Расчет трехфазного асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тамбовский государственный технический университет»

Кафедра «Электроэнергетика»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по:«Электрические машины и аппараты»

на тему: Расчет трехфазного асинхронного двигателя

Автор проекта: Полковников Д.В.

Руководитель проекта Ж.А. Зарандия

Тамбов 2016 г.



АННОТАЦИЯ

Тема курсовой работы: «Расчет трехфазного асинхронного двигателя»

Автор курсовой работы: Полковников Д.В.

Руководитель работы: Зарандия Ж.А.

В курсовой работе содержится 181 формула.

Курсовая работа состоит из 33 страниц формата А4.

В курсовой работе находится 1 таблица.

Во введении представлено описание конструкции асинхронного двигателя.

В пояснительной записке был произведен расчет основных параметров трехфазного асинхронного двигателя. В том числе расчет активной части двигателя, расчет обмотки статора, расчет магнитной цепи а также расчет потерь мощности и КПД электродвигателя.

Введение

Асинхронный электродвигатель - двухобмоточный электрический двигатель, одна из обмоток которого питается от сети переменного напряжения, а другая замкнута накоротко или на сопротивление.

Трехфазный асинхронный электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора - магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника - создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной стали.

Сердечник ротора двигателя, аналогично сердечнику статора, набирается из листов электротехнической стали. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца, закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке ротора можно подключить пусковой реостат.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором : 1 -- вал, 2 -- крышка подшипника наружная, 3 -- подшипник, 4 -- крышка подшипника внутренняя, 5 -- щиток воздухонаправяющий, 6 -- щит подшипниковый, 7 -- вводное устройство, 8 -- станина, 9 -- сердечник статора, 10 -- сердечник ротора, 11 -- обмотка статора, 12 -- обмотка ротора, 13 -- вентиляционные лопатки ротора, 14 -- вентилятор, 15 -- кожу.



1. Расчет главных размеров двигателя

Наружный и внутренний диаметры сердечника статора

№ вари анта	Типоразмер двигателя	Мощность Pн кВт	Скольжение s %	КПД з %	cos	Mmaх. Мн	Мп/Мн	nн об мин
113	4А335S8У3	132	2	93,5	0,85	1,9	1	750

При заданной высоте оси вращения вала h=335 мм, числа полюсов 2p=4 и исполнении по степени защиты IP44 принимаем наружный диаметр сердечника статора D1н=272мм, внутренний диаметр сердечника статора D1=185 мм.

Предварительные значения КПД и коэффициента мощности

Расчетная мощность асинхронного двигателя определяется по заданной номинальной мощности

где kЕ=0,96.

Предварительные значения максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки.

ПриD1н=272 мм принимаем значение максимальной магнитной индукции:

Предварительное значение обмоточного коэффициента.

Принимаем обмотку статора однослойной, всыпная тогда k'обм1=0,96. 

Расчетная длина сердечника статора:

принимаем

Коэффициент длины:

Что не укладывается в диапазон рекомендуемых значении ?? (0,5- 0,8).

2. Размеры активной части двигателя

Воздушный зазор трехфазного асинхронного двигателя общего назначения при h=355 мм принимаем д=0,7 мм

Наружный диаметр сердечника ротора:

. (2.1)

Внутренний диаметр сердечника ротораD2вн мм, принимаем:

(2.2)

Конструктивная длина сердечника статора при отсутствии радиальных вентиляционных каналов равна его расчетной длине:

Для асинхронных двигателей общего назначения с короткозамкнутым ротором число пазов на статоре и роторе равно соответственно:

На роторе принимаем скос пазов на одно зубцовое деление статора.

При h=160 мм, 2p= 4 пазы на статоре имеют форму: на статоре трапеце-идальные полузакрытые; на роторе овальные закрытые.

Зубцовое деление статора

Ширина зубца статора

где рекомендуемое значение магнитной индукции;=0,95-коэффициент заполнения сердечника сталью.

Высота спинки статора:

=0,64

Тл - допустимая величина магнитной индукции в спинке статора.

Высота зубца статора:

(2.7)

Наименьшая ширина паза в штампе [5.13]:

Наибольшая ширина паза в штампе :

Принимаем ширину шлица

Высота клиновой части паза:

Высота паза, занимаемая обмоткой :

Площадь поперечного сечения трапецеидального паза в штампе:

Размеры полузакрытого овального паза ротора:

Ширина зубца ротора:

где

Высота спинки ротора:

где

Высота зубца ротора :

Диаметр в верхней части паза ротора:

где мм - высота мостика.

Диаметр в нижней части паза:

Расстояние между центрами окружностей овального паза ротора:

Площадь овального паза в штампе:

3. Обмотка статора

Тип обмотки статора однослойная всыпая, число параллельных ветвей а1=2.

Число пазов на полюс и фазу

m1 =3.

Обмоточный коэффициент:



Шаг по пазам:

(двухслойная обмотка с укороченным шагом).

Ток статора в номинальном режиме работы двигателя:

Число эффективных проводников в пазу статора :

принимаем проводников.

Число последовательных витков в обмотке фазы статора

Плотность тока в обмотке статора

Сечение эффективного проводника обмотки статора

По таблице П 1.1 принимаем провод с сечением , диаметром . В соответствии с классом нагревостойкости изоляции - B выбираем обмоточный провод марки ПЭТ-155 ,

Толщина изоляции для полузакрытого паза при двухслойной обмотке и классе нагревостойкости F [по высоте по ширине

Площадь изоляции в пазу

Площадь паза в свету, занимая обмоткой

Коэффициент/ заполнения паза статора изолированными проводниками

Уточнение значение плотности тока в обмотке статора

Уточнение значения электромагнитных нагрузок

где Ф - основой магнитный поток

.

Среднее зубцовое деление:

Средняя ширина катушки

Средняя длина любой части катушки

Средняя длина витка обмотки статора

(3.17)

Длина вылета любой части обмотки

Активное сопротивление одной фазы обмотки статора, приведённое к рабочей температуре

- удельное электрическое сопротивление меди при расчетной рабочей температуре = 24,4Ом.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

где так как обмотка с диаметральным шагом

Коэффициент воздушного зазора

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей обмотки статора

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки статора

Индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы обмотки статора

Обмотка короткозамкнутого ротора.

Рабочий ток в стержне ротора

Плотность тока в стержне ротора

где .

Поперечное сечение короткозамыкающего кольца

Высота кольца

Длина кольца

Средний диаметр кольца

Расчетная глубина проникновения тока в стержень

Для определения ц рассчитаем коэффициент . В начальный момент пуска (s=1) для алюминиевой литой клетки при рабочей температуре 115єC

Ширина стержня на расчетной глубине проникновения тока



Площадь сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока

коэффициент (4.11)

Активное сопротивление стержня в рабочем режиме при приведённое к рабочей температуре 115єC.

Активное сопротивление стержня клетки при s=1 с учетом вытеснения тока

Активное сопротивление короткозамыкающих колец



Активное сопротивление колец ротора, приведенное к току стержня

где коэффициент приведения, при

Центральный угол скоса пазов

Коэффициент скоса пазов

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора

Активное сопротивление обмотки ротора , проведенное к обмотке статора

В рабочем режиме:

В начальный момент пуска с учетом вытеснения тока:

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния пазов ротора

В номинальном режиме:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

где - коэффициент дифференциального рассеяния ротора

при

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния короткозамыкающих колец клетки ротора

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния скоса пазов ротора

принимаем .

Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки ротора

В номинальном режиме:

В начальный момент пуска:

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора.

В номинальном режиме

В начальный момент пуска:

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора

В номинальном режиме:

асинхронный двигатель ротор ток

В начальный момент пуска:

Магнитная цепь.

Сердечники статора и ротора выполняем из листовой электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм.

Магнитное напряжение воздушного зазора

(5.1)

Магнитная индукция в зубце статора

Напряженность магнитного поля в зубце статора определяется по кривым намагничивания для зубцов стали марки 2013 так как

Магнитное напряжение зубцового слоя статора

Магнитная индукция в зубце статора

Напряженность поля в зубце ротора: так как то определяется по таблице намагничивания зубцов асинхронных двигателей для стали марки 2013 .

Магнитное напряжение зубцового слоя ротора

Коэффициент насыщения зубцового слоя статора и ротора

Магнитная индукция в спинке статора

Напряженность магнитного поля в спинке статора по таблице намагничивания спинки асинхронных двигателей для стали марки 2013

Длина средней силовой линии в спинке статора

Магнитное напряжение в спинке статора

Магнитная индукция в спинке ротора

Напряженность магнитного поля в спинке ротора по таблице намагничивания спинки асинхронных двигателей для стали марки 2013

Длина средней силовой линии в спинке ротора

Магнитное напряжение в спинке ротора

Суммарная МДС на пару полюсов

Коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя

Намагничивающий ток статора

Главное индуктивное сопротивление обмотки статора

Коэффициент магнитного рассеяния

так как то расчета ЭДС не требуется.

Потери и КПД.

Основные магнитные потери в спинке статора

где =1,7- технологический коэффициент, учитывающий увеличение магнитных потерь из-за наличия в сердечнике статора дефектов, возникающих при штамповке листов, их сборке и последующей обработке пакетов (наклепы по краям пластин, заусенцы и т.п.).=2,5 т/кг - удельные магнитные потери, т.е. потери, происходящие в 1 кг стали при перемагничивании с частотой 50 Гц в магнитном поле с индукцией 1,0 Тл. - расчетная масса спинки статора [6.3]:

Основные магнитные потери в зубцах статора

- расчетная масса стали зубцового слоя

площадь паза в штампе

уже рассчитано в пункте 2 по формуле 2.14.

Основные магнитные потери

Электрические потери в обмотке статора

Электрические потери в обмотке ротора

Где

Механические потери

(6.10)

Где

Добавочные потери

При номинальной нагрузке двигателя:

Суммарные потери

Подводимая к двигателю мощность



6.10

КПД двигателя

Рабочие характеристики.

Расчетное сопротивление

Полная механическая мощность

Величина А

Величина В



Скольжение

Эквивалентные сопротивления рабочей цепи схемы замещения.

Активное

Индуктивное

Полное

Коэффициент мощности в рабочей цепи схемы размещения

Ток в рабочей цепи схемы замещения.

Полный ток

Активная составляющая тока

Реактивная составляющая тока

Ток статора.

Активная составляющая

Реактивная составляющая

= (7.16)

Полный ток

Коэффициент мощности

Потребляемая двигателем мощность

Электромагнитная мощность

Частота вращения ротора

Электромагнитный момент

КПД двигателя:

Критическое скольжение

Перегрузочная способность двигателя

Пусковые параметры двигателя.

Активное сопротивление короткого замыкания при s=1

из пункта 4.10.

Составляющая коэффициента пазового рассеяния статора, зависящая от насыщения

где =1.

Переменная составляющая коэффициента проводимости рассеяния статора

Составляющая коэффициента пазового рассеяния ротора, зависящая от насыщения

Переменная составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора



Переменная составляющая индуктивного сопротивления коротко замыкания

Постоянная составляющая индуктивного сопротивления коротко замыкания

Индуктивное сопротивление коротко замыкания для пускового режима

(8.9)

при полузакрытых пазах на роторе .

Начальный пусковой ток

Кратность пускового тока:



Начальный пусковой момент

Кратность пускового тока:

4.Тепловой расчет

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температура воздуха внутри двигателя

при ; = Вт/(мм2) ; =1,15 т.к. класс нагревостойкости B

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора



; =0,35 ; =.

Превышение температуры наружней поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя

Перепад температуры в изоляции любой части обмотки статора

Для статоров с открытыми и полузакрытыми пазами второе слагаемое в скобках принимают равным нулю:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя



Условная поверхность охлаждения двигателя

при высоте вращения 100 мм, .

Суммарные потери, отводимые в воздух внутри двигателя

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой охлаждающей среды при .

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды

Полученное значение температуры не превосходит допустимого значения для класса нагревостойкости F по ГОСТ 183-74

5. Расчет вентиляции

Наружный диаметр центробежного вентилятора принимаем:

Окружная скорость лопаток по наружному диаметру вентилятора

Требуемый расход охлаждающего воздуха при способе охлаждения IC0141

Поперечное сечение межлопаточного канала на выходе воздуха

Аэродинамическое сопротивление

Окружная скорость лопаток по внутреннему диаметру вентилятора

- аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети электрической машины.

Внутренний диаметр вентилятора

Число лопаток вентилятора

Площадь одной лопатки вентилятора



Заключение

В курсовой работе был рассчитан трехфазный асинхронный двигатель (4А180М8У3). Из расчетов следует:

Чем больше пар полюсов 2р, тем выше соотношение коэффициента длины л.

Рассчитанный двигатель отвечает современным требованиям к асинхонным трехфазным электродвигателям.



Список использованных источников

Кацман М.М. Расчет и конструирование электрических машин: Учеб. Пособие техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. -360 с., ил.

Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. Для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа.; Логос; 2000. - 607 с.

Размещено на Allbest.ru