Проектирование трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором серии 4AС132S6Y3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Гомельский государственный технический университет

имени П.О. Сухого

Кафедра "Автоматизированный электропривод"

Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту

Проектирование трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором серии 4AС132S6Y3

Выполнил

студент гр. ЭПП-31

Коробко Д.А.

Руководитель курсового проекта

Тодарев В.В.

Гомель 2014



Содержание

Введение

1. Определение главных размеров машины

2. Расчёт обмотки, паза и ярма статора

3. Расчёт обмотки, паза и ярма ротора

4. Определение параметров двигателя для рабочего режима

5. Расчёт магнитной цепи машины

6. Расчет постоянных потерь мощности

7. Расчёт рабочих характеристик электродвигателя

8. Пусковые характеристики двигателя

9. Тепловой расчёт

Заключение

Литература



Введение

Целью данного курсового проектирования является расширение и закрепление знаний по курсу "Электрические машины", овладение современными методами расчёта и конструирования электрических машин (в данном курсовом проекте - двигателя серии 4А160S2У3), приобретение навыков пользования справочной литературой, что потребуется в процессе работы на производстве при пересчёте обмоток электрических машин на другое напряжение или при ремонте машин.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.

Уже в настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой в стране электроэнергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электротехнической стали и других, а затраты на обслуживание и ремонт асинхронных двигателей в эксплуатации составляют более 5% затрат на ремонт и обслуживание всего установленного оборудования. Поэтому создание серий высокоэкономичных и надёжных асинхронных двигателей является важнейшей народнохозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатация и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материальных и трудовых ресурсов в нашей стране.



1. Определение главных размеров машины

Коэффициент полезного действия по табл. 2-1[1]

Коэффициент мощности по табл. 2-1[1]

i=0,72

Подводимая мощность

Вт

Наружный диаметр сердечника по табл. 6-1[1]

мм

Внутренний диаметр сердечника статора по табл. 6-1[1]

мм

Воздушный зазор по табл. 6-1[1]

мм

Наружный диаметр сердечника ротора

мм

Внутренний диаметр листов ротора (диаметр вала) по табл. 4-1[1]

мм

Число аксиальных каналов ротора по табл. 6-1[1]

, т.к. мм

Диаметр аксиальных каналов

, т.к. мм

Марка стали 2013 (табл.1[2])

Толщина листов 0,5 мм (табл.1[2])

Коэффициент заполнения сталь сердечника статора табл. 1[2]

Коэффициент заполнения сталью сердечника ротора табл. 1[2]

Число пазов статораи ротора по табл.6-1[1]

2. Расчёт обмотки, паза и ярма статора

А) Тип и число витков обмотки

Тип обмотки - однослойная концентрическая по табл. 6-1[1]

Форма пазов статора - трапециидальные полузакрытые по табл. 6-1б[1]

Число пазов на полюс и фазу по табл.3,

Шаг обмотки по пазам по табл.6-1 [1]

Принимаем =9

Укорочение шага (табл.9)

Коэффициент распределения (табл.9)

Коэффициент укорочения

Обмоточный коэффициент



Магнитная индукция в воздушном зазоре по табл.2-1 [1]

Магнитный поток в воздушном зазоре

Вб

где мм, табл.6-1[1]

Коэффициент падения напряжения в обмотке статора [2] рис.4

Число витков в обмотке фазы

Число эффективных проводников в пазу

где =1 из табл.6-1 [1]

Принятое число эффективных проводников в пазу (по табл. 6.1,[1])

Уточнённое число витков обмотки фазы



Эффективное число витков обмотки фазы статора

Принятая длина сердечника статора по табл.6-1 [1] мм

Номинальный фазный ток

А

Линейная нагрузка статора

А/см

Эффективная длина сердечника

мм

Предварительное значение магнитной индукции в спинке статора (табл.5)

Т

Расчётная высота спинки статора

мм

Высота паза статора



мм

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора

мм

Б) Размеры паза статора и проводников обмотки статора

Предварительное значение магнитной индукции в расчётном сечении зубца (по табл.6): Т

Ширина зубца с равновеликим сечением

мм

Большая ширина паза

мм

Ширина шлица паза по табл.6-1 [1] мм

Высота шлица паза по табл.6-1 [1] мм

Меньшая ширина паза

мм

Площадь поперечного сечения паза в штампе



мм²

Площадь поперечного сечения паза в свету

-- припуски на сборку сердечников по ширине и высоте паза, принимаем по табл.7[2]: мм, мм, тогда

мм2

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

- односторонняя толщина корпусной изоляции из табл. 8 [2]:

=0,25 мм

мм2

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой

мм2

Максимально допустимый диаметр изолированного провода

мм

Число элементарных проводников в одном эффективном по табл. 6-1 [1] m=2

Диаметр голого провода [3] d=1,04 мм

Диаметр изолированного провода [3] =1,12 мм

Сечение провода

мм2

Коэффициент заполнения паза

Плотность тока в обмотке статора

А/ мм2

Характеристика тепловой нагрузки

А/ мм2см

Среднее зубцовое деление статора

мм

Средняя ширина катушки обмотки статора

мм

Средняя длина лобовой части обмотки статора



мм

Средняя длина витка обмотки

мм

Длина вылета лобовой части обмотки статора

мм

3. Расчёт обмотки, паза и ярма ротора

Форма пазов ротора (выбираем по табл. 6-1 и рис. 6-2 [1]) - рис. 6.2в

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора

мм

Высота шлица мм (табл. 6-1 [1])

Ширина шлица мм

Высота мостика мм

Большая ширина паза

мм,

где мм



Индукция в зубцах ротора =1,95 принимаем по табл.11 [2])

Высота паза -- по табл. 6-1 [1], мм

Расчётная высота спинки ротора

мм

Эффективная длина пакета ротора

мм

Магнитная индукция в спинке ротора

Т

Меньшая ширина паза

мм

Расстояние между центрами радиусов

мм

Площадь поперечного сечения паза ротора и стержня

мм²



Поперечное сечение кольца литой клетки (предварительно)

мм2

Высота кольца

мм

Длина кольца

мм

Принятое поперечное сечение кольца

мм2

Средний диаметр кольца

мм

4. Определение параметров двигателя для рабочего режима

Удельная проводимость меди обмотки статора при расчётной температуре (по табл. 12 [2]), .

Удельная проводимость алюминия обмотки ротора при рабочей температуре (табл. 12 [2]), .

Активное сопротивление обмотки фазы



Ом

Активное сопротивление обмотки фазы, в О.Е.

Коэффициент влияния укорочения шага на пазовое рассеяние (по рис.9),

Коэффициент влияния укорочения шага на пазовое рассеяние (по рис.9),

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния пазов

;

( мм; мм;

мм);

Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов (табл. 14, [2]),

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора



Коэффициент дифференциального рассеяния статора (табл.13, [2]),

Коэффициент воздушного зазора, учитывающий зубчатость статора

Коэффициент воздушного зазора, учитывающий зубчатость ротора

Коэффициент воздушного зазора

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния Статора

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей обмотки статора

(где )

Суммарный коэффициент магнитной проводимости обмотки статора

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора

Ом

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в О.Е.

Активное сопротивление стержня клетки

Ом

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня

Сопротивление короткозамыкающих колец, приведённое к току стержня

Ом



Центральный угол скоса

рад

Коэффициент скоса пазов ротора

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора

Активное сопротивление обмотки ротора, приведённое к обмотке статор

Ом

В относительных единицах:

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния пазов ротора



(где )

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

( -- определяется по рис.11 [2], по ; )

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния короткозамыкающих колец литой клетки (лобовых частей ротора)

(где )

Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов

Суммарный коэффициент магнитной проводимости ротора



Индуктивное сопротивление обмотки ротора

Ом

Индуктивное сопротивление рассеяния ротора, приведённое к обмотке статора

Ом

В относительных единицах

5. Расчёт магнитной цепи машины

Магнитное напряжение воздушного зазора на полюс

А

Ширина зубца статора в расчётных сечениях

мм

мм

мм



Магнитная индукция в расчётном сечении зубца статора

Т

Расчётная длина магнитной силовой линии в зубце статора

мм

Магнитное напряжение зубцов статора

А

Ширина зубца ротора в расчётных сечениях

мм

мм

мм

Магнитная индукция в расчётных сечениях

Т



Определение магнитного поля в зубце ротора по приложению 2. [4], (А/см)

Расчётное значение напряжённости магнитного поля в зубце ротора

А/см

Расчётная длина магнитной силовой линии в зубце ротора

мм

Магнитное напряжение зубцов ротора

А

Высота спинки статора

мм

Магнитная индукция в спинке статора

Т

электродвигатель статор ротор мощность

Расчётная длина магнитной линии в спинке статора



мм

Магнитное напряжение спинки статора

А

( А/см, приложение 4 [2])

Расчётная длина магнитной силовой линии спинки ротора

мм

Магнитная индукция в спинке ротора (см. п 71)

Магнитное напряжение спинки ротора

А

( А/см, приложение 4 [2])

Намагничивающая сила магнитной цепи на один полюс

А

Коэффициент насыщения магнитной цепи



Намагничивающий ток

А

В процентах от номинального тока

Главное индуктивное сопротивление

Ом

В относительных единицах

Ом

6. Расчёт постоянных потерь мощности

Реактивная составляющая тока статора при идеальном холостом ходе

А

где коэффициент рассеяния ротора:



Электрические потери в обмотке статора при холостом ходе

Вт

Расчётная масса стали зубцов статора

кг

Магнитные потери в зубцах статора

Вт

Расчётная масса стали спинки статора

кг

Магнитные потери в спинке статора

Вт

Суммарные потери в сердечнике статора при холостом ходе, включая добавочные потери

Вт

Механические потери

Вт

Активная составляющая тока холостого хода

А

Ток холостого хода

А

Коэффициент мощности при холостом ходе

7. Расчёт рабочих характеристик машины

Рассчитаем рабочие характеристики с помощью программы разработанной на кафедре "Автоматизированный электропривод ".

Результаты расчетов лучше свести в таблицу, по которой затем построить рабочие характеристики.



Таблица 1. Рабочие характеристики

8. Пусковые характеристики двигателя

Приведённая высота проводника

(; S=1)

Расчётная глубина проникновения тока в стержень

мм

(где по рис.21)

Ширина стержня на расчётной глубине проникновения тока

мм



Площадь поперечного сечения стержня при расчётной глубине проникновения тока

мм²

Коэффициент вытеснения тока

Активное сопротивление стержня клетки

Ом

Активное сопротивление обмотки ротора, приведённое к обмотке статора

Ом

Коэффициент проводимости рассеяния пазов ротора с учетом вытеснения тока



где: по рис. 21.

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора

Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учётом вытеснения тока

Ом

Приведённое индуктивное сопротивление ротора

Ом

Параметры схемы замещения

Ом

Ом

Ом

Ом

Приведённое активное сопротивление короткого замыкания

Ом

Приведённое индуктивное сопротивление короткого замыкания

Ом



Приведённое полное сопротивление короткого замыкания

Ом

Составляющая коэффициента пазовой проводимости статора, зависящая от насыщения

()

Составляющая коэффициента проводимости статора, зависящая от насыщения

Составляющая коэффициента пазовой проводимости ротора, зависящая от насыщения

Составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора, зависящая от насыщения



Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения

Ом

Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, не зависящее от насыщения

Ом

Расчётный ток ротора при пуске

Расчётные параметры схемы замещения при пуске с учётом вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния полное сопротивление

индуктивное сопротивление

Ом



Активная составляющая тока статора при пуске

А

()

Реактивная составляющая тока статора при пуске

А

Фазный ток статора при пуске

А

Красть пускового тока

Кратность пускового момента



(где )

Расчётный ток ротора при с учётом насыщения

А

Сопротивления схемы замещения при максимальном моменте

Ом

Ом

Ом

Ом

Активная составляющая тока статора

А

Реактивная составляющая тока статора



А

Ток фазы статора при

А

Кратность максимального момента

Критическое скольжение

9. Тепловой расчёт

Превышение температуры сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя

Где

( -- по рис.14 [2])

Периметр поперечного сечения условной поверхности охлаждения паза статора

мм

где и

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

0C

где по рис.13 [2] и по стр.61 [2]

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

⁰C

Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки статора

⁰C

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя



⁰C

Сумма потерь при предельно допускаемой температуре, передаваемых воздуху внутри двигателя

Вт

Условная поверхность охлаждения двигателя

мм²

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой охлаждающей среды

0C

( выбираем по рис. 16 [2])

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды

⁰C



Заключение

Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

При проектировании данного электродвигателя были рассчитаны размеры статора и ротора, выбраны типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины были сконструированы так, чтобы при изготовлении машины трудоёмкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями. При этом данная электрическая машина соответствует условиям применения её в электроприводе.

При выполнении проекта учитывалось соответствие технико-экономических показателей машины современному мировому уровню. Проектирование производилось с учётом требований государственных и отраслевых стандартов. При проектировании пришлось учесть назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных материалов, КПД, технологию производства, надёжность в работе и патентную чистоту.



Литература

1. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. М. Энергоиздат, 1982.

2. Методические указания к курсовому проекту по курсу "Электрические машины" для студентов спец. 10.04 и 21.05 часть 1, №2102 / Составили В.И. Бурьяница, и В.В. Тодарев.

3. Проектирование электрических машин под ред. И.П. Копылова М., "Энергия", 1980.

Размещено на Allbest.ru