Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"

Кафедра "Автоматизированного электропривода и мехатроники"

Курсовой проект

по дисциплине: Электрические машины

Исполнитель: Енин С.С. студент 3 курса, группа_ЭА-09-1

Руководитель: Горохов В.Л., к.т.н., доцент

Работа защищена "___"___________2012 г. с оценкой___________ _______

Магнитогорск, 2012

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова"

Кафедра "Автоматизированного электропривода и мехатроники"

Задание на курсовое проектирование

Характеристики выбранного двигателя:

№ варианта	Тип	Pн, кВт	2p	КПД, %	cos	f1
34	4A100L4У3	4,0	4	84	0,84	50

Исполнитель: _Енин С.С. студент 3 курса, группа_ЭА-09-1

Руководитель: Горохов В.Л., к.т.н., доцент

Магнитогорск 2012

Содержание

1. Выбор главных размеров

2. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора

3. Расчет ротора

4. Расчет магнитной цепи

5. Расчет параметров двигателя для номинального режима

6. Потери в двигателе

7. Параметры и данные холостого хода

8. Расчет рабочих характеристик

9. Расчет пусковых характеристик

10. Сравнительный анализ

Список литературы

1. Выбор главных размеров

1.1 Высота оси вращения (предварительно):

;

- внешний диаметр статора;

1.2 Внутренний диаметр статора:

- коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечников статора АД;

Принимаем :

1.3 Полюсное деление:

1.4 Расчетная мощность:

где - мощность на валу двигателя, Bm;

- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

- КПД;

- коэффициент мощности;

1.5 Электромагнитные нагрузки (предварительно):

- линейная токовая нагрузка (предварительно);

- магнитная индукция в воздушном зазоре.

1.6 Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки):

;

- коэффициент полюсного перекрытия;

- коэффициент формы поля.

1.7 Расчетная длина магнитопровода:

где - угловая частота вращения;

1.8 Отношение л:

- критерий правильности выбора главных размеров;

Значение находится в допустимых пределах.

1.9 Полная конструктивная длина и длина стали сердечника статора

Т.к. , то радиальные вентиляционные каналы не устанавливают, т.е. . Длина сердечника ротора принимается при этом равной ; длина стали сердечника ротора .

2. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора

2.1 Выбор конструктивного исполнения обмотки статора:

В машинах мощностью до 100 кВт и номинальном напряжении применяют всыпную обмотку статора.

2.2 Предельные значения зубцового деления статора:

Возможные числа пазов статора:

Принимаем , тогда

2.3 Зубцовое деление статора (окончательно):

статор ротор асинхронный двигатель

2.4 Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии a = 1):

где - номинальный ток обмотки статора;

Принимаем a = 1, тогда

проводников.

2.5 Число витков в фазе обмотки:

2.6 Линейная нагрузка

2.7 Значение обмоточного коэффициента:

где - коэффициент укорочения и коэффициент распределения.

2.8 Магнитный поток

2.9 Индукция в воздушном зазоре

Значения А и находятся в допустимых пределах.

2.10 Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

где - допустимое значение произведения линейной нагрузки и плотности тока;

Сечение эффективного проводника:



Принимаем число элементарных пазов, составляющих один эффективный , тогда

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ:

- номинальный диаметр неизолированного провода;

- площадь поперечного сечения неизолированного проводника;

2.11 Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

Выбираем марку стали 2013 со способом изолирования листов оксидированием с .

Размеры пазов в электрических машинах должныбыть выбраны таким образом, чтобы, во-первых, площадь поперечного сечения паза соответствовала количеству и размерам размешаемых в нем проводников обмотки с учетом всей изоляции и, во-вторых, чтобы значения индукций в ярме и зубцах статора находилась в определенных пределах, зависящих от типа, мощности, исполнения машины и от марки электротехнической стали сердечника. Конфигурация пазов и зубцов определяются типом обмотки, который в свою очередь, зависит от мощности, номинального напряжения и исполнения машины. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцаз статора.

2.12 Высота ярма статора:

где =1,6 - допустимое значение индукции в ярме статора;

2.13 Ширина зубца статора:

где - допустимое значение индукции в зубцах статора при постоянном сечении провода;

- коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора при оксидированном способе изолирования листов.

2.14 Размеры паза в штампе:

Размер определим в зависимости от :

где - соответственно высота и ширина шлица полузакрытых пазов статора АД с обмоткой из круглого провода;

2.15 Площадь поперечного сечения паза в штампе:

где

2.16 Размеры паза в свету:

2.17 Площадь корпусной изоляции:

2.18 Площадь прокладок в пазу:

2.19 Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников обмотки:

2.20 Коэффициент заполнения паза:

входит в допустимые пределы, что указывает на правильность размещения обмотки в пазах.

2.22 Выбор воздушного зазора:

Принимаем воздушный зазор

3. Расчет ротора

3.1 Количество пазов ротора:

Количество пазов ротора Z2 для двигателей с короткозамкнутым ротором выбирают в зависимости от Z1 и наличия скоса пазов так, чтобы обеспечить незначительное влияние высших гармоник магнитного поля на кривую момента.

Из рекомендуемых чисел пазов короткозамкнутого ротора принимаем:

3.2 Коэффициент проведения токов:

3.3 Ток фазы ротора, равный участку кольца, расположенного между стержнями:

где - коэффициент, учитывающий влияние и сопротивления обмоток на отношение .

3.4 Сечение стержня обмотки ротора:

где - плотность тока в стержне для медных короткозамкнутых роторах.

3.5 Ток в замыкающих кольцах:

3.5 Сечение замыкающего кольца обмотки ротора:

где - плотность тока в замыкающих кольцах, на (15 - 20)% меньше чем в стержнях.

Определение размеров паза ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя производится с учетом его формы. Принимаем двигатель с грушевидными полузакрытыми пазами с размерами шлица

3.6 Ширина зубца:

где - зубцовое деление ротора ( - внешний диаметр ротора);

- допустимое значение индукции в зубцах ротора, Тл.

3.7 Размеры паза:

3.8 Уточняем площадь стержня:

3.9 Ширина зубца в двух сечениях:

где - полная высота паза;

3.10 Расчетная высота зубца:

3.11 Конструкция сердечника ротора:

Применяем непосредственную горячую посадку сердечника на гладкий вал без шпонки. Внутренний диаметр сердечника ротора находим:

4. Расчет магнитной цепи

Расчет магнитной цепи производят с целью определения намагничивающего тока двигателя. Определение индукций и МДС производится на практике одним из двух методов: по основной гармонической поля и по физической кривой распределения индукции с учетом насыщения.

Расчет магнитной цепи асинхронных двигателей производят для режима холостого хода при номинальном напряжении U1н.

4.1 Действующее значение намагничивающего тока:

где - амплитуда суммарного магнитного напряжения на пару полюсов (слагаемые - амплитудные значения магнитных напряжений участков магнитной цепи соответственно воздушного зазора, зубцовых зон статора и ротора, ярм статора и ротора);

- амплитудные значения напряженности магнитного поля на участках магнитной цепи;



- длины средних магнитных линий ярм статора и ротора;

Определение амплитуд напряженности магнитного поля на участках магнитной цепи производится в следующем порядке.

При постоянном сечении зубцов амплитуда первой гармоники магнитной индукции в зубце статора или ротора

Т.к. , необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце .

где - коэффициент, определяемый напряженность магнитного поля в зубце отношением площадей сечений паза и зубца статора; - напряженность магнитного поля в зубце, определяемая по основной кривой намагничивания.

, значит

Т.к. , необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце .

где - коэффициент, определяемый напряженность магнитного поля в зубце отношением площадей сечений паза и зубца ротора; - напряженность магнитного поля в зубце, определяемая по основной кривой намагничивания.



, значит

Максимальное значение амплитуды в ярмах статора и ротора:

находится в допустимых пределах.

5. Расчет параметров двигателя для номинального режима

К параметрам асинхронной машины относятся: сопротивления обмотки статора X1, r1; фазы ротора X2, r2; сопротивление взаимной индукции X12; сопротивление r12, учитывающее потери в стали статора.

При увеличении нагрузки увеличивается поле рассеивания, насыщаются отдельные участки магнитопровода и уменьшаются X1 и X2. При возрастании скольжения S в двигателях с короткозамкнутым ротором усиливается эффект вытеснения тока, что приводит к изменению X2 и r2. При изменении режима от холостого хода до номинального изменения параметров пренебрежимо малы. Их учитывают при расчете пусковых режимов, в которых токи превышают номинальные в несколько раз, а частота тока ротора близка к частоте сети.

Расчет параметров для номинального режима производится следующим образом.

5.1 Активные сопротивления обмоток статора и короткозамкнутого ротора:

где - общая длина эффективных проводников фазы обмотки статора, м; - удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре , Ом; - коэффициент увеличения активного сопротивления от действия эффекта вытеснения тока.

Для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости B , .



где - средняя длина витка обмотки, м.

- длина вылета прямолинейной части катушек из паза;

Длина вылета лобовой части катушки:

5.2 Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора:

где - сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями; - сопротивление стержня:



где - удельные сопротивления при расчетной температуре; - длина стержня; - сечения стержня и кольца;

5.3 Активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора:

5.4 Индуктивное сопротивление рассеяния X1 обмотки статора:

где - коэффициенты магнитной проводимости рассеяния соответственно пазовой части обмотки, ее лобовой части и дифференциального.

Сопротивление рассеивания:

5.5 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:

5.6 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к статору:

5.7 Относительные значения параметров обмотки:

6. Потери в двигателе

6.1 Сумма потерь в двигателе:

где - основные и добавочные потери в стали; - электрические потери в обмотках статора и ротора; - потери на трение щеток о контактные кольца; - потери на трение в подшипниках и вентиляцию; - добавочные потери.

6.2 Основные и добавочные потери в стали:

При определении основных потерь в стали потерями стали ротора пренебрегают.

где - удельные потери в стали данной марки при B = 1 Тл и f = 50 Гц; - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечению участка и технологических факторов; - индукция в ярме и средняя индукция в зубце статора; - масса стали ярма и зубцов статора.

Массу стали определим по выражениям:



где - полные поверхностные потери статора и ротора; - пульсационные потери в зубцах статора и ротора.

где - удельные поверхностные потери на 1 м2 поверхности головок зубцов статора и ротора.

где - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов на удельные потери; - амплитуды пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов.

Поверхностные и пульсационные потери в статорах двигателей с короткозамкнутым ротором обычно малы, так как в пазах таких роторов мало и пульсации индукции в воздушном зазоре над головками зубцов статора незначительны. Поэтому расчет этих потерь в статорах таких двигателей не проводят.

Пульсационные потери в роторе:

Сумма добавочных потерь в стали:

Полные потери в стали:

6.3 Механические и вентиляционные потери:

где

6.4 Добавочные потери:

Добавочные потери при номинальной нагрузке, обусловленные действием магнитных потоков рассеяния, пульсация индукции, высших гармоник магнитного поля и других причин, согласно ГОСТ, принимаются равными 0,5% номинальной мощности.

7. Параметры и данные холостого хода

7.1 Сопротивление ветви намагничивания схемы замещения:

Относительные значения:

7.2 Составляющие тока холостого хода двигателя:

где

Ток холостого хода:

Коэффициент мощности при холостом ходе:

8. Расчет рабочих характеристик

№	Величина	Единица	Расчетная формула	Скольжение
				0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03
1	Активная составляющая тока синхронного холостого хода	А		0,157
2	Вещественная часть	-		1,017
3	Коэффициент мнимой части	-		0
4	Модуль	-		1,017
5	Коэффициенты выражения активного и реактивного сопротивлений правой ветви схемы	- - Ом Ом		1,034
				0
				1,878
				5,187
№	Величина	Единица	Расчетная формула	Скольжение
				0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03
6	Активное, реактивное и полное сопротивление правой ветви Г-образной схемы замещения	Ом		302	152	102	77	62	52
				5,187	5,187	5,187	5,187	5,187	5,187
				303	152	102	77	62	52
7	Ток правой ветви Г-образной схемы замещения	А		6,11	6,11	6,11	6,11	6,11	6,11
8	Ток статора и его составляющие	А		6,27	6,26	6,26	6,25	6,25	6,24
				1,7	1,8	1,9	2,0	2,12	2,2
				6,5	6,5	6,5	6,6	6,6	6,6
9	Мощность, потребляемая двигателем	кВт		4,136	4,134	4,131	4,127	4,122	4,117
10	Электрические потери в обмотках статора и ротора	кВт		0,234	0,235	0,237	0,239	0,241	0,242
				0,168	0,168	0,168	0,168	0,168	0,168
11	Добавочные потери	кВт		0,011	0,011	0,011	0,011	0,011	0,006
12	Суммарные потери в двигателе	кВт		0,551	0,553	0,555	0,556	0,558	0,560
13	Мощность на валу двигателя	кВт		3,585	3,581	3,576	3,570	3,564	3,556
14	КПД двигателя	%		87,7	86,6	86,6	86,5	86,4	86,4
15	Коэффициент мощности	-		0,96	0,96	0,96	0,95	0,94	0,94

9 .Расчет пусковых характеристик

№	Расчетная формула	Единица	Скольжение
			0,025	0,1	0,2	0,5	0,8	1,0
1	Определение	-	0,12	0,24	0,34	0,53	0,68	0,76
2		-	1	1	1	1,01	1,02	1,03
3		-	1	1	1	1	1	1
4		Ом	1,454	1,454	1,454	1,454	1,454	1,454
5		-	0,999	0,999	0,999	0,997	0,995	0,992
6		-	0	0	0	0,001	0,004	0,007
7		-	1,26	1,26	1,26	1,259	1,257	1,255
8		-	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99
9		Ом	2,899	2,899	2,899	2,899	2,898	2,897
10		Ом	4,149	4,149	4,149	4,148	4,147	4,146
11		Ом	1,939	1,939	1,939	1,939	1,939	1,939
12		-	1,011	1,011	1,011	1,011	1,011	1,011
13		Ом	60,65	16,55	9,19	4,78	3,68	3,31
14		Ом	6,347	6,347	6,347	6,347	6,347	6,347
15		А	3,6	12,4	19,7	27,7	30	31
16		А	3,9	12,8	20,2	28,4	30,1	31,5
17		-	0,45	1,49	2,35	3,3	3,57	3,66
18		-	1,1	3,15	3,95	3,13	2,29	1,93

10. Сравнительный анализ

Параметр		КПД, %
Полученный расчетным путем	3,564	86,4	0,94	6,6
Данный в техническом задании	4,0	84,0	0,84	8,6
Относительная погрешность вычислений, %	10	2,8	10,6	23,3

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

Список литературы

1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов/ П79 И.П. Копылов, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2005. - 767 с.: ил.

2. Горохов В.Л., Лукин А.Н., Жигалова Г.М. Расчет асинхронных двигателей: Учебное пособие. 2 изд. Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ", 2008. 91 с.

Размещено на Allbest.ru