«Поверочный расчёт асинхронного короткозамкнутого двигателя серии 4А». курсовая работа князев. Поверочный расчёт асинхронного короткозамкнутого двигателя серии 4А
 Скачать 0.7 Mb.
|
Курсовой проект на тему: «Поверочный расчёт асинхронного короткозамкнутого двигателя серии 4А» Вариант 13 Направление подготовки (специальность) 25.05.07 «Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики»
СодержаниеВведение 3 1 Исходные данные 4 2 Расчет размеров магнитной цепи 7 3 Расчет обмоточных данных 9 3.1 Обмотка статора 9 3.2 Обмотка ротора 9 4 Расчет тока намагничивания при номинальном напряжении 12 5 Расчет параметров рабочего режима 17 6 Расчет потерь к.п.д. момента на валу 19 6.1 Холостой ход 19 6.2 Режим нагрузки 21 7 Схема обмотки статора 23 7.1 Схема при целом значении q 23 Список литературы 26 Введение Асинхронный электродвигатель — электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которого не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ). Принцип действия асинхронного двигателя заключается в том, что ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле. Частота вращения ротора всегда немного меньше частоты вращения магнитного поля, т.к. при равенстве скоростей поле перестанет наводить в роторе ток, и на ротор перестанет действовать сила Ампера. Отсюда и название — асинхронный двигатель (в отличие от синхронного, частота вращения которого совпадает с частотой магнитного поля). Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся режиме скольжение невелико: 1-8% в зависимости от мощности. 1 Исходные данные 1.1 Напряжение сети линейное U1 = 380 В, фазное U1ф = 220 В. Частота тока в сети f1 = 50 Гц. 1.2 Обмотка статора трехфазная (m1 = 3), петлевая, двухслойная, (nсл = 2) из мягких секций, намотанных круглым медным проводом в изоляции. Размеры провода по проводнику – d, мм, по изоляции – d, мм. Класс нагревостойкости изоляции обмотки – «B»по ГОСТ 183.Схема соединения фаз обмотки – «звезда», Y. 1.3 Пазы в сердечнике статора – трапецеидальные. Характерные размеры паза указаны на рисунке 1.1.  Рисунок 1.1 – Паз статора Размеры b11, b21, h1, bш1, hш1 указаны в таблице 1.2. 1.3 Обмотка ротора короткозамкнутая, литая, в виде «беличьей клетки». Материал обмотки – алюминиевый сплав А7. 1.4 Пазы сердечника ротора – трапецеидальные. Характерные размеры паза указаны на рисунке 1.2.  Рисунок 1.2 – Паз ротора Размеры b12, b22, h2, bш2, hш2 указаны в таблице 1.2. 1.5 Сталь сердечников статора и ротора для высот оси вращения (71÷132) мм холоднокатаная, нелегированная марки 2212, толщиной Δ = 0,5 мм, ГОСТ21427.2. 1.6 Электродвигатель имеет степень защиты IP44 по ГОСТ 14215; предназначен для работы в районах с умеренным климатом (категория «У» ро ГОСТ 15150); Система вентиляции типа ICO141 по ГОСТ 20459. 1.7 Номинальные данные электродвигателя в таблице 1.1. Основные размеры и обмоточные данные в таблице 1.2. Расшифровка электродвигателя 4А71В4УЗ: 4 – порядковый номер серии А – род двигателя асинхронный 71 – высота оси вращения В – условная длина станины 4 – число полюсов У – климатическое исполнение З – категория размещения Расшифровка обозначений в таблицах: - таблица 1.1. P2н – номинальная мощность, кВт, η’ – коэффициент полезного действия, % cos’φ – коэффициент мощности; Таблица 1.1 – Номинальные данные электродвигателя
- таблица 1.2. Da– внешний диаметр сердечника статора, мм; Di– внутренний диаметр сердечника статора (диаметр расточки), мм; lt– полная длина сердечника статора, мм; Z1– число пазов статора; Z2– число пазов ротора; b11– ширина паза статора со стороны обращенной к воздушному зазору, мм; b21– ширина паза статора по его дну, мм; bш1и hш1– ширина и высота открытия (шлица) паза статора, мм; h1– высота паза статора, мм; b12– ширина паза ротора со стороны, обращенной к воздушному зазору, мм; b22– ширина паза ротора по его дну, мм; bш2и hш2– ширина и высота шлица паза ротора, мм; h2– высота паза ротора, мм; aки bк– размеры сечения короткозамыкающего кольца обмотки ротора, мм; bск– величина скоса пазов ротора, мм; Sп– число эффективных проводников в пазу; nэ– число элементных проводников в одном эффективном; a– число параллельных ветвей в обмотке статора; d/d’ – диаметр элементарного проводника голого/изолированного. Таблица 1.2 – Основные размеры и обмоточные данные
2 Расчёт размеров магнитной цепи 2.1 Полюсное деление  (2.1)2.2 Зубцовое деление статора на уровне расточки  (2.2)2.3 Зубцовое деление статора на уровне ширины паза b11  (2.3)2.4 Зубцовое деление статора на уровне ширины паза b21  (2.4)2.5 Ширина зубца статора на уровне расточки  (2.5)2.6 Ширина зубца статора на уровне b11  (2.6)2.7 Ширина зубца статора на уровне b21  (2.7)2.8 Ширина зубца статора по середине его высоты  (2.8)2.9 Зубцовое деление ротора на уровне его поверхности  (2.9)2.10 Зубцовое деление ротора на уровне b12  (2.10)2.11 Зубцовое деление ротора на уровне b22  (2.11)2.12 Ширина зубца поверхности  2.13 Ширина зубца ротора на уровне b12  2.14 Ширина зубца ротора на уровне b22  2.15 Ширина зубца ротора по середине его высоты  2.16 Высота спинки статора  2.17 Высота спинки ротора  2.18 Эффективная длина сердечников статора и ротора  где кс – коэффициент заполнения сердечников сталью; при Δст = 0,5 мм кс = 0,97. 3 Расчет обмоточных данных 3.1Обмотка статора 3.1.1 Число пазов на полюс и фазу  3.1.2 Диаметральный шаг обмотки  3.1.3 Первый частичный шаг обмотки  3.1.4 Сокращение шага обмотки  3.1.5 Коэффициент сокращения шага обмотки статора  3.1.6 Коэффициент распределения обмотки  3.1.7 Угол скоса пазов  3.1.8 Коэффициент скоса пазов  3.1.9 Результирующий обмоточный коэффициент обмотки статора  3.1.10 Число витков фазы  3.1.11 Сечение элементарного проводника катушки  3.1.12 Средняя ширина катушки  3.1.13 Средняя ширина катушки  3.1.14 Длина лобовой части катушки  где B = 10 мм – длина вылета прямолинейной части катушек на выходе из паза; кл = 1,3; квыл = 0,40; 3.1.15 Вылет лобовых частей обмотки статора  3.1.16 Длина витка катушки  3.2 Обмотка ротора 3.2.1 Сечение стержня обмотки  = 3.2.2 Длина стержня обмотки  3.2.3 Сечение короткозамкнутого кольца  4 Расчет тока намагничивания при номинальном напряжении 4.1 Номинальное напряжение фазное  4.2 Магнитный поток на полюс  где КЕ = 0,951 – отношение э.д.с. самоиндукции обмотки статора U1ф; 4.3 Индукция магнитного поля в воздушном зазоре  4.4 Расчетная индукция в зубцах сердечника статора - на уровне bZ11  - на уровне bZ21  - на середине высоты зубца  4.5 Индукция в спинке сердечника статора  4.6 Расчетная индукция в зубцах сердечника ротора - на уровне bZ12  - на уровне bZ22  - на середине высоты зубца  4.7 Индукция в спинке сердечника ротора  4.8 Коэффициент Картера - от зубчатости статора   - от зубчатости ротора   - результирующий  4.9 Намагничивающая сила на воздушный зазор  4.10 Намагничивающая сила на зубцы статора 4.10.1 Отношение сечений зубцового деления и зубца - на уровне bZ11  - на уровне bZ21  - на середине высоты  4.10.2 Напряженности магнитного поля на разных уровнях по высоте зубца BZ11 = 1,82 , то HZ11 = 1620 A/м; BZ21 = 1,64 , то HZ11 = 926 A/м; BZср1 = 1,73 , то HZ11 = 1250 A/м; 4.10.3 Средняя напряженность магнитного поля в зубцах статора  4.10.4 Намагничивающая сила на зубцы статора  4.11 Намагничивающая сила на спинку статора 4.11.1 Напряженность магнитного поля в спинке Ba1 = 1,41 , то Ha1 = 410 А/м; 4.11.2 Длина средней магнитно-силовой линии в спинке статора  4.11.3 Намагничивающая сила на спинку статора  4.12 Намагничивающая сила на зубцовую зону сердечника ротора 4.12.1 Отношение сечений зубцового деления и зубца - на уровне bZ12  - на уровне bZ22  - на середине высоты  4.12.2 Напряженности магнитного поля на разных уровнях по высоте зубца BZ12 = 1,67 , то HZ11 = 1050 A/м; BZ22 = 1,76 , то HZ11 = 1360 A/м; BZср2 = 1,72 , то HZ11 = 1220 A/м; 4.12.3 Средняя напряженность магнитного поля в зубцах ротора  4.12.4 Намагничивающая сила на зубцы ротора  4.13 Намагничивающая сила на спинку ротора 4.13.1 Напряженность магнитного поля в спинке Ba2 = 0,71 , то Ha2 = 102 А/м; 4.13.2 Длина средней магнитно-силовой линии в спинке ротора  4.13.3 Намагничивающая сила на спинку статора  4.14 Суммарная намагничивающая сила  4.15 Ток намагничивания  5 Расчет параметров рабочего режима 5.1 Активное сопротивление обмотки статора  где ρt – удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре  ρ0 – удельное сопротивление при t= 0оС; ρ0 = 0,016  α – температурный коэффициент сопротивления; для меди α = 0,0038 оС; tp – расчетная температура; для класса изоляции B– 75оС; 5.2 Активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора  где rc – сопротивление стержня  rк – сопротивление короткозамыкающего кольца на участке, относящегося к одному стержню  DК – средний диаметр к.з. кольца   (5.7)Удельное сопротивление алюминиевого литья - для класса B при tp = 75oC, ρt = 0,0465 5.3 Коэффициент привидения параметров обмотки ротора к обмотке статора  5.4 Приведенное к обмотке статора активное сопротивление фазы обмотки ротора  6 Расчет потерь к.п.д. момента на валу 6.1 Холостой ход 6.1.1 Основные и добавочные потери в стали   где Ga1 – вес спинки статора    GZ1 – вес зубцов статора   кdaи кdZ – технологические коэффициенты увеличения потерь кda = 1,6; кdZ = 1,8; p1,0/50 = 2,5 Вт/кг – удельные потери в стали при индукции 1,0 Тл и частоте f1 = 50 Гц; 6.1.2 Потери в подшипниках и вентиляционные  где  nc – синхронная частота вращения ротора  6.1.3 Активная составляющая тока холостого хода  6.1.4 Ток холостого хода  6.1.5 Коэффициент мощности при холостом ходе  6.2 Режим нагрузки 6.2.1 Предварительная полная мощность двигателя  6.2.2 Предварительный ток в обмотке статора при нагрузке  6.2.3 Потери в обмотке статора  6.2.4 Предварительный ток в обмотке ротора Приведенное к статору значение тока в обмотке ротора при нагрузке определяется по векторной диаграмме токов, изображенной на рисунке 1.3;  Рисунок 1.3 – Векторная диаграмма токов  где mI =1 – масштаб тока; 6.2.5 Потери в обмотке ротора  6.2.6 Суммарные потери в двигателе  6.2.7 К.П.Д. электродвигателя  6.2.8 Потребляемая мощность  6.2.9 Электромагнитная мощность передаваемая в ротор  6.2.10 Скольжение при нормальной нагрузке  6.2.11 Номинальная частота вращения ротора  6.2.12 Момент на валу ротора при номинальной нагрузке  7 Схема обмотки статора 7.1 Схема при целом значении q Дано: 2p = 4, Z1 = 24, m1 = 3, a = 1, фазная зона – 60 эл. гр. 7.1.1 Число пазов на полюс и фазу  7.1.2 Диаметральный шаг обмотки  7.1.3 Первый частичный шаг обмотки  укорочение   результирующий шаг  второй частичный шаг  Таблица 1.3 – Распределение катушек по полюсам и фазам   Рисунок 1.4 – Схема-развертка обмотки Z = 24, 2p = 4, m1 = 3 Список литературы 1 Кравчик, А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / Ф.Э.Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. – М.: Энергоиздат, 1982. -–504 с. 2 Проектирование электрических машин: кн. 1/ под ред. И.П. Копылова. – М.: Энергоатамиздат, 1993. – 461 с. 3 Сергеев, П.С. Проектирование электрических машин / П.С. Сергеев, Н.В. Виноградов, Ф.А. Горяинов. – М.: Энергия, 1969. – 632 с. 4 Копылов, И.П. Проектирование электрических машин / И.П. Копылов и др. (под ред. И.П. Копылова). – М.: Энергия, 1989. – 496 с. 5 Князев, О.А. Электрические машины: асинхронные двигатели: методические указания для выполнения курсового проекта для студентов электротехнических специальностей. / О.А. Князев, Г.Е. Солнцев, под ред. Горелова В.П.. – Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водн. трансп., 2015. – 51. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||