Розрахунок та проектування асинхронного двигуна - Курсовая работа

Асинхронні двигуни - найбільш розповсюджений вид електричних машин, які споживають біля 40% всієї виробленої електроенергії. Асинхронні двигуни широко використовуються в приводах метало оброблювальних, дерево оброблювальних та інших станків, ковальсько-пресових, ткацьких, швейних, вантажопідіймальних, землерийних машин, вентиляторів, насосів, компресорів, центрифуг, в ліфтах, в ручному електроінструменті, в побутових приборах, і т.д. Потреби народного господарства задовольняються головним чином двигунами основного виконання єдиних серій загального використання, тобто які використовуються для привода механізмів, які не висувають особі вимоги до пускових характеристик, ковзання, енергетичним показникам, шуму і т.п.Проектування асинхронних двигунів починається з визначення головних розмірів: внутрішнього діаметру та довжини осердя статора . Для визначення внутрішнього діаметру можна використати залежності , наведені у табл.9-3 [2]: , (1.1) де - зовнішній діаметр осердя статора (мм (табл.9-2) [2]). Для визначення довжини осердя статора - спочатку необхідно визначити розрахункову довжину осердя . Розрахункову потужність визначаємо з (1-11) [2]: , (1.3) де - коефіцієнт навантаження, знаходиться з рис.9-1 [2] (); коефіцієнт потужності при номінальному навантаженні, знаходиться з рис.9-3, а [2] ().IMG_e0cad5d3-001b-477c-bc77-296a7c3c0a26Осердя статора збирають з окремих відштампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, що мають ізоляційні покриття для зменшення втрат в сталі від вихрових струмів. Найчастіше використовують ізолювання листів оксидуванням (коефіцієнт заповнення сталі (2.1) залежить від обраної кількості пазів на полюс і фазу (рекомендоване значення Осердя ротора збирають з окремих відштампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, марки сталі та ізоляційні покриття такі ж, як у статорі. У короткозамкненому роторі використовують зачинені, напівзачинені та відкриті пази.IMG_e62ed673-ffee-4c8e-a3e8-934f8b135428 мм використовують, як правило, двошарові обмотки з мяких секцій і трапецеїдальні напівзакриті пази (рис.2.1). Обмотку статора виконують шестизонною; кожна зона дорівнює 60 електричним градусам. Двошарову обмотку виконують з діаметральним кроком по пазам Отже, тепер необхідно розрахувати розміри пазів статора. Рівень питомого теплового навантаження статора від втрат в обмотці в значній мірі визначає очікуване перевищення температури обмотки, цей рівень характеризується добутком лінійного навантаження на щільність струму в обмотціIMG_3c2b95bd-4d89-4b53-8d1d-e6e56cf2ceb4 мм їх виконують закритими (рис.1.3). Розрахункова висота спинки ротора, мм: IMG_52c5bc56-37ed-41a8-9fab-ba6694e4246c , (2.38) де IMG_24487f29-fd12-4d7d-b2a6-007044a2d5c3 розраховують, виходячи із середніх значень магнітної індукції в зубцях ротора Площа поперечного перетину стрижня, що дорівнює площі поперечного перетину паза у штампі, мм2. У даному асинхронному двигуні застосовують короткозамикаючі кільця для литої клітки (рис.1.4).В електричних машинах з симетричним магнітним колом (до них відносяться асинхронні двигуни) можна обмежитися розрахунком МРС на полюс. Магнітне коло асинхронного двигуна складається з наступних пяти однорідних ділянок, зєднаних послідовно: повітряний зазор між статором та ротором; зубці статора; зубці ротора; спинка статора; спинка ротора. При розрахунку магнітного навантаження кожної ділянки приймають, що магнітна індукція на ділянці розподілення рівномірно. Для кожної ділянки визначають його площу поперечного перетину, магнітну індукцію, напруженість поля, середню довжину шляху магнітного потоку, МРС ділянки, сумарну МРС. Коефіцієнт, враховуючий збільшення магнітного опору повітряного зазору внаслідок зубчатої будови статора: IMG_a40e7b22-c017-48bf-a68d-5c1727afbcc3 , (2.51)Визначення активних та індуктивних опорів статора та ротора - параметрів схеми заміщення асинхронної машини - необхідно для розрахунку режиму х.х., номінальних параметрів, робочих й пускових характеристик, а також побудови кругових діаграм. Коефіцієнти, що враховують скорочення кроку: IMG_5e6744b5-cb97-465b-9a03-ea07757d3252 , (2.75) Коефіцієнт, що враховує вплив відкриття пазів статора на провідність диференційного розсіювання: IMG_9069db6d-a6fa-42f5-8419-166bdb02e536 , (2.79) IMG_16c77402-6c0a-4e44-b986-6932298d9e8b - коефіцієнт, що враховує демпфіруючи реакцію струмів, наведених в обмотці короткозамкненого ротора вищими гармоніками поля статора ( коефіцієнт диференційного розсіяння статора, що дорівнює відношенню суми ЕРС, наведених вищими гармоніками поля статора, к ЕРС, наведеної першою гармонікою того же поля (Для режиму х.х. необхідно визначити струм і втрати, а також коефіцієнт потужності. Реактивна складова струму статора при синхронному обертанні, А: IMG_f7a3b793-5f2f-4591-9e6b-0bdeb9353d24 , (2.112) Електричні втрати в обмотці статора при синхронному обертанні, Вт: IMG_663f0203-59ec-4035-b9c8-9d5512a67b2c , (2.113) Сумарні магнітні втрати в осерді статора, що включає додаткові втрати у сталі, Вт: IMG

Зміст

Вступ

1. Вибір головних розмірів

2. Електромагнітний розрахунок

2.1 Осердя статора та ротора

2.2 Обмотка статора

2.3 Обмотка короткозамкненого ротора

2.4 Магнітне коло двигуна

2.5 Активні та індуктивні опори обмотки

2.6 Режими холостого ходу та номінальний

2.7 Максимальний момент. Початковий пусковий струм та початковий пусковий момент

3. Тепловий та вентиляційний розрахунок

4. Маса двигуна та динамічний момент інерції

5. Розрахунок надійності обмотки Висновки

Висновки

Перелік посилань

Перелік умовних позначень, одиниць, термінів та скорочень

А1 - лінійне навантаження обмотки статора та ротора, А/см;

а1 - кількість паралельних віток обмотки статора, шт.;

Вз1 - магнітна індукція в зубцях статора, Тл;

Вз2 - магнітна індукція в зубцях ротора, Тл;

Вс1 - магнітна індукція в спинці статора, Тл;

Вс2 - магнітна індукція в спинці ротора, Тл;

Bd - магнітна індукція в повітряному зазорі, Тл;

bз1 - ширина зубця в статорі, мм;

bз2 - ширина зубця в роторі, мм;

bл1 - ширина котушки в лобовій частині статора, мм;

bл2 - ширина котушки в лобовій частині ротора, мм;

bш1 - ширина шліца паза статора, мм;

bш2 - ширина шліца паза ротора, мм;

bи - одностороння товщина ізоляції за шириною, мм;

bcp1 - середня ширина секції обмотки статора, мм;

bcp2 - середня ширина секції обмотки ротора, мм;

с - кількість елементарних провідників в ефективному, шт.;

D1 - внутрішній діаметр серцевини статора, мм;

D2 - внутрішній діаметр серцевини ротора, мм;

DH1 - зовнішній діаметр серцевини статора, мм;

DH2 - зовнішній діаметр серцевини ротора, мм;

DK - середній діаметр короткозамкненого кільця ротора, мм;

d - діаметр неізольованого провідника, мм;

d’ - діаметр ізольованого провідника, мм;

E0 - ЕРС при холостому ході, В;

Fз1 - МРС на частині зубців статора, А;

Fз2 - МРС на частині зубців ротора, А;

Fc1 - МРС на частині спинці статора, А;

Fc2 - МРС на частині спинці ротора, А;

Fd - МРС на частині повітряного зазору, А;

Н - натиск вентилятора, Па;

Нз1 - напруженість магнітного поля в зубцях статора, А/см;

Нз2 - напруженість магнітного поля в зубцях ротора, А/см;

Нс1 - напруженість магнітного поля в спинці статора, А/см;

Нс2 - напруженість магнітного поля в спинці ротора, А/см;

h - висота осі обертання, мм;

hk - висота коротко замикаючого кільця, мм;

hл1 - висота котушки в лобовій частині статора, мм;

hл2 - висота котушки в лобовій частині ротора, мм;

hп1 - висота паза в штампі статора, мм;

hп2 - висота паза в штампі ротора, мм;

hc1 - висота спинки статора, мм;

hc2 - висота спинки ротора, мм;

hш1 - висота шліца паза статора, мм;

hш2 - висота шліца паза ротора, мм;

hи - товщина ізоляції за висотою, мм;

Ік - струм в короткозамкненому кільці ротора, А;

Іп - початковий пусковий струм, А;

Іст - струм стрижня короткозамкненого ротора, А;

І0 - струм холостого ходу, А;

Jk - щільність струму в короткозамкненому кільці ротора, А/мм2;

J1 - щільність струму статорі, А/мм2;

J2 - щільність струму роторі, А/мм2;

Jид- динамічний момент інерції ротора, А/мм2;

кз - коефіцієнт, враховуючий часткове проходження магнітного потоку через паз, в.о.;

кнас - коефіцієнт насиченості магнітного кола, в.о.;

коб1 - обмотковий коефіцієнт статора, в.о.;

коб2 - обмотковий коефіцієнт ротора, в.о.;

кп - коефіцієнт заповнення паза ізольованими провідниками, в.о.;

кс - коефіцієнт заповнення серцевини сталлю, в.о.;

кск - коефіцієнт скосу пазів, в.о.;

kd - коефіцієнт повітряного зазору, в.о.;

lв - довжина вильоту лобової частини обмотки, мм;

lk - довжина короткозамкненого кільця ротора, мм;

lct - довжина стрижня обмотки, мм;

lз1 - середня довжина шляху магнітного потоку в зубцях статора, мм;

lз2 - середня довжина шляху магнітного потоку в зубцях ротора, мм;

lc1 - середня довжина шляху магнітного потоку в спинці статора, мм;

lc2 - середня довжина шляху магнітного потоку в спинці ротора, мм;

lл - середня довжина однієї лобової частини секції обмотки, мм;

l1 - повна довжина осердя статора, мм;

l2 - повна довжина осердя ротора, мм;

l`1 - розрахункова довжина осердя статора, мм;

l`2 - розрахункова довжина осердя ротора, мм;

m1 - кількість фаз обмотки статора, шт.;

мал2 - маса алюмінію короткозамкненого ротора, кг;

мз1 - маса сталі зубців статора, кг;

мз2 - маса сталі зубців ротора, кг;

ммаш - маса машини, кг;

мм1 - маса міді обмотки статора, кг;

мм2 - маса міді обмотки ротора, кг;

мс - маса активної сталі сумарна, кг;

мс1 - маса сталі спинки статора, кг;

мс2 - маса сталі спинки ротора, кг;

Nп - кількість ефективних провідників в пазу, шт.;

n - частота обертання, об/хв;

Рал2 - втрати в алюмінію короткозамкненого ротора, Вт;

Рз1 - втрати в зубцях статора, Вт;

Рз2 - втрати в зубцях ротора, Вт;

Рмх - втрати механічні сумарні, Вт;

Рм1 - втрати в обмотці статора, Вт;

Рм2 - втрати в обмотці ротора, Вт;

Рс - втрати в сталі сумарні, Вт;

Рс1 - втрати в спинці статора, Вт;

Рс2 - втрати в спинці ротора, Вт;

P1 - потужність, яка підводиться до машини, Вт;

P2 - потужність корисна, Вт;

P`2 - потужність механічна ротора, Вт;

р - кількість пар полюсів;

q1 - кількість пазів на полюс та фазу в статорі, шт.;

q2 - кількість пазів на полюс та фазу в роторі, шт.;

rk - опір коротко замикаючих кілець, Ом;

r1 - опір фази обмотки статора, Ом;

r2 - опір фази обмотки короткозамкненого ротора, Ом;

r`2 - опір фази обмотки короткозамкненого ротора, зведене до обмотки статора, Ом;

s - ковзання асинхронного двигуна, в.о.;

skp - критичне ковзання асинхронного двигуна, в.о.;

t1 - зубцевий поділ статора, мм;

t2 - зубцевий поділ ротора, мм;

U - лінійна напруга, В;

U1 -напруга фази статора, В;

V - видаток охолоджуючого повітря, м3/с;

v2 - лінійна швидкість ротора, м/с;

z1 - кількість пазів в статорі, шт.;

z2 - кількість пазів в роторі, шт.;

t - перевищення температури обмоток, повітря та перепад температури в ізоляції, ЄС;

д1 - коефіцієнт провідності диференційного розсіяння статора, в.о.;

д2 - коефіцієнт провідності диференційного розсіяння ротора, в.о.;

кл - коефіцієнт провідності розсіяння коротко замикаючих кілець ротора, в.о.;

л1 - коефіцієнт провідності розсіяння лобових частин обмотки статора, в.о.;

п1 - коефіцієнт провідності розсіяння паза статора, в.о.;

п2 - коефіцієнт провідності розсіяння паза ротора, в.о.;

ск - коефіцієнт провідності розсіяння скосу пазів, в.о.;

1 - коефіцієнт провідності розсіяння обмотки статора, в.о.;

2 - коефіцієнт провідності розсіяння обмотки ротора, в.о.;

П - периметр поверхні охолодження, мм;

1 - коефіцієнт опору статора, в.о.;

1 - коефіцієнт розсіяння статора, в.о.;

Ф - магнітний потік в повітряному зазорі, Вб.