Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важные значения для экономики нашей страны.

При проектировании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция материала активных и конструктивных частей машин. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями. При этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

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

Курсовой проект выполнен в соответствии с учебником «Электрические машины» Копылов.

Число пар полюсов:

1. Выбор главных размеров

h = 90 мм, из таблицы 6 - 6 принимаем ближайшее значение h = 90 мм; Da = 0,149 м.

Внутренний диаметр стороны D = КD*D

D = 0,57*0,149=0,0848=85*10-3м

КD = 0,57 по таблице 6 - 7 с. 165.

Полюсное деление

Расчетная мощность по [6 - 4 c. 166]

(Rе=0,978 - по рис. 6 - 8; = 0,865 ; cos = 0,89 по рис. 6 - 9а)

Электромагнитные погрузки (предварительно по рис. 6 - 11а с. 165)

А = 22*103 А/м В? = 0,7 Тл

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки Rоб1 = 0,95

Расчетная длина воздушного зазора

[6- 6, с. 168]

( [6 -5, с. 168] Rв=

Отношение (рис. 6 - 14, а), поэтому принимаем h = 100 мм.

Повторяем расчеты D = 0,168 м; D = 0,57*0,168 = 0,096 м

RЕ = 0,98; Р1 = 4*103

А = 23*103 А/м В

рекомендуется (0,36 - 0,73)

Значение находится в рекомендуемых пределах (0,36 0,73).

Определяем и сечение провода обмотки статора.

Предельное значение t1 (по рис. 6 - 15) c. 170

t1max = 14 мм; t1min = 12 мм

Число пазов статора

[6 - 16, с. 170]

=

принимаем = 21.

 [6-16, c.170]

принимаем = 25.

Принимаем Z1 = 24, тогда

g = ; g =

(где m = 3 число фаз)

Обмотка однослойная

Зубцовое деление статора

t1

t1 =

Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии а = 1)

U [6 - 17 c. 171]

I1n = [6 - 18, c. 171]

I1n =

Принимаем а = 1, тогда Un= аU

Un = 1*63.38 = 64

Окончательные значения

[6 - 20 c. 171]

А = [6 - 21, c. 171]

A

Ф = [6 - 22, c. 172]

Ф =

для однослойной обмотки с g = 4 (по табл. 3 - 13 с. 156)

Rоб1 = Rр = 0,958; для D = 0,168 м по рис. 6 - 8; Rе = 0.98

В [6 - 23, c. 172]

В

Значение А и В находится в допустимых пределах (рис. 6 - 11а, с. 166)

Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

J1 = [6 - 25, 172]

J1 =

(АJ1) = 138*109 А2/м3 по рис. 6 - 16 а, с. 173

Сечение эффективного проводника

gэф = [6 - 24, c. 172]

gэф =

принимаем nэл = 1, тогда gэл = gэф; gэл = 0,77 мм2.

Обмоточный провод ПЭТМ (по табл. П-28), стр. 170

dэл = 0,95 мм

gэл = 0,709 мм2, gэф = 0,709 мм2

dиз = 1,015 мм.

Плотность тока в обмотке ротора окончательно [6 - 27, c. 174]

J1 =

J1 = 6,43 А/мм2

2. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора - (по рис. 6.19а, с. 175) с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

Принимаем предварительно (по таблице т. 6 - 10, с. 174)

Вz1 = 1,9 Тл Ва = 1,6 Тл, тогда

Вz1 = [6 - 39, c. 178]

Вz1 =

где = 0,1 м, (по табл. 6 - 11, с. 176) для оксидированных листов стали Rc = 0,97

h =

h =

Размеры паза в штампе принимаем bм = 3,5 мм (по табл. 6 - 12, с. 175)

hм = 0,5 мм

hn = [6 - 40, c. 178]

hn =

[6 - 41, c. 178]

[6 - 42, c. 178]

=

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку



[6 - 47, c. 179]

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников

[6 - 51, c. 180]

=

Площадь поперечного сечения прокладок Sпр = 0.

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

Sиз =

S

односторонняя изоляция в пазу

(по табл. 3 - 8, с. 160)

Коэффициент заполнения паза

Rз =

[6 - 70, c. 190]

Полученное значение Rз для ручной укладки обмотки меньше рекомендуемой (0,7 - 0,75). Снизить Rз не изменяя главных размеров двигателя, можно либо увеличить Un при тех же размерах паза, либо уменьшив площадь поперечного сечения паза. Более удачным решением будет уменьшение размеров паза.

Принимаем В2 = 1,88 Тл и Ва = 1,58 Тл, что допустимо, т.к. эти значения входят в рекомендуемые (в табл. 6 - 10, с. 127).

Повторяем расчет

Вz1 =

h =

hn

h

Размеры паза в свету

Площадь поперечного сечения паза в свету для размещения проводников обмотки

 =

где Sиз = 0,25*(2*13,7 + 11,3 + 8,4) = 11,8 мм2

Коэффициент заполнения паза

Размеры паза в штампе показаны на рисунке 1.

3. Расчет ротора

Воздушный зазор (на рис. 6 - 21, с. 181) , число пазов ротора (по табл. 6 - 15, с. 181) Z2 = 17.

Внешний диаметр D2 = D - 2.

D

Длина

Зубцовое деление

t2 =

t2 =

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

Dj = D [6 - 101, c.191]

Dj = 0,23*0,168 = 0,0386 = 37 мм

= 0,23 (по табл. 6 - 16, с, 191)

Так в стержне ротора

I2 = Ri*I1*хi [6 - 60, c. 183]

I2 = 0,92*4,56*86,56 = 363 А

Ri = 0,92 (по рис. 6 - 22, с. 183)

хi = [6 - 68, c. 183]

хi =

Площадь поперечного сечения стержня

gc = [6 - 69, c. 183]

gc =

Плотность тока в стержне литой клетки принимаем

J2 = 3*106 А/м2

Паз ротора - (по рис. 6 - 27а, с. 188).

Принимаем ;

Грушевидный паз и литая обмотка на роторе, пазы полузакрытые.

Допустимая ширина зубца

 [6 - 77, c. 188]

1,8 Тл (по табл. 6 - 10, с. 176)

Rc = 0,97 для оксидированных листов стали ротора

Размеры паза

[6 - 74, c. 188]

[6 - 75, c. 188]

[6 - 76, c. 188]

Принимаем = 8,5 мм; = 2,8 мм; = 15,4 мм.

Полная высота паза

hn2 =

hn2 = 0,5 +

gc = [6 - 78, c. 188]

gc =

gc = 118,5 мм2

Плотность тока в стержне

J2 =

J2 =

Короткозамыкающие кольца

Площадь поперечного сечения

gкл = [6 - 73, c. 186]

gкл =

Iкл = [6 - 71, c. 186]

где

Jкл = 0,85*J2 (10% - 15%) < чем в стержнях

Jкл = 0,85*3,06*106 = 2,6*106 А/м2

Размеры замыкающих колец



4. Расчет намагничивающего тока

Значение индукции

В [6 - 104, c. 192]

В

Ва =

Вj =

Расчет высоты ротора

[6 - 109, c. 194]

Магнитное напряжение воздушного зазора

F [6 - 110, c. 194]

F

R [4 - 14, c. 106]

R

=

Магнитное напряжение зубцовых зон статора

F [6 - 113, c. 194]

F

hz1 = hn1 = 13,7 мм

(по таблице П-17 для стали 2013, с. 460

hz1 = 2010 А/м при Вz1 = 1,89 Тл.

Fz2 = 2hz2*Hz2 [6 - 113, c. 194]

Fz2 = 2*21,3*10-3*1502 = 63,99 А

hz2 = hn2 - 0,1*

по таблице П-17 для стали 2013

Нz2 = 1502 А/м при Вz = 1,79 Тл

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Rz = 1 [6 - 120, c. 194]

Rz =

выбран в заданных пределах.

Магнитное напряжение статора и ротора

Fа = Lа*На = 0,2289*702=160,69 А [6 - 121, c. 195]

Fj = Lj*Hj = 0,07*440=30,8 А [6 - 123, c. 195]

(по таблице П-16 с. 460 hа = 702 А/м при Ва = 1,58 Тл, Нj = 440 А/м при Вj = 1,44 Тл).

Lа = [6 -122, c. 195]

Lj = [6 - 124, c. 195]

Lа =

Lj =

hj = [6 - 125, c. 195]

hj =

Магнитное напряжение на пару наносов [6 - 127, c. 195]

Fu = F

Коэффициент насыщения магнитной цепи

R [6 - 127, c. 195]

R

Намагничивающий ток

I [6 - 129, c. 195]

I

Относительное значение (0,5 - 0,6)

I [6 - 130, c. 195]

5. Параметры рабочего режима

Активное сопротивление фазы обмотки статора

R1 = г115 [6 - 131, c. 196]

R1 =

Для класса нагревостойкости изоляции F расчетное

Для меди г115 = 10-6/41 ом*м

Длина проводников фазы обмотки

L1 = Lср1* [6 - 133, c. 196]

L1 = 0,446*256 = 114,18 м

Lср1 =

Lср1 =

= ; = К

= 1,2*0,086+2*0,01 = 0,12

где В = 0,01 м (по табл. 6 - 19, с. 197 Кл = 1,2)

где = 1.

Длина вылета лобовой части катушки

; R

для малой мощности Р (0,02 - 0,03)

где по таблице 6 - 19, с. 197 Квыл = 0,26

Относительное значение

R = R

Активное сопротивление фазы обмотки ротора

R2 = Rc + [6 - 164, c. 202]

R2 =

Rc = г115

где для литой алюминиевой обмотки ротора г115 10-6/20,5

Приводим R2 к числу витков обмотки статора (R допускается увеличение (0,02 - 0,03))

R

R

Относительное значение

R

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

Х1 = 15,8

Х1 = 15,8

где (по табл. 6 - 22, рис. 6 - 38ж, с. 200) , т.к.

где (см. рис.) h3 = 10,8 мм; = 8,4 мм; h2 = 0

h1 =

R R

[6 - 154, c. 199]

[6 - 172, c. 199]

для и t2/t1 = 17,6/12,6 = 1,4 по (рис. 6 - 39д, с. 200) R

Относительное значение

Х

Предел для двигателей малой мощности (0,08 - 0,14)

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

Х2 = 7,9

Х2 = 7,9

где по таблице 6 - 23 (рис. 6 - 40а) с. 200 , т.к. =0

=

=

h1 =

h1 =

[6 - 176, c. 203]

[6 - 175, c. 203]

где по рис. (6 - 39а, с. 198).

= 1,48 + 0,46 + 3,03 = 4,97

Приводим Х2 к числу витков статора

[6 - 178, c. 203]

Относительные значения

входит в рекомендуемый диапазон (0,1 - 0,16)

6. Расчет потерь

Потери в стали основные

Рст.осн = Р1/5 [6 - 183, c. 200]

Рст.осн = 2,6

Р1/5 = 2,6 Вт/кг для стали 2013 по табл. 6 - 24.

[6 - 184, c. 206]

где hа = 0,5(Dа - D) - hn1 = 0,5(0,168-0,096) - 0,013

hа = 0,0223 м

Rc = 7,8*103 кг/м3 Rда = 1,6 и Rд2 = 1,8

mz1 = hz1* [6 - 185, c. 206]

mz1 = 13,7*10-3*4,9*10-3*24*0,1*0,97*7,8*103 = 1,22 кг

Поверхностные потери в роторе

? [6 - 190, c. 207]

? [6 - 188, c. 207]

?

?

где Rо2 = 1,5 ; Во2 = [6 - 186, c. 206]

= 0,38*1,21*0,713 = 0,328 Тл

для по рис. 6 - 41, с. 207

Пульсационные потери в зубцах ротора

[6 - 196, c. 207]

Впульс2 = [6 - 192, c. 206]

Впульс2 =

где из расчетов

m [6 - 197, c. 206]

m

mz2 = 1,97 кг

Сумма добавочных потерь в стали

[6 - 198, c. 208]

Полные потери в стали

[6 - 199, c. 208]

Механические потери

[6 - 205, c. 208]

для двигателей 2 Кт = 1

Добавочные потери при номинальном режиме

Холостой ход двигателя

Iх.х = [6 - 212, c. 209]

Iх.х =

Iх.ха = [6 - 213, c. 209]

Iх.ха =

Cos

7. Расчет рабочих характеристик

[6 - 179, c. 205]

х12 =

[6 - 217, c. 210]

поэтому используем приближенную форму, т.к. || < 10

C1 = [6 - 218, c. 210]

C1 =

Iоа = [6 - 222, c. 211]

Iоа =

[6 - 224, c. 211]

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения.

Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь

S = 0,01; 0,02; 0,03; 0,033; 0,04; 0,05

После построения кривых уточняем значение номинального скольжения Sn = 0,032.

Результаты расчета приведены в таблице 1. Характеристики представлены на рисунке 1.

данные двигателя

; ; ; ; ; ;

Данные расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

		0,01	0,02	0,03	0,033	0,04	0,05
	Ом	286,5	143,28	95,52	86,84	71,64	57,31
	Ом	0	0	0	0	0	0
	Ом	290,5	147,2	99,5	90,8	75,6	61,3
	Ом	13,9	13,9	13,9	13,9	13,9	13,9
	Ом	290,9	147,9	100,5	91,9	76,9	62,8
	А	1,31	2,57	3,78	4,1	4,9	6,04
	-	0,99	0,99	0,99	0,98	0,98	0,97
	-	0,048	0,09	0,13	0,15	0,18	0,22
	А	1,42	2,67	3,85	4,19	4,97	6
	А	1,36	1,54	1,83	1,93	2,2	2,6
	А	1,97	3,08	4,26	4,61	5,44	6,5
	А	1,33	2,62	3,85	4,2	5,03	6,15
	кВт	1,62	3,04	4,39	4,78	5,67	6,8
	кВт	0,05	0,11	0,21	0,25	0,35	0,51
	кВт	0,01	0,06	0,12	0,15	0,21	0,31
	кВт	0,004	0,01	0,02	0,02	0,03	0,04
	кВт	0,2	0,37	0,54	0,6	0,78	1,05
	кВт	1,37	2,67	3,8	4,17	4,89	5,7
		0,84	0,878	0,87	0,872	0,862	0,846
		0,721	0,867	0,904	0,909	0,914	0,915

Расчет пусковых характеристик

Рассчитываем точки характеристик, соответствующие S = 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1. Данные расчетов сводим в таблицу.

Данные расчета пусковых характеристик двигателя.

; ; ; ; ;; ;

; ; ; ; ;

		1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,33
	-	1,34	1,19	0,94	0,6	0,42	0,77
	-	0,22	0,15	0,08	0,06	0,05	0,98
	-	1,1	1,06	1,03	1,03	1,02	1,03
	-	1,16	1,09	1,05	1,05	1,03	1,05
	Ом	3,209	3,015	2,904	2,904	2,849	2,904
	-	0,92	0,94	0,97	0,98	0,99	0,98
	-	0,984	0,988	0,994	0,996	0,998	0,996
	Ом	8,197	8,23	8,28	8,3	8,31	8,3
	Ом	4,542	4,626	4,77	5,54	6,82	5,28
	Ом	2,951	2,99	3,06	3,59		3,40
	-	1,007	1,007	1,007	1,008	1,01	1,008
	Ом	7,15	7,72	9,77	18,56	32,07	12,79
	Ом	7,52	7,64	7,87	9,19	11,39	8,72
	А	36,6	35	30,3	18,3	11	24,5
	А	37	35,4	30,6	18,5	11,2	24,8
	-	8,2	7,85	6,78	4,1	2,4	5,5
	-	2,97	3,19	3,69	3,36	2,38	3,7

Параметры с учетом вычисления тока

() S = 1

[6 - 235, c. 215]

Для находим по рис. 6 - 46

(по рис. 6 - 47, с. 170)

Активное сопротивление обмотки ротора

[6 - 236, c. 215]

g [6 - 243, c. 217]

g

где b2 = 8,5 мм

где b1 = 2,8 мм

[6 - 247, c. 217]

Приведенное активное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока.

Индуктивное сопротивление обмотки ротора (по табл. 6 - 23 и рис. 6 - 40а и из расчетов с. 165)



[6 - 251, c. 218]

[6 - 290, c. 218]

Ток ротора приближен без учета влияния насыщения, принимаем

[6 - 269, c. 222]

Учет влияния насыщения на параметры

Принимаем для S = 1 коэффициент насыщения Rнас = 1,35 и I1I и приводим расчет для Rнас = 1,35*25=33,8А

[6 - 252, c. 219]

СN = 0,64+25 [6 - 251, c. 219]

СN = 0,64+25

электрический двигатель статор ток

По рис. 6 - 50, с. 219 для Вф= 6 Тл находим Х= 0,43

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания обмотки статора с учетом влияния насыщения.

С1 = (t1 - [6 - 255, c. 219]

С1 = (12,6 -

[6 - 258, c. 220]

=

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания ротора с учетом влияния насыщения

индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения.

[6 - 264, c. 264]

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеивания ротора с учетом влияния насыщения и вычисления тока.

[6 - 260, c. 220]

С2 = (t2-

[6 - 262, c. 220]

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания с учетом влияния вычисления тока и насыщения

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

Х

=

=

Сопротивление взаимной индукции обмоток в пусковом режиме

[6 - 266, c. 220]

[6 - 268, c. 220]

Расчет токов и моментов

[6 - 269, c. 222]

[6 - 271, c. 222]

Полученное значение тока I1 составляет 109,5% принятого при расчете влияния насыщения на параметры, что допустимо

По средним значениям сопротивлений Х1нас , Х , соответствующих скольжениям

S = 0,50,2

[6 - 272, c. 223]

После чего рассчитываем точку характеристики, соответствующую Sкр = 0,33;

Мmax = 3,7.

8. Тепловой расчет

Повышение температуры внутренней поверхности сердечника статора под температурой воздуха внутри двигателя.

[6 - 314, c. 237]

по табл. 6 - 30,а

Рэ1 = 240 Вт из табл. Рабочих характеристик.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

[6 - 315, c. 237]

П01 = 2hn + b1 + b2 = 2*13,7+11,3 +47 мм

для изоляции класса нагревостойкости F по рис. 6 - 62, с. 220

d/dиз = 0,95/1,015 = 0,94 находим

Переход температуры по толщине изоляции лобовых частей

[6 - 319, c. 235]

Пл1Пп1 = 0,047 м

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины

[6 - 320, c. 235]

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины

Повышение температуры воздуха внутри машины под температурой окружающей среды.

[6 - 322, c. 235]

[6 - 326, c. 235]

[6 - 327, c. 235]

где по рис. 6 - 63 Пр = 0,19 м для h = 100 мм; по рис. 6 - 59а = 21 Вт(м2 0С) для Dа = 0,168 м. Среднее превышение температуры обмотки статора под температурой окружающей среды

Расчет вентиляции. Требуемый для охлаждения расход воздуха.

 [6 - 340, c. 239]

[6 - 341, c. 240]

где для h = 100 и 2р = 2

Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором

Список литературы

1. «Проектирование электрических машин». И.П. Копылов, 1980 год.

2. «Электротехнический справочник» П.Г. Грудинский. Энергия, 1980 год.

3. «Проектирование машин переменного тока» В.В. Домбровский. Энергия, 1994 год.

4. «Электрические машины» А.И. Вольдек. Энергия, 1978 год.

Размещено на Allbest.ru