Проектирование асинхронного двигателя

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

Кафедра электротехники и энергетических систем

Факультет ПЭ

Курс 3

Группа 1

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине

"Электрические аппараты и машины"

На тему "Проектирование асинхронного двигателя"

Корельский Вадим Сергеевич

Руководитель проекта

Ст. преподаватель Н.Б. Баланцева

Архангельск 2010

Задание

на проект трехфазного асинхронного двигателя c короткозамкнутым ротором

Выдано студенту III курса 1 группы факультета ОСП-ПЭ

Выполнить расчет и конструктивную разработку асинхронного двигателя со следующими данными:

Мощность Рн, кВт ……………………………………………..………… 15

Напряжение Uн, В ……………………………………………….… 220/380

Частота вращения n, мин -1 (об/мин) ………………………………… 1465

Кпд двигателя η …………………………………………...………… 88,5%

Коэффициент мощности cos φ ……………………………..………… 0,88

Частота тока f, Гц …………………………………………………..…… 50

Кратность пускового тока Iп/Iн ………………………………………… 7,0

Кратность пускового момента Мп/Мн ………………………………… 1,4

Кратность максимального момента Ммакс/Мн ………………………… 2,3

Конструкция ……………………………………………..………… IМ1001

Режим работы ………………………………………………… длительный

Дополнительные требования ..…………………… двигатель 4А160S4У3

Задание выдано " … " ……………….. 2009 г.

Руководитель проекта…………………………

Срок сдачи " 4 " апреля 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

2. РАСЧЁТ СТАТОРА

2.1 Определение ,  и площади поперечного сечения провода обмотки статора

2.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

3. РАСЧЁТ РОТОРА

4. РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

5. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

6. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ

7. РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

8. РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

8.1 Расчет токов с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

8.2 Расчёт пусковых характеристик с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

9. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

РЕФЕРАТ

Корельский В.С. Проектирование асинхронного электрического двигателя. Руководитель – старший преподаватель Баланцева Н.Б.

Курсовой проект. Пояснительная записка объёмом 49 страница содержит 7 рисунков, 3 таблицы, 2 источника, графическую часть на формате А1.

Ключевые слова: асинхронный электрический двигатель, статор, ротор.

Цель курсового проекта – приобретение практических навыков в проектировании электрических аппаратов.

На основании списка источников и технического задания выбраны главные размеры, рассчитана обмотка статора, ротор, магнитная цепь асинхронного двигателя серии 4А исполнения по степени защиты IP44, с короткозамкнутым ротором с чугунными станиной и подшипниковыми щитами, с высотой оси вращения 160 мм, с меньшим установочным размером по длине станины (S), двух полюсной (), климатического исполнения У, категории размещения 3. Также вычислены параметры рабочего режима, потери, рабочие и пусковые характеристики без учёта и с учётом насыщения. Проведён тепловой расчёт.

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

1.1 Согласно таблице 9.8[1] (стр. 344) при высоте оси вращения  мм. принимаем внешний диаметр статора , м

 м

1.2 Принимая, что размеры пазов не зависят от числа полюсов машины, получим приближенное выражение внутреннего диаметра статора, м.

, (1)

где KD – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и наружного диаметров сердечника статора асинхронной машины серии 4А. При числе полюсов p=4, по таблице 9.9 [1]; принимаем KD = 0,68

1.3 Полюсное деление , м

 (2)

 м

1.4 Расчетная мощность, ВА.

, (3)

где P2 – мощность на валу двигателя, P2 =15∙103 Вт;

kE – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое приближенно определяем по рис. 9.20 [1] Принимаем

kE = 0,975;

1.5 Электромагнитные нагрузки предварительно определяем по рис 9.22б, (стр. 346 [1]), в зависимости от высоты оси вращения h = 160 мм и степени защиты двигателя IP44 откуда

А/м,

Тл

1.6 Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки при 2р =4) принимаем

1.7 Расчетная длина магнитопровода lδ, м

, (4)

где  - коэффициент формы поля (принимаем предварительно) ,;

 - синхронная угловая частота двигателя, рад/с;

 (5)

 рад/с,

м

1.8 Значение отношения. Критерий правильности выбора главных размеров - отношение расчетной длины магнитопровода к полюсному делению

 (6)

находится в допустимых пределах (рис. 9.25 а стр. 348 [1])

2. РАСЧЁТ СТАТОРА

2.1 Определение ,  и площади поперечного сечения провода обмотки статора

.1.1 Предельные значения зубцового деления статора , мм, определяем согласно рисунку 9.26

Здесь и далее [1] не отмечается ввиду ссылок на один источник (см. список использованной литературы).

мм; мм.

2.1.2 Число пазов статора, определяем по формулам

 (7)

,

Принимаем Z1=48, тогда число пазов на полюс и фазу:

 (8)

 является целым числом. Обмотка однослойная.

2.1.3 Зубцовое деление статора (окончательно) , м, определяется из формулы :

 (9)

м

2.1.4 Предварительное число эффективных проводников в пазу при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (a=1)

, (10)

где  - номинальный ток обмотки статора, А;

А – принятое ранее значение линейной нагрузки, А = 32∙103 А/м;

 (11)

 А.

Тогда

.

2.1.5 Принимаем a=1, тогда

, (12)

 проводника в пазу

2.1.6 Находим окончательные значения:

Число витков в фазе

, (13)

Линейная нагрузка, А/м

 (14)

 А/м

Магнитный поток , Вб

, (15)

где kоб1=kр1= 0,958 – обмоточный коэффициент, принимаемый по табл. 3.16 для однослойной обмотки с q=4;

 Вб.

Индукция в воздушном зазоре,Тл

 (16)

 Тл

По рисунку 9.22 б (стр. 346 [1]) определяем, что значения  и  лежат в допустимых пределах.

2.1.7 Предварительная плотность тока в обмотке статора, А/м2

 (17)

 А/м2.

Величину (AJ1) определяем по рис. 9,27 б (стр. 355 [1]) , АJ1=180

2.1.8 Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно), a=1

 (18)

 мм2

Сечение эффективного проводника (окончательно):

Принимаем , тогда

 (19)

 мм2.

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (по приложению 3, стр. 713 [1]):

мм,

мм2,

мм,

мм2

2.1.9 Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

 (20)

А/мм2

2.2           Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис. 9.29 a, (стр. 361[1]) с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

2.2.1 По таблице 9.12 (стр. 357[1]) предварительно принимаем Тл и  Тл, тогда

, (21)

где по табл. 9.13 (стр. 358[1]) для оксидированной стали марки 2013 ;  - длина стали сердечника статора;

ммм

Высота ярма статора , м

 (22)

ммм

2.2.2 Размеры паза в штампе ;  и ,

где  - ширина шлиц паза, мм;

 - высота шлиц паза, мм;

Высота паза , м

, (23)

мм

2.2.3 Определение размеров b1и b2, мм

 (24)

 мм

, (25)

 мм

 (26)

 мм

Рисунок 1 - Паз статора спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

2.2.4 Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

Припуски по ширине и высоте паза по табл. 9.14[1], мм

, (27)

 мм.

, (28)

 мм.

, (29)

 мм.

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки

, (30)

где  - площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу, мм2;

 - площадь поперечного сечения прокладок в пазу, мм2;

 (31)

 мм2

 мм2

2.2.5 Коэффициент заполнения паза

 (32)

Полученное значение  допустимо для механизированной укладки обмотки.

3. РАСЧЁТ РОТОРА

3.1 Воздушный зазоропределяем по рис. 9.31

Принимаем  мм

3.2 Число пазов ротора определяем по табл. 9.18

Принимаем

3.3 Внешний диаметр ротора, м

, (33)

 м

3.4 Длина магнитопровода ротора , м

 м

3.5 Зубцовое деление ротора , мм

, (34)

 мм

3.6 Внутренний диаметр ротора, м, равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал

, (35)

где  - определяем согласно табл. 9.19 (стр. 385 [1])

мм

3.7 Ток в обмотке ротора, А

 (36)

где  - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I1/I2;  - число фаз;

, (37)

, (38)

где  - коэффициент скоса, принимаем , т.к. пазы выполняем без скоса;

 А

3.8 Площадь поперечного сечения (предварительно) , мм2

, (39)

где  - плотность тока в стержне литой клетки, принимаем ;

 мм2

3.9 Паз ротора определяем по рис. 9.40 б. Принимаем: ,  и

Допустимая ширина зубца , мм

, (40)

где  Тл. Принимаем по табл. 9.12, стр. 357 [1]);

м мм

Размеры паза

 (41)

 мм

 (42)

 мм

, (43)

мм

3.10 Уточняем ширину зубцов ротора

, (44)

 мм

, (45)

 мм;

 мм.

где полная высота паза, мм;

 (46)

мм

3.11 Площадь поперечного сечения стержня , мм2

 (47) мм2

Плотность тока в стержне , А/м

 (48)

 А/м

Результирующая плотность тока получилась на 6,4% меньше предварительно заявленной в п. 3.1.8, что является допустимым отношением

Рисунок 2 – Трапецеидальный паз короткозамкнутого ротора полузакрытого типа

3.12 Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец , мм2

, (49)

где  - ток в короткозамыкающем кольце, А;

 - плотность тока в короткозамыкающем кольце, А/м2;

, (50)

Откуда

 (51)

 А.

 (52)

 А/м2

3.13 Размеры короткозамыкающих колец

, (53)

 мм

3.14 Ширина замыкающих колец ,

 (54)

мм

 (55)

мм2

3.15 Средний диаметр замыкающих колец , м

, (56)

 мм

4. РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Магнитопровод из стали 2013, толщина листа 0,5 мм

4.1 Магнитное напряжение воздушного зазора , А

, (57)

где  - коэффициент воздушного зазора,

 (58)

 (60)

 А.

4.2 Магнитное напряжение зубцовой зоны статора , А

, (61)

где  мм;

Расчетная индукция в зубцах, Тл

 (62)

Тл

где >1,8 Тл., необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце . Коэффициент  по высоте

 А.

Действительная индукция , Тл

, (63)

где  - коэффициент, определяющий отношение площадей поперечных сечений паза и зубца;

 (64)

, (65)

Принимаем  Тл, проверяем соотношение  и : ; где для  Тл по табл. П1.7  А/м

4.3 Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора , А

; (66)

 А.

При зубцах по рис. 9.40, б из табл. 9.20  мм; индукция в зубце

; (66)

 Тл.

По табл. П.1.7 для  Тл находим  А/м

4.4 Коэффициент насыщения зубцовой зоны

 (67)

4.5 Магнитное напряжение ярма статора

, (68)

Где

; (69)

 м;

; (70)

 м;

 А;

; (71)

 Тл.

При отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре  м), для  Тл по табл. П1.6 находим  А/м

4.6 Магнитное напряжение ярма ротора, А

, (72)

Где

; (73)

 м;

; (74)

 м;

 А;

; (75)

 Тл,

где для четырехполюсных машин при 0,75 <

; (76)

 м,

где для  Тл по табл. П1.6 находим  А/м.

4.7 Магнитное напряжение на пару полюсов , А

, (77)

 А.

4.8 Коэффициент насыщения магнитной цепи

 (78),  

4.9 Намагничивающий ток , А

, (79)

 А

Относительное значение

; (80)

;  0,2<<0,3.

5. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

5.1 Активное сопротивление обмотки статора

, (81)

где для класса нагревостайкости изоляции  расчетная температура С; для медных проводников  Ом·м);  площадь поперечного сечения эффективного проводника, м2; L1 – общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м;

Ом.

Длина проводников фазы обмотки

; (82)

 м;

; (83)

 м;

 м;

, (84)

где  м; по табл. 9.23 ;

 м;

; (85)

 м.

Длина вылета лобовой части катушки

, (86)

где по табл. 9.23

 мм.

Относительное значение

; (87)

.

5.2 Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора

; (88)

 Ом;

, (89)

где ;

где  Ом·м удельное сопротивление алюминия;

 Ом;

; (90)

 Ом;

Приводим  к числу витков обмотки статора

, (91)

где ;

 Ом;

Относительное значение

; (92)

.

5.3 Индутивное сопротивление фазы обмотки статора

; (93)

 Ом,

Где

, (94)

 (95)

 мм

 мм

 (96)

 мм;

, так как проводники закреплены пазовой крышкой; ; ;  м;

;

; (97)

;

; (98)

; (99)

;

.

Относительное значение

; (100)

.

5.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

, (101)

где

; (102)

; (103)

 мм;

 мм;  мм;  мм;  мм;  мм2;

;

; (104)

;

; (105)

; (106)  ; (107)

;

 Ом

так как при закрытых пазах .

Приводим  к числу витков статора

; (108)

 Ом.

Относительное значение

 (109)

.

6. РАСЧЁТ ПОТЕРЬ

6.1 Потери в стали основные.

, (110)

где [ для стали 2013 по табл. 9.28]

; (111)

 кг;

; (112)

 кг;

;

;

 Вт.

6.2 Поверхностные потери в роторе.

, (113)

Где

; (114)

 Вт/м2;

; ; (115)

 Тл;

Для

;

;

 Вт.

6.3 Пульсационные потери в зубцах ротора.

, (116)

Где

; (117)

 Тл;

 Тл;  ;

; (118)

 кг;

;

;

 Вт.

6.4 Сумма добавочных потерь в стали

, (119)

где ;

 Вт.

6.5 Полные потери в стали

; (120)

 Вт.

6.6 Механические потери

; (121)

 Вт.

Страницы: 1, 2, 3