Проектування електричної машини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Електротехнічна індустрія - провідна галузь народного господарства. Продукцію електротехнічної індустрії використовують майже в усіх промислових установах і тому якість продукції електротехнічних виробів багато в чому визначає якість продукції інших галузей промисловості.

Електричні машини в загальному випадку виробництва електротехнічної індустрії займають головне місце, тому експлуатаційні характеристики електричних машин мають важливе значення для економіки нашої країни.

Проектування електричних машин - це мистецтво, поєднуюче знання процесів електромеханічних перетворень енергії з навиками, накопиченими поколіннями інженерів електромеханіків, вміння застосовувати обчислювальну техніку і талант інженерів, що створюють нову чи покращуючи вже існуючу машину.

При проектуванні електричної машини розраховуються розміри ротора і статора, вибираються типи обмоток, обмоткові проводи, ізоляція, матеріали активних і конструктивних частин машини та ін.

Окремі частини машини мають бути так сконструйовані, щоб при виготовленні машини трудоємкість і витрати були найменшими, а при експлуатації машина мала найкращі показники.

1. Вибір головних розмірів

1. Число пар полюсів:

2. Висота осі обертання: (попередньо) по рис. 6-7, а:

мм Із таблиці 6-6 приймаємо найближче менше значення мм та м

3. Внутрішній діаметр статора:

м

де по табл. 6-7

4. Полюсна поділка:

м

5. Розрахункова потужність:

кВт

де по рис. 6-8

по рис. 6-9 а , .

6. Електромагнітні навантаження (попередньо) по рис. 6-11 б:

А/м, Тл

7. Обмоточний коефіцієнт для двохслойної обмотки (попередньо)

8. Розрахункова довжина повітряного зазору по 6-6:

де - коефіцієнт форми поля Рад/с - синхронна кутова швидкість валу двигуна

9. Відношення

Отримане значення знаходиться в рекомендованих межах (рис. 6.14 а)

2. Визначення z1, щ1 та перерізу проводу обмотки статора

10. Граничні значення (по рис. 6-15):

мм

мм

11. Число пазів статора:

шт.

шт.

Приймаємо , тоді

шт. - число пазів на полюс (фазу)

12. Зубцова поділка статора (кінцева):

м

13. Число ефективних провідників в пазу (попередньо, при умові по 6-14):

шт.

де А - номінальний струм статора.

14. Приймаємо , тоді по 6-19 число ефективних провідників в пазу:

15. Кінцеві значення по 6-20:

Число витків в фазі обмотки:

шт.

Значення лінійного навантаження

А/м

Потік

Вб

де - обмоточний коефіцієнт

- коефіцієнт скорочення

- скорочення кроку обмотки

 - коефіцієнт розподілення (із табл. 3-13)

- коефіцієнт скосу пазів статора

- по рис. 6-8

Індукція в повітряному зазорі:

Тл

Отримане значення виходить за допустимі межі Приймемо нове значення кількості ефективних провідників в пазу:

Тоді

шт.

А/м

Вб

Тл

Отримані значення і знаходяться в допустимих межах.

16. Щільність струму в обмотці статора (попередньо) по (6-25):

А/м2

де А2/м3

17. Переріз ефективного провідника (попередньо):

м2

- кількість елементарних провідників

Обмоточний провід ПЭТВ:

м2

м

м

18. Щільність струму в обмотці статора (кінцева):

А/м2

3. Розрахунок розмірів зубчатої зони статора та повітряного зазору

19. Приймемо попередньо значення індукції в зубцях статора та ярмі:

Тл

Тл

Визначимо розміри паза:

по 6-39 розміри

м

де по табл. 6-11 для оксидованих листів сталі

м

20. Розміри пазу в штампі приймаємо

Приймемо

м

м

Тоді:

м

м

м

м

21. Розміри паза в світлі з урахуванням припуску на збирання:

Приймемо

м

м

Тоді

м

м

м

Площа поперечного перерізу пазу для розміщення провідників

м2

де

Площа поперечного перерізу корпусної ізоляції в пазу:

м2

Площа поперечного перерізу прокладок:

м2

22. Коефіцієнт заповнення пазу

Отримане значення лежить в межах, допустимих для механізованої укладки обмотки.

4. Розрахунок ротора

25. Повітряний зазор (по рис. 6-21):

м

26. Число пазів ротора (по табл. 6-15):

27. Зовнішній діаметр ротора:

м

28. Довжина ротора:

м

29. Зубцова поділка:

 м

30. Внутрішній діаметр ротора рівний діаметру валу, так як осердя безпосередньо насаджене на вал, по 6-101:

м

де значення коефіцієнту визнач. по табл. 6-16

31. Струм в стержні ротора

де - по рис. 6-22.

- коефіцієнт приведення струмів

32. Площа поперечного перерізу стержня:

м2

Значення щільності струму в стержні литої клітки приймемо рівним А/м2

33. Паз ротора - на рис. 1. Приймаємо:

 м

м

м

Допустима ширина зубця ротора:

м

Розміри паза:

м

м

м

Приймемо по рис. 6.66 б

м

м

м

Повна висота паза:

 мм м

Переріз стержня:

мм2

м2

34. Щільність струму в стержнях:

А/м2

35. Короткозамкнуті кільця:

Площа поперечного перерізу:

мм2

де А - струм в короткозамкнутих кільцях.

А/м2 - щільність струму в кільцях

Розміри замикаючих кілець:

м

 м

м2

м

5. Розрахунок намагнічуючого струму

36. Значення індукцій.

Індукція в зубцях статора:

Тл

Індукція в зубцях ротора:

Тл

Індукція в ярмі статора

Тл

Індукція в ярмі ротора:

Тл

де - розрахункова висота ярма ротора, визначається за формулою:

 м

37. Магнітна напруга повітряного зазору:

А

де - коефіцієнт повітряного зазору, визначається за формулою:

- коефіцієнт, що визначається за формулою:

38. Магнітні напруги зубцових зон статора:

А

ротора:

А

де - розрахункова висота зубця статора, визначається за формулою:

м

 - розрахункова висота зубця ротора, визначається за формулою:

м

Значення напруженості поля в зубцях статора та ротора що відповідають індукціям та для сталі 2013 визначається по таблиці [П-17]:

Тл А/м

Тл А/м

39. Коефіцієнт насичення зубцової зони:

40. Магнітні напруги ярм статора та ротора:

А

А

де напруженості поля в ярмах статора та ротора визначаються у відповідності із значеннями індукцій та із таблиці [П-16]:

А/м при Тл

А/м при Тл

Довжини середніх магнітних ліній потоку в ярмі статора та ротора визначаються за формулами:

м

м

де - висота спинки ротора, визначається за формулою:

м

41. Магнітна напруга на пару полюсів:

А

42. Коефіцієнт насичення магнітного кола:

43. Намагнічуючий струм:

А

Відносне значення намагнічуючого струму:



6. Параметри робочого режиму

44. Активний опір фази обмотки статора:

Ом

де - питомий опір матеріалу обмотки при розрахунковій температурі; - загальна довжина провідників фази обмотки статора, визначається за формулою:

мм

- середня довжина витка обмотки, м:

м

- довжина пазової частини обмотки:

м

- довжина лобової частини

м

, - коефіцієнти, значення яких береться з таблиці 6-19 в залежності від кількості пар полюсів:

- довжина вильоту прямолінійної частини котушок з паза від торця осердя до початку відгину лобової частини, для всипної обмотки, що вкладається в пази до запре совки осердя в корпус, беруть .

- середня ширина котушки, що визначається по дузі кола, що проходить по серединам висоти пазів:

м

Довжина вильоту лобових частин котушки:

м

Відносне значення опору:

45. Активний опір фази обмотки ротора:

Ом

де

- опір стержня обмотки ротора, визначається за формулою:

Ом

- опір замикаючих кілець, визначається за формулою:

Ом

В даних формулах:

, - питомий опір матеріалу стержня та замикаючих кілець відповідно при розрахунковій температурі, Ом·м;

, - переріз стержня та кільця відповідно м2;

- коефіцієнт збільшення активного опору стержня від дії ефекту витіснення струму; при розрахунку робочих режимів в межах зміни ковзання від холостого ходу до номінального приймають .

Приводимо до числа витків обмотки статора:

Ом

Відносне значення активного опору ротора:

 Ом

46. Індуктивний опір фази обмотки статора:

Ом

де

- коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння обмотки статора:

В даній формулі:

, - коефіцієнти, значення яких визначають в залежності від кроку обмотки

При двохслойній обмотці з укороченням значення коефіцієнтів:

Згідно з рис. 6-38 ж:

мм мм

мм мм

мм мм

- коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіяння:

- довжина лобової частини катушки

- коефіцієнт магнітної провідності диференційного розсіяння обмотки статора:

- коефіцієнт, значення якого залежить від числа q, скорочення кроку обмотки та розмірних співвідношень зубцових зон та повітряного зазору:

- коефіцієнт, який визначається по рис. 6-39 д при

,

Відносне значення індуктивного опору статора:

47. Індуктивний опір фази обмотки ротора:

Ом

- коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння обмотки ротора:

де

мм

мм

мм

(для робочого режиму)

- коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіяння:

 - коефіцієнт магнітної провідності диференційного розсіяння обмотки ротора:

де - із рис. 6-39 а

Приведемо значення до числа витків статора:

Відносне значення:

7. Розрахунок втрат

48. Втрати в сталі основні:

Вт

де по табл. 6-24 для сталі 2013 Вт/кг,

, - коефіцієнти що враховують вплив на втрати в сталі нерівномірності розподілення потоку по перерізам ділянок магнітопроводу та технологічних факторів. Для машин потужністю менше 250 кВт приймають:

та

, - індукція в ярмі та середня індукція в зубцях статора, Тл;

, - маса сталі ярма та зубців статора, визначається за формулами:

кг

кг

- висота ярма статора, м:

м

- питома маса сталі; в розрахунках приймають кг/м3

- розрахункова висота зубця статора

- середня ширина зубця статора

49. Поверхневі втрати в роторі:

Вт

де - питомі поверхневі втрати (втрати, що приходяться на 1 м2 поверхні головок зубців ротора, визначаються за формулою:

де - коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців ротора на питомі втрати:

- амплітуда пульсації індукції в повітряному зазорі над коронками зубців ротора

Тл

- коефіцієнт, що залежить від від відношення ширини шліца пазів статора до повітряного зазору. Визначається з рис. 6-41:

50. Пульсацій ні втрати в зубцях ротора

Вт

де - амплітуда пульсацій індукції в середньому перерізі зубців ротора:

Тл

51. Сума додаткових втрат в сталі:

Вт

52. Повні втрати в сталі:

 Вт

53. Механічні втрати:

Вт

де - коефіцієнт, що залежить від зовнішнього діаметру статора:

54. Додаткові втрати при номінальному режимі:

Вт

55. Холостий хід двигуна:

Струм холостого ходу двигуна:

А

де - активна складова струму холостого ходу:

А

- електричні втрати в статорі при холостому ході, які наближено приймають рівними:

 Вт

8. Розрахунок робочих характеристик

56. Опір розраховується по формулі:

Ом

Опір визначається по формулі:

Ом

Коефіцієнт може наближено розраховується за формулою:

так як

активна складова струму синхронного холостого ходу:

А

Реактивна складова струму синхронного холостого ходу:

А

Значення розрахункових величин можна знайти по спрощеним формулам, так як значення кута :

Ом

Ом

Втрати, що не змінюються при зміні ковзання:

Вт

Приймаємо та розраховуємо робочі характеристики, задаючись значенням ковзання:

, , , , , , , .

електричний машина статор ротор

Після побудови кривих уточнюємо значення номінального ковзання .

Результати розрахунку приведені в таблиці 1. Характеристики представлені на рис. 2.

Номінальні дані спроектованого двигуна:

кВт, В, А, , , .

57. Розрахунок пускових характеристик.

Розрахуємо точки характеристик, що відповідають ковзанням:

, , , ,

Докладний розрахунок проведений для ковзання . Дані розрахунку інших точок зведені в таблицю 2. Пускові характеристики спроектованого двигуна представлені на рис. 3.

Параметри з урахуванням витіснення струму ():

Приведена висота стержня :

Для даного значення :

по рис. 6.46:

по рис. 6-47:

Визначимо активний опір обмотки ротора.

Глибина проникнення струму:

м

Площа перерізу :

м2

де

м

Коефіцієнт :

Коефіцієнт загального збільшення опору фази ротора під дією ефекту витіснення струму:

Приведений активний опір ротора з врахуванням дії ефекту витіснення струму:

Індуктивний опір обмотки ротора:

коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння ротора з урахуванням ефекту витіснення струму розраховується за формулою:

Зміна індуктивного опору фази обмотки ротора від дії ефекту витіснення струму:

Індуктивний опір фази обмотки ротора з урахуванням ефекту витіснення струму:

Ом

Струм ротора наближено без урахування впливу насичення, приймаючи

:

58. Урахування впливу насичення на параметри. Приймаємо для коефіцієнт насичення , та проведемо розрахунок для .

Середня магніторушійна сила (МРС) обмотки, віднесена до одного пазу обмотки статора:

А

По середній МРС розрахуємо фіктивну індукцію потоку розсіяння в повітряному зазорі:

Тл

де - коефіцієнт, що дорівнює:

По кривій на рис. 6-50 для Тл визначається відношення потоку розсіяння при насиченні до потоку розсіяння ненасиченої машини, що характеризується коефіцієнтом :

Розрахуємо коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння обмотки статора з урахуванням впливу насичення.

Значення додаткового розкриття пазів статора:

м

Зменшення коефіцієнта провідності розсіяння, що викликається насиченням від полів розсіяння:

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння при насиченні визначається для статора за виразом:

Коефіцієнт магнітної провідності диференційного розсіяння обмотки статора з урахуванням впливу насичення визначається за формулою:

Індуктивний опір фази обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

де

Визначимо коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння ротора з врахуванням впливу насичення та витіснення струму.

Зменшення коефіцієнта провідності розсіяння, що викликається насиченням від полів розсіяння:

де - значення додаткового розкриття пазів ротора , визначається за формулою:



Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння при насиченні визначається для статора за виразом:

Коефіцієнт магнітної провідності диференційного розсіяння ротора з урахуванням впливу насичення:

Приведений індуктивний опір фази обмотки ротора з урахуванням впливу витіснення струму та насичення:

Де

Опір взаємної індукції обмоток в пусковому режимі:

Ом

Коефіцієнт рівний:



Розрахунок струмів та моментів:

Значення коефіцієнтів та :

Струм в обмотці ротора:

А

Струм в обмотці статора:

А

Розходження між отриманим значенням струму та прийнятим при розрахунку впливу насичення на параметри складає 8.86%, що допустимо.

Відносне значення пускового струму:

Відносне значення пускового моменту:



Критичне ковзання визначаємо після розрахунку всіх точок пускових характеристик (див. табл. 2) по середнім значенням ковзання та , що відповідають ковзанням :

Кратності пускового та максимального моментів та пускового струму спроектованого двигуна задовольняють вимогам ГОСТ.

кВт, , В, Ом, Ом

Ом, Ом, А, А,

Таблиця 2. Дані розрахунку пускових характеристик двигуна

№ п/п	Розрахункова формула	Одиниця	Ковзання
			1	0.8	0.5	0.2	0.1
1.		-	1.1641	1.0412	0.8231	0.5206	0.3681
2.		-	0.11	0.1	0.2927	0.1851	0.1309
3.		-	1.0631	1.0546	1.2204	1.1272	1.0808
4.		-	1.0428	1.0371	1.1496	1.0863	1.0549
5.		Ом	0.219	0.2178	0.2414	0.2281	0.2215
6.		-	0.89	0.95	1.2347	0.7809	0.5522
7.		-	0.6267	0.6332	0.6641	0.6149	0.59
8.		Ом	0.445	0.4496	0.4715	0.4366	0.4189
9.		Ом	0.5183	0.5253	0.5581	0.5267	0.5452
10.		Ом	0.5228	0.5228	0.5228	0.5516	0.6121
11.		-	1.0079	1.0079	1.0079	1.0083	1.0093
12.		Ом	0.4427	0.4964	0.7087	1.3722	2.4577
13.		Ом	1.0452	1.0522	1.0853	1.0827	1.1623
14.		А	193.809	189.096	169.727	125.866	80.92
15.		А	195.332	190.603	171.168	126.894	81.642
16.		-	6.7426	6.5793	5.9085	4.3802	2.8181
17.		-	1.256	1.486	2.123	2.759	2.214

9. Тепловий та вентиляційний розрахунок

59. Перевищення температури внутрішньої поверхні осердя статора над температурою повітря всередині двигуна:

°C

де - коефіцієнт, значення якого залежить від способу захисту та кількості пар полюсів асинхронного двигуна, знаходиться з табл. 6-30.

Для двигуна зі способом захисту та значення коефіцієнту:

- середнє значення коефіцієнту тепловіддачі з поверхні, дорівнює:



- електричні втрати в пазовій частині статора; визначаються за формулою:

Вт

- електричні втрати в статорі. Вони дорівнюють:

Вт

Перепад температури в ізоляції пазової частини обмотки статора:

°C

де - розрахунковий периметр поперечного перерізу паза статора, що дорівнює:

мм м

- середня еквівалентна теплопровідність пазової ізоляції. Для ізоляції класу нагрівостійкості F:



- середнє значення коефіцієнту теплопровідності внутрішньої ізоляції котушки всипної обмотки із емальованих провідників з врахуванням нещільності прилягання провідників один до одного. Значення по рис. 6-62 для

рівне:

Перепад температури по товщині ізоляції лобових частин:

°C

де - периметр умовної поверхні охолодження лобової частини однієї котушки.

м

- електричні втрати в лобових частинах котушки. Вони дорівнюють:

Вт

Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин над температурою повітря всередині машини:

°C

Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою повітря всередині машини:

°C

Перевищення температури повітря всередині машини над температурою оточуючого середовища:

°C

де - сума втрат, що відводяться на повітря всередині двигуна:

Вт

В даній формулі:

Вт

де - електричні втрати в роторі. Вони визначаються по формулі:

Вт

- еквівалентна поверхня охолодження корпуса:

м2

де - умовний периметр поперечного перерізу ребер станіни. Значення може бути взяте наближено по кривій на рис. 6-63. Для мм:

м

- коефіцієнт підігріву повітря, що враховує тепловіддаючу властивість поверхні корпуса та інтенсивність перемішування повітря всередині машини. Для м рис. 6-59:

Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою оточуючого середовища:

°C

60. Розрахунок вентиляції.

Необхідна для охолодження витрата повітря:

м3/с

Де - коефіцієнт, що враховує зміну умов охолодження по довжині поверхні корпуса, що обдувається зовнішнім вентилятором:

Витрата повітря, що забезпечується зовнішнім вентилятором:

м3/с

Висновки

В даній курсовій роботі я поглибив свої навички в галузі проектування електричних машин, навчився визначати за вихідними даними важливі характеристики асинхронного двигуна, такі як: головні розміри, зубцову поділку статора та ротора, робочі та пускові характеристики, переріз обмотки статора та ротора, розміри зубцової зони статора та повітряного зазору, температурний режим, головні та додаткові втрати, які в свою чергу складаються з основних втрат в сталі, поверхневих втрат в роторі, пульсуючих втрат в зубцях ротора, додаткових втрат в сталі та механічних втрат.

Головні дані розрахунків зведені і представлені на графіках.

Спроектований двигун належить до серії 4А та відповідає ДСТУ.

Список використаної літератури

1. И.П. Копылов «Проектирование электрических машин» - М.; Энергия, 1980 г.

2. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник /А.Э. Кравчик - М.; Энергоатомиздат, 1982 г.

Размещено на Allbest.ru