КурсоваяЭлМаш. Курсовой проект по дисциплине Электрические машины
 Скачать 132.4 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА» ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ Институт безотрывных форм обучения Кафедра автоматизированного электропривода и электротехники Курсовой проект по дисциплине «Электрические машины» на тему Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Санкт-Петербург 2019 Содержание. Введение. 3 Общие сведения о асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. 4 Исходные данные. 9 Расчет необходимых параметров. 10 Построение графиков. 15 Заключение. 17 Список литературы. 18 Введение. В данном курсовом проекте рассматривается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Необходимо произвести все требуемы расчеты и построить графики. Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов.используются в электроприводе (с регулированием скорости оборотов), транспортерах, в подъемных механизмах, вентиляторных установках, компрессорах, нагнетающих ( жидкостных) насосах, различных мешалках( бетон, тесто), шаровые мельницы, дробильные установки, пилорамы, привод станков. В данном курсовом проекте необходимо решить ряд следующих задач: - рассчитать параметры и характеристики устройства, номинальный ток, ток пусковой, номинальный момент, пусковой момент, максимальный момент и полные потери в двигателе при номинальной нагрузке. - дать ответ на поставленную задачу , что будет происходить при изменении входных характеристик. - построить график зависимости вращающего момента от скольжения и график зависимости частоты вращения от момента двигателя. 1.Общие сведения о асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель – это устройство, которое используется для преобразования энергии электричества в механическую. Работает от сети переменного тока. Главным отличием от синхронной машины является то, что у данного двигателя частота вращения статора больше, нежели частота ротора. Этот электродвигатель пользуется большой популярностью благодаря своей надежности и простоте в использовании. Трехфазный и однофазный двигатель состоит из статора и короткозамкнутого ротора.Статор состоит из отдельных цилиндрических листов стали и ротора. В пазах уложена обмотка, которая обустроена из обычного силового кабеля. Обмотка каждого паза находится по отношению к другому под углом 120 градусов, в разрезе становится видно, что во время работы пазы становятся звездой или треугольником. Ротор – это сердечник, который находится внутри статора. Он также собран из отдельных стальных листов, которые соединены между собой при помощи расплавленного алюминиевого сплава. Благодаря этому вся конструкция образовывает собой шпильки (стержни). Они в свою очередь соединяются короткими кольцами, крепящимися к торцам стержней. Такая беличья клетка может быть соединена также медными кольцами, но тогда двигатель используется при меньших напряжениях, чтобы не расплавить металл. Нужно отметить, что благодаря такой конструкции, обслуживание двигателя с асинхронным типом работы более простое, нежели синхронного. Из-за отсутствия щеток значительно продлевается эксплуатация прибора. Приборы бывают в закрытом и открытом исполнении. Взрывозащищенный прибор находится в специальном кожухе, он защищен от возгорания при нестабильной работе сети. Также зависимо от расположения ротора, устройства бывают следующего типа:горизонтального, вертикального. Достоинства: Доступностью. Сравнительно с синхронными машинами, асинхронные стоят гораздо меньше. Кроме того они очень распространены; Надежность. Помимо отсутствия щеток, которые перетираются значительно продлевает срок использования, устройство также поддается небольшим перегрузкам. Это необходимо, если двигатель используется на мощных производствах, где возможны перепады напряжения; Легкость в использовании. Пуск выполняется простыми интуитивно понятными действиями. Для включения используется простая схема; Высокие показатели КПД, сравнительно с синхронными машинами. При этом у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором есть недостатки: Высокие показатели пускового тока при номинальной скорости. При первом запуске возможны сильные перегрузки электрической сети; Низкий уровень защиты. Несмотря на защищенное исполнение обмоток, моторы такого типа подвержены поломкам. В частности, часто сгорает обмотка при постоянных перепадах напряжения; Слишком низкий коэффициент скольжения. Схема пуска трехфазного асинхронного двигателя.  В момент, когда электрическая энергия подается на статор, каждая фаза начинает излучать определенное магнитное поле. Каждое из них повернуто по отношению к другому на 120 градусов. Благодаря этому общий поток магнитного поля становится вращающимся. Эти магнитные потоки в статоре создают электромагнитную индукцию. Из-за того, что обмотка ротора короткозамкнута, в ней возникает определенная сила тока. Этот ток взаимодействует с магнитным полем и возникает пусковая реакция. В момент максимальной скорости вращения, ротор сначала приостанавливается, производя тормозной момент, а после начинает вращаться. Далее, возникает пусковое скольжение. Это механическая величина, которая определяет соотношение частоты магнитного поля статора и частоту вращения ротора. Измеряется она в процентах. Это очень важный показатель, т. к. по его размеру можно определить разность вращения ротора и статора, а, следовательно, и работу двигателя. На начальном этапе работы скольжение равняется нолю, но после уменьшения электромагнитной индукции оно уменьшается или увеличивается в зависимости от типа работы. Например, на холостом ходу показатель уменьшается, в то время как на максимальной скорости скольжение увеличивается. Максимальное скольжение называется критическим. После того, как прибор начинает вращаться с максимальной скоростью, нужно следить за показателем скольжения. Иначе при превышении заданного уровня нарушается стабильность работы. Это влечет за собой не только поломку отдельных деталей устройства, в частности, стальных пластин, перегруженных от трения, но и полную поломку двигателя. Расчет производится посредством формулы: S = ((n1 – n2) / n1) * 100 % Где n1 – вращение поля статора, а n2 – вращение ротора. При неисправности асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором падают его технические характеристики, как результат, он останавливается. Средним уровнем скольжения считаются показатели от 1 до 8 процентов. В некоторых типах допускается небольшое отклонение от этой нормы. Исходя из этого, электрические асинхронные модели работают благодаря взаимодействию магнитных полей статора с токами, которые возникают в обмотках ротора. 2. Исходные данные. Контрольная работа №2, задача 2, вариант 3. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, номинальная мощность которого 𝑃н, включен в сеть под номинальное напряжение 𝑈н с частотой 𝑓 = 50 Гц. Определить: номинальный 𝐼н и пусковой 𝐼п токи, номинальный 𝑀н, пусковой 𝑀п при 𝑆 = 1 и максимальный 𝑀к моменты, полные потери в двигателе при номинальной нагрузке Δ 𝑃н. Построить механическую характеристику двигателя n = 𝑓(𝑀) . Как изменится пусковой момент двигателя при снижении напряжения на его зажимах на 15% и возможен ли пуск двигателя при этих условиях с номинальной нагрузкой? Дано: Номинальное напряжение 𝑈н=220В. Номинальная мощность 𝑃н=13кВт. Номинальное скольжение 𝑆н=3% Номинальный коэффициент полезного действия 𝜂н=89,0% Номинальный коэффициент мощности cos 𝜑н=0.91 Число пар полюсов p (число пар полюсов) = 1 Кратность максимального момента 𝑀к⁄𝑀н = λ=2,2 Кратность пускового тока 𝐼п/𝐼н= 7,0 Линейная частота 𝑓 = 50 Гц Найти – 𝐼н, 𝐼п, 𝑀н, 𝑀п, 𝑀к, Δ 𝑃н. 3.Расчет необходимых параметров. Находим потребляемую мощность из сети.  Определяем номинальный ток  И пусковой ток  Синхронная частота вращения магнитного поля  Номинальная частота вращения ротора  0,03) = 2910 об/мин.Номинальный момент  Пусковой момент  Максимальный момент  94,9HмОпределяем величину скольжения, при которой момент наибольший.  - Критическое скольжение, при котором двигатель развивает максимальный момент.  0,0012Из двух полученных значений по условию устойчивой работы двигателя  выбираем  Определим пусковой момент двигателя ( при S=1)  Полные потери в двигателе при номинальной нагрузке:  Определяем изменение пускового момента при снижении напряжения на 15%:   При снижении напряжения на 15%, пусковой момент двигателя больше номинального. Поэтому пуск двигателя в этих условиях возможен. Механические характеристики асинхронного двигателя. Задаваясь скольжением S от 0 до 1, рассчитаем вращающий момент и частоту вращения двигателя. Определим пусковой момент двигателя (при S=0,9)  Момент двигателя (при S=0,8)  Момент двигателя (при S=0,7)  Момент двигателя (при S=0,6)  Момент двигателя (при S=0,5)  Момент двигателя (при S=0,4)  Момент двигателя (при S=0,3)  Момент двигателя (при S=0,2)  Момент двигателя (при S=0,1)  Момент двигателя (при S=0,11)  Момент двигателя (при S=0,03)  Момент двигателя (при S=0)  Определим частоту вращения при разных значениях скольжения: Частота вращения (при S=1) N=3000(1- S) = 3000(1-1) = 0 об/мин. Частота вращения (при S=0,9) N=3000(1- S) = 3000(1-0,9) = 300 об/мин. Частота вращения (при S=0.8) N=3000(1- S) = 3000(1-0,8) = 600 об/мин. Частота вращения (при S=0,7) N=3000(1- S) = 3000(1-0,7) = 900 об/мин. Частота вращения (при S=0,6) N=3000(1- S) = 3000(1-0,6) = 1200 об/мин. Частота вращения (при S=0,5) N=3000(1- S) = 3000(1-0,5) = 1500 об/мин. Частота вращения (при S=0,4) N=3000(1- S) = 3000(1-0,4) = 1800 об/мин. Частота вращения (при S=0,3) N=3000(1- S) = 3000(1-0,3) = 2100 об/мин. Частота вращения (при S=0,2) N=3000(1- S) = 3000(1-0,2) = 2400 об/мин. Частота вращения (при S=0,1) N=3000(1- S) = 3000(1-0,1) = 2700 об/мин. Частота вращения при S=0.11) N=3000(1- S) = 3000(1-0,11) = 2670 об/мин. Частота вращения (при S=0.03) N=3000(1- S) = 3000(1-0,03) = 2910 об/мин. Частота вращения (при S=0) N=3000(1- S) = 3000(1-0) = 3000 об/мин. Результаты всех расчетов приведены в таблице:
Графики механических характеристик двигателя. По полученным данным строим механические характеристики двигателя. График зависимости вращающего момента от скольжения.  В точке (0,5 : 43,1) работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку (0,03 : 44,7) . Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть - областью неустойчивой работы. Точка (0,1 : 93,5) , соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы. График зависимости частоты вращения от момента двигателя.  На данном графике видим, что при оборотах свыше 2700 об/мин соответствует устойчивой работе двигателя, а при оборотах от 0 до 2700двигатель находится в состоянии неустойчивой работы. При оборотах 3000, эта точка соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n=n0. При 2910 об/мин точка соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты Mн и nн. Точка перехода графика при 2700 об/мин соответствует критическому моменту Mкр и критической частоте вращения nкр. Точка при значении момента 13,2 соответствует пусковому моменту двигателя Mпуск. Заключение. В данном курсовом проекте были рассчитаны показатели асинхронного электродвигатель с короткозамкнутым ротором при различных значениях скольжения. Так же на основании расчетов были построены графики зависимости вращающего момента от скольжения и график зависимости частоты вращения от момента двигателя. Что позволяет нам наглядно видеть изменение режимов работы электродвигателя. Произведенная работа является очень актуальной в настоящее время, так как этот тип двигателя самый распростроненный в наше время, он используется в электроприводе большинства механизмов. Используются в электроприводе транспортеров, в подъемных механизмов, вентиляторных установках, компрессорах, нагнетающих насосах, в различных мешалках , дробильнх установках, а так же в приводе станков. Список литературы. 1. Копылов И.П. Проектирование электрических машин: В 2 т. / Под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатомиздат, 1993. 2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справ./ А.Э. Кравчик и др. – М.: Энергоиздат, 1982. – 504 с. 3. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. / Под общ. Ред. И.П. Копылова, И.Б. Клокова. М.: Энергоатомиздат, 1988. 4. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. Matlab 6.0 – Санкт-Петергбург: Корона принт, 2001.-320 с. 5. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 2001.-704 с. 6. Копылов И.П. Электрические машины. – М.: Высш. шк., 2000.-607 с. 7. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. – М.: Энергоатомиздат, 1986.-464 с.\ 8. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М. Транспорт, 1999. – 464 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
