Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНІЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦIОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Електромеханіка і ТОЕ»

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

Тема: “Розрахунок і конструктування асинхронного двигуна”

Пояснювальна записка до курсового проекту

з дисципліни: “Електричні машини”

КП 06.050702.03-11-075.04.00.00 ПЗ

Виконав ст.гр. ЕАПУ-09а ________________ А.А. Бруштейн

(підпис, дата ) ( П.І.Б.)

Керівник проекту _______________ А.І Лужнев

(підпис, дата ) ( П.І.Б.)

ДОНЕЦЬК - 2011

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка до курсового проекту містить:

59 сторінок, 10 рисунків, 7 таблиці, 2 додатки, 5 джерел.

Об'єктом розрахунку і конструювання є трифазний асинхронний двигун типу 4А200М2У3 з короткозамкненим ротором.

Вихідними даними до розрахунку є: номінальна потужність Рн=37 кВт, номінальна напруга Uн=220/380 В, номінальний коефіцієнт потужності cosн=0,89, синхронна частота обертання n1=3000 об/хв, частота напруги мережі f=50 Гц, номінальний коефіцієнт корисної дії н=0,9.

В ході виконання курсового проекту було визначено основні розміри асинхронного двигуна. Виконаний розрахунок обмоток статора і ротора. Розраховані параметри робочого режиму двигуна, а також його втрати та коефіцієнт корисної дії. Були розраховані та побудовані робочі та пускові характеристики розрахованого асинхронного двигуна. Виконано тепловий та вентиляційний розрахунки. Розраховані показники використання активних матеріалів при виготовленні розрахованного асинхронного двигуна.

Результатом виконання курсового проекту є розрахований з заданими даними асинхронний двигун. Під час розрахунку були порівняні отримані дані з даними із довідника, приблизне рівняння цих даних свідчить, що розрахований двигун може бути використовуваним в реальному житті.

АСИНХРОННИЙ ДВИГУН, НАВАНТАЖЕННЯ, СТАТОР, РОТОР, НАМАГНІЧУВАЛЬНИЙ СТРУМ, ВТРАТИ, КОВЗАННЯ, ІЗОЛЯЦІЯ, ПОВІТРЯНИЙ ЗАЗОР, ІНДУКЦІЯ, ВТРАТИ

ЗМІСТ

Перелік умовних позначень і скорочень

Вступ

1 Вибір головних розмірів

2 Розрахунок обмотки статора

3 Розрахунок розмірів зубцевої зони статора

4 Розрахунок короткозамкненого ротору

5 Розрахунок намагнічувального струму

6 Параметри робочого режиму

7 Розрахунок втрат

8 Розрахунок робочих характеристик

9 Розрахунок пускових характеристик

10 Тепловий розрахунок

11 Розрахунок вентиляції

12 Маса активних матеріалів і показники їх використання

Висновки

Перелік посилань

Додаток А. Перелік зауважень нормоконтролера

Додаток Б. Специфікація

Додаток С. Паспорт асинхронного двигуна

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ

двигун трифазний асинхронний

АД - асинхронний двигун;

КЗ ротор - короткозамкнений ротор;

ККД - коефіцієнт корисної дії;

ЕРС - електрорушійна сила;

Kd - коефіцієнт, який залежить від числа пар полюсів

р - число пар полюсів;

D - внутрішній діаметр статора;

Da - зовнішній діаметр статора;

Р' - розрахункова потужність;

m - число фаз;

n1 - синхронна частота обертання;

cosц - коефіцієнт потужності;

Z1,2 - число пазів статора, ротора;

щ - синхронна кутова швидкість;

д - повітряний зазор;

- полюсний розподіл;

lд - розрахункова довжина повітряного зазору;

t1,2 - значення зубцевого розподілу;

I1н - струм статора при номінальному навантаженні;

А - значення лінійного навантаження;

Вд - індукція в повітряному зазорі;

j1 - щільність струму в обмотці статора;

qэф - перетин ефективного провідника;

hа - висота ярма статора;

Кз - коефіцієнт заповнення;

D2 - зовнішній діаметр ротора;

qc - площа поперечного переріза стрижня;

j2 - щільність струму в стрижнях ротора;

qкл - площа поперечного переріза замикаючих кілець;

Fz1,2 - магнітні напруги зубцевих зон статора , ротора;

Kz - коефіцієнт насичення зубцевих зон;

K - коефіцієнт насичення магнітного ланцюга;

R1 - активний опір фази обмотки статора;

lср - середня довжина витка обмотки;

Rкл - опір короткозамикаючого кільця;

Х1 - індуктивний опір обмотки статора;

Х2 - індуктивний опір обмотки короткозамкненого ротора;

Рст - загальні втрати в сталі статора;

з - коефіцієнт корисної дії;

Іо - струм холостого ходу двигуна;

Qв - необхідна для охолодження витрата повітря.

ВСТУП

Найбільш широке застосування в сучасних електричних установках одержали асинхронні двигуни. Вони є най розповсюдженим видом безколекторних електричних двигунів перемінного струму завдяки простоті конструкції, відносно невеликій вартості та високим експлуатаційним параметрам.. Потрібність в асинхронних двигунах безперервно зростає. Вони мають відносно високий ККД: 0,7 - 0,95.

До недоліків асинхронних двигунів слід віднести споживання з мережі реактивного струму, необхідного для створення магнітного поля, що веде к зниженню коефіцієнта потужності мережі. Також по регульованим властивостям вони значно гірші, ніж двигуни постійного струму. Найбільше застосування мають трифазні асинхронні двигуни серії 4А, розраховані на роботу від мережі промислової частоти.

Області застосування асинхронних двигунів, що складають основу сучасного електропривода, досить широкі - від привода пристрою автоматики і побутових електроприладів до привода великого гірського устаткування. Відповідно до цього потужність асинхронних двигунів, що випускаються електромашинобудівною промисловістю, складає діапазон від часток ватів до тисячі кіловатів при напрузі живильної мережі від десятків вольтів до 10 кіловольтів.

Вихідними даними до розробки асинхронного двигуна є довідникові параметри двигуна 4А200М2У3.

Серія 4А охоплює діапазон потужностей від 0,06 до 400 кВт і виконана на 17 стандартних висотах осі обертання, причому шкала потужностей містить 33 ступіні. Основними виконаннями є закрите, що обдувається (4А), і захищене (4АН). Застосування ізоляції класу нагрівостійкості F і нових сортів електротехнічної сталі дало можливість підвищити електромагнітні навантаження. Це дозволило збільшити потужність двигунів при тих же висотах осі обертання, що й у колишніх серіях, поліпшити їхні техніко-економічні показники.

Спроектований двигун може бути застосований для привода механізмів з незмінною частотою обертання: привода вентиляторів, насосів, транспортерів і обробних верстатів або інших пристроїв, не потребуючі регулювання частоти обертання приводного двигуна.

Підвищення надійності і поліпшення ККД необхідно досягти без помітного збільшення витрат на виготовлення машини. Скорочення витрат на електротехнічну сталь і обмотувальні проводи може дати істотне зменшення собівартості електричної машини.

1 ВИБІР ГОЛОВНИХ РОЗМІРІВ

1.1 Число пар полюсів

,

.

1.2 Попередня висота осі обертання знаходиться по рисунку 6-7 [1] в залежності від потужності та числа полюсів:

.

1.3 По попередньому значенню , з таблиці 6-6 [1] знаходиться зовнішній діаметр статора:

.

1.4 Внутрішній діаметр статора:

,

де коефіцієнт визначається з таблиці 6-7 [1] в залежності від числа полюсів та характеризує відношення внутрішніх та зовнішніх діаметрів сердечників статора.

1.5 Полюсний розподіл:

.

1.6 Розрахункова потужність:

,

де - відношення ЕРС обмотки статора до номінальної напруги, визначається з рисунка 6-8 [1].

1.7 Синхронна кутова швидкість валу:

.

1.8 Розрахункова довжина повітряного зазору:

,

де значення та вибираються по рисунку 6-11 [1] в області їх припустимих значень;

- коефіцієнт форми кривої поля, враховуючий ступень сплощення кривої поля в зазорі під тиском насичення зубців статора та ротора:

;

- обмотковий коефіцієнт статорної обмотки (з таблиці 6-1 [2]):

.

1.9 Перевірка попереднього розрахунку:

1.10 При розрахунковій довжині повітряного зазору радіальних вентиляційних каналів не роблять тому:

,

.

1.11 Відповідно рисунку 6-21 [1] у залежності від D та 2p вибираємо розмір повітряного зазору:

.

Основні геометричні розміри асинхронного двигуна зображені на рис. 1.1.



Рисунок 1.1 - Основні геометричні розміри двигуна

2 РОЗРАХУНОК ОБМОТКИ СТАТОРА

Схему обмотки статора вибирають в залежності від потужності машини. Машини потужності до 30 кВт мають всипну двошарову концентричну обмотку з круглого проводу.

2.1 За кривими по рисунку 6-15 [1] вибираємо попереднє значення зубцевого поділу t1:

м.

2.2 Діапазон числа пазів статора:

.

Обираємо таким чином, щоб було цілим числом. Приймаємо згідно з [2] як для серійно випускаїмої машини.

2.3 Число пазів, приналежних однієї фазі та розташованих під одним полюсом:

,

де =3 - число фаз статорної обмотки.

2.4 Кінцеве значення зубцевого поділу:

.

2.5 Число паралельних гілок (з таблиці 6-1 [2]).

2.6 Струм статору при номінальному навантаженні:

.

2.7 Число ефективних провідників в пазу:

.

Перевірка правильності вибору числа витків для конкретної схеми обмотки:

2.8 Кількість витків обмотки статору:

.

2.9 Кількість витків обмотки однієї фази:

.

2.10 Кількість паралельної гілки фази:

.

Усі три попередні числа є цілими, що свідчить о правильності вибору числа витків.

2.11 Кількість послідовно з'єднаних витків однієї фази статору:

.

2.12 Кінцеве значення лінійного навантаження:

.

2.13 Магнітний потік статору на пару полюсів:

,

де - обмотковий коефіцієнт .

2.14 Індукція в повітряному зазорі:

.

2.15 Попередня щільність струму в обмотці статору:

,

де визначається за рисунком 6-16 [1] .

2.16 Попередній зріз ефективного провідника статорної обмотки:

.

За попереднім зрізом ефективного провідника вибираємо конкретний обмотковий провід: круглий, мідний емальований марки ПЕТВ. Провід вибираємо з таблиці П-28 [1].

2.17 Кількість елементарних провідників (з таблиці 6-1 [2]).

2.18 Зріз елементарного провідника:

.

2.19 Характеристика вибраного проводу:

2.20 Кінцеве значення зрізу ефективного провідника:

.

2.21 Кінцева щільність струму в обмотці статору:

.

3 РОЗРАХУНОК РОЗМІРІВ ЗУБЦЕВОЇ ЗОНИ СТАТОРА

В двигунах серії 4А застосовуються тільки трапецієподібні пази (рисунок 3.1) з для .

3.1 Припустимі значення індукції в залежності від числа полюсів вибирається по таблиці 6-10 [1] (для сталі марки 2013), де - індукція в ярмі статора, - індукція в зубцях статору:

3.2 Висота ярма статору:

.

де - коефіцієнт заповнення сталлю магнітопроводу в залежності від марки сталі, висоти осі обертання та напруги , вибирається з таблиці 6-11 [1] для оксидованих листів сталі.

3.3 Ширина зубця статору:

.

Розміри паза в штампі обираємо по таблиці 6-12 [1], для .

3.4 Глибина паза:

.

3.5 Ширина паза:

Припуски по ширині паза b і по висоті h приймаємо (сторінка 177, [1]) тоді:

3.6 Площа ізоляції паза:

.

де вибирається з таблиці 3-8 [1].

3.7 Площа, що залишилася для розміщення провідників поперечного зрізу:

.

Для контролю правильності розміщення обмотки в пазах визначаємо коефіцієнт заповнення паза:

,

знаходиться у межах, вказаних у табл. 3-12 [1]. Рекомендується =0.72

Розміри паза в штампі зображені на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Форма та розміри пазів статора

4 РОЗРАХУНОК КОРОТКОЗАМКНЕНОГО РОТОРА

Короткозамкнені ротори не мають певного числа фаз та полюсів. Один і той же ротор може працювати в машинах, статори яких виконані на різне число полюсів.

Число фаз короткозамкненої обмотки рівно числу пазів . Таким чином, обмотка кожної фази складається з Ѕ витка.

4.1 Згідно з таблиці 6-1 [2], число пазів ротора дорівнює:

.

4.2 Зовнішній діаметр ротору:

.

4.3 Довжина ротору:

.

4.4 Зубцевий поділ:

.

4.5 Внутрішній діаметр ротора рівний діаметру вала т.я. сердечник насаджений безпосередньо на вал. Діаметр валу:

,

де - коефіцієнт для розрахунку діаметру валу, вибирається з таблиці 6-16 [1] .

4.6 Коефіцієнт приведення струмів:

.

4.7 Струм в стержні ротору:

.

де - коефіцієнт, що враховує тиск струму намагнічування та опір обмоток на відношення , визначається з кривої рисунок 6-22 [1] у залежності від cosн, .

4.8 Розміри пазу:

,

,

,

Для обираємо: , , , - обирається по рисунку 11 [3]. Для отрмання в подальших розрахунках задовільних значень приймаємо = 1,8 Тл (з таблиці 6-10 [1]).

4.9 Ширина зубця:

.

4.10 При невеликій різниці розмірів для подальших розрахунків використовується середня ширина зубця:

.

4.11 Повна висота пазу:

4.12 Розрахункова висота зубця:

.

Розміри пазів ротора зображені на рис. 4.2.

4.13 Кінцева щільність струму в стержні:

.

Згідно з [3] лежать в інтервалі .

4.14 Струм у кільці:

.

4.15 Щільність струму в кільці:

.

4.16 Площа поперечного зрізу замикаючих кілець:

.

4.17 Розміри зрізу:

4.18 Остаточно:

.

Розміри замикаючих кілець КЗ ротору зображені на рис. 4.1.



Рисунок 4.1 - Розміри замикаючих кілець КЗ ротору з литою обмоткою

Рисунок 4.2 - Форма та розміри пазів ротора

5 РОЗРАХУНОК НАМАГНІЧУВАЛЬНОГО СТУМА

Для визначення намагнічуючого струму проводиться розрахунок магнітного кола.

5.1 Значення індукції у зубцях статора та ротора:

,

.

5.2 Значення індукції у ярмі статора:

.

5.3 Розрахункова висота ярма ротора:

.

5.4 Значення індукції у ярмі ротора:

.

5.5 Значення визначається за формулою:

.

5.6 Коефіцієнт повітряного зазору:

.

5.7 Магнітне напруження повітряного зазору:

.

5.8 Магнітна напруга зубцевих зон статора та ротора:

,

де , Нz1 = 1770 A/м при Вz1 = 1,853 Тл (з таблиці П-17 [1] для сталі 2013), Нz2 = 1520 A/м при Вz2 = 1,8 Тл (з таблиці П-17 [1] для сталі 2013).

5.9 Коефіцієнт насичення зубцевої зони:

.

5.10 Довжина середньої магнітної лінії ярма статора:

м.

5.11 Магнітна напруга ярма статора:

А,

де На = 630 A/м при Ва = 1,55 Тл (з таблиці П-16 [1] для сталі 2013).

5.12 Довжина середньої магнітної лінії ярма ротора:

.

5.13 Магнітна напруга ярма ротора:

,

де Нj = 702 A/м при Вj = 1,5796 Тл (з таблиці П-16 [1] для сталі 2013).

5.14 Сумарна магнітна напруга магнітного кола машини:

5.16 Коефіцієнт насичення магнітного кола машини:

.

5.17 Намагнічуючий струм:

.

5.18 Відносне значення намагнічуючого струму:

.

Отримане значення І* = 0,331 задовольняє умовi 0,2< І* <0,35

6 ПАРАМЕТРИ РОБОЧОГО РЕЖИМУ

Розрахунки робочого та пускового режимів базуються на еквівалентній схеми заміщення однієї з фаз двигуна з нерухомим приведеним ротором (рис. 6.1).

Рисунок 6.1 - Схема заміщення асинхронної машини.

Параметрами асинхронної машини називають опори обмоток статора R1, X1, ротора R2, X2, взаємної індукції X12 та розрахунковий опір R12.

6.1 Середня ширина котушки статора:

м,

де - відносне скорочення шагу обмотки статора, для концентричної всипної обмотки приймаємо .

6.2 Довжина лобової частини:

м,

де Кл=1,3 - коефіцієнт з таблиці 6-19 [1];

В - довжина вильоту прямолінійної частини катушок з пазу від торця осердя до початку відгину лобової частини, приймаємо В = 0,01 м.

6.3 Середня довжина витка обмотки:

lср1 = 2·(lп1+lл1) = 2·(0,122 + 0,163) = 0,57 м,

де lп1 = lст1 = 0,122 м - довжина пазової частини.

6.4 Довжина провідника фази обмотки:

м.

6.5 Активний опір фази обмотки статора:

Ом,

де - коефіцієнт збільшення активного опору фази обмотки від дії ефекту витіснення струму, у розрахунках нормальних машин приймають ;

- питомий опір матеріалу обмотки при розрахунковій температурі (для класу нагрівостійкості F температура хрозр = 115? С та для меді ).

6.6 Виліт лобової частини обмотки:

,

де коефіцієнт згідно з таблицею 6-19 [1].

Довжина лобової частини секції при всипній обмотці зображена на рис. 6.2

Рисунок 6.2 - Довжина лобової частини секцій при всипній обмотці

6.7 Відносне значення активного опору фази обмотки статора:

.

6.8 Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання фазних обмоток (з таблиці 6-22 [1]):

де розміри пазів статора (з рис. 6-38, [1]):

h3 = 0,01097 м, b = 0,00599 м, h2 = 0,001634

h1 === 0,0012м, bш = 0,0035 м, hш = 0,0005 м,

для = 1 коефіцієнти:

6.9 Коефіцієнт магнітної провідності лобового розсіювання:

.

6.10 Коефіцієнт магнітної провідності диференційного розсіювання:

,

Де коефіцієнт :

6.11 Індуктивний опір фази обмотки статора:

6.12 Відносне значення індуктивного опору фази обмотки статора:

.

6.13 Середній діаметр замикаючих кілець:

Dкл.ср. = D2 - bкл = 0,125 - 0,02724 = 0,09776 м.

6.14 Опір короткозамикаючого кільця:

,

де с115 = кл115 = 10-6/20,5 Ом·м - питомий опір матеріалу (алюміній) стержня та короткозамикаючих кілець при температурі 115С.

6.15 Опір стержня:

.

6.16 Активний опір фази обмотки ротора:

,

де .

6.17 Приведений до обмотки статора активний опір фази обмотки ротора:

Ом.

6.18 Відносне значення активного опору фази обмотки ротора:

.

6.19 Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання обмотки ротора

,

,

де розміри пазів ротора (з рис. 6-55, [1]):

h1 = 0,0165 м, bш = 0,0015 м, b = 0,0052 м, hш = 0,00075 м, hш' = 0,0003 м, коефіцієнт Кд = 1 (для робочого режиму).

6.20 Коефіцієнт магнітної провідності диференційного розсіювання ротора:

,

де коефіцієнт :

,

де = 0,04 визначаємо з рисунку 6-39 [1] у залежності від співвідношень та .

6.21 Коефіцієнт магнітної провідності частин замикаючого кільця, приведений до струму ротора (для литої обмотки ротора):

6.22 Індуктивний опір обмотки ротора:

.

6.23 Приведений до обмотки статора індуктивний опір фази обмотки ротора:

Ом.

6.24 Відносне значення індуктивного опору фази обмотки ротора:

.

6.25 Індуктивний опір взаємної індукції статору та ротору:

Ом.

6.26 Відносне значення індуктивного опору взаємної індукції статору та ротору:

.

6.27Активний опір, який дозволяє врахувати втрати у сталі

7 РОЗРАХУНОК ВТРАТ

Втрати в асинхронних машинах поділяються на втрати у сталі (основні та додаткові), електричні втрати, вентиляційні, механічні та додаткові втрати при навантаженні.

Основні втрати у сталі в асинхронних двигунах розраховують тільки у статорі, тому що частота перемагнічування ротора, f2 = s·f1, у близьких до номінального режимах мала та втрати у сталі ротора невеликі.

7.1 Маса сталі ярма статора:

ma = ·(Da-ha)·ha·lст1·КC·C = 3,14·(0,191-0,018)·0,01814·0,122·0,97·7800 =9,088 кг,

де C = 7800 кг/м3 - питома маса сталі.

7.2 Маса сталі зубців статора:

mz1 = hz1·bz1ср·Z1·lст1·Kc·с = 0,01436·0,0053·36·0,122·0,97·7800 = 2,529 кг.

7.3 Основні втрати у сталі:

де р1.0/5.0 = 2,6 Вт/кг питомі втрати у сталі (з таблиці 6-24[1] для сталі 2013);

= 1,5 - показник степені (з таблиці 6-24 [1] для сталі 2013);

КDa = 1,6 та КDz = 1,8 - коефіцієнти, враховуючі дію на втрати у сталі нерівномірності розподілу потоку по перерізам участків магнітопроводу та технічних факторів.

7.4 Втрати на 1 м2 поверхні головок зубців статора та ротора:

де k01 = k02 = 1,5 - коефіцієнт, що враховує вплив обробки поверхні головок зубців ротора;

амплітуда пульсацій індукції в повітряному зазорі над коронками зубців статора та ротора:

В01 = 01·К·В = 0,31·1,429·0,86586 = 0,3836 Тл,

В02 = 02·К·В = 0,42·1,429·0,86585 = 0,52 Тл,

де 01 та 02 - залежать від співвідношення bШ/, з рисунка 6-41 [1] для bШ2/ = 1,5/0,25 = 6 приймаємо 01 = 0,31 та для bШ1/ = 3,5/0,25 = 14 приймаємо 02 = 0,42.

7.5 Поверхневі втрати в статорі та роторі:

,

.

7.6 Амплітуда пульсацій індукції в середньому перерізі зубців статора та ротора:

,

,

де коефіцієнти:

,

.

7.7 Маса сталі зубців ротора:

mz2 = Z2·hz2·bz2ср·lст2·Kc·с = 34·0,022378·0,0057·0,122·0,97·7800 = 4 кг.

7.8 Пульсаційні втрати в зубцях статора та ротора:

7.9 Сумарні додаткові втрати в сталі:

Рст.доб. = +Рпов2++Рпул2 = 1,8+10,56+3,85+49,088 = 68,298 Вт.

7.10 Сумарні загальні втрати в сталі:

Рст = Рст.осн.+ Рст.доб. = 131,45 + 68,298 = 199,748 Вт.

7.11 Електричні втрати в обмотці статора:

Ре1 = m1·I12·R1 = 3·11,4672·1,365 = 538,46 Вт.

7.12 Електричні втрати в обмотці ротора:

Ре2 = Z2·I22·R2 = 34·256,412·104,958·10-6 = 234,62 Вт.

7.13 Механічні втрати:

,

де КT - коефіцієнт, що для короткозамкненого ротора з вентиляційними лопатками на замикаючих кільцях дорівнює КT = 6.

7.14 Додаткові втрати при номінальному режимі:

.

7.15 Повна потужність, що споживає двигун з мережі:

.

7.16 Коефіцієнт корисної дії двигуна:

,

де - сума усіх втрат у двигуні, що дорівнює:

7.17 Електричні втрати холостого ходу в обмотці статора:

.

7.18 Активна складова стуму холостого ходу:

.

7.19 Струм холостого ходу:

.

7.20 Коефіцієнт корисної дії двигуна при холостому ході:

.

Таблиця 7.1 - Втрати потужності у роторі та статорі

У статорі	У роторі
Рел1, Вт	Рпов1, Вт	Рпул1, Вт	Рел2, Вт	Рпов2, Вт	Рпул2, Вт
538,46	4,8	3,85	234,62	10,56	49,088

Енергетична діаграма АД зображена на рис. 7.1

Рисунок 7.1 - Енергетична діаграма:

Рел1=538,46 Вт, Pст=199,748 Вт, Pел2=234,62 Вт, Рмех+Рдоб=59,16 Вт

8 РОЗРАХУНОК РОБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Робочими характеристиками асинхронних двигунів називають залежності потужності Р1, споживаної двигуном, струму статора I1, коефіцієнта потужності cosц, ККД з, ковзання s від корисної потужності на валу Р2.

Методи розрахунку характеристик базуються на системі рівнянь струмів і напруг асинхронної машини, який відповідає Г - образна схема заміщення (рис. 8.1). Активні й індуктивні опори схеми заміщення є параметрами машини.

Рисунок 8.1 - Уточнена схема заміщення асинхронної машини.

Робочі характеристики можуть бути розраховані за допомогою кругової діаграми чи аналітичним методом. Аналітичний метод більш універсальний, дозволяє враховувати зміну окремих параметрів при різних ковзаннях.

Для розрахунку робочих характеристик скористаємося аналітичним методом.

8.1 Коефіцієнт С1 являє собою узяте зі зворотним знаком відношення вектора напруги фази U1 до вектора ЭДС Е1 при синхронному обертанні машини з урахуванням зрушення фаз цих векторів. У асинхронних двигунах потужністю більше 2-3 кВт, як правило, , тому реактивною складовою коефіцієнту С1 можна зневажити, тоді приблизно

С1 = ,

Розрахунок робочих характеристик для s=sн

Приймаємо номінальне ковзання

а? = C12 = 1,0312 = 1,063;

b? = 0;

а = C1·R1= = 1,407 Ом;

b = C1·(X1+C1·X2?) = Ом;

A

Розраховуємо робочі характеристики, задаючи s = 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,03;0,35. Результати розрахунків приведені у таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 - Розрахункові данні для робочих характеристик двигуна

Р2н = 5,5 кВт; U1н = 220/380 В; 2р=4; I1н = 11,467А; Рст+Рмех = 0,266 кВт; Рдоб.н = 0,032 кВт; Iоа = 0,288 А; Iор = 3,79 А; R1 = 1,365 Ом; R2? = 0,768 Ом; C1 = 1,031; а? = 1,063 Ом; b? = 0; а = 1,407 Ом; b = 3,487 Ом.

№	Розрахункова формула	Одиниця	Ковзання
			0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,04
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1		Ом	163.277	81.638	54.426	40.819	32.655	27.213	20.41
2		Ом	0	0	0	0	0	0	0
3		Ом	164.684	83.045	55.833	42.226	34.062	28.62	21.82
4		Ом	3.487	3.487	3.487	3.487	3.487	3.487	3.487
5		Ом	164.721	83.119	55.941	42.37	34.24	28.831	22.097
6		А	1.336	2.647	3.933	5.192	6.425	7.631	9.96
7		-	1	0.999	0.998	0.997	0.995	0.993	0.991
8		-	0.021	0.042	0.062	0.082	0.102	0.121	0.158
9		А	1.623	2.932	4.213	5.463	6.68	7.863	10.16
10		А	3.818	3.901	4.035	4.217	4.444	4.713	5.36
11		А	4.149	4.88	5.834	6.901	8.023	9.167	11.49
12		А	1.377	2.729	4.055	5.353	6.624	7.867	10.27
13		кВт	1.071	1.935	2.781	3.605	4.409	5.189	6.71
14		кВт	0.07	0.098	0.139	0.195	0.264	0.344	0.54
15		кВт	0.004	0.017	0.038	0.066	0.101	0.143	0.24
16		кВт	0.004	0.006	0.008	0.012	0.016	0.02	0.31
17		кВт	0.345	0.386	0.452	0.539	0.646	0.773	1.32
18		кВт	0.726	1.549	2.329	3.067	3.762	4.416	5.39
19		-	0.678	0.8	0.838	0.851	0.853	0.851	0.81
20		-	0.391	0.601	0.722	0.792	0.833	0.858	0.884
Продовження талиці 8.1

9 РОЗРАХУНОК ПУСКОВИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Для розрахунку пускових характеристик використовуємо схему заміщення АД (рис.9.1)

Розраховуємо точки характеристик відповідні ковзанням s = 1; 0,8; 0,5; 0,2; 0,1.

Докладний розрахунок приведений для ковзання s = 1. Дані розрахунку інших точок зведені в таблицю 9.1.

Рисунок 9.1 - Схема заміщення асинхронного двигуна для розрахунку пускових характеристик

Параметри з урахуванням витіснення струму (хрозр = 115? С):

9.1 Приведена висота стрижня:

ж = 63,61·hc·63,61·0,02181 = 1,387,

де hс = hп2 - (hш + h'Ш) = 0,0227 - (0,00075 + 0,0003) = 0,02181 м - висота стрижня в пазу.

9.2 Для ж = 1,387 по рисунку 6 - 47 [1] знаходимо ц? = kд = 0,92.

9.3 Глибина проникнення струму:

hr = м,

де для ж = 1,387 по рисунку 6 - 46, [1] знаходимо ц = 0,25.

9.4 Площа перетину:

qr = м2,

де

br = м.

9.5 Коефіцієнт, що показує у скільки разів збільшився активний опір пазової частини стрижня при нерівномірному розподілі щільності струму в ньому:

kr = .

9.6 Коефіцієнт загального збільшення опору фази ротора з урахуванням впливу витиснення струму:

KR=.

9.7 Приведений активний опір ротора з урахуванням дії ефекту витіснення струму:

R2ж? = KR·R2? = Ом.

9.8 Індуктивний опір обмотки ротора (по таблиці 6-23 і рисунку 6-40, [1]):

лп2ж =,

лп2ж = 1.7.

9.9 Зміна індуктивного опору фази обмотки ротора від дії ефекту витиснення струму:

KX=.

9.10 Індуктивний опір фази обмотки ротора з урахуванням дії ефекту витиснення струму:

X2ж? = X2?·KX = Ом.

9.11 Струм ротора, приблизно, без обліку впливу насичення, приймаючи сН = 1:

А.

Вплив насичення приблизно враховують введенням додаткового розкриття паза, рівного с. Величина додаткового розкриття з береться такий, щоб його магнітний опір потоку розсіювання було дорівнює магнітному опору насичених ділянок зубців.

Розрахунок параметрів з урахуванням насичення проведемо методом послідовних наближень. Спочатку задаємося кратністю збільшення струму, обумовленої зменшенням індуктивного опору через насичення зубцевої зони.

Орієнтоване значення кратності збільшення струму для розрахунку пускових режимів, тобто для s=1 ().

9.12 Коефіцієнт насичення:

kнас = 1,3.

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

А.

9.14 Фіктивна індукція потоку розсіювання в повітряному зазорі:

Тл,

де коефіцієнт СN = 0,64+2,5= 0,64+2,5.

9.15 Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

м,

де 0,5 (по рисунку 6 - 50, [1], для Вфд = 6,204).

9.16 Викликане насиченням від полів розсіювання зменшення коефіцієнта провідності розсіювання паза статора:

.

9.17 Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання при насиченні:

.

9.18 Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

.

9.19 Індуктивний опір фази обмотки статора з урахуванням впливу насичення:

Ом.

9.20 Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіювання ротора з урахуванням впливу насичення і витіснення:

,

де c2 = (t2-bш2)·(1-) = (0,0115-0,0015)(1-0,425) = 0,00575 м - додаткове розкриття пазів ротора.

9.21 Магнітна провідність пазового розсіювання ротора для насиченої зубцевої зони з урахуванням впливу ефекту витиснення струму:

.

9.22 Коефіцієнт магнітної провідності диференціального розсіювання ротора з урахуванням впливу насичення:

.

9.23 Приведений індуктивний опір фази обмотки ротора з урахуванням впливу витиснення струму і насичення.

Ом.

Після усіх вищенаведених розрахунків у даному розділі, починаємо, безпосередньо, розрахунок пускових характеристик.

9.24 Опір взаємної індукції обмоток у пусковому режимі:

Ом.

9.25 При цьому допущенні коефіцієнт:

.

9.26 Розрахунок струмів і моментів:

Ом,

Ом.

9.27 Струм в обмотці ротора:

А.

9.28 Струм в обмотці статора:

А.

Отримане значення струму обмотки статора складає 89,4% прийнятого при розрахунку впливу насичення на параметри, що припустимо.

9.29 Відносне значення пускового струму:

о.е.

9.30 Відносне значення пускового моменту:

о.е,

Кратності пускового струму і пускового моменту спроектованого двигуна задовольняють вимогам.

Аналогічно проводимо розрахунок для всіх значень ковзання, зазначених на початку розділу і результати всіх розрахунків зводимо в таблицю 9.1.

Критичне ковзання визначається після розрахунку всіх точок пускових характеристик за середнім значенням опорів X1нас та X2жнас, що відповідають ковзанням .

.

Пускові характеристики двигуна зображені на рис. 9.2

Таблиця 9.1 - Розрахункові данні пускових характеристик двигуна

Р2Н =5,5 кВт, 2р = 4,U1н =220/380 В, Х12п = 56,31 Ом, Х1 =1,73 Ом, Х2? = 1,598 Ом, R1 = 1,37 Ом, R2? = 0,77 Ом, I1н = 11,47 А, I2н? = 9,94 А, sн = 0,0386

№	Розрахункова формула	Одиниці	Ковзання
			1	0,8	0,5	0,234	0,2	0,1
1		-	1,387	1,2406	0,9808	0,7597	0,6203	0,4386
2		-	0,25	0,17	0,098	0,029	0,0132	0,0033
3		-	1,0764	1,0278	0,9852	0,9461	0,9369	0,9314
4		-	1,0569	1,0207	0,989	0,959	0,953	0,9489
5		Ом	0,8117	0,7839	0,7595	0,7372	0,7319	0,7288
6		-	0,925	0,93	0,97	0,9755	0,98	0,99
7		-	1,001	1,0015	1,0133	1,0149	1,0162	1,0191
8		Ом	1,5981	1,6005	1,6192	1,6218	1,6239	1,6286
9		Ом	1,1252	1,1506	1,1914	1,2528	1,3666	1,5573
10		Ом	0,9532	0,9772	1,0305	1,0861	1,1879	1,3709
11		-	1,014	1,014	1,014	1,015	1,016	1,019
12		Ом	2,188	2,358	2,906	3,859	5,085	8,789
13		Ом	2,091	2,141	2,237	2,355	2,574	2,954
14		А	72,691	69,062	59,996	48,661	38,603	23,727
15		А	73,548	69,899	60,773	49,346	39,223	24,242
16		-	6,414	6,096	5,299	4,303	3,421	2,114
17		-	2,182	2,377	2,781	2,959	2,774	2,087

10 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК

Досить достовірну оцінку теплового режиму двигуна дає наближений метод теплового розрахунку, заснований на спрощеному представленні про характер теплових зв'язків між елементами електричної машини. У ньому використовуються середні значення коефіцієнтів тепловіддачі з поверхні і теплопровідності ізоляції, характерні для визначеної конструкції і технології виробництва даного типу двигунів.

Розрахунок нагрівання проводимо, використовуючи значення втрат, отриманих для номінального режиму.

Класу застосованої ізоляції F відповідає допустима температура .

10.1 Перевищення температури внутрішньої поверхні над температурою повітря усередині двигуна:

єС,

де k = 0,22 - коефіцієнт, який враховує, що частина втрат у осерді статора та у пазовій частині обмотки передається через станину безпосередньо в навколишнє середовище (по таблиці 6-30 [1]);

б1 = 100 - коефіцієнт теплопровідності з поверхні (з рисунка 6-59 б, [1]).

10.2 Втрати в пазовій частині катушок:

Вт,

де kс = 1,07 - коефіцієнт збільшення втрат для обмоток з ізоляцією класу F.

10.3 Перепад температури в ізоляції пазової частини обмотки статора:

єС,

де Пп1 = 2 · hп + b1? + b2? = м

- розрахунковий периметр поперечного переріза паза статора;

лэкв = 0,16 - середня еквівалентна теплопровідність пазової ізоляції (для класу нагрівостойкості F);

лэкв? = 0,6 - середнє значення коефіцієнта теплопровідності внутрішньої ізоляції котушки всипної обмотки з емальованих провідників з обліком щільності прилягання провідників одне до одного (по рисунку 6-62, [1]);

bиз.п1 = 0,25·10-3 м - однобічна товщина ізоляції в пазу (по таблиці 3-8, [1]).

10.4 Перепад температури по товщині ізоляції лобових частин:

єС,

де Пл1 = Пп1 = 0,031 м - периметр умовної поверхні охолодження лобової частини однієї котушки;

Рэ.л1?=Вт.

10.5 Перевищення температури зовнішньої поверхні лобових частин над температурою повітря усередині машини:

єС.

10.6 Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою повітря усередині машини:

єС.

10.7 Перевищення температури повітря усередині машини над температурою навколишнього середовища:

єС,

де: Вт - сума втрат, що відводяться в повітря усередині двигуна;

Вт;

м2 -еквівалентна поверхня охолодження корпуса, де по рисунку 6-63 [1], Пр = 0,77 м2- умовний периметр поперечного переріза ребер станини для h = 0,2 м;

б = 22,5 - коефіцієнт підігріву повітря (по рисунку 6-59 б [1], для Da=0,194 м).

10.8 Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою навколишнього середовища:

єС.

Граничне значення Ди1 по таблиці 5-1 [1] дорівнює 75 єС.

11 РОЗРАХУНОК ВЕНТИЛЯЦІЇ

Вентиляційний розрахунок асинхронних двигунів може бути виконаний наближеним методом. Метод полягає в зіставленні витрати повітря, необхідного для охолодження двигуна і витрати, що може бути отриманий при даній конструкції і розмірах двигуна.

11.1 Необхідний для охолодження витрата повітря:

м3/с,

де - коефіцієнт, що враховує зміну умов охолодження по довжині поверхні корпуса, що обдувається зовнішнім вентилятором, де коефіцієнт m = 1,8 для двигунів з h 0,2 м та 2р2 (сторінка 240 [1]).

1.12 Витрата повітря, забезпечувана зовнішнім вентилятором

м3/с.

Витрата повітря QB? повинна бути більше необхідного для охолодження машини QB. Ця умова виконується:

.

0,76>0,27 м3/с.

12 МАСА АКТИВНИХ МАТЕРIАЛIВ I ПОКАЗНИКИ ЇХНЬОГО ВИКОРИСТАННЯ

12.1 Маса ізольованих проводів обмотки статора (для проводів круглого поперечного переріза):

12.2 Маса алюмінію короткозамкнутого ротора з литий кліткою:

де - кількість лопаток на роторі;

- розміри лопаток.

12.3Маса стали сердечників статора і ротора:

12.4Маса ізоляції статора (для трапецеїдальних пазів):

де bиз.п1 = 0,25·10-3 м - однобічна товщина ізоляції (по таблиці П-30, [1]).

12.5Маса конструкційних матеріалів (станина і щити - алюмінієві):

кг.

12.6Маса двигуна:

Gдв = Gм1+Gал2+УGc+Gиз1+Gк = 1,07+3,94+66,3+0,092+12,4 = 83,8 кг.

12.7Удільна матеріалоємність машини:

.

Згідно з рисунком 19 [3] удільна матеріалоємність машини повинна бути:

.

ВИСНОВКИ

В результаті виконання курсового проекту було розроблено асинхронний двигун на основі довідникових параметрів серійного двигуна 4А112М4У3 з короткозамкненим ротором. Аналізуючи побудовані характеристик можна відмітити, що ми спроектували працездатну машину.

Розрахована величина повітряного зазору тому двигун не має радіальних вентиляційних каналів. Двигун має всипну двошарову обмотку з круглого проводу ПЕТВ. В двигунах серії 4А застосовуються трапецієподібні пази. Коефіцієнт заповнення пазу лежить в допустимому інтервалі для механізованої укладки обмоток. Усі відносні значення параметрів робочого режиму лежать в допустимому інтервалі, що свідчить про правильність проведених розрахунків. Коефіцієнт корисної дії двигуна, що був спроектований мною, співпадає з ККД двигуна серійного виробництва.

Метою проектування асинхронного двигуна є отримання підвищеного пускового моменту, при зменшенні пускового струму. Мною було отримано відносне значення пускового струму у.о. та відносне значення пускового моменту у.о.

Середнє перевищення температури обмотки статора над температурою навколишнього середовища , що допустимо класом ізоляції F. Витрати повітря, що забезпечується зовнішнім вентилятором набагато більше необхідної для охолодження витрати повітря. Маса двигуна, що спроектовано, 45,74 кг. Питома матеріалоємність машини .

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для ВУЗов/ И.П.Копылов 1980г. - 496 с.

2. Асинхронные двигатели 4А: Справочник / А.Е. Кравчик Энергоиздат 1982 -504 с.

3. Методические указания к курсовому проекту “Расчет и конструирование асинхронного двигателя” / Донецк ДПИ 1992, Дудник М.З.

ДОДАТОК А

Перелік зауважень нормоконтролера до курсового проекту

Студента Герасименко А.Г. групи ЕАПУ-06

Позначення документа	Документ	Умовна оцінка	Зміст зауважень

Дата _________ Підпис _________________

(П. І. Б.)

ДОДАТОК Б

Специфікація

Поз. позначення	Найменування	Кількість	Примітка
1	Станина	1
2	Торцеві щити	2
3	Зовнішній вентилятор	1
4	Bал	1
5	Кожух	1
6	Коробка виводів	1
7	Сердечник статора	1
8	Скоби	8
9	Стопорні гвинти	4
10	Обмотка всипна	1
11	Сердечник ротора	1
12	Замикаючі кільця	2
13	Балансуючі вантажі	3
14	Сталева втулка	1
15	Болт	4
					КП 06.050702.03-08-761-7a-00.00 ЕО
Ізм.	Лист	№ докум.	Підп.	Дата
Розробив	Герасименко А.Г.			Асинхронний двигун 4А112М4УЗ	Лит.	Лист	Листів
Перевірив	Спиридонова М.В.					У		1	2
					ДонНТУ ЕТФ гр. ЕАПУ-06
Н.контр.	Спиридонова М.В.
Затвер.

ДОДАТОК С

Паспорт АД

Тип	4А112М4У3		IP44
5,5	кВт	1442,1	об/хв	50	Гц
статор /Y	220/380	В	11,13/6,43	А
ККД	84,7%		cosц	0,88
кл. ізол.	F		режим	S1
45,74	кг		2008 г.

Размещено на Allbest.ru