Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Выбор конструкции асинхронного двигателя

2 Выбор главных размеров

2.1 Выбор главных размеров электродвигателя

2.2 Расчёт зубцовой зоны и обмотки статора

3 Электромагнитный расчёт

3.1 Расчет размеров зубцовой зоны ротора и воздушного зазора

3.2 Расчет магнитной цепи

3.3 Расчет параметров машины

3.4 Расчет потерь и КПД двигателя

3.5 Расчёт рабочих характеристик

4 Круговая диаграмма

5 Тепловой и вентиляционный расчёт

5.1 Тепловой расчёт

5.2 Вентиляционный расчёт

6 Механический расчёт

6.1 Расчет вала

6.2 Выбор подшипников

7 Экономический расчёт

8 Описание сборки электродвигателя

9 Сводные данные

Заключение

Список литературы

Введение

Электрические машины применяются во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и в быту. Они выпускаются большими сериями и в индивидуальном исполнении. Во многих случаях электрические машины определяют технический уровень изделий, в которых они используются в качестве генераторов и двигателей. Проектирование электрических машин требует глубоких знаний и высокого профессионального мастерства.

В данном курсовом проекте необходимо разработать асинхронный двигатель с фазным ротором со следующими параметрами:

1. Полезная мощность: P2 = 2.2 кВт;

2. Число полюсов: 2p = 4;

3. Номинальное напряжение: ;

4. Частота сети: f = 50 Гц;

5. Степень защиты: IP23;

6. Исполнение по монтажу: IM3001;

7. Марка стали: 2412.

Выбрать оптимальный вариант можно, сопоставив многие варианты расчета. Поэтому без применения ЭВМ не обходится ни один серьезный расчет электрических машин.

В данном курсовом проекте все расчета ведутся на ЭВМ, включая все расчеты и построение рабочих и пусковых характеристик.

В данном курсовом проекте по существующей методике расчета электрических машин составлена программа расчета асинхронного двигателя с фазным ротором.

1. Выбор конструкции асинхронного двигателя

При проектировании асинхронного двигателя с фазным ротором с заданными техническими характеристиками в качестве базовой модели выбираем конструкцию двигателя АИР.

Проектируемый двигатель представляет собой машину без лап, с фланцем, вал горизонтальный с цилиндрическим концом. Корпус двигателя выполнен из алюминия. Степень защиты IP23 - это защита от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины пальцев человека и твёрдых тел диаметром более 12 мм. Исполнение IP23 предусматривает защиту от проникновения внутрь машины капель, падающих под углом 600.

Магнитопровод статора выполняют шихтованным, из целых листов электротехнической стали 2412 толщиной 0.5 мм. По внутренней поверхности магнитопровода для размещения обмотки статора штампуют пазы трапециидальной формы. Для изоляции листов друг от друга их после снятия заусенцев лакируют. Для предотвращения деформации (распушения) относительно тонких листов торцевые листы выполняют более толстыми. Собранный таким образом магнитопровод прессуют и скрепляют по внешнему диаметру П - образными скобами

Штамповка листов ротора собирают из высечки листов статора. Сердечник ротора насаживают на гладкий вал без шпонки. Изготовленный сердечник ротора с валом протачивают по наружному диаметру для обеспечения необходимого воздушного зазора между сердечниками ротора и статора. В роторе использованы трапециидальные полузакрытые пазы.

В двигатели применены металлографитные щётки марки МГ, т.к. они применяются в низковольтных генераторах и контактных кольцах.

В машине выполнена однослойная шаблонная обмотка статора и ротора. Шаблонные обмотки имеют катушки одинаковой ширины и формы, которые наматываются на одном и том же шаблоне, откуда и произошло название этих обмоток. Шаблонные обмотки находят применение в асинхронных двигателях малой мощности, когда катушки наматываются из круглого провода диаметром до 2.2--2.5 мм. Катушки при этом легко деформируемы и называются мягкими. Лобовым частям таких катушек при их укладке в пазы можно легко придать необходимую форму. Катушки изготавливают из круглых проводов ПЭТ - 155 класса изоляции F (с толщиной изоляции bиз = 0.3 мм).

2. Выбор главных размеров

2.1 Выбор главных размеров электродвигателя

По рисунку 8.17,б[1, стр.274] принимаем ось вращения h = 100мм. По таблице 8.6 [1, стр.275] находим для данной оси вращения внешний диаметр статора Da = 0.17 м. По таблице 8.7 [1, стр.276] для 2p = 4 находим KD - характеризующего отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечников статора асинхронных двигателей при различных числах полюсов KD = 0.64.

Определим внутренний диаметр D, проектируемой машины по формуле 8.2 [1, стр.275]:

, (1)

м

Находим полюсное деление ,м по формуле 8.3 [1, стр.276]:

, (2)

м

Определим расчётную мощность P', ВА по формуле 8.4 [1,стр.276]:

, (3)

где

P2 - мощность на валу двигателя, кВт;

KE - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

з - КПД двигателя;

Cosц - косинус угла.

Cosц и з определяем по рисунку 8.21,а [1, стр.277]. Cosц = 0.82 и з = 0.84. KE определяем по рисунку 8.20 [1, стр. 276]. KE = 0.965.

кВА

Найдём расчётную длину магнитопровода ?д, м по формуле 8.6 [1,стр.279]:

, (4)

где

Щ - синхронная угловая скорость двигателя;

KB - коэффициент формы поля;

KОБ1 - обмоточный коэффициент;

A - электромагнитная нагрузка асинхронного двигателя, А/м;

Bд - индукция, Тл.

, (5)

рад/с

KB и KОБ1 принимаем предварительно: KB = 1,1 и KОБ1 = 0.95.

A и Bд принимаем по рисунку 9.4 [3, стр.120]: A = 18.5*103 А/м, Bд = 0.87 Тл.

Тогда м.

Определим правильность выбора главных размеров, использую отношение:

, (6)

Значение л = 1.137 находится в допустимых пределах по рисунку 8.25,б [1, стр.280].

Окончательно принимаем:

Da = 0.17 м - внешний диаметр статора.

D = 0.109 м - внутренний диаметр статора.

h = 0.1 м - высота оси вращения

?д = 0.097 м - расчётная длина магнитопровода.

2.2 Расчёт зубцовой зоны и обмотки статора

Рассчитаем минимальное и максимальное количество пазов статора. Так как обмотка из круглого провода, то диапазон возможных значений tZ1 выбираем по рисунку 8.26 [1, стр.282].

tZmin = 0.009 м и tZmax = 0.013 м.

Тогда возможность числа пазов статора, соответствующий выбранному диапазону tZ1 по формуле 8.16 [1,стр.283]:

Z1min ч Z1max = , (7)

Z1min ч Z1max =

Окончательное количество пазов статора Z1 = 36.

, (8)

Зубцовое деление статора (окончательно):

, (9)

м

Определим номинальный ток обмотки статора, А по формуле 8.18 [1, стр.284]:

, (10)

А

Определим предварительное число эффективных проводников в пазу по формуле 8.17 [1, стр.284]:

, (11)

Полученное значение пересчитаем при a = 2 - число параллельных ветвей по формуле 8.19 [1,стр.284]:

, (12)

Окончательное число витков в фазе обмотки по формуле 8.20 [1,стр.284]:

, (13)

Окончательное значение линейной нагрузки по формуле 8.21 [1,стр.284]:

, (14)

А/м

Уточняем значение потока Ф по формуле 8.22 [1,стр.285]:

, (15)

Вб

Определим индукцию в воздушном зазоре по формуле 8.23 [1,стр.285]:

, (16)

 Тл

По рисунку 8.27,а[1, стр.286] выберем (AJ) = 154·109 А2/м3.

Рассчитаем плотность тока в обмотке статора (предварительно) по формуле 8.25 [1,стр.286]:

, (17)

А/м2

Принимаем J = 5.8·106 А/м2.

Сечение эффективного проводника (предварительно) по формуле 8.24 [1,стр.285]:

, (18)

м2

Для дальнейших расчётов необходимо принять nэл - число элементарных проводников в пазу.

nэл = 1

Тогда сечение элементарного проводника по формуле 8.26 [1,стр.287]:

, (19)

м2

Выбираем обмоточный провод ПЭТ - 155, для которого по таблице П3.1 [2, стр.343]:

dэл1 = 0.56·10-3 м - диаметр неизолированного провода;

dиз1 = 0.615·10-3 м - диаметр изолированного провода;

qэф1 = 0.246·10-6 м2 - сечение элементарного проводника.

Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по формуле 8.27 [1, стр.288]:

, (20)

А/м2

Для заданного двигателя выбираем трапециидальные пазы на рисунке 8.29,а [1, стр.294].

По таблице 8.10 [1, стр.289] принимаем значение индукций:

BZ1 = 1.8 Тл - значение индукции в зубцах статора;

Ba = 1.5 Тл - значение индукции в ярме статора.

По таблице 8.11 [1, стр.290], выбираем коэффициент заполнения оксидированной сталью 2412: Kc = 0.97.

Ширина зубца статора по формуле 8.29 [1, стр.288]:

, (21)

м

Определим высоту ярма статора по формуле 8.28 [1, стр.288]:

, (22)

м

Рисунок 1 - Паз статора

Размеры шлица паза статора:

bш = 3·10-3 м - ширина шлица;

hш = 0.5·10-3 м - высота шлица;

Находим размеры паза в штампе.

Определим высоту паза по формуле 8.31 [1, стр.290]:

, (23)

м

Нижняя ширина паза:

, (24)

 м

Верхняя ширина паза:

, (25)

м

Высота клиновой части паза:

, (26)

м

, (27)

м

Выберем припуски:

Дbп = 0.1·10-3 м;

Дhп = 0.1·10-3 м.

Рассчитаем размеры паза на свету с учётом припуска на сборку:

, (28)



Толщина изоляции в пазу берём из таблицы 3.1 [1,стр.74] bиз = 0.3·10-3м.

Площадь корпусной изоляции по формуле 8.46 [1, стр.297]:

, (29)

м2

Площадь прокладок в пазу Sпр = 0 м2.

Площадь поперечного сечения в пазу для размещения проводников по формуле 8.48 [1, стр.298]:

, (30)

м2

Рассчитаем коэффициент заполнения паза:

, (31)

Коэффициент заполнения паза входит в указанные рамки (0.72 <Kз< 0.74).

Уточняем размеры зубцов статора.

, (32)

м

, (33)

м

Т.к. м, то ширину зубца принимаем равную 0.0047 м.

3. Электромагнитный расчёт

3.1 Расчет размеров зубцовой зоны ротора и воздушного зазора

Величину воздушного зазора выбираем по рисунку 8.31[1,стр.300]: д = 0.25·10-3.

Рассчитаем внешний диаметр ротора:

, (34)

м

Рассчитаем зубцовое деление ротора.

Число пазов на полюс и фазу задаём равным q2=q1-1, тогда q2=2. Тогда число пазов в роторе:

, (35)

, (36)

Напряжение на контактных кольцах ротора UКК = 150ч250 В, выбираем UКК = 230 В.

Рассчитаем U2ном:

, (37)

 В

Число витков в фазе (предварительно) по формуле 8.52 [1,стр.302]:

, (38)

Число эффективных проводников в пазу по формуле 8.53 [1,стр.302]:

, (39)

Уточняем число витков в фазе:

, (40)

Определим коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение по формуле 8.58 [1, стр.303]:

, (41)

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки КОБ2 = 0.955.

Коэффициент привидения токов по формуле 8.59 [1, стр.303]:

, (42)

Предварительно ток в обмотке ротора:

, (43)

А

Принимаем плотность тока в роторе равной J2 = 5.8·106 А/м2, а сечение эффективных проводников обмотки равно по формуле 8.60 [1,стр.303]:

, (44)

мм2

Число элементарных проводников в пазу nэл = 1. Выбираем по таблице П3.1 [2, стр.343] обмоточный провод ПЭТ - 155:

dэл2 = 1.25·10-3 м - диаметр неизолированного провода;

dиз2 = 1.33·10-3 м - диаметр изолированного провода;

qэф2 = 1.227·10-6 м2 - сечение элементарного проводника.

Площадь паза ротора (предварительно):

Примем KЗ2 = 0.72; Sиз = 1.429·10-5 м2.

, (45)

 м2

Индукция в зубце ротора выбираем по таблице 8.10[1, стр.289] BZ2 = 1.75 ч 2 Тл. Выбираем BZ2 = 1.8 Тл.

Допустимая ширина зубца ротора:

, (46)

м

Рисунок 2 - Паз ротора

Выбор параметров шлица:

bш2 = 1.5·10-3 м;

hш2 = 0.75·10-3 м.

Находим размеры паза в штампе:

, (47)

м

, (48)

м

, (49)

м

Площадь паза ротора (окончательно):

, (50)

м2

Площадь изоляции:

, (51)

 м2

Коэффициент заполнения паза ротора:

, (52)

Коэффициент заполнения паза входит в указанные рамки (0.72 <Kз< 0.74).

Высота паза ротора:

, (53)

м

Уточняем ширину зубца ротора:

Уточняем размеры зубцов статора.

, (54)

м

, (55)

 м

Т.к. м, то ширину зубца принимаем равную 6.629·10-3 м.

Высота зубца ротора:

, (56)

м

3.2 Расчёт магнитной цепи

Рассчитаем коэффициенты необходимые для расчёта коэффициента воздушного зазора по формулам 4.17-4.19 [1, стр.178]:

, (57)

, (58)



, (59)

, (60)

, (61)

Магнитная проницаемость м0 = 4·10-7 Гн/м.

Магнитное напряжение воздушного зазора по формуле 8.103 [1,стр.321]:

, (62)

А

Определяем индукцию в сечении зубца ротора по формуле 8.105 [1,стр.321]:

, (63)

Тл

В соответствии с таблицей П1.13 [2, стр.334]:HZ1 = 3190 А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора по формуле 8.104 [1,стр.321]:

, (64)

А

Определяем индукцию в сечении зубца ротора по формуле 8.109 [1,стр.323]:

, (65)

Тл

В соответствии с таблицей П1.13 [2, стр.334]:HZ2 = 5700 А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора по формуле 8.108 [1,стр.323]:

, (66)

А

Коэффициент насыщения зубцовой зоны по формуле 8.115 [1,стр.328]:

, (67)

Высота ярма статора по формуле 8.118 [1, стр.329]:

, (68)

м

Индукция в ярме статора по формуле 8.117 [1, стр.329]:

, (69)

Тл

В соответствии с таблицей П1.12 [2, стр.333]:Ha = 820 А/м.

Длина средней силовой линии в ярме статора по формуле 8.119 [1,стр.329]:

, (70)

м

Магнитное напряжение ярма статора по формуле 8.116 [1,стр.329]:

, (71)

 А

Величины необходимые для расчёта магнитного напряжения ярма ротора:

Диаметр вала по формуле 8.102 [1, стр.319]:

, (72)

м

Высота ярма ротора по формуле 8.123 [1, стр.330]:

, (73)

м

Расчётная высота ярма ротора по формуле 8.124 [1, стр.330]:

, (74)

м

Индукция в ярме ротора по формуле 8.122 [1, стр.329]:

, (75)

Тл

Длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора по формуле 8.127 [1, стр.330]:

, (76)

м

В соответствии с таблицей П1.12 [2, стр.333]:Hj = 222 А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора по формуле 8.121 [1,стр.329]:

, (77)

А

Магнитное напряжение на пару полюсов по формуле 8.128 [1,стр.330]:

, (78)

А

Коэффициент насыщения магнитной цепи по формуле 8.129 [1,стр.330]:

, (79)

Намагничивающий ток по формуле 8.130 [1, стр.331]:

, (80)

 А

Относительное значение тока по формуле 8.131 [1, стр.331]:

, (81)

3.3 Расчет параметров машины

Нахождение активных сопротивлений обмоток статора и ротора:

Примем вылет лобовой части обмотки статора и ротора B = 0.01 м.

Выбираем из таблицы 8.21 [1, стр.334]коэффициенты длины лобовой части обмотки статора Кл = 1.3 и вылета лобовой части обмотки статора Квыл = 0.4. Укорочение шага обмотки = 1.

Средняя ширина катушки обмотки статора по формуле 8.138 [1,стр.334]:

, (82)

м

Длина пазовой части равна конструктивной длине сердечника:.

Длина лобовой части витка обмотки статора по формуле 8.136 [1,стр.333]:

, (83)

 м

Вылет лобовой части витка обмотки статора по формуле 8.137 [1,стр.334]:

, (84)

м

Средняя длина витка обмотки статора по формуле 8.135 [1,стр.333]:

, (85)

м

Общая длина проводников фазы обмотки статора по формуле 8.134 [1,стр.333]:

, (86)

м

Удельное сопротивление проводника при расчётной температуре для изоляции класса F: Ом·м.

Активное сопротивление фазы обмотки статора по формуле 8.132 [1,стр.332]:

, (87)

Ом

Средняя ширина катушки обмотки ротора по формуле 8.138 [1,стр.334]:

, (88)

м

Длина лобовой части витка обмотки ротора по формуле 8.139 [1,стр.334]:

, (89)

м

Вылет лобовой части витка обмотки ротора по формуле 8.137 [1,стр.334]:

, (90)

м

Средняя длина витка обмотки ротора по формуле 8.135 [1,стр.333]:

, (91)

м

Общая длина проводников фазы обмотки ротора по формуле 8.134 [1,стр.333]:

, (92)

 м

Активное сопротивление фазы обмотки ротора по формуле 8.132 [1,стр.332]:

, (93)

Ом

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора по формуле 8.151 [1, стр.337]:

, (94)

Приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора по формуле 8.150 [1, стр.337]:

, (95)

Ом

Нахождение индуктивных сопротивлений статора и ротора:

Размеры паза статора в соответствии с рисунком 8.50,е[1,стр.339].

h11 = hk = 1.05·10-3 м;

h21 = bиз = 3·10-4 м;

h31 = hп-2·h11-hk-hш=0.014-2·1.05·10-3-1.05·10-3-0.5·10-3=0.011 м.

Коэффициенты, зависящие от укорочения шага обмотки: .

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния рассчитывают по формуле из таблице 8.24 [1, стр.338]:

, (96)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по формуле 8.159 [1, стр.338]:

, (97)

Коэффициенты, зависящие от числаq, укорочения шага обмотки и размерных соотношений зубцовой зоны и воздушного зазора:

Определим ДZ1 по рисунку 8.51,а [1, стр.340]. Для этого рассчитаем:

;

.

Тогда ДZ1 = 0.14.

, (98)

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния по формуле 8.160 [1, стр.339]:

, (99)

Индуктивное сопротивление обмотки статора по формуле 8.152 [1,стр.337]:

, (100)

Ом

Размеры паза ротора в соответствии с рисунком 8.50,з[1,стр.339].

м;

м;

м.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора по таблице 8.24 [1, стр.338].

, (101)



Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по формуле 8.159 [1, стр.338]:

, (102)

Коэффициенты, зависящие от числаq, укорочения шага обмотки и размерных соотношений зубцовой зоны и воздушного зазора:

Определим ДZ2 по рисунку 8.51,а [1, стр.340]. Для этого рассчитаем:

;

.

Тогда ДZ2 = 0.04.

, (103)

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния по формуле 8.160 [1, стр.339]:

, (104)

Индуктивное сопротивление обмотки ротора по формуле 8.152 [1,стр.337]:

, (105)

Ом

Приведённое индуктивное сопротивление обмотки ротора по формуле 8.165 [1, стр.341]:

, (106)

Ом

Относительные значения параметров по формуле 8.186 [1,стр.347]:

, (107)

, (108)

, (109)



, (110)

3.4 Расчет потерь и КПД двигателя

Удельные потери в стали 2412 принимаем по таблице 8.26 [1,стр.348]: Вт/кг. Удельная масса стали: кг/м3.

Масса стали ярма статора по формуле 8.188 [1, стр.349]:

, (111)

кг

Масса стали зубцов статора по формуле 8.189 [1, стр.349]:

, (112)

кг

Коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали, неравномерность распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов: Кда = 1.6; Кдz = 1.8.

Показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания: .

Основные потери в стали по формуле 8.187 [1, стр.348]:

, (113)

Вт

Частота вращения двигателя:

, (114)

об/мин

Коэффициенты, учитывающие влияние обработки поверхности зубцов ротора и статора: К01 = К02 = 1.6.

Коэффициенты и определяем по рисунку 8.53,б[1, стр.349], в зависимости от отношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору:

;

.

Тогда и .

Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора и ротора по формуле 8.190 [1, стр.349]:

, (115)

Тл

, (116)

Тл

Поверхностные потери в роторе и статоре по формулам 8.191-8.192 [1, стр.350]:

, (117)

Вт/м2

, (118)

Вт/м2

Полные поверхностные потери в роторе и статоре по формулам 8.193-8.194 [1, стр.350]:

, (119)

Вт

, (120)

Вт

Пульсационные потери в зубцах ротора и статора:

Найдём амплитуду пульсаций индукции в среднем сечении зубцов ротора и статора по формулам 8.195-8.196 [1, стр.350]:

, (121)

Тл

, (122)

Тл

Масса стали зубцов ротора по формуле 8.201 [1, стр.351]:

, (123)

кг

Пульсационные потери в зубцах ротора и статора по формулам 8.199-8.200 [1, стр.351]:

, (124)

Вт

электродвигатель подшипник магнитный цепь

, (125)

 Вт

Добавочные потери в стали по формуле 8.202 [1, стр.352]:

, (126)

Вт

Полные потери в стали по формуле 8.203 [1, стр.352]:

, (127)

Вт

Ток в кольце т.к. обмотки ротора соединены в звезду. Падение напряжения в скользящем контакте щётки принимаем из таблицы П4.2 [2, стр.362] для марки МГ: ДUщ = 0.2 В. Тогда потери на щёточном контакте равны по формуле 8.208 [1, стр.352]:

, (128)

Вт

Рассчитаем механические и вентиляционные потери:

Определи коэффициент Kt:

, (129)

Механические потери по формуле 8.210 [1, стр.353]:

, (130)

Вт

Рассчитаем потери на трение щёток о контактные кольца:

Коэффициент трения щёток о контактные кольца: Ктр = 0.16.

Из таблицы П4.2 [2, стр.362] имеем следующие параметры и условия работы щёток марки МГ:

- давление на контактной поверхности щёток: кПа;

- плотность тока: Jщ = 20 А/см2;

- падение напряжения в скользящем контакте щётки:ДUщ = 0.2 В.

Линейная скорость кольца при диаметре кольца DК = 0.056 м:

, (131)

м/с

Площадь щётки на одно кольцо:

, (132)

см2

По таблице П4.1 [2, стр.360] выбираем размеры щёток:

см;

см.

Количество щёток на одно кольцо:

, (133)

Принимаем количество щёток на одно кольцо nщ = 1.

Плотность тока в щётке:

, (134)

А/см2

Потери на трение щёток о контактные кольца по формуле 8.214 [1, стр.353]:

, (135)

Вт

Электрические потери во всех фазах обмотки статора по формуле 8.204 [1, стр.352]:

, (136)

Вт

Электрические потери во всех фазах обмотки фазного ротора по формуле 8.205 [1, стр.352]:

, (137)

Вт

Сумма потерь:

, (138)

Вт

Рассчитаем холостой ход двигателя:

Электрические потери статора при холостом ходе по формуле 8.219 [1, стр.354]:

, (139)

Вт

Активная составляющая тока холостого хода по формуле 8.218 [1,стр.354]:

, (140)

А

Реактивная составляющая тока холостого хода: А.

Ток холостого хода двигателя по формуле 8.217 [1, стр.354]:

, (141)

А

Определим при холостом ходе по формуле 8.221 [1,стр.355]:

, (142)

3.5 Расчёт рабочих характеристик

Рассчитаем сопротивления взаимной индукции обмоток статора и ротора:

, (143)

Ом

, (144)

Ом

Их относительные значения:

, (145)

Ом

, (146)

Ом

Рассчитаем коэффициент по формуле 8.222 [1, стр.356]:

, (147)

0

Рассчитаем коэффициент c1 по формулам 8.224-8.225 [1,стр.356]:

, (148)

, (149)

, (150)

Активная и реактивная составляющая синхронного тока холостого хода по формуле 8.226 [1, стр.358]:

, (151)

А

А

Вспомогательные коэффициенты по формулам 8.227-8.228 [1,стр.358]:

, (152)

, (153)

, (154)

, (155)

Рассчитаем рабочие характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Номинальное скольжение принимаем sном = 0.07.

Формулы для расчёта рабочих характеристик асинхронного двигателя по таблице 8.28 [1, стр.357]:

Рассчитаем все величины для первого значения скольжения. Для всех остальных значений скольжения расчёты ведутся аналогично. Все результаты представим в виде таблиц.

, (156)

Ом

, (157)

Ом

, (158)

Ом

, (159)

Ом

, (160)

Ом

, (161)

, (162)

, (163)

А

, (164)

А

, (165)

А

, (166)

А

, (167)

А

, (168)

кВт

, (169)

кВт

, (170)

кВт

, (171)

кВт

, (172)

кВт

, (173)

кВт

, (174)

, (175)

Результаты расчёта рабочих характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором:



Рабочие характеристики представлены в графической части курсового проекта.

Номинальные параметры спроектированного электродвигателя:

Номинальное скольжение: sном = 0.07.

Номинальная мощность: P2ном = 2.2 кВт.

, (176)

Ом

, (177)

Ом

, (178)

Ом

, (179)

Ом

, (180)

Ом

, (181)

, (182)

, (183)

А

, (184)

А

, (185)

А

, (186)

А

, (187)

А

, (188)

кВт

, (189)

кВт

, (190)

кВт

, (191)

кВт

, (192)

кВт

, (193)

кВт

, (194)



, (195)

Нахождение максимального относительного момента :

, (196)

, (197)

Ом

, (198)

Ом

, (199)

 Ом

, (200)

А

, (201)

, (202)

Н·м

4. Круговая диаграмма

Круговая диаграмма изображена в графической части курсового проекта. Исходными данными для её построения являются:

Ток синхронного холостого хода по формуле 8.236 [1, стр.360]:

, (203)

А

Коэффициент c1 = 1.049.

Сопротивление короткого замыкания по формуле 8.237 [1,стр.360]:

, (204)

Ом

, (205)

Ом

Диаметр круговой диаграммы Dk = 250 мм.

Рассчитаем масштабы:

Масштаб тока:

, (206)

А/мм

Масштаб мощности:

, (207)

Вт/мм

Масштаб момента:

, (208)

Н·м/мм

При построении диаграммы вектор напряжения направляют по оси ординат OB1. Из начала координат строят вектор тока синхронного холостого хода под углом к оси ординат.

, (209)

86.30

Точку Ao удобно найти, отложив по вертикальной и горизонтальной осям её координаты, соответственно равные Iоа и Iор.

Через точку Ао проводят линии AoFo||OB и AoF под углом к оси ординат. Из-за малости построение угла FoAoF удобно выполнять следующим образом. В произвольной точке прямой AoFo восстанавливают перпендикуляр к линии AoFo и откладывают на нём отрезок:

Линия AoF определяет положение диаметра круговой диаграммы. Отложив на ней отрезок , проводят окружность с центром O' радиусом 0.5·Dk. Через произвольную точку F1 диаметра AoF' проводят линию (F”F1)|(A0F) и откладывают на ней отрезки и . Через точку Ao и точки F2 и F3 проводят прямые до пересечения их с окружностью соответственно в точках A2 и A3. На оси ординат откладывают отрезок , где

, (210)

Вт

Тогда:

мм

Через точку A1 проводят ||OB. Точку соединяют с точками O и A3. На этом построение круговой диаграммы заканчивается.

Окружность диаметром Dk и с центром O' является геометрическим местом концов векторов тока статора двигателя, при различных скольжениях. Точка окружности Ao определяет положение конца вектора тока Io при синхронном холостом, а точка - при реальном холостом ходе двигателя. Отрезок определяет ток Iхх, а угол - . Ось абсцисс диаграммы OB является линией первичной мощности P1. Линией электромагнитной мощности Pэм или электромагнитных моментов Mэм является линия AoA2. Линией полезной мощности на валу P2 является линия . По круговой диаграмме для тока статора, которому соответствует точка A на окружности, можно рассчитать необходимые для построения рабочих характеристик данные:

1. Ток статора, А: ;

2. Ток ротора, А: ;

3. Первичная мощность, Вт: , где AНNН | OB;

4. Электромагнитный момент: ;

5. Полезная мощность, Вт: ;

6. КПД: ;

7. Коэффициент мощности: ;

8. Скольжение двигателя: .

5. Тепловой и вентиляционный расчёт

5.1 Тепловой расчёт

Для класса изоляции F коэффициент увеличения потерь . Предельно допустимая температура для класса изоляции F составляет 140C0.

Электрические потери в обмотке статора по формулам 8.328-8.329 [1, стр.399]:

, (211)

кВт

, (212)

кВт

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.330 [1,стр.399]:

- коэффициент теплоотдачи с поверхности определяемый по рисунку 8.71, а [1, стр.401]: Вт/м2·C0.

k - коэффициент, учитывающий, что часть тепла отдаётся непосредственно в окружающую среду по таблице 8.33 [1, стр.402]: K=0.19.

, (213)

 C0

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора по формуле 8.331 [1, стр.400]:

Периметр поперечного сечения паза статора по формуле 8.332 [1, стр.400]:

, (214)

мм

Средняя эквивалентна теплопроводность пазовой изоляции для класса F: = 0.16 Вт/м·Co.

Средняя эквивалентная теплопроводность внутренней изоляции по рисунку 8.72 [1, стр.402]: , =0.97 Вт/ м·Co.

, (215)

C0

Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей по формуле 8.335 [1, стр.402]:

Периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки м.

Толщина изоляции мм.

, (216)

С0

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.336 [1, стр.403].

, (217)

C0

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.337 [1, стр.403]:

, (218)

C0

Температура воздуха внутри машины по формуле 8.338 [1,стр.403]:

Коэффициент подогрева воздуха по рисунку 8.71, а [1, стр.401]: Вт/м2·C0.

Сумма потерь отводимых на воздух внутри машины по формуле 8.339 [1, стр.403]:

, (219)

кВт

где

, (220)

кВт

Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса по формуле 8.341 [1, стр.4

03]:

, (221)

м2

, (222)

C0

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды по формуле 8.344 [1, стр.404]:

, (223)

С0

Оно должно быть меньше хотя бы на 20? чем 140C0 для класса изоляции F: 140 - 140·0.2 = 112С0. Мы видим, что требование выполняется.

Рассчитаем потери в роторе:

, (224)

 кВт

, (225)

кВт

Превышение температуры магнитопровода ротора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.345 [1, стр.404]:

Коэффициент теплоотдачи определяется по рисунку 8.74 [1,стр.405]: Вт/м2·C0.

, (226)

C0

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки ротора по формуле 8.347 [1, стр.405]:

Периметр поперечного сечения паза статора:

, (227)

м

, (228)

 C0

Перепад температуры в изоляции лобовых частей обмотки ротора по формуле 8.351 [1, стр.406]:

Периметр условной поверхности охлаждения лобовой части одной катушки: м.

Толщина изоляции в лобовой части мм.

, (229)

C0

Превышение температуры наружной поверхности изоляции лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

, (230)

С0

Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой воздуха внутри машины по формуле 8.352 [1, стр.406]:

, (231)

С0

Среднее превышение температуры обмотки ротора над температурой окружающей среды:

, (232)

C0

5.2 Вентиляционный расчёт

Расход воздуха, требуемый для охлаждения двигателей со степенью защиты IP23 определим по формуле 8.354 [1, стр.406]:

Коэффициент, зависящий от высоты вращения равен .

, (233)

м3/с

Расход воздуха, который может быть получен при данных размерах двигателя по формуле 8.355 [1, стр.406]:

, (234)

м3/с

Расход воздуха должен быть больше требуемого для охлаждения машины . Данное условие выполняется: > .

6. Механический расчёт

6.1 Расчет вала

Рассчитаем предварительно диаметр вала в той его части, где размещается магнитопровод [4, стр.11]:

, (235)

м

Находим массу ротора, принимая его плотность 8300 кг/м3:

, (236)

кг

Размеры вала, в соответствии с рисунком 3:

Ширина подшипникового щита: bпш = 0.011 м.

, (237)

мм

мм

мм

мм

мм мм

мм мм

мм мм

мм мм мм мм

Рисунок 3 - Вал

Экваториальные моменты инерции вала по формуле [4, стр.17]:

, (238)

мм4

, (239)

мм4

, (240)

 мм4

, (241)

мм4

, (242)

мм4

Модуль упругости составляет: Па.

Сила тяжести ротора:

, (243)

Н

По таблице 4[4, стр.16] определим вспомогательные значения для определения прогиба вала:

, (244)

мм-1

, (245)

мм-1

Определим прогиб вала под действием силы Gр на участке, соответствующем середине магнитопровода по формуле 11.15 [2, стр.234]:

, (246)

м

Номинальный вращающийся момент двигателя по формуле 11.18 [2,стр.235]:

, (247)

Н·м

Коэффициент, учитывающий возникновение поперечных сил при передаче упругой муфтой: .

Радиус по центрам пальцев муфты: м.

Поперечная сила, приложенная к выступающему концу вала по формуле 11.17 [2, стр.235]:

, (248)

Н

Определим дополнительный прогиб вала из-за действия силы по формуле 11.19 [2, стр.235]:

, (249)

где

мм2

м

Первоначальное смещение ротора по формуле 11.20 [2, стр.236]:

, (250)

м

Сила одностороннего магнитного притяжения, вызванная смещением ротора на по формуле 11.21 [2, стр.236]:

, (251)

Н

Дополнительный прогиб вала, вызванный силой по формуле 11.22 [2, стр.237]:

, (252)

 м

Установившейся прогиб вала вызванный действием сил магнитного притяжения по формуле 11.23 [2, стр.237]:

, (253)

, (254)

м

Результирующий прогиб вала по формуле 11.24 [2, стр.237]:

, (255)

м

Эта величина не должна превышать 10? от воздушного зазора:

10?·д = 2.5·10-5 м.

Критическая частота вращения по формуле 11.24 [2, стр.237]:

, (256)

об/мин

Расчёт вала на прочность состоит в нахождении напряжения для каждого сечения вала:

Коэффициент перегрузки принимаем: .

Моменты сопротивления при изгибе по формуле 11.30 [2,стр.238]:

, (257)

м3

, (258)

м3

, (259)

м3

, (260)

м3

, (261)

м3

Нагрузка от установившегося магнитного напряжения по формуле 11.34 [2, стр.239]:

, (262)

Н

Изгибающие моменты для различных участков вала в соответствии с рисунком 3 по формуле 11.31 [2, стр.239]:

Для участка вала c:

, (263)

Н·м

, (264)

Н·м

Для участка вала b:

, (265)

Н·м

, (266)

Н·м

Для участка вала a:

, (267)

Н·м

, (268)

Н·м

При совместном действии изгиба и кручения приведённое к случаю изгиба напряжения по формуле 11.29 [2, стр.238]:

Для участка вала c:

, (269)

Па

, (270)

Па

Для участка вала b:

, (271)

 Па

, (272)

Па

Для участка вала a:

, (273)

Па

, (274)

Па

Расчётные значения не превышает 0.7 от допустимого значения напряжения для стали марки 45, которое равно 360·106 Па.

6.2 Выбор подшипников

Коэффициент, учитывающий характер нагрузки двигателя: .

Определим радиальные реакции подшипников по формулам 11.36-11.37 [2, стр.248]:

, (275)

Н

, (276)

Н

Приведённая динамическая нагрузка по формуле 11.35,а [2,стр.246]:

, (277)

Н

, (278)

Н

Срок службы подшипников выбираем равным ч.

Динамическая грузоподъёмность по формуле 11.38 [2, стр.248]:

, (279)

Н

, (280)

Н

Из таблицы П5.1 [2, стр.363] выбираем однорядный шарикоподшипник 202.

7. Экономический расчёт

Рассчитаем массу станины машины:

Толщина станины: м.

, (281)

кг

Масса вала при его длине м, среднем диаметре м и плотности кг/м3:

, (282)

кг

Масса меди:

, (283)

кг

Масса машины:

, (284)

кг

Рассчитаем коэффициент, показывающий, сколько килограмм приходится на единицу мощности:

, (285)

кг/кВт

8. Описание сборки электродвигателя

Сердечник статора и ротора шихтуются из электротехнической стали толщиной 0.5 мм, сердечник выполняется без вентиляционных каналов.

Для изоляции листов друг от друга их лакируют. Для стали 2412 листы подвергают термообработке, в результате которой стабилизируются потери в стали и образуется поверхностный оксидный изолирующий слой.

Магнитопровод ротора насаживается непосредственно на вал. Для предотвращения деформации (распушения) относительно тонких листов крайние торцевые листы магнитопровода штампуют из более тонких листов стали. Собранный таким образом магнитопровод прессуют. После укладки обмотки в статор и пропитки её лаком сердечник запрессовывают в станину. На станине закрепляется винтами коробка выводов. Начала фаз обмотки выводятся в коробку выводов. Коробка выводов закрывается и скрепляется винтами.

Вал с напрессованным ротором после укладки обмотки помещается внутрь корпуса. Затем на вал насаживаются подшипники и фиксируются с помощью подшипниковых щитов. Подшипниковые щиты крепятся к корпусу с помощью винтов. Завершающей операцией является крепление на фланце болтов, предназначенных для заземления.

9. Сводные данные

В результате выполнения курсового проекта был спроектирован асинхронный электродвигатель с фазным ротором со следующими параметрами:

Высота вращения, мм: ;

Частота вращения, рад/с: ;

Скольжение: ;

Напряжение, В: ;

Токи, А: ;

Мощности, кВт:;

КПД и cosц: ;

Индукции, Тл:

Моменты, Н·м:

Перегрев, C0: ; .

Заключение

В результате проектирования был разработан асинхронный двигатель с фазным ротором, который полностью отвечает требованиям поставленным в курсовом проекте. Все проверяемые параметры отвечают критериям, рекомендуемым ГОСТом. Из-за перехода на большую высоту оси вращения, разработанный двигатель по некоторым технико-экономическим параметрам уступает существующим двигателям аналогичной мощности.

Список литературы

1 Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - В 2-х кн.: кн. 1/ И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 464 с. : ил.

2 Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. - В 2-х кн.: кн. 2/ И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 464 с. : ил.

3 Проектирование электрических машин: Учеб .Для втузов/Под ред. О.Д.Гольдберга.2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш. шк.,2001-430 с.: ил.

4 Электрические машины. Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности Т.11.02.00 «Автоматизированный электропривод». Составители: Леневский Г.С., Шубин А.К. - Могилёв: УО МГТУ, 2002. - 51 с.

5 Детали машин. Проектирование: Учеб. пособие / Л.В.Курмаз, А.Т.Скобейда. - Мн.: УП ”Технопринт”, 2001. - 290 с.

Размещено на Allbest.ru