Проектирование судового АД с короткозамкнутым ротором
Асинхронные двигатели как наиболее распространенный вид электрических машин. Определение допустимых электромагнитных нагрузок, размеров двигателя. Расчет статора. Укладка обмотки в пазы. Выбор сердечника, числа пазов ротора. Расчет схемы замещения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2015 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Проектирование судового АД с короткозамкнутым ротором
ВВЕДЕНИЕ
асинхронный двигатель электрический
Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющий в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их Установленная мощность постоянно возрастает.
Асинхронные двигатели широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других станков, кузнечно-прессовых, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.
Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, т.е. применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК И ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ ДВИГАТЕЛЯ
Главными размерами любой электрической машины и асинхронного двигателя в частности являются диаметр расточки статора Di, расчетная длина сердечника lд и воздушный зазор д. Основными электромагнитными нагрузками, определяющими эффективность использования активной части машины, являются плотность тока j, линейная нагрузка A1 и магнитная индукция в воздушном зазоре Bд.
1.1 Синхронная угловая скорость поля статора
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
1.2 Высота оси вращения
По кривым, изображенным на рисунке 1, определяется высота оси вращения h. Высота оси вращения зависит от заданных значений P2 и 2p.
Рисунок 1 - Рекомендуемые значения высот оси вращения АД
Высота оси вращения:
Размещено на http://allbest.ru
1.3 Величина наружного диаметра сердечника статора
По таблице 1 находится соответствующая величина наружного диаметра сердечника статора. Наружный диаметр статора не может быть больше величины 2h.
Таблица 1 - Стандартные высоты оси вращения и рекомендуемые наружные диаметры АД
|
h, мм |
71 |
80 |
90 |
100 |
112 |
132 |
160 |
180 |
200 |
225 |
250 |
280 |
315 |
355 |
|
|
Da, м |
0,116 |
0,131 |
0,149 |
0,168 |
0,191 |
0,225 |
0,272 |
0,313 |
0,349 |
0,392 |
0,437 |
0,53 |
0,59 |
0,66 |
При h=160 мм величина наружного диаметра сердечника статора:
Размещено на http://allbest.ru
1.4 Линейная нагрузка и магнитная индукция
По кривым изображенным на рисунке 2 находятся предварительные значения А1 и Вд. Значения величин выбираются в зависимости от наружного диаметра сердечника статора Da=313 мм.
Рисунок 2 - Рекомендуемые значения линейной нагрузки и магнитной индукции в воздушном зазоре АД
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
1.5 Коэффициент KD
По таблице 2 находится значение коэффициента KD.
Таблица 2 - Рекомендуемые значения KD при различных числах полюсов
|
2p |
2 |
4 |
6 |
8-12 |
|
|
KD |
0.52 - 0.57 |
0.64 - 0.68 |
0.70 - 0.72 |
0.74 - 0.77 |
При 2p=2
1.6 Приближенное значение внутреннего диаметра
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
1.7 Расчетная мощность двигателя
- заданный КПД для номинального режима .
- заданный коэффициент мощности для номинального режима .
1.8 Расчетная длина статора
Коэффициент формы кривой магнитной индукции в зазоре:
Обмоточный коэффициент для основной гармоники магнитного поля:
Размещено на http://allbest.ru
1.9 Полюсное деление
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Правильность выбора главных размеров может быть оценена по величине л, которая должна находиться в пределах, отмеченных на рисунке 3.
Рисунок 3 - Зависимости л=f(h,2p)
1.10 Величина воздушного зазора
Для двигателей средней и большой мощности величина воздушного зазора рассчитывается по формуле:
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Рассчитанный по формуле воздушный зазор следует округлить до 0.05 мм при д ? 0.5 мм и до 0.1 мм при д > 0.5 мм.
Принимаем величину воздушного зазора равной:
Размещено на http://allbest.ru
1.11 Число радиальных вентиляционных каналов (для крупных машин)
В асинхронных машинах, если длина сердечника статора не превышает 150-200 мм, а диаметр Da не больше 250 мм радиальных вентиляционных каналов на статоре и роторе не устанавливают.
1.12 Полная длина статора
Так как число радиальных вентиляционных каналов равно нулю, то в этом случае:
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
1.13 Полная длина ротора
Для двигателей, имеющих h<250 мм:
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2. РАСЧЕТ СТАТОРА
2.1 Выбор обмотки статора
Каждая фаза трехфазной обмотки статора состоит из отдельных катушечных групп, соединенных последовательно, параллельно или последовательно-параллельно. Катушечная группа образуется совокупностью катушек расположенных в соседних пазах и соединенных последовательно. В свою очередь катушка представляет собой совокупность последовательно соединенных витков, уложенных в одну и ту же пару пазов.
В современных асинхронных двигателях находят применение самые разнообразные типы обмоток статора: однослойные (концентрические, шаблонные или цепные), двухслойные, обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу q, одно-двухслойные или двухслойные концентрические обмотки для механической укладки в пазы статора, специальные обмотки с переключением числа пар полюсов и многие другие. В курсовом проекте следует ограничиться выбором однослойной или двухслойной обмоток с целым q в зависимости от типа проектируемого двигателя.
Так как мощность двигателя до 100 кВт и U до 660 В следовательно обмотка всыпная из мягких катушек обмоточного провода круглого сечения и укладывается в полуоткрытые пазы.
Обмотка: двухслойная.
2.2 Расчет параметров обмотки статора
2.2.1 Число пазов Z1
Число пазов Z1 находится по таблице 3. Это число пазов должно быть таким, чтобы число пазов на полюс и фазу было целым. Как видно, Z1 должно быть кратно m1. Дробные значения q в асинхронных двигателях применяются крайне редко из-за возможного ухудшения пусковых и виброакустических характеристик.
Таблица 3 - Рекомендуемые числа пазов
|
2p |
Число пазов статора |
|
|
2 |
12, 18, 24, 36, 42, 48, 60 |
По таблице 3 выбрали число пазов статора равное:
Размещено на http://allbest.ru
2.2.2 Число пазов на полюс и фазу
Число q выбирается обычно больше двух для полученной кривой м.д.с. статора, близкой к синусоиде. Чаще всего берут q=3-4, а для быстроходных двигателей q>4.
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.3 Величина зубцового деления
Величина t1 не должна быть меньше 6-7 мм.
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.4 Полюсное деление (в пазах)
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.5 Укорочение (для двухслойной обмотки)
Укорочение шага двухслойной обмотки рекомендуется выбирать в пределах в=0,79 - 0,83, при которых достигается существенное уменьшение пятой и седьмой гармоник м.д.с., а м.д.с. первой гармоники снижается незначительно.
2.2.6 Шаг обмотки
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.7 Коэффициенты укорочения:
Для первой гармоники:
Для пятой гармоники:
Для седьмой гармоники:
2.2.8 Коэффициенты распределения
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.9 Коэффициенты укорочения и распределения для первых двух зубцовых гармоник
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Коэффициенты укорочения зубцовых гармоник
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Коэффициенты распределения обмоток для зубцовых гармоник
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.10 Обмоточный коэффициент для первой гармоники:
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.11 Обмоточный коэффициент для высших гармоник:
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.12 Обмоточный коэффициент для зубцовых гармоник
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.13 Магнитный поток
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.14 Число эффективных витков фазы
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Принимаем:
Размещено на http://allbest.ru
2.2.15 Ток фазы при номинальной нагрузке
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.16 Условное число эффективных проводников в пазу
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.17 Число эффективных проводников в пазу (при a=2)
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.18 Линейная нагрузка
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.19 Магнитная индукция в воздушном зазоре
2.2.20 Предварительное значение плотности тока фазы статора
Величина плотности тока является очень важным параметром обмотки статора, так как от нее зависят потери в обмотке, а значит КПД и нагрев машины.
Размещено на http://allbest.ru
- для двигателей большой мощности
2.2.21 Сечение эффективного проводника обмотки статора
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.22 Число элементарных проводников
Число элементарных проводников должно быть не более 5-6, а при механизированной укладке - не более 2-3. В случае если такого количества элементарных проводников недостаточно, увеличивают число параллельных ветвей. Исключение составляют двухполюсные двигатели, у которых число параллельных ветвей 1.
Размещено на http://allbest.ru
2.2.23 Сечение элементарного проводника
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.24 Сечение элементарного проводника (окончательно) и его диаметр
Исходя и величины qэф1, в зависимости от конструктивного исполнения обмотки могут быть определены обмоточные данные проводников статора. Для всыпных обмоток применяется провод диаметром не более 1,4-1,8 мм с сечением 1,5-2,5 мм2.
Если расчетное сечение qэф1 выше указанных значений, то подбирается несколько элементарных проводников такого диаметра.
- изолированный провод ПЭТВ диаметра;
- диаметр провода в изоляции;
2.2.25 Окончательное значение плотности тока фазы статора
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.2.26 Коэффициент заполнения паза статора медью
Ориентировочное значение коэффициента заполнения паза медью учитывает, что 55-60 % площади поперечного сечения паза занято пазовой и проводниковой изоляцией и пропиточными компаундами.
2.2.27 Площадь паза статора
Размещено на http://allbest.ru
2.3 Расчет зубцовой зоны статора
2.3.1 Форма пазов статора:
По рисунку 4 выбираем форму пазов статора.
Рисунок 4 - Основные типы пазов статора
2.3.2 Допустимая индукция в зубце
Таблица 4 - Допустимые значения магнитной индукции на различных участках АД
|
Участки магнитной цепи |
Обозначение |
Исполнение защищенное (IP23) |
|||||
|
2p=2 |
2p=4 |
2p=6 |
2p=8 |
2p=10-12 |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
Ярмо статора |
Ba |
1,45-1,6 |
1,45-1,6 |
1,45-1,6 |
1,2-1,4 |
1,17-1,4 |
|
|
Зубцы статора |
Bz1 |
1,9-2,1 |
1,8-2,0 |
1,8-2,0 |
1,8-2,0 |
1,7-1,9 |
|
|
Зубцы статора в наиболее узком сечении |
Bz1m |
1,9-2,1 |
1,8-2,0 |
1,8-2,0 |
1,8-2,0 |
1,8-2,0 |
|
|
Ярмо короткозамкнутого ротора |
Bj |
1,55 |
1,35 |
1,25 |
0,95 |
0,95 |
|
|
Зубцы ротора |
Bz2 |
1,6-1,95 |
1,8-1,95 |
1,8-1,95 |
1,8-1,95 |
1,8-1,95 |
|
|
Зубцы статора в наиболее узком сечении |
Bz2m |
__ |
1,6-1,8 |
1,55-1,7 |
1,55-1,7 |
1,55-1,7 |
По таблице 4 выбираем допустимую индукцию в зубце статора:
Размещено на http://allbest.ru
2.3.3 Допустимая индукция в ярме
По таблице 4 выбираем допустимую индукцию в ярме статора:
2.3.4 Высота ярма
Определяем высоту ярма, зная что коэффициент заполнения сердечника сталью:
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.3.5 Ширина зубца
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.3.6 Высота паза
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
2.3.7 Построение паза статора
Рисунок 5 - Построение паза статора
Максимальная ширина паза
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Индукция в наиболее узком сечении зубца статора:
Размещено на http://allbest.ru
Наиболее узкая часть зубца
Размещено на http://allbest.ru
Размещено на http://allbest.ru
Ширина шлица
Высота шлица паза:
Минимальная ширина паза:
Максимальная ширина зубца:
Высота клиновой части паза:
2.3.8 Площадь паза
Площадь паза:
2.4 Выполнение схемы обмотки
Число пазов на полюс и фазу (число катушек в катушечной группе):
Полюсное деление (в пазах):
Укороченный шаг катушки:
Так как обмотка равносекционная (по прототипу), то принято:
2.5 Укладка обмотки в пазы
2.5.1 Площадь корпусной изоляции
Корпусная изоляция устанавливается в пазы до укладки обмотки. Прокладки на дно пазов и под клин устанавливают в отдельных случаях для защиты корпусной изоляции от механических повреждений при заклиновке паза. Дополнительные прокладки применяют для разделения катушек в двухслойных обмотках. Необходимость этих прокладок связана с тем, что в обмотках с укорочением шага в некоторых пазах располагаются катушки разных фаз и напряжение между проводниками этих катушек соизмеримо с напряжением сети.
Таблица 5 - Изоляция всыпных двухслойных обмоток корабельных асинхронных двигателей малой и средней мощности
|
Тип паза |
Наименование изоляции |
Позиция |
Материал |
Числослоев |
Толщинаодного слоя |
Односторон.толщинаизоляции |
|
|
Провод обмоточный медный |
1 |
ПСДК, ПСДКТ |
__ |
__ |
__ |
||
|
Пазовая изоляция |
2 |
Стеклола-коткань |
1 |
0,12 |
0,12 |
||
|
То же. |
3 |
Стекломи-канит гибкий, Г2ФК-I |
1 |
0,25 |
0,25 |
||
|
Прокладка |
4 |
Лакотка-неслюдо-пласт, ГИК-ЛСК-ЛСЛ |
1-2 |
0,55 |
0,55-1,1 |
||
|
Пазовая изоляция |
5 |
Стеклола-коткань ЛСК |
1 |
0,12 |
0,012 |
По таблице 5 выбираем марку изоляционного материала и соответствующие размеры. Для нашего случая выбран материал стеклолакоткань.
- стеклолакоткань;
- число слоев;
Площадь корпусной изоляции:
Площадь прокладок:
2.5.2 Площадь паза свободная от изоляции
2.5.3 Коэффициент заполнения паза
2.5.4 Коэффициент заполнения паза медью
3. РАСЧЕТ РОТОРА
3.1 Выбор сердечника, формы и числа пазов ротора
3.1.1 Внутренний диаметр ротора
Конструкция сердечника ротора подобна конструкции статора. В машине без радиальных вентиляционных каналов сердечник ротора выполняется в виде сплошного цилиндра из листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. При непосредственной посадке сердечника на вал ротора внутренний диаметр ротора рассчитывается по формуле:
3.1.2 Материал к.з. клетки
В качестве материала для заливки короткозамкнутых роторов применяется алюминий и его сплавы. Алюминиевые литейные сплавы с повышенным удельным сопротивлением применяются для асинхронных двигателей с повышенным скольжением, с повышенным пусковым моментом, многоскоростных и других специальных исполнений.
Материал: АКМ2-1.
3.1.3 Число пазов ротора Z2
Число пазов ротора выбирают обычно с учетом числа пазов статора, и с учетом числа полюсов. Для того чтобы избежать больших асинхронных паразитных моментов, ухудшающих пусковые свойства двигателей, следует выбирать:
Таблица 6 - Рекомендуемые числа пазов короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей
|
2p |
Число пазовстатора |
Число пазов ротора |
|||
|
без скоса |
со скосом пазов |
оптимальное для малошумных двигателей |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
4 |
12182436424860 |
910,1415,16,17,3226,44,4634,50,52,5434,38,56,58,62,6450,52,68,70,74 |
1518,2216,18,20,30,33,32,35,3624,27,28,30,32,34,45,4833,34,38,51,5336,38,39,40,44,57,5948,49,51,56,64,69,71 |
----24,26,28,44,46,4834,36,38,40,55,58,60,62,64- |
3.1.4 Форма пазов ротора
Основные конфигурации пазов приведены на рисунке 6. Та или иная форма пазов определяется мощностью двигателя и требованиям к его пусковым характеристикам. В двигателях мощностью до 50-60 кВт наибольшее распространение получили овальные пазы (рисунок 6, а) с литой обмоткой из алюминия. Пазы других форм применяются в более мощных двигателях, а также в двигателях с улучшенными пусковыми характеристиками.
Рисунок 6 - Пазы ротора АД
3.2 Расчет обмотки ротора
3.2.1 Обмоточный коэффициент
Особенностью короткозамкнутых обмоток ротора является то, что их обмоточный коэффициент:
3.2.2 Число фаз обмотки
Число фаз равно числу пазов.
3.2.3 Число витков фазы
3.2.4 Коэффициент К0
Коэффициент, учитывающий влияние тока холостого хода и сопротивление обмоток:
3.2.5 Ток стержня
3.2.6 Плотность тока в стержне ротора
Для двигателей защищенного исполнения:
3.2.7 Сечение стержня
3.2.8 Коэффициент приведения тока в к.з. кольце к току в стержне
3.2.9 Ток к.з. кольца
3.2.10 Плотность тока в к.з. кольца
3.2.11 Сечение и размеры к.з. кольца
3.3 Расчет зубцовой зоны ротора
Рисунок 7 - Размеры грушевидного паза
3.3.1 Зубцовое деление ротора
3.3.2 Допустимая индукция в зубце ротора
По таблице 4 выбираем допустимую индукцию в зубце ротора:
3.3.3 Ширина зубца
3.3.4 Размеры шлицов в пазах
3.3.5 Размеры паза ротора
3.3.6 Ширина паза ротора
3.3.7 Высота паза ротора
3.3.8 Площадь сечения стержня (уточненная)
3.3.9 Расчетная высота зубца
3.3.10 Высота спинки ротора
- диаметр вентиляционного отверстия;
3.3.11 Магнитная индукция в ярме ротора
3.3.12 Магнитная индукция в ярме
По таблице 4 выбираем допустимую индукцию в ярме ротора:
3.3.13 Высота спинки ротора
Высота спинки ротора, по которой замыкается магнитный поток, равна:
3.3.14 Высота паза
3.3.15 Зубцовое деление на глубине паза
3.3.16 Наибольшая допустимая ширина паза
4. РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
Магнитная цепь асинхронного двигателя представляет собой совокупность рассмотренных ранее элементов сердечника статора, ротора и воздушного зазора. Магнитная цепь двигателя симметрична, магнитные потоки каждой пары полюсов одинаковы, и поэтому рассчитывают магнитную цепь только одной пары полюсов. Расчет ведут для основного магнитного потока взаимоиндукции, сцепленного как с обмоткой статора так и с обмоткой ротора. Магнитные потоки рассеяния статора и ротора учитываются при определении индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток.
Расчет магнитной цепи заключается в определении намагничивающего тока I0м, необходимого для создания в воздушном зазоре заданной магнитной индукции, а также коэффициента насыщения зубцов во всей магнитной цепи и в конечном итоге позволяет сделать заключение о правильности выбора геометрических размеров, о степени использования активных материалов, о КПД и cosц.
4.1 Коэффициент Картера для статора
4.2 Коэффициент Картера для ротора
4.3 Общий коэффициент Картера
4.4 Напряженность магнитного поля в зубцах
Значения напряженностей магнитного поля в зубцах определяются в соответствии со значениями индукций по кривым намагничивания изображенным на рисунке 8.
Рисунок 8 - Кривые намагничивания для зубцов асинхронных двигателей
- статора:
- ротора:
4.5 Напряженность магнитного поля в ярмах
Значения напряженностей магнитного поля в ярмах определяются в соответствии со значениями индукций по кривым намагничивания изображенным на рисунке 9.
Рисунок 9 - Кривые намагничивания для ярма асинхронных двигателей
- статора:
- ротора:
4.6 МДС воздушного зазора
4.7 МДС зубцов статора
4.8 МДС зубцов ротора
4.9 МДС ярма статора
- длина средней магнитной линии ярма статора;
4.10 МДС ярма ротора
- средняя длина
магнитной линии в ярме ротора;
4.11 Суммарная МДС
4.12 Коэффициент насыщения зубцовой зоны
Номинальное насыщение зубцовой зоны при значениях коэффициента 1,1<Kz<1,5-1,6.
4.13 Коэффициент насыщения магнитной цепи
Номинальное значение коэффициента насыщения обычно находится в пределах 1,1-1,7.
4.14 Намагничивающий ток холостого хода
4.15 Относительное значение намагничивающего тока
5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ
Электрические схемы замещения асинхронного двигателя приведены на рисунке 10 . Параметрами этих схем являются:
- активное сопротивление фазы обмотки статора;
- индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора;
- сопротивление взаимной индуктивности ветви намагничивания;
- расчетное активное сопротивление, введением которого учитывают потери в стали статора на перемагничивание;
- приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора;
- приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора;
Рисунок 10 - Схемы замещения приведенного асинхронного двигателя
5.1 Расчет параметров схемы замещения для статора
5.1.1 Длина лобовых частей обмотки статора
5.1.2 Средняя длина витка
5.1.3 Общая длина проводников фазы обмотки статора
5.1.4 Удельное электрическое сопротивление
- расчетная температура обмотки статора, согласно ГОСТу 183-74;
- удельное электрическое сопротивление материала(для меди);
- температурный коэффициент сопротивления (для меди);
5.1.5 Активное сопротивление фазы ротора
- коэффициент увеличения активного сопротивления под действием эффекта вытеснения;
5.1.6 Условная длина поля рассеяния
Так как число радиальных вентиляционных каналов равно нуля то, следовательно:
5.1.7 Коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния
Коэффициенты, зависящие от шага обмотки, при укороченном шаге равны:
Следовательно, коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния:
5.1.8 Индуктивное сопротивление пазового рассеяния
5.1.9 Полное индуктивное сопротивление фазы статора
Полное индуктивное сопротивление фазы обмотки статора (с учетом лобового и дифференциального рассеяния) рекомендуется определить приближенно:
5.2 Расчет параметров схемы замещения для ротора
5.2.1 Активное сопротивление стержня "беличьей" клетки
- удельное электрическое сопротивление стержня;
5.2.2 Средний диаметр к.з. кольца
- средняя высота кольца;
5.2.3 Длина элемента к.з. кольца
5.2.4 Активное сопротивление участков к.з. колец, приведенное к стержню
- удельное электрическое сопротивление колец;
5.2.5 Приведенное активное сопротивление фазы ротора
5.2.6 Коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния ротора
5.2.7 Индуктивное сопротивление пазового рассеяния обмотки ротора
5.2.8 Общее индуктивное сопротивление
5.2.9 Индуктивное сопротивление ветви намагничивания
Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора имеет тот же физический смысл, что и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора. Его рекомендуется рассчитывать по приближенной формуле:
5.2.10 Индуктивное сопротивление ветви намагничивания
5.2.11 Относительные значения параметров схем замещения
6. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ И КПД ДВИГАТЕЛЯ
В асинхронных двигателях, потери могут быть разделены на основные и добавочные. К основным потерям относятся электрические потери в обмотках статора и ротора, потери в сердечниках статора и ротора (потери в стали), связанные с перемагничиванием, и механические потери. Добавочные потери имеют место как при холостом ходе двигателей, так и при нагрузке и возникают за счет действия потоков рассеяния, пульсаций магнитной индукции, распределения обмоток по пазам и связанных с этим пульсаций м.д.с.
6.1 Потери в обмотке статора
6.2 Потери в обмотке ротора
6.3 Удельные потери в стали
6.4 Масса ярма стали
- удельная масса стали;
6.5 Масса зубцов стали
6.6 Основные потери в стали
Потери в стали, связанные перемагничиванием сердечника имеют место, в основном в сердечнике статора.
- показатель степени, зависящий от марки стали;
6.7 Механические потери
Механические потери обусловлены трением в подшипниках, трением поверхности ротора и его выступающих частей, потерями на вентиляцию и таким образом зависят от типа двигателя и принятой системы вентиляции.
6.8 Добавочные потери
6.9 Суммарные потери
6.10 КПД двигателя
- мощность, потребляемая двигателем из сети;
7. РАСЧЕТ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА
7.1 Потери в обмотке статора при холостом ходе
7.2 Активная составляющая тока холостого хода
7.3 Полный ток холостого хода
7.4 Коэффициент мощности при холостом ходе:
8. РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ
8.1 Заданные значения скольжений
S =0.001 |
S =0.005 |
S =0.01 |
S =0.014 |
S =0.02 |
S =0.029 |
S =0.001 |
8.2 Поправочный коэффициент
8.3 Активное сопротивление ротора
8.4 Полное активное сопротивление схемы замещения
8.5 Полное реактивное сопротивление схемы замещения
8.6 Полное сопротивление рабочей ветви
8.7 Приведенный ток ротора
8.8 Коэффициент активной мощности для рабочей ветви
8.9 Коэффициент реактивной мощности для рабочей ветви
8.10 Составляющие тока статора
8.11 Коэффициент мощности двигателя
8.12 Потребляемая мощность
8.13 Потери энергии в обмотке статора
8.14 Потери энергии в обмотке ротора
8.15 Добавочные потери
8.16 Сумма потерь
8.17 Полезная мощность на валу
8.18 КПД
8.19 Параметры номинальные параметры
8.20 Частота вращения ротора при номинальной нагрузке:
8.21 Вращающий момент на валу двигателя:
Расчет рабочих характеристик
|
Расчетная формула |
Размер-ность |
S =0.001 |
S =0.005 |
S =0.01 |
S =0.014 |
S =0.02 |
S =0.029 |
|
|
Ом |
144.9 |
28.9 |
14.49 |
9.99 |
7.24 |
4.99 |
||
|
Ом |
145.1 |
29.1 |
14.69 |
10.19 |
7.44 |
5.19 |
||
|
Ом |
1.757 |
1.757 |
1.757 |
1.757 |
1.757 |
1.757 |
||
|
Ом |
145.17 |
29.24 |
14.79 |
10.34 |
7.64 |
5.48 |
||
|
А |
1.55 |
7.73 |
15.28 |
21.86 |
29.56 |
41.24 |
||
|
__ |
0.999 |
0.998 |
0.993 |
0.985 |
0.973 |
0.947 |
||
|
__ |
0.012 |
0.06 |
0.11 |
0.17 |
0.23 |
0.321 |
||
|
А |
2.076 |
8.23 |
15.69 |
22.06 |
29.29 |
39.58 |
||
|
А |
11.51 |
11.96 |
13.31 |
15.21 |
18.29 |
24.72 |
||
|
А |
11.7 |
14.52 |
20.58 |
26.8 |
34.54 |
46.67 |
||
|
__ |
0.177 |
0.567 |
0.762 |
0.823 |
0.848 |
0.848 |
||
|
Вт |
1370 |
5436 |
10360 |
14560 |
19340 |
26130 |
||
|
Вт |
76.8 |
118.2 |
237.4 |
402.6 |
668.8 |
1221 |
||
|
Вт |
0.999 |
24.62 |
96.17 |
196.8 |
360.1 |
700.8 |
||
|
Вт |
122.36 |
151.8 |
215.1 |
280.1 |
361 |
487.9 |
||
|
Вт |
468.5 |
563.1 |
817.1 |
1148 |
1658 |
2679 |
||
|
Вт |
901.6 |
4873 |
9539 |
13410 |
17680 |
23450 |
||
|
% |
65.8 |
89.64 |
92.1 |
92.1 |
91.4 |
89.7 |
Зависимость з и cosц от P2
Зависимость P1 от P2
Зависимость I от P2
Зависимость s от P2
9. РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
9.1 Заданные значения скольжений
S =0.1 |
S =0.25 |
S =0.5 |
S =0.75 |
S =1 |
9.2 Для алюминиевых обмоток
9.3 Коэффициенты, учитывающие вытеснение токов в пазах
Коэффициенты, учитывающие вытеснение токов в пазах определяем по графикам изображенным на рисунке 11.
Рисунок 11 - Кривые для определения эффекта вытеснения
9.4 Коэффициент, учитывающий насыщение коронок зубцов
Для расчета коэффициента Кн рекомендуется использовать упрощенную формулу:
9.5 Приведенные сопротивления цепи ротора
9.6 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы статора
9.7 Сопротивления схемы замещения
- активное сопротивление схемы замещения:
- индуктивное сопротивление схемы замещения:
- полное сопротивление схемы замещения:
9.8 Токи статора и ротора
- приведенный ток ротора:
- составляющие тока статора:
- полный ток статора:
9.9 Электромагнитная мощность
9.10 Электромагнитный момент
9.11 Номинальный электромагнитный момент
9.12 Кратность пускового тока
9.13 Кратность пускового момента
Значение пускового момента возьмем из прототипа:
9.14 Критическое скольжение
9.15 Максимальный момент
Максимальный момент определяем графически:
9.16 Перегрузочная способность
Расчет пусковых характеристик
|
Расчетная формула |
Размер-ность |
S =0.1 |
S =0.25 |
S =0.5 |
S =0.75 |
S =1 |
|
|
__ |
0.666 |
1.053 |
1.48 |
1.82 |
2.10 |
||
|
__ |
1.1 |
1.2 |
1.8 |
1.9 |
1.95 |
||
|
__ |
0.98 |
0.97 |
0.96 |
0.87 |
0.79 |
||
|
__ |
0.926 |
0.847 |
0.772 |
0.73 |
0.71 |
||
|
Ом |
0.148 |
0.158 |
0.219 |
0.229 |
0.234 |
||
|
Ом |
1.057 |
0.957 |
0.864 |
0.745 |
0.66 |
||
|
Ом |
0.475 |
0.435 |
0.396 |
0.377 |
0.368 |
||
|
Ом |
1.75 |
0.858 |
0.655 |
0.515 |
0.439 |
||
|
Ом |
1.604 |
1.457 |
1.319 |
1.175 |
1.075 |
||
|
Ом |
2.374 |
1.691 |
1.472 |
1.283 |
1.162 |
||
|
А |
95.24 |
133.6 |
153.5 |
176.2 |
194.5 |
||
|
А |
70.72 |
68.33 |
68.76 |
71.2 |
74.1 |
||
|
А |
64.87 |
115.6 |
138 |
161.9 |
180.6 |
||
|
А |
95.97 |
134.3 |
154.2 |
176.9 |
195.2 |
||
|
Вт |
40150 |
33810 |
30980 |
28490 |
26620 |
||
|
Н·м |
255.57 |
215.2 |
197.2 |
181.3 |
169.4 |
10. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ
В тепловом расчете ставится задача определить превышение температуры различных частей машины над температурой окружающей среды.
Следует отметить, что полный тепловой расчет асинхронного двигателя представляет собой одну из наиболее сложных и трудоемких задач. В курсовом проекте мы воспользуемся упрощенной инженерной методикой и приближенно определим перегрев только обмотки статора как наиболее ответственной части машины.
10.1 Периметр поперечного сечения паза
10.2 Потери в пазовой части обмотки статора
10.3 Удельный тепловой поток в пазу статора
10.4 Перепад температуры в изоляции обмотки статора
- однослойная толщина изоляции;
- коэффициент теплопроводимости для изоляции классов В, F;
10.5 Удельный тепловой поток в зубцах
10.6 Перепад температуры в зубцах статора
- коэффициент теплопроводимости для принятых сталей;
10.7 Потери в спинке статора
10.8 Удельный тепловой поток в ярме статора
10.9 Удельный тепловой поток в зубцах
10.10 Коэффициент обдува
- коэффициент, учитывающий качество обдува.
10.11 Расчетная скорость движения охлаждающего воздуха:
10.12 Коэффициент теплорассеяния
- коэффициент удельного теплорассеивания с охлаждающей поверхности сердечника статора;
10.13 Удельный тепловой поток на поверхности статора
10.14 Перепад температуры на поверхности статора
10.15 Превышение температуры пазовой части
10.16 Коэффициент теплорассеивания с охлаждающей поверхности лобовых частей
- коэффициент теплорассеяния с поверхности лобовых частей
- коэффициент, учитывающий совершенство обдува лобовых частей;
10.17 Периметр поперечного сечения лобовых частей
10.18 Удельный тепловой поток
10.19 Перепад температуры в изоляции лобовых частей
- для защищенных лобовых частей;
10.20 Перепад температуры на внешней поверхности лобовых частей
10.21 Превышение температуры лобовых частей над окружающем воздухом:
10.22 Расчетный перегрев обмотки статора
11. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
11.1 Величина двойного вылета
Рисунок 12 - К определению полной длины статора
По рисунку 12 определяем коэффициент:
Следовательно, вылет лобовых частей обмотки статора равен:
11.2 Полная длина активной части статора
11.3 Полный наружный диаметр двигателя
Рисунок 13 - К определению полного диаметра двигателя
По рисунку 13 определяем коэффициент:
11.4 Полная длина двигателя
Рисунок 14 - К определению полной длины двигателя
По рисунку 14 определяем коэффициент:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины, удовлетворяющие своим показателям и характеристикам, весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.
Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование, изготовление и испытание. Под проектированием электрической машины понимается расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц, оценка технико-экономических показателей спроектированной машины, включая показатели надежности.
В курсовом проекте мы разработали трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором по заданным мощности, частоте вращения, исполнению по способу защиты от воздействия окружающей среды.
На начальном этапе мы выбрали главные размеры, выбрали длину воздушного зазора, определили Z1, щ1 и сечение провода обмотки статора. После чего произвели расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, расчет ротора, расчет намагничивающего тока. Были получены основные размеры пазов ротора и статора, которые приводятся на рисунке.
Далее мы получили параметры рабочего режима, рассчитали потери. После чего мы произвели расчет рабочих и пусковых характеристик, полученные значения занесли в таблицы, были построены соответствующие графики. На заключительном этапе мы произвели тепловой расчет двигателя.
Значения полученные в ходе расчета курсового проекта мы сравнили с данными прототипа. Можно сказать, что расчетные данные максимально приближены к данным прототипа. Основываясь на этом можно сказать, что расчет произведен верно. Ниже приводятся технические данные двигателей данного типа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Олейников А.М. , Тищенко А.И. Проектирование асинхронного двигателя скороткозамкнутым ротором. Учебное пособие по курсовому проекту. - Новая Каховка: НКПИ. 2000г.
2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик,
М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. - М.: Энергоиздат, 1982
3. Гольдберг О.Д. Проектирование электрических машин: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 2001.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки сечения провода обмотки статора. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчёты основных потерь.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.01.2011Электромагнитный расчет трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Выбор главных размеров, определение числа пазов статора и сечения провода обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны статора, ротора, намагничивающего тока.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 28.04.2014Данные двигателя постоянного тока серии 4А100L4УЗ. Выбор главных размеров асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Расчет зубцовой зоны и обмотки статора, конфигурация его пазов. Выбор воздушного зазора. Расчет ротора и магнитной цепи.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 06.09.2012Определение размеров и выбор электромагнитных нагрузок асинхронного двигателя. Выбор пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора. Расчет короткозамкнутого ротора и магнитной цепи. Потери мощности в режиме холостого хода.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 10.09.2012Определение допустимых электромагнитных нагрузок и выбор главных размеров двигателя. Расчет тока холостого хода, параметров обмотки и зубцовой зоны статора. Расчет магнитной цепи. Определение параметров и характеристик при малых и больших скольжениях.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.12.2015Выбор главных размеров статора, ротора и короткозамыкающего кольца. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с закрытыми пазами. Масса двигателя и динамический момент инерции ротора. Вентиляционный расчет двигателя с радиальной вентиляцией.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 15.10.2012Определение главных размеров электромагнитных загрузок, числа пазов статора и ротора, витков в фазе обмотки и зубцовой зоны. Расчет магнитной цепи статора и ротора. Параметры асинхронного двигателя. Определение потерь и коэффициента полезного действия.
курсовая работа [956,2 K], добавлен 01.06.2015Выбор внешнего и внутреннего диаметра статора, электромагнитных нагрузок, длины статора и ротора. Расчет магнитной цепи машины, параметров схемы замещения, потерь мощности. Определение параметров для номинальной нагрузки на валу. Выбор системы вентиляции.
дипломная работа [200,9 K], добавлен 25.03.2012Выбор главных размеров трехфазного асинхронного электродвигателя. Определение числа пазов, витков и сечения провода обмотки статора. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. Расчет короткозамкнутого ротора, намагничивающего тока.
курсовая работа [285,6 K], добавлен 14.03.2009Определение главных размеров двигателя, расчет сердечника и обмоток статора, параметров воздушного зазора, полюсов ротора, пусковой обмотки. Определение МДС обмотки возбуждения, ее расчет. Потери мощности, КПД и статическая перегруженность двигателя.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 14.05.2011
