Определение главных размеров асинхронного электродвигателя. Тип и число витков обмотки. Размеры паза статора и проводников его обмотки. Расчёт обмотки, паза и ярма ротора. Параметры двигателя для рабочего режима. Определение пусковых характеристик.
Аннотация к работе
Проектирование электрической машины состоит из расчета и конструирования. Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой где Qпр = площадь поперечного сечения прокладки между верхней и нижними катушками, на дне паза и под клин. Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора Коэффициент магнитной проводимости рассеяния пазов ротора где ? - коэффициент, учитывающий уменьшения проводимости пазового рассеяния при вытеснении тока. Индуктивное сопротивление рассеяния ротора, приведенное к обмотке статораВ данном курсовом проекте мной был рассчитан трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А160МЧУ3 закрытого исполнения со степенью защиты IP44. Анализ данных, полученных в ходе расчета, с данными справочника «Асинхронные двигатели серии 4А» показывает, что в конструктивном исполнении двигатель рассчитан правильно, так как все основные размеры статора и ротора сходятся или почти сходятся.
Введение
Целью курсового проектирования является расширение и закрепление знаний по курсу «Электрические машины», Овладение современными методами расчета и конструирования электрических машин, приобретение навыков пользования справочной литературой и т.п.
Проектирование электрической машины состоит из расчета и конструирования. Обычно делается расчет нескольких вариантов, но изза ограниченности времени достаточно рассчитать один вариант, базируясь на данных каталога единой серии асинхронных двигателей. При выполнении курсового проекта необходимо выполнить следующие расчеты: - определение главных размеров машин;
- расчет обмотки, паза и ярма статора;
- расчет обмотки, паза и ярма ротора;
- расчет магнитной цепи электродвигателя;
- определение параметров двигателя для рабочего режима;
- расчет потерь мощности электродвигателя;
- определение рабочих характеристик электродвигателя;
- определение пусковых характеристик электродвигателя;
- тепловой расчет.
Заключительным этапом проектирования является разработка конструкции двигателя, которая включается в виде сборочного чертежа в двух проекциях с продольным и поперечным разрезом.
1.
Определение главных размеров электродвигателя
Исходные данные: - полезная мощность на валу P2=8,5 КВТ
- число полюсов 2р=2
- номинальное напряжение U1=380/660 В
- высота оси вращения h=160 мм
- степень защиты IP44 (закрытое исполнение)
Расчет главных размеров.
1. Коэффициент полезного действия по табл. 2-1 [1] ?н=0,895.
2. Коэффициент мощности по табл. 2-1 [1] cos?н=0,88
2. Подводимая мощность
4. Наружный диаметр сердечника по табл. 6-1 [1] DH1=272 мм.
5. Внутренний диаметр сердечника статора по табл. 6-1 [1] D1=182 мм.
15. Число пазов статора z1=48 и ротора z2=38 по табл.6-1 [1].
2. Расчет обмотки, паза и ярма статора
2.1 Тип и число витков обмотки
1. Тип обмотки - однослойная вразвалку по табл. 6-1 [1].
2. Форма пазов статора - трапециидальная полузакрытая.
3. Число пазов на полюс и фазу q1=4
4. Шаг обмотки по пазам по табл. 6-1 [1]
5. Укорочение шага
6. Коэффициент распределения
7. Коэффициент укорочения
Ку = sin(?•90) = sin(1•90) = 1
8. Обмоточный коэффициент
Ко1 = Ку1 • Кр1 = 0.818•0.958 = 0.958
9. Магнитная индукция в воздушном зазоре по табл. 6-1 [1] B?=0.69 Тл
10. Магнитный поток в воздушном зазоре где l1n = 180 мм.
11. Коэффициент падения напряжения в обмотке статоре рис. 2 [2]
КЕ = 0.985
12. Число витков в обмотке фазы
13. Число эффективных проводников в пазу где а1 = 1 - число параллельных ветвей обмотки фазы
14. Принятое число эффективных проводников в пазу Sn = 19
15. Уточненное число витков обмотки фазы
16.
Эффективное число витков обмотки фазы статора
Wэф = W1 • Ko1 = 152 • 0,958 = 145
17. Принятая длина сердечника статора по табл. 6-1 [1] l1 = 180 мм.
18. Номинальный фазный ток
19. Линейная нагрузка статора
20. Эффективная длина сердечника lэф1 = l1n • Kc = 180 • 0.95 = 180 мм.
21. Предварительное значение магнитной индукции в спинке статора по табл. 5 [2] Вс1 = 1.6 Тл
22. Расчетная высота спинки статора
23. Высота паза статора
24. Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора
2.2 Размеры паза статора и проводников обмотки статора
1. Предварительное значение магнитной индукции в расчетном сечении зуба по табл. 6 [2] Bz1 = 1.95 Тл.
2. Ширина зуба с равновеликим сечением
3. Большая ширина паза
4. Ширина шлица паза по табл. 6-1 [1] вш1 = 2 мм
5. Высота шлица паза по табл. 6-1 [1] hш1 = 0,5мм
6. Меньшая ширина паза
7. Площадь поперечного сечения паза в штампе
8. Площадь поперечного сечения паза в свету вс = 0.4 мм - припуск на сборку сердечников по ширине паза (табл. 7 [2]); hc = 0.4 мм - припуск на сборку сердечников по высоте паза (табл. 7 [2]).
9. Площадь поперечного сечения корпусной изоляции ви = 0.4 мм - односторонняя толщина корпусной изоляции (табл. 8 [2]).
10. Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой где Qпр = площадь поперечного сечения прокладки между верхней и нижними катушками, на дне паза и под клин.
11. Максимально допустимый диаметр изолированного провода где Кп = 0.75 - коэффициент заполнения паза изолированными проводниками
Sп = 19 - число эффективных проводников в пазу по табл. 6-1 [1]
12. Число элементарных проводников в одном эффективном по табл. 6-1 [1] m = 3.
13. Диаметр голого провода (табл. 6-1 [1]) d = 1.18 мм
17. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора. Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в О.Е.
19. Активное сопротивление стержня клетки
20. Сопротивление короткозамыкающих колец, приведенное к току стержня где Кпр2 - коэффициент приведения тока кольца к току стержня: 21. Коэффициент скоса пазов ротора
Принимаем Кск=1, т.к. пазы ротора закрытые.
22. Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора
23. Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора
7. Суммарные потери в сердечнике статора при холостом ходу, включая добавочные потери
1. Механические потери где Кмх = 7 - коэффициент механических потерь
9. Активная составляющая тока холостого хода
10. Ток холостого хода асинхронный электродвигатель статор ротор
11. Коэффициент мощности при холостом ходе
7.
Произведем расчет рабочих характеристик машины при помощи программы для расчета рабочих характеристик асинхронного двигателя (Ad3), разработанную Соломенником А.П. под руководством Тодарева В.В.
8. Определение пусковых характеристик электродвигателя
8.1 Расчет начального пускового тока и момента
1. Приведенная высота проводника где S = 1 hc = hn2 - hш2 = 34 - 1 = 33 мм
2. Расчетная глубина проникновения тока в стержень где ? = 2.074- рис.21 [3].
3. Ширина стержня на расчетной глубине проникновения тока
4. Площадь поперечного сечения стержня при расчетной глубине проникновения тока
5. Коэффициент вытеснения тока
6. Активное сопротивление стержня клетки
7. Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора
8. Коэффициент проводимости рассеяния пазов ротора с учетом вытеснения тока где ? = 0.95 - коэффициент, учитывающий уменьшение проводимости пазового рассеяния при вытеснении тока (рис. 21 [3])
10. Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом вытеснения тока
11. Приведенное индуктивное сопротивление ротора
12. параметры схемы замещения
13. Приведенное активное сопротивление короткого замыкания
14. Приведенное индуктивное сопротивление короткого замыкания
15. Приведенное полное сопротивление короткого замыкания
16. Составляющая коэффициента пазовой проводимости статора зависящая от насыщения где K?` = 1
17. Составляющая коэффициента проводимости статора, зависящая от насыщения
18. Составляющая коэффициента пазовой проводимости ротора, зависящая от насыщения
19. Составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора, зависящие от насыщения
20. Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, зависящее от насыщения
21. Индуктивное сопротивление рассеяния двигателя, не зависящее от насыщения
22. Расчетный ток ротора при пуске
23. Расчетные параметры схемы замещения при пуске с учетом вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния: полное сопротивление индуктивное сопротивление
24. Активная составляющая тока статора при спуске
25. Реактивная составляющая тока статора при пуске
26. Фазный ток статора при пуске
27. Кратность пускового тока
28. Кратность пускового момента
8.2 Расчет максимального момента
29. Индуктивное сопротивление, зависящее от насыщения x- = 6.889Ом
30. Индуктивное сопротивление, не зависящее от насыщения
31. Расчетный ток ротора при M=Mmax с учетом насыщения
32. Сопротивление схемы замещения при максимальном моменте
33. Активная составляющая тока статора
34. Реактивная составляющая тока статора
35. Ток фазы статора при M = Mmax
36. Кратность максимального момента
37. Критическое скольжение
Рис. 1. Пусковые характеристики двигателя.
9. Тепловой расчет
1. Превышение температуры сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя где K = 0.2 - коэффициент, учитывающий долю потерь в сердечнике статора, передаваемых воздуху двигателей (табл.17 [2]).
К? = 1.15 - коэффициент для приведения потерь в меди при расчетной температуре к максимально допустимой температуре при изоляции класса В;
?1 = 12,5 • 10-5 Вт/(мм2 • °С) - коэффициент теплопроводности с поверхности сердечника статора (рис. 4 [2]);
3. Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора где ?экв = 16 • 10-5 - эквивалентная удельная теплопроводность ?экв’ = 14 • 10-4 - эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки из круглого провода (рис. 13 [2]). вu1 = 0.4 мм - односторонняя толщина изоляции в пазу статора (табл. 8 [2]).
4. Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя
5. Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки статора
6. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя
7. Сумма потерь при предельно допускаемой температуре, передаваемых воздуху внутри двигателя
Рдоб = 0.005 • Р1 = 0.005 • 65695 = 117.445Вт
Рэ2 = 3•(I’2)2•R’2=3•0.082•48.2462=297.048Вт
8. Условная поверхность охлаждения двигателя где hp• np = 300 мм - число и высота ребер (рис. 15 [2])
9. Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой охлаждающей среды где ?в = 2.2• 10-5 Вт/(°С • мм2) - коэффициент подогрева воздуха (рис. 16 [2])
10. Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды
??1 = ??1` ??В = 19.764 58.15 = 71.896град.
Вывод
В данном курсовом проекте мной был рассчитан трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором серии 4А160МЧУ3 закрытого исполнения со степенью защиты IP44. Анализ данных, полученных в ходе расчета, с данными справочника «Асинхронные двигатели серии 4А» показывает, что в конструктивном исполнении двигатель рассчитан правильно, так как все основные размеры статора и ротора сходятся или почти сходятся. Однако, сравнение рабочих и пусковых характеристик с характеристиками двигателя, приведенными в справочнике, говорит о том, что рассчитанный двигатель в этом отношении несколько отличается. Данное отклонение в расчете пусковых и рабочих параметров электродвигателя можно отнести на счет погрешности в инженерных расчетах.
Главной задачей курсовой работы является ознакомление с принципами работы и расчет асинхронного двигателя. В настоящей курсовой работе эта цель выполнена.
Список литературы
1. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник. М. Энергоиздат, 1982.
2. Методическое указание №2102 к курсовому проектированию по курсу "Электрические машины"
3. Проектирование электрических машин под ред.И. П. Копылова М. "Энергия". 1980.