кусрач. Курсовой проект По электрическим машинам Хтема Алексей Проверил Дарий Иван Оценка Бэлць,2020 Введение
![]()
|
Министерство Образования, Культуры и Исследований Республики Молдова Бельцкий Политехнический Колледж Курсовой проект По электрическим машинам Выполнил: Хтема Алексей Проверил: Дарий Иван Оценка…………………… Бэлць,2020 Введение Электротехническая промышленность, несмотря на все трудности послеперестроечного периода, остается ведущей отраслью промышленности. Электрические машины используются во всех промышленных, сельскохозяйственных, военных и бытовых установках. Поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей. Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важное значение для экономики нашей страны. Проектирование электрических машин это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умение применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину. При создании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при ее изготовлении трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе. При проектировании электрических машин необходимо учитывать соответствие их технико-экономических показателей современному уровню при соблюдении требований государственных и отраслевых стандартов, а также назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных материалов, КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную чистоту. Расчет и конструирование электрических машин неотделимы от технологии их изготовления. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоемкости изготовления электрических машин. Электрические машины массового производства выпускают едиными сериями. Только асинхронных двигателей единых серий изготовляют несколько миллионов штук в год. 5 Серии электрических машин сменялись в течение 7—12 лет. Проектирование новых серии — ответственная задача, решаемая с учетом новейших мировых достижений ведущих электротехнических фирм. Это накладывает особые требования на проектирование базовых машин серий и их модификаций. При проектировании необходимо учитывать возможные изменения стоимости материалов и электроэнергии, спрос на международном рынке, затраты на технологическое оборудование и другие факторы. Если раньше на одном заводе выпускались машины двух-трех высот оси вращения и была высокая автоматизация производства, то в последние годы электромашиностроительные заводы нашей страны освоили широкую номенклатуру машин и принимают заказы практически на любые машины, соответствующие возможностям производства. Все это потребовало новых подходов к проектированию электрических машин — значительно сократить сроки предпроизводственной подготовки и несколько изменить технологию. Критерий оптимизации электрических машин определяется, как правило, минимумом суммарных затрат, т.е. минимумом стоимости материалов, затрат на изготовление и эксплуатацию. Стоимость эксплуатации зависит от КПД, коэффициента мощности, качества машины, ремонтоспособности и ряда других факторов. При проектировании индивидуальной машины или небольшой серии критерий оптимизации согласовывается с заказчиком. Выбрать оптимальный вариант производства электрической машины можно, сопоставив многие варианты расчета, поэтому без вычислительных машин не обходится ни один серьезный расчет электрических машин. В настоящее время ЭВМ применяют для выполнения полного оптимизационного расчета электрической машины, ведутся работы по созданию системы автоматизированного проектирования электрических машин, которая должна не только выполнять расчет машины, но и выдавать рабочие чертежи. Предполагается, что в будущем автоматизированные системы проектирования будут выполнять работу от приема заказа на проектирование до испытания без ее изготовления (прогнозирование геометрии, надежности и характеристик). Сопоставление программ расчетов, накопление банков данных, решение вопросов создания автоматизированной системы проектирования электрических машин — одни из трудных и важных задач электротехнической науки. Но прежде чем заниматься этими вопросами, необходимо научиться проектировать машину. 1. Главные размеры двигателя 1.1 Наружный и внутренний диаметры сердечника статора. По табл. 5.4 при h=200мм, 2р=4 и исполнении по способу защиты IP44-принимаем ![]() ![]() 1.2 Предварительные значения КПД (рис. 5.1) и коэффициента мощности (рис 5.1) ![]() 1.3 Расчётная мощность (5.2) ![]() 1.4 Предварительные значения максимальной магнитной индукции в воздушном зазоре и линейной нагрузки (рис. 5.2) при ![]() ![]() 1.5 Предварительное значение обмоточного коэффициента: принимаем обмотку статора однослойной (табл. 5.9), тогда ![]() 1.6 Расчётная длина сердечника статора (5.4) ![]() ![]() 1.7 Коэффициент длины (5.5) ![]() ![]() 2. Размеры активной части двигателя 2.1 Воздушный зазор (рис 5.5) при h=200 мм принимаем ![]() 2.2 Наружный диаметр сердечника ротора ![]() 2.3 Внутренний диаметр сердечника ротора ![]() 2.4 Конструктивная длина сердечника статора ![]() 2.5 Число пазов на статоре и роторе (табл. 5.8) ![]() На роторе применяем скос пазов на одно зубцовое деление 2.6 Форма пазов на статоре (табл. 5.9): трапециидальные полузакрытые (рис. 5.6, а). Форма пазов на роторре (табл. 5.10): овальные закрытые (рис. 5.7,б). 2.7 Размеры полузакрытого паза статора: Зубцовое деление статора (5.10) ![]() Ширина зубца статора (5.9) ![]() Где ![]() Высота спинки статора (5.12) ![]() Где ![]() ![]() Высота зубца статора (5.11) ![]() Наименьшая ширина паза в штампе (5.13) ![]() Где ![]() Наибольшая ширина паза в штампе (5.15) ![]() Где ![]() Принимаем ширину шлица ![]() Высота клиновой части паза (5.17) ![]() ![]() Высота паза, занимаемая обмоткой (рис 5.6, а), ![]() 2.8 Размеры закрытого овального паза ротора: Зубцовое деление ротора (5.25) ![]() Ширина зубца ротора (5.24) ![]() Где ![]() Высота спинки ротора (5.27) ![]() Где ![]() Высота зубца ротора (5.26) ![]() Диаметр в верхней части паза ротора (5ю28) ![]() Где высота мостика ![]() Диаметр в нижней части паза (5.29) ![]() Расстояние между центрами окружностей овального паза ротора (5.30) ![]() Площадь овального паза в штампе (5.32) ![]() 3. Обмотка статора 3.1 Тип обмотки статора (табл. 4.9) – однослойная всыпная, число параллельных ветвей ![]() 3.2 Число пазов на полюс и фазу (5.40) ![]() Обмоточный коэффициент (5.42) (таб. 5.16) ![]() 3.3 Шаг по пазам у=9; 11 пазов. 3.4 Ток статора в номинальном режиме работы двигателя (5.47) ![]() 3.5 Число эффективных проводников в пазу статора (5.46) ![]() 3.6. Число последовательных витков в обмотке фазы статора (5.48) ![]() 3.7. Плотность тока в обмотке статора принимаем по рис. 5.11 ![]() 3.8. Сечение эффективного проводника обмотки статора (5.49) ![]() По табл. П.1.1 принимаем провод с сечением ![]() ![]() ![]() 3.9. Толщина изоляции для полузакрытого паза при однослойной обмотке и классе нагревостойкости F (см. табл. 5.12): по высоте ![]() ![]() 3.10. Площадь изоляции в пазу (см. табл. 5.12) ![]() 3.11. Площадь паза в свету, занимаемая обмоткой (5.52), ![]() 3.12. Коэффициент заполнения паза статора изолированными проводниками (5.51) ![]() 3.13. Уточненное значение плотности тока в обмотке статора (5.55) ![]() 3.14. Уточненные значения электромагнитных нагрузок (5.56) и (5.57) ![]() ![]() где ![]() ![]() 3.15. Размеры катушек статора: среднее зубцовое деление (5.59) ![]() средняя ширина катушки (5.60) ![]() 3.16. Средняя длина лобовой части катушки (5.61) ![]() 3.17. Средняя длина витка обмотки статора (5.62) ![]() 3.18. Длина вылета лобовой части обмотки(5.64) ![]() 3.19. Активное сопротивление одной фазы обмотки статора, приведенное к рабочей температуре (5.67), ![]() 3.20. Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния (5.69) ![]() где ![]() ![]() ![]() 3.21. Коэффициент воздушного зазора (5.74) и (5.75) ![]() 3.22. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (5.72) ![]() где при ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3.23. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния лобовых частей обмотки статора (5.77) ![]() 3.24. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки статора (5.78) ![]() 3.25. Индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы обмотки статора (5.79) ![]() 4. Обмотка короткозамкнутого ротора (см. & 5.5) 4.1 Рабочий ток в стержне ротора (5.82) ![]() 4.2 Плотность тока в стержне ротора (5.83) ![]() ![]() 4.3 Размеры короткозамыкающего кольца (рис. 5.14): Поперечное сечение (5.84) ![]() Высота кольца (5.85) ![]() Длина кольца (5.86) ![]() Средний диаметр кольца (5.87) ![]() 4.4 Активное сопротивление стержня клетки (5.88): Расчётная глубина проникновения тока в стержень (5.90) (рис. 5.15) ![]() Для определения ![]() ![]() ![]() По рис 5.16 ![]() ![]() Ширина стержня на расчётной глубине проникновения тока (5.92) ![]() Площадь сечения стержня при расчётной глубине проникновения тока (5.93) ![]() Коэффициент ![]() Активное сопротивление стержня в рабочем режиме ( ![]() ![]() ![]() Активное сопротивление стержня клетки при s=1 с учётом вытеснения тока ![]() 4.5 Активное сопротивление короткозамыкающих колец (5.94) ![]() 4.6 Активное сопротивление колец ротора, приведённое к току стержня (5.95), ![]() Где ![]() ![]() 4.7. Центральный угол скоса пазов (5.98) ![]() где ![]() 4.8. Коэффициент скоса пазов (табл. 5.20) ![]() 4.9. Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора (5.101) ![]() 4.10. Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора (5.99): в рабочем режиме ![]() в начальный момент пуска с учетом вытеснения тока ![]() 4.11. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния пазов ротора (5.103): в номинальном режиме ![]() где ![]() ![]() ![]() в начальный момент пуска с учетом вытеснения тока [ ![]() ![]() ![]() 4.12. Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния (5.105) ![]() где ![]() ![]() 4.13. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния короткозамыкающих колец клетки ротора (5.107) ![]() 4.14. Коэффициент магнитной проводимости рассеяния скоса пазов ротора (5.108) ![]() где принимаем ![]() 4.15 Коэффициент магнитной проводимости рассеяния обмотки ротора (5.109) ![]() В номинальном режиме ![]() В начальный момент ![]() 4.16 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора (5.110): В номинальном режиме ![]() В начальный момент пуска ![]() 4.17 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведённое к обмотке статора (5.110а): В номинальном режиме ![]() В начальный момент пуска ![]() 5. Магнитная цепь (5.7) Сердечники статора и ротора выполняем из листовой электротехнической стали марки 2013 толщиной 0.5 мм. 5.1 Магнитное напряжение воздушного зазора (5.151) ![]() 5.2 Магнитная индукция в зубце статора (5.153) ![]() 5.3 Напряжённость магнитного поля в зубце статора ![]() ![]() ![]() Где ![]() По рис. П.2.1 при ![]() 5.4 Магнитное напряжение зубцового слоя статора (5.156) ![]() 5.5 Магнитная индукция в зубце ротора (5.169) ![]() 5.6 Напряжённость поля в зубце ротора: так как ![]() ![]() 5.7 Магнитное напряжение зубцового слоя ротора (5.172) ![]() 5.8. Коэффициент насыщения зубцового слоя статора и ротора (5.188) ![]() 5.9. Магнитная индукция в спинке статора (5.189) ![]() 5.10. Напряженность магнитного поля в спинке статора по таблице намагничивания спинки асинхронных двигателей для стали марки 2013 (см. табл. П.2.2) ![]() 5.11. Длина средней силовой линии в спинке статора (5.191) ![]() 5.12. Магнитное напряжение в спинке статора (5.190) ![]() 5.13. Магнитная индукция в спинке ротора (5.189) ![]() 5.14. Напряженность магнитного поля в спинке ротора по таблице намагничивания для спинки асинхронных двигателей (см. табл. П.2.2) ![]() 5.15. Длина средней силовой линии в спинке ротора (5.193) ![]() 5.16. Магнитное напряжение в спинке ротора (5.192) ![]() 5.17. Суммарная МДС на пару полюсов (5.151) ![]() 5.18. Коэффициент насыщения магнитной цепи двигателя (5.195) ![]() 5.19. Намагничивающий ток статора (5.196) ![]() 5.20. Главное индуктивное сопротивление обмотки статора (5.199) ![]() 5.21. Коэффициент магнитного рассеяния (5.198) ![]() так как ![]() ![]() 6. Потери и КПД (см. & 6.1) 6.1. Основные магнитные потери в спинке статора (6.5) ![]() где ![]() ![]() 6.2 Основные магнитные потери в зубцах статора (6.6) ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() 6.3 Основные магнитные потери (6.7) ![]() 6.4 Электрические потери в обмотке статора (6.8) ![]() 6.5 Электрические потери в обмотке ротора (6.9) ![]() Где ![]() 6.6 Механические потери (6.13) ![]() Так как 2р=4, то k=1. 6.7 Добавочные потери (6.19) при номинальной нагрузке двигателя ![]() 6.8 Суммарные потери (6.22) ![]() 6.9 Подводимая к двигателю мощность (6.23) ![]() 6.10 КПД двигателя (6.21) ![]() 7. Рабочие характеристики 7.1 Расчётное сопротивление (6.69) ![]() 7.2 Полная механическая мощность (6.70) ![]() 7.3 Величина А (6.67) ![]() 7.4. Величина B (6.68) B = 2A + ![]() 7.5 Скольжение (6.66) ![]() где ![]() 7.6 Эквивалентные сопротивления рабочей цепи схемы замещения: активное (6.72) ![]() индуктивное (6.73) ![]() полное (6.71) ![]() 7.7 Коэффициент мощности в рабочей цепи схемы замещения (6.76) ![]() 7.8 Ток в рабочей цепи схемы замещения: полный (6.75) ![]() активная составляющая тока (6.77) ![]() реактивная составляющая тока (6.78) ![]() 7.9 Ток статора: активная составляющая (6.79) ![]() реактивная составляющая (6.80) ![]() полный ток (6.83) ![]() 7.10. Коэффициент мощности (6.84) ![]() 7.11. Потребляемая двигателем мощность (6.85) ![]() 7.12. Электромагнитная мощность (6.11) ![]() 7.13. Частота вращения ротора (6.86) ![]() 7.14 Электромагнитный момент (6.87) ![]() 7.15 КПД двигателя ![]() 7.16 Критическое скольжение (6.89) ![]() 7.17 Перегрузочная способность двигателя (6.88) ![]() Где ![]() 8. Пусковые параметры двигателя 8.1 Активное сопротивление короткого замыкания при s=1 (6.46) ![]() ![]() 8.2 Составляющая коэффициента пазового рассеяния статора, зависящая от насыщения (6.47), ![]() 8.3 Переменная составляющая коэффициента проводимости рассеяния статора (6.50) ![]() ![]() 8.4 Составляющая коэффициента пазового рассеяния ротора, зависящая от насыщения (6.52), ![]() 8.5 Переменная составляющая коэффициента проводимости рассеяния ротора (6.54) ![]() ![]() 8.6 Переменная составляющая индуктивного сопротивления короткого замыкания (6.55) ![]() ![]()
9.3 Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя (6.97) ![]() 9.4 Перепад температуры в изоляции лобовой части обмотки статора (6.98). Так как лобовая часть обмотки статора не имеет дополнительной изоляции, то первое слагаемое в скобках выражения (6.98) равно нулю: ![]() ![]() 9.5 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя (6.101) ![]() 9.6 Условная поверхность охлаждения двигателя (6.109) ![]() ![]() По рис. 7.2, a при высоте оси вращения 200 мм ![]() 9.7 Суммарные потери, отводимые в воздух внутри двигателя (6.104), ![]() Где ![]() ![]() 9.8 Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой охлаждающей среды (6.102) ![]() По рис. 6.8 при ![]() 9.9 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды (6.110) ![]() 10. Расчёт вентиляции 10.1 Наружный диаметр центробежного вентилятора принимаем ![]() 10.2 Окружная скорость лопаток по наружному диаметру вентилятора (3.6) ![]() |