Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Пояснительная записка с 3 таблицами и 6 источниками.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СTATOP, РОТОР, ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НАГРУЗКИ, МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ, ПАРАМЕТРЫ, ПОТЕРИ МОЩНОСТИ,РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПУСКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Объектом проектирования является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Цель проектирования - получить навыки по расчету и конструированию электрических машин, применяя традиционные средства вычислительной техники.

В процессе проектирования проводились электромагнитные и тепловые расчеты электродвигателя, уточнялись выбранные ранее размеры деталей и узлов двигателя,

Основные конструктивные характеристики: конструктивное исполнение IM1001; исполнение по способу защиты IP44; климатическое исполнение и категория размещения УЗ; класс нагревостойкостиF.



Содержание

• Реферат 1
• Введение 3
• 1.Выбор главных размеров 4
• 2. Определение z1, щ1 и площади получаемого сечения провода обмотки статора 6
• 3. Расчет размеров зубцевой зоны статора и воздушного зазора 10
• 4. Расчет ротора 13
• 5. Расчет магнитной цепи 18
• 6. Параметры рабочего режима 23
• 7. Расчет потерь 30
• 8. Расчет рабочих характеристик 34
• 9. Расчет пусковых характеристик 36
• 10. Тепловой расчет 46
• Список используемой литературы 51


Введение

Электрическая промышленность - ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках, поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровеньпродукции других отраслей.

Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.

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

При создании электрической машины рассчитываем размеры статора и ротора, выбираем тип обмотки, обмоточные провода, изоляции, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям приведения ее в электроприводе.



1. Выбор главных размеров

Высота оси вращения (предварительно)

Принимаем ближайшее стандартное значение

Внешний диаметр статора

Внутренний диаметр статора

где K_D - отношение внутреннего диаметра статора к внешнему

асинхронный двигатель короткозамкнутый ротор

Полюсное деление

Расчетная мощность



где P₂-мощность на валу двигателя;

k_E- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению

?? - предварительное значение КПД

cosц - предварительное значение коэффициента мощности

Электромагнитные нагрузки (предварительно)

Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки)

Расчетная длина воздушного зазора



где ?? - синхронная угловая частота двигателя

k_b- коэффициент формы поля

Критерий правильности выбора главных размеров

Значение ?? = 1,17 находится в допустимых пределах , значит размеры выбраны верно.

2. Определение Z1, щ1 и площади получаемого сечения провода обмотки статора

Предельные значения зубцового деления статора t_Z1



Предельные значения числа пазов статора

Число пазов принимаем равным

Тогда число пазов на полюс и фазу

Обмотка однослойная.

Окончательно зубцовое деление статора

Предварительно вычисляется число эффективных проводников в пазу, при условии а=1

где I_1н - номинальный ток в обмотке статора



Выбираем число параллельных ветвей в обмотке статора

Тогда число эффективных проводников в пазу окончательно равно

Окончательно принимаются значения

Число витков в фазе

Линейная нагрузка

Магнитный поток

где k_об1 - обмоточный коэффициент для однослойной обмотки



Индукция в воздушном зазоре

Предварительно рассчитывается плотность тока в обмотке статора

где AJ₁ - произведение линейной нагрузки на плотность тока

Предварительно вычисляется площадь поперечного сечения эффективного проводника

Окончательно сечение эффективного проводника принимаем

Тогда сечение элементарного проводника



Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ

Окончательно рассчитывается плотность тока в обмотке статора

3. Расчет размеров зубцевой зоны статора и воздушного зазора

Расчетная ширина зубца статора

где B_Z1 - индукция в зубцах ротора, предварительно принимается равной

k_c - коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора



Высота ярма статора

где В_а - индукция в ярме ротора, предварительно принимается равной

Размеры паза в штампе

Ширина шлица паза

Высота шлица паза принимается равной

Высота паза

Размер b₂



Размер b₁

Размер h_nk

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки

где S_из - площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

b_из-односторонняя толщина изоляции в пазу



S_пр - площадь поперечного сечения прокладок

Коэффициент заполнения паза

где d_из - диаметр изолированного обмоточного привода, из табл. Приложения 3

Полученное значение k_з допустимо для механизированной укладки обмотки.

4. Расчет ротора

Выбирается воздушный зазор

Число пазов ротора принимается равным

Рассчитывается внешний диаметр ротора



Длина магнитопровода ротора

Зубцевое деление ротора

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник ротора непосредственно насаживается на вал

,

где k_b - коэффициент

Ток в стержне ротора

,

где k_i - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I₁/I₂

х_i - коэффициент приведения токов, для двигателей с фазными роторами

Предварительно рассчитывается площадь поперечного сечения стержня

где J₂ - плотность тока в стержне литой клетки принимаем

Размеры шлица паза принимаются равными

Индукция в зубцах ротора принимается равной

По допустимой индукции определяется ширина зубца ротора



где k_c - коэффициент заполнения сталью сердечника ротора

Размеры паза

Принимаем

Полная высота паза

Площадь поперечного сечения стержня



Плотность тока в стержне

Площадь поперечного сечения короткозамыкающего кольца (предварительно)

где ток в кольце

плотность тока в кольце



Размеры короткозамыкающих колец

Площадь поперечного сечения кольца

Средний диаметр кольца

5. Расчет магнитной цепи

Магнитопровод выполняется из стали 2013 ГОСТ 21423-83; толщина листов 0,5мм.

Значения индукций в зубцах

Так как

Коэффициент k_пхпо высоте h_zx=0.5h_z



Где

Тл

Принимаем =1,9

Индукция в ярме статора

Индукция в ярме ротора

Расчетная высота ярма ротора

Магнитное напряжение воздушного зазора



где k_д- коэффициент воздушного зазора

Магнитное напряжение зубцовых зон - статора

где h_Z1 - высота зубца статора

Напряженность магнитного поля H_Z1 (см. Приложение 1, табл. П-17)

Полученное значение H_Z1 подставляется в формулу

- ротора

где h_Z2- высота зубца

Напряженность магнитного поля в зубцах ротора (см. Л1 Приложение 1, табл. П-17)



Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитное напряжение ярма

- статора

где L_a - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора

Индукция в ярме статора

Напряженность магнитного поля в ярме статора

- ротора



где L_j - длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора

Индукция в ярме ротора

Напряженность магнитного поля в ярме ротора (Приложение 1, табл. П-16)

Магнитное напряжение на пару полюсов

Коэффициент насыщения магнитной цепи



Намагничивающий ток

Относительное значение намагничивающего тока

0,2<<0,4

6. Параметры рабочего режима

Активное сопротивление фазы обмотки статора

где с₁₁₅ - удельное сопротивление меди при рабочей температуре

k_r - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока

L₁ - общая длина эффективных проводников фазы обмотки

l_ср1 - средняя длина витка обмотки



l_n1 - длина пазовой части обмотки равна конструктивной длине сердечников машины l₁

l_л1 - длина лобовой части

K_л - коэффициент

b_кт - средняя ширина катушки

B- длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части

Длина вылета лобовой части катушки

Где коэффициент



Относительное значение активного сопротивления обмотки статора

Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора

где r_с - активное сопротивление стержня

с₁₁₅ - удельное сопротивление алюминиевой обмотки при рабочей температуре

r_кл - активное сопротивление короткозамыкающего кольца

Сопротивление фазы обмотки ротора приводится к числу витков обмотки статора. Приведенное сопротивление

Относительное значение приведенного активного сопротивления ротора

6.3. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

где ??_n1 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора

b_из - толщина изоляции

Т.к. проводники закрыты пазовой крышкой



??_л1 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния статора

??_Д1 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния статора

Коэффициент



Относительное значение индуктивного сопротивления обмотки статора

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

где ??_n2 - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора

??_л2 - коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора

??_Д2 - коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора



Коэффициент

??_ск - коэффициент проводимости скоса. Т.к. скос пазов отсутствует, то

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора приводится к числу витков статора. Приведенное индуктивное сопротивление ротора

Относительное значение приведенного сопротивления ротора



7. Расчет потерь

Основные потери стали

где p_1,0/50 - удельные потери в стали

k_Да - коэффициент

m_а - масса стали ярма

h_a - высота ярма статора\

г_с - удельная масса стали

k_ДZ - коэффициент

m_Z1 - масса стали зубцов статора

b_Z1ср - средняя ширина зубца статора



Поверхностные потери в роторе

где p_пов.2 - удельные поверхностные потери

где k₀₂ - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери

B₀₂ - амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора

в₀₂ - коэффициент, зависящий от отношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору



Пульсационные потери в зубцах ротора

где B_пул2 - амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов ротора

m_Z2 - масса стали зубцов ротора

Сумма добавочных потерь в стали

Полные потери в стали

Механические потери



где K_Т - коэффициент

Холостой ход двигателя

где I_х.х.а - активная составляющая тока холостого хода

P_э1х.х - электрические потери в статоре при холостом ходе

Коэффициент мощности при холостом ходе



8. Расчет рабочих характеристик

Сопротивления схемы замещения

Коэффициент рассчитывается по уточненной формуле

Угол определяется по формуле

Активная составляющая тока синхронного холостого хода

Расчетные величины



Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

Принимаем

И рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь

Результаты расчета приведены в Таблице 1.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя



Таблица 1

№ п/п	Расчетная формула	Единица	Скольжение
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,027
1		Ом	60,32	30,16	20,11	15,08	12,06	10,05	11,17
2		Ом	60,93	30,77	20,72	15,69	12,68	10,67	11,78
3		Ом	1,46	1,46	1,46	1,46	1,46	1,46	1,46
4		Ом	60,95	30,81	20,77	15,76	12,76	10,76	11,87
5		А	3,61	7,14	10,59	13,96	17,24	20,44	18,53
6		-	1,00	1,00	1,00	1,00	0,99	0,99	0,99
7		-	0,02	0,05	0,07	0,09	0,11	0,14	0,12
8		А	4,06	7,58	11,02	14,35	17,58	20,70	18,84
9		А	7,19	7,44	7,84	8,39	9,07	9,87	9,38
10		А	8,25	10,62	13,52	16,62	19,78	22,93	21,04
11		А	3,68	7,28	10,80	14,24	17,59	20,85	18,90
12		кВт	2,68	5,00	7,27	9,47	11,60	13,66	12,43
13		кВт	0,12	0,20	0,33	0,50	0,70	0,95	0,80
14		кВт	0,01	0,05	0,10	0,18	0,27	0,38	0,31
15		кВт	0,01	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,06
16		кВт	0,45	0,57	0,77	1,02	1,33	1,69	1,47
17		кВт	2,23	4,43	6,50	8,45	10,27	11,97	10,96
18		-	0,83	0,89	0,89	0,89	0,89	0,88	0,88
19		-	0,49	0,71	0,81	0,86	0,89	0,90	0,90

9. Расчет пусковых характеристик

Рассчитываем точки характеристик, соответствующие скольжениям

Подробный расчет приведен для скольжения



Данные расчета других точек сведены в Таблицу 2.

Параметры с учетом вытеснения тока

Приведенная высота стержня

Для 5 =1,39 находим

Глубина проникновения тока

Т.к. выполняется неравенство

То площадь сечения

Где



Коэффициент

Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока

Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока

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

Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока

Ток в обмотке ротора

Таблица 2

№	Расчётная формула	Раз-мер-ность	Скольжение s
			1	0,8	0,5	0,3	0,2	0,1
1		-	1,39	1,24	0,98	0,76	0,62	0,44
2		-	0,25	0,18	0,08	0,03	0,01	0,00
3		Мм	17,44	18,47	20,19	21,17	21,58	21,73
4		-	1,20	1,15	1,08	1,05	1,04	1,03
5		-	1,17	1,13	1,07	1,04	1,03	1,03
6		Ом	0,34	0,33	0,31	0,30	0,30	0,30
7		-	0,91	0,93	0,96	0,97	0,98	0,99
8		-	1,91	1,95	2,02	2,04	2,06	2,08
9		-	0,96	0,97	0,98	0,99	0,99	1,00
10		Ом	0,80	0,81	0,82	0,82	0,83	0,83
11		Ом	0,94	1,01	1,23	1,62	2,12	3,62
12		Ом	1,39	1,40	1,41	1,41	1,42	1,42
13		А	130,93	127,82	118,53	102,98	86,86	56,69
14		А	133,47	130,34	120,91	105,08	88,69	58,02

Учет влияния насыщения на параметры

Принимаем для s = 1 коэффициент насыщения



Средняя МДС обмотки, отнесенная к одному пазу обмотки статора

Рассчитывается фиктивная индукция полей рассеяния в воздушном зазоре

Где C_N - коэффициент, равный

По полученному значению индукции B_фд определяется отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния ненасыщенной машины, характеризуемое коэффициентом k_д

Значение дополнительного эквивалентного раскрытия пазов статора



Уменьшение коэффициента магнитной проводимости рассеяния полузакрытого паза, вызванное насыщением от полей рассеяния

Где

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния при насыщении

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения

Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения от полей рассеяния



Уменьшение коэффициента проводимости для полузакрытых пазов

Где c₂ - дополнительное раскрытие пазов ротора

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

Индуктивное сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме

Коэффициент

Сопротивления схемы замещения

Ток в обмотке ротора

Ток в обмотке статора

Относительные значения



Полученный в расчете коэффициент насыщения

Отличается от принятого k_нас=1,35 менее чем на 3%

Принимаем при

s=0,8 k_нас=1,3

s=0,5 k_нас=1,12

s=0,3 k_нас=1,15

s=0,2 k_нас=1,1

s=0,1 k_нас=1,05

Данные расчета сведены в таблицу 3

Значение критического скольжения

М_*max=3,65 (таблица 3)

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

Данные расчета пусковых характеристик двигателя

Таблица 3

№ п/п	Расчетная формула	размерность	Скольжение
			1	0,8	0,5	0,3	0,2	0,1
1		-	1,35	1,3	1,2	1,15	1,1	1,05
2		А	3624	3408	2918	2430	1962	1225
3		Тл	8,87	8,34	7,14	5,95	4,80	3,00
4		-	0,33	0,35	0,38	0,41	0,48	0,71
5		Мм	4,36	4,23	4,03	3,84	3,38	1,89
6		-	0,84	0,84	0,84	0,85	0,86	0,89
7		-	0,59	0,63	0,68	0,74	0,86	1,28
8		Ом	0,38	0,38	0,39	0,40	0,42	0,49
9		-	1,009	1,009	1,009	1,010	1,010	1,012
10		Мм	7,77	7,54	7,19	6,84	6,03	3,36
11		-	1,47	1,51	1,58	1,60	1,63	1,69
12		-	0,72	0,76	0,82	0,89	1,04	1,54
13		Ом	0,47	0,49	0,51	0,53	0,56	0,66
14		Ом	0,94	1,01	1,23	1,62	2,11	3,62
15		Ом	0,86	0,88	0,91	0,93	0,99	1,15
16		А	172,76	164,17	144,07	117,79	94,42	57,96
17		А	174,77	166,14	145,90	119,36	95,80	59,08
18		-	1,31	1,27	1,21	1,14	1,08	1,02
19		-	8,31	7,90	6,93	5,67	4,55	2,81
20		-	2,64	2,87	3,36	3,65	3,48	2,61

10. Тепловой расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя

Где K - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду. Принимается равным

- электрические потери в пазовой части обмотки статора

б₁ - коэффициент теплоотдачи с поверхности

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

Где П_п1 - расчетный периметр поперечного сечения паза статора



b_{из п1} - односторонняя толщина изоляции в пазу

??_экв - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей

Где - электрические потери в лобовых частях обмотки статора

П_л1 - периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки

b_из.л1 - односторонняя толщина изоляции в лобовых частях 05



Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды

Где - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя

П_р - условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя 

б_B - коэффициент подогрева воздуха, учитывающий теплоотдающую способность корпуса и интенсивность перемешивания воздуха внутри машины

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

Требуемый для охлаждения расход воздуха

k_m - коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса, обдуваемого наружным вентилятором

Коэффициент



Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.

Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническо задании требованиям

Список используемой литературы

Проектирование электрических машин / Под ред. И.П. Копылова. - М.: Энергоатомиздат, 1993.- 456 с.

Электрические машины. Проектирование асинхронного двигателя с использованием ЭВМ. Методические указания по курсовому проектированию./ Б.Х. Гайтов, А.В. Косолапов, В.В. Красавин, В.А. Иванюк .- Краснодар.: КПИ, 1986.- 36 с.

Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Высшая школа. - 2000.- 520 с.

Митник Ю.Ш. , Хмельницкий А.С. Основы программирования и эксплуатации ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1974. - 195 с.

Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / Э.А. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 504 с.

Стандарты предприятия. Комплексная система повышения эффективности и качества работы ВУЗа.

СТП КубГТУ 4.2.6-2004 СМК. Учебно-организационная деятельность. Курсовое проектирование.

МР КубГТУ 4.4.3-2004 СМК. Учебно-методическая деятельность. Выпускные квалификационные работы.

СТП 053 - 2.10 - 95

ГОСТ Р 1.5-2002 ГСС РФ. Стандарты. Общие требования к построению, изложению, содержанию и обозначению.

Размещено на Allbest.ru