

Для двигателей средней мощности Iм* лежит в пределах 0,18…0,5

6. Параметры рабочего режима

6.1 Длина проводников фазы обмотки статора

где средняя длина витка обмотки

мм; мм.

Длина лобовой части обмотки, где kл; kвыл - коэффициенты, зависящие от числа полюсов и способа изоляции лобовых частей обмотки. Лобовые части катушки всыпной обмотки не изолируются. Значение коэффициентов для этого случая:

КЛ = 1,4

Квыл = 0,5

2р = 6

мм

вылет лобовых частей обмотки:

мм.

средняя ширина катушки

мм

где (п.2.6.);

Всыпные обмотки в машинах серии 4А укладываются до запрессовки сердечника в корпус.

При этом В = 10 мм (рис.6.1.).

мм.

6.2 Активное сопротивление фазы обмотки статора

Ом

где сС115=10-6/41 Ом*м - удельное сопротивление меди при расчетной температуре 1150С для изоляции класса F; a, qэл, nэл - см. пп.2.4., 2.10.

6.3 Относительное значение активного сопротивления статора

;

Обычно r1* лежит в пределах 0,02…0,08

6.4 Активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора

; где Ом

Ом

где Ом*м - удельное сопротивление стержня и короткозамыкающего кольца для литой алюминиевой обмотки ротора при расчетной t=1150C; Z2, qc, qКЛ см. пп.4.1., 4.9., 4.11., 4.12., 4.14.

Длина стержня при отсутствии в роторе радиальных вентиляционных каналов равна длине сердечника ротора мм

Ом.

Активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора

Ом

6.5 Относительное значение активного сопротивления ротора

;

обычно лежит в пределах 0,015…0,05

6.6 Коэффициенты магнитной проводимости обмотки статора

Пазового рассеяния для конфигурации паза по рис.3.1.

см. пп.3.2., 3.3 и рис.3.1.

лобового рассеяния

дифференциального рассеяния

для полузакрытых пазов и при отсутствии скоса пазов

где t1, t2 см. пп.2.2 и 4.4.;

определяем по рис.6.2 в зависимости от

6.7 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора

Ом

относительное значение

обычно лежит в пределах 0,07…0,14

6.8 Коэффициенты магнитной проводимости короткозамкнутой обмотки ротора

Пазового рассеяния для формы паза по рис.4.2.

где qC, I2, см. пп.4.5., 4.9.

размеры паза ротора - рис.4.2 и пп.4.6., 4.8.

мм.

Лобового рассеяния для литой алюминиевой обмотки

где акл, bкл - см. п.4.13. и рис.4.2.

дифференциального рассеяния

?Z = 0,0150 определяем по рис.6.3 в зависимости от

и

6.9 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора

Ом

где f - частота напряжения

приведенное индуктивное сопротивление рассеяния ротора

Ом

относительное значение

Это сопротивление должно находиться в пределах 0,1…0,18

7. Расчет потерь

7.1 Масса стали ярма статора и зубцов статора и ротора

кг.

кг.

кг.

где кг/м3 - удельная масса стали,

hZ1 = hП1; hZ2 = hП2; bZ1; bZ2 см. рис.3.1., 4.2.

7.2 Основные потери в стали статора

кВт.

где показатель в = 1,5 для стали 2013. Удельные потери для этой стали при толщине листов 0,5 мм составляют Вт/кг; ,

- коэффициенты, учитывающие влияние на потери технологической обработки стали. Ва, ВZ1 см. п.5.1.

Основные потери в стали ротора не рассчитывают, т.к. частота перемагничивания ротора в номинальном и близком к нему режимах очень мала и потери эти незначительны.

7.3 Удельные поверхностные потери в коронках зубцов ротора

,

где k02 = 1,4…1,8 для машин РН ? 160 кВт, принимаем k02 = 1,4;

n ? n1 (см. задание);

амплитуда пульсации магнитной индукции в воздушном зазоре

Тл.

в02 = 0,323 определяем по рис.7.1 в зависимости от

Вт/м2

7.4 Поверхностные потери в роторе

Возникают в поверхностном слое коронок зубцов ротора от пульсации индукции в воздушном зазоре

из-за наличия зубцов на статоре

кВт

7.5 Пульсационные потери в зубцах ротора

Вызываются пульсацией индукции в зубцах ротора вследствие изменения взаимного расположения зубцов статора и ротора

кВт,

где амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов ротора

Тл.

t1; д; BZ2; t2 - см. пп.5.2., 3.6., 6.1., 4.4.

Поверхностные и пульсационные потери в зубцах статора при закрытых пазах ротора не рассчитывают ввиду их малости.

7.6 Полные потери в стали

кВт

7.7 Механические потери, кВт, в двигателе с радиальной системой вентиляции без радиальных вентиляционных каналов с к. з. ротором и вентиляционными лопатками на замыкающих кольцах (IP 23)

кВт

для двигателей с Da ?250 мм kT = 7 при 2р ? 4

7.8 Добавочные потери в нормальном режиме

кВт

где РН - заданная номинальная мощность, кВт

з - предварительное значение КПД (п.1.5.)

7.9 Расчет режима холостого хода

Активная составляющая тока холостого хода

А

где кВт

электрические потери в обмотке статора при холостом ходе,

Iм - намагничивающий ток (п.5.10.)

Полный ток холостого хода

А

Коэффициент мощности

8. Расчет рабочих характеристик

В курсовом проекте используется аналитический метод расчета рабочих характеристик, основанный на использовании Г - образной схемы замещения.

На этой схеме обозначено:

В двигателе с РН >3 кВт можно принять

Перед расчетом рабочих характеристик необходимо рассчитать постоянные, не зависящие от скольжения величины.

8.1 Потери в стали и механические (постоянные) потери

кВт

8.2 Активная и реактивная составляющие тока синхронного холостого хода

А

(см. п.5.10.)

8.3 Активная и реактивная составляющие сопротивления намагничивающей ветви схемы замещения

Ом

Ом

где х1 - см. п.6.7.

8.4 Постоянные величины

Ом

8.5 Принимаем предварительно скольжение в номинальном режиме

Расчет рабочих характеристик для SH в развернутом виде по формулам приведен далее.

Для других значений скольжений результаты расчета приведены в табл.1.

1. Ом

2. Ом

3. А

4.

5.

6. Ом

7. А

8. А

9. А

10. кВт

11. кВт

12. кВт

13. кВт

14. кВт

15. кВт

16.

17.

8.6 Номинальные данные спроектированного двигателя

По данным расчета (табл.8.1.) строим рабочие характеристики:

; ; ; ;

По рабочим характеристикам определяем номинальные величины, соответствующие заданной номинальной мощности РН = 47,00 кВт

А; А; ; ;

Формуляр для расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя.

В; А; А; А; кВт; кВт; Ом; Ом; Ом; Ом; Ом;

Таблица 1.

п/п

Расчетная формула

Ед. измер

скольжение

0,1SH

0,2SH

0,4SH

0,6SH

0,8SH

1,0SH

1,2SH

0,0024

0,0049

0,0098

0,0147

0,0195

0,0244

0,0293

1

Ом

77,34

38,81

19,55

13,12

9,91

7,99

6,70

2

Ом

77,36

38,85

19,62

13,23

10,06

8,17

6,92

3

А

4,91

9,78

19,37

28,71

37,78

46,53

54,95

4

0,9998

0,999

0,996

0,992

0,986

0,978

0,969

5

0,02

0,04

0,09

0,13

0,17

0,21

0,25

6

А

5,71

10,57

20,09

29,27

38,03

46,30

54,05

7

А

14,51

14,83

16,08

18,10

20,80

24,11

27,95

8

А

15,59

18,21

25,73

34,41

43,35

52, 20

60,84

9

А

5,05

10,05

19,90

29,51

38,82

47,82

56,47

10

кВт

6,50

12,05

22,90

33,37

43,35

52,78

61,61

11

кВт

0, 20

0,27

0,54

0,97

1,54

2,23

3,03

12

кВт

0,01

0,05

0,21

0,47

0,81

1,22

1,70

13

кВт

0,02

0,03

0,06

0,11

0,18

0,26

0,35

14

кВт

1,31

1,43

1,89

2,63

3,60

4,79

6,17

15

кВт

5, 19

10,61

21,01

30,74

39,75

47,99

55,44

16

0,7983

0,8810

0,9173

0,9213

0,9169

0,9092

0,8999

17

0,3660

0,5803

0,7807

0,8505

0,8773

0,8869

0,8883

9. Расчет пусковых характеристик

Расчет пусковых характеристик позволяет определить кратность пускового тока , а также кратности максимального и пускового моментов.

Рассчитываются точки характеристик, соответствующие скольжениям S= 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1 и Sкр. При S= 1определяются значения начальных пусковых момента МП* и тока IП*, а при Sкр - значение максимального момента Mmax*. В расчетно-пояснительной записке подробный расчет приводится для скольжения S= 1. Данные расчета для других значений скольжения сводятся в таблицу. В ней приведены значения величин каждого пункта расчета.

9.1 Безразмерная приведенная высота стержня ротора при расчетной температуре 115°С

где hC - высота стержня в пазу, (см. рис.4.2.), определяется по формуле мм (см. п.4.10).

9.2 Глубина проникновения тока в стержень, (см. рис.4.2.)

мм

где значение ц = 0,6321 находится по рис.9.1.

9.3 Площадь сечения части стержня, ограниченной высотой hr

мм2

мм

9.4 Отношение площади всего сечения стержня qC к площади qr

9.5 Коэффициент увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока

где и из п.6.4.

9.6 Приведенное активное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока

Ом

где см. п.6.4.

9.7 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с вытеснения тока

где коэффициент находится по рис.9.2.

- ток в стержне ротора, зависящий от значения сопротивлений с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

А из п.4.5.

При значение предварительно принимается равным пусковому току обмотки статора

А

где определяется по прил.2. для ближайшего серийного двигателя, из п.8.6.

9.8 Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока

где ; ; из п.6.8.

9.9 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока

Ом где см. п.6.9.

9.10 Ток ротора без учета влияния насыщения коронок зубцов полями пазового рассеяния

А

где ; из п. п.6.2., 6.7.

9.11 Предполагаемая кратность увеличения тока

Обусловлена уменьшением индуктивных сопротивлений из-за насыщения зубцовых зон

при принимаются ориентировочноравной 1,25 - 1,4

принимаем

9.12 Предварительное значение тока фазы статора с учетом насыщения

А

9.13 Средняя МДС обмотки статора, отнесенная к одному паз

А

где ; ; ; ; ; из п. п.2.5., 6.6., 2.7., 2.1., 2.4., 4.1.

9.14 Фиктивная индукция магнитного поля рассеяния в воздушном зазоре

Тл

где из п.3.6., - коэффициент, определяемый по формуле

где , из п. п.2.2., 4.4.

9.15 Коэффициент ?д =0,487

Равен отношению потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины, находится по рис.9.3.

9.16 Дополнительное раскрытие пазов статора и ротора, учитывающие уменьшение потока пазового рассеяния из-за насыщения

мм

мм

где из п.3.2.

9.17 Уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора

где из п.3.33

9.18 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении

где из п.6.6.

9.19 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении зубцов

лg1нас = лg1 х жу = 1,227 х 0,487 = 0,598

лg2нас = лg2 х жу = 1,807 х 0,487 = 0,881

где лg1; лg2 из п. п.6.6., 6.8,9.20. Индуктивные сопротивления обмотки статора с учетом насыщения и обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока

Ом

Ом

см. п. п.6.6., 6.8.

9.21. Коэффициент связи параметров Г - образной и Т - образной схем замещения

где Ом - сопротивление взаимной индукции обмоток

При > 0,1 ; ; из п. п.8.3., 5.3., 5.8.

9.22 Расчетные активное и реактивное сопротивления

Ом

Ом

9.23 Ток обмотки ротора, приведенный в обмотке статора

А

9.24 Ток обмотки статора

А

9.25 Расхождение полученных значений и , и принятых первоначально (п.9.12.) и (п.9.7.), %

Т.к. расхождения не превышают 15%, расчет токов считаем законченным

9.26 Относительные значения тока статора и электромагнитного момента

где ; из п.8.6 Величины и при представляют собой кратности пускового тока и пускового момента

9.27 Расчет пусковых характеристик для критического скольжения производятся аналогично с учетом следующих дополнений

Значение критического скольжения в первом приближении можно определить по формуле

где ;

Здесь используются значения ; ; ; из п. п.6.2., 6.4., 6.7., 6.9., 9.21., а также ; из п.9.20. при

Для полученного значения рассчитываются п.9.1а. - 9.21а.

При этом в п.9.7а. приближенное значение тока ротора определяется по формуле

А

где Ом

Ом

В п.9.11. следует принять

9.1а. Безразмерная приведенная высота стержня ротора при расчетной температуре 115°С

где - высота стержня в пазу, (см. рис.4.2.), определяется по формуле мм (см. п.4.10).

9.2а. Глубина проникновения тока в стержень, (см. рис.4.2.)

мм

где значение ц = 0,0388 находится по рис.9.1.

9.3а. Площадь сечения части стержня, ограниченной высотой hr

мм2

мм

9.4а. Отношение площади всего сечения стержня qC к площади qr

9.5а. Коэффициент увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока

где и из п.6.4.

9.6а. Приведенное активное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока

Ом

где см. п.6.4.

9.7а. Коэффиент магнитной проводимости пазового рассеяния с вытеснения тока

где коэффициент находится по рис.9.2.

- ток в стержне ротора, зависящий от значения сопротивлений с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

А из п.4.5.

При значение предварительно принимается

А

где Ом

Ом

9.8а. Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока

где ; ; из п.6.8.

9.9а. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока

Ом где см. п.6.9.

9.10а. Ток ротора без учета влияния насыщения коронок зубцов полями пазового рассеяния

А

где ; из п. п.6.2., 6.7.

9.11а. Предполагаемая кратность увеличения тока, обусловленная уменьшением индуктивных сопротивлений из-за насыщения зубцовых зон

при принимаются ориентировочноравной 1,1 - 1,15

принимаем

9.12а. Предварительное значение тока фазы статора с учетом насыщения

А

9.13а. Средняя МДС обмотки статора, отнесенная к одному паз

А

где ; ; ; ; ; из п. п.2.5., 6.6., 2.7., 2.1., 2.4., 4.1.

9.14а. Фиктивная индукция магнитного поля рассеяния в воздушном зазоре

Тл

где из п.3.6., - коэффициент, определяемый по формуле

где , из п. п.2.2., 4.4.

9.15а. Коэффициент жд =0,748, равный отношению потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины, находится по рис.9.3 в зависимости от Тл.

9.16а. Дополнительное раскрытие пазов статора и ротора, учитывающие уменьшение потока пазового рассеяния из-за насыщения

мм

мм

где из п.3.2.

9.17а. Уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора

где из п.3.33

9.18а. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении

где из п.6.6.

9.19а. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении зубцов

лg1нас = лg1 х жу = 1,227 х 0,748 = 0,918

лg2нас = лg2 х жу = 1,807 х 0,748 = 1,353

где лg1; лg2 из п. п.6.6., 6.8,9.20а. Индуктивные сопротивления обмотки статора с учетом насыщения и обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока

Ом

Ом

см. п. п.6.6., 6.8.

9.21а. Коэффициент связи параметров Г - образной и Т - образной схем замещения

где Ом - сопротивление взаимной индукции обмоток

При > 0,1 ; ; из п. п.8.3., 5.3., 5.8.

9.21а.1. Уточнение значения критического скольжения

9.22а. Расчетные активное и реактивное сопротивления

Ом

Ом

9.23а. Ток обмотки ротора, приведенный в обмотке статора

А

9.24а. Ток обмотки статора

А

9.25а. Расхождение полученных значений и , и принятых первоначально (п.9.12а.) и (п.9.7а.), %

Т.к. расхождения не превышают 15%, расчет токов считаем законченным

9.26а. Относительные значения тока статора и электромагнитного момента

где ; из п.8.6 Величины и при представляет собой кратность максимального момента

9.27. Расчет пусковых характеристик для остальных заданных значений скольжения

1 > S > 0 производится аналогично с учетом того, что значения тока ротора в п.9.11б. определяем по формулам:

,

где токи ротора: из п.9.23. при ; из п.9.23а. при ;

из п.9.10. при ; из п.9.10. при ;

9.1б. Безразмерная приведенная высота стержня ротора при расчетной температуре 115°С

S

0,1

0,2

0,5

0,8

о

0,566

0,801

1,266

1,601

9.2б. Глубина проникновения тока в стержень, (см. рис.4.2.)

S

0,1

0,2

0,5

0,8

hr

27,304

26,710

23,541

19,507

9.3б. Площадь сечения части стержня, ограниченной высотой hr

S

0,1

0,2

0,5

0,8

br

5,506

5,573

5,928

6,381

qr

184,2

180,9

162,7

137,8

9.4б. Отношение площади всего сечения стержня qC к площади qr

S

0,1

0,2

0,5

0,8

kr

1,008

1,027

1,142

1,347

9.5б. Коэффициент увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока

S

0,1

0,2

0,5

0,8

kR

1,006

1,019

1,103

1,253

9.6б. Приведенное активное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока

S

0,1

0,2

0,5

0,8

0,1793

0,1817

0, 1966

0,2233

9.7б. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом вытеснения тока

S

0,1

0,2

0,5

0,8

1,909

1,879

1,766

1,655

9.8б. Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока

S

0,1

0,2

0,5

0,8

0,891

0,884

0,859

0,834

9.9б. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока

S

0,1

0,2

0,5

0,8

0,823

0,817

0,794

0,771

9.10б. Ток ротора без учета влияния насыщения коронок зубцов полями пазового рассеяния

S

0,1

0,2

0,5

0,8

147,71

196,85

231,11

240,53

9.11б. Предполагаемая кратность увеличения тока, обусловленная уменьшением индуктивных сопротивлений из-за насыщения зубцовых зон

S

0,1

0,2

0,5

0,8

1,07

1,10

1,18

1,26

9.12б. Предварительное значение тока фазы статора с учетом насыщения

S

0,1

0,2

0,5

0,8

158,4

216,3

272,2

302,3

9.13б. Средняя МДС обмотки статора, отнесенная к одному пазу

S

0,1

0,2

0,5

0,8

2244

3064

3856

4283

9.14б. Фиктивная индукция магнитного поля рассеяния в воздушном зазоре

S

0,1

0,2

0,5

0,8

2,325

3,174

3,995

4,436

9.15б. Коэффициент жд - , равный отношению потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины, находится по рис.9.3

S

0,1

0,2

0,5

0,8

жд

0,808

0,678

0,572

0,528

9.16б. Дополнительное раскрытие пазов статора и ротора, учитывающие уменьшение потока пазового рассеяния из-за насыщения

S

0,1

0,2

0,5

0,8

C1

1,655

2,774

3,686

4,062

C2

2,742

4,594

6,106

6,729

9.17б. Уменьшение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора

S

0,1

0,2

0,5

0,8

0,124

0,180

0,216

0,229

0,302

0,352

0,375

0,382

9.18б. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении

S

0,1

0,2

0,5

0,8

1,694

1,638

1,602

1,589

1,533

1,452

1,309

1,185

9.19б. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора и ротора при насыщении зубцов

S

0,1

0,2

0,5

0,8

0,991

0,831

0,701

0,648

1,460

1,225

1,033

0,954

9.20б. Индуктивные сопротивления обмотки статора с учетом насыщения и обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока

S

0,1

0,2

0,5

0,8

0,645

0,607

0,578

0,566

0,697

0,635

0,5700,352

0,352

9.21б. Коэффициент связи параметров Г - образной и Т - образной схем замещения

S

0,1

0,2

0,5

0,8

1,0171

1,0160

1,0153

1,0150

9.22б. Расчетные активное и реактивное сопротивления

S

0,1

0,2

0,5

0,8

2,0970

1, 1963

0,6725

0,5565

9.23б. Ток обмотки ротора, приведенный в обмотке статора

S

0,1

0,2

0,5

0,8

152,2

219,4

284,1

307,4

9.24б. Ток обмотки статора

S

0,1

0,2

0,5

0,8

155,3

223,2

288,4

311,7

9.25б. Расхождение значений и , и принятых первоначально (п.9.12б.) и (п.9.7б.), %

S

0,1

0,2

0,5

0,8

-15,5

12,7

16,1

7,1

-2,0

3,1

5,6

3,0

9.26б. Относительные значения тока статора и электромагнитного момента

S

0,1

0,2

0,5

0,8

2,97

4,28

5,52

5,97

M*

2,49

2,62

1,90

1,58

10. Оценка спроектированного двигателя

Таблица. Сравнение показателей спроектированного двигателя с требованиями ГОСТ19523-81, n=1000 об/мин., исполнение IP 23

Показатели

Р, кВт

Скольжение

КПД

cosц

Mmax/MH

Mn/MH

I1n/I1H

Спроектированный

двигатель

47

0,024

0,9092

0,8869

2,62

1,47

6,15

Стандартный двигатель

45

0,020

0,91

0,87

2

1,2

6,5

расхождения

22%

0,09%

1,94%

31,03%

22,44%

5,34%

Спроектированный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТа. Некоторые расхождения связаны с тем, что двигатель выполнен на железе несколько большего размера, чем требовалось по расчету, т.к. выбиралось из стандартного ряда.

Литература

1. Проскуренко С.С., Сергеев В.Д., Чернышова А.С. Асинхронные двигатели с коротко замкнутым ротором. Методические указания к курсовому проектированию для студентов-заочников. Владивосток, 1984.59с.

2. Проектирование электрических машин / Под ред. И.П. Копылова. И. 1960.496 с.

3. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горюнов Д.А. Проектирование электрических машин.3-е изд. перераб. и доп. К., 1970.632с.

4. Козин Е.К. Расчет трехфазных асинхронных двигателей мощностью от 1 до 100 кВт. Л., 1968.90с.

5. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. /Под общей ред. И.П. Копылова. М. 1988.496с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • 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

  • Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя. Конструирование обмотки статора. Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора. Параметры асинхронного двигателя в номинальном режиме. Тепловой и вентиляционный расчет.

    курсовая работа [927,5 K], добавлен 26.02.2012

  • Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, ротора, намагничивающего тока. Параметры рабочего режима. Расчет потерь, рабочих и пусковых характеристик.

    курсовая работа [218,8 K], добавлен 27.10.2008

  • Возможные неисправности и способы устранения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Охрана труда и экология конвертерного производства ЕВРАЗ НТМК. Технологическая карта ремонта и обслуживания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

    реферат [277,5 K], добавлен 05.02.2014

  • Проектирование и произведение необходимых расчетов для асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 200 КВт, выбор размеров. Моделирование двигателя, выбор схемы управления им. Сравнение спроектированного двигателя с аналогом.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 28.09.2009

  • 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

  • Особенности разработки асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа 4А160S4У3 на основе обобщённой машины. Расчет математической модели асинхронного двигателя в форме Коши 5. Адекватность модели прямого пуска асинхронного двигателя.

    курсовая работа [362,0 K], добавлен 08.04.2010

  • Этапы проектирования асинхронного двигателя серии 4А с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, намагничивающего тока. Параметры рабочего режима. Расчеты рабочих и пусковых характеристик.

    курсовая работа [3,6 M], добавлен 02.04.2011

  • 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

  • Основные тенденции в развитии электромашиностроения, применяемые в них степени защиты. Проектирование асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, его применение, принцип работы, эксплуатационная надежность, расчет основных показателей.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 29.06.2011

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.