Курсовой по Эл.машинам. ВАРИАНТ_7. Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

• Название: Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
• Анкор: Курсовой по Эл.машинам
• Дата: 18.09.2022
• Размер: 2.83 Mb.
• Имя файла: ВАРИАНТ_7.doc
• Тип: Курсовой проект; #683474
• страница: 1 из 2

Курсовой проект

Тема: Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Вариант 7

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………3

1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ………………………………………………….5

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА………………………………………………………………..6

3. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА………………………………………………………………………………..8

4. РАСЧЕТ РОТОРА………………………………………………………………...10

5. РАСЧЕТ МАГНИТРОЙ ЦЕПИ…………………………………………………..13

6. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА…………………………………………..15

7. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ…………………………………………………………………18

8. РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК……………………………………….20

9. ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ……………………………….25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………...28

ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………………...29

ВВЕДЕНИЕ
Асинхронной машиной называется двухобмоточная электрическая машина переменного тока, у которой только одна обмотка (первичная) получает питание от электрической сети с постоянной частотой, а вторая обмотка (вторичная) замыкается накоротко или на электрические сопротивления.

Асинхронные двигатели – наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющий в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их установленная мощность постоянно возрастает.

При произ­водстве электрических машин используются все технологические процессы общего машиностроения: черное и цветное литье, ковка, все виды механической обработки, все виды сварки, пайка, штамповка, термообработка, гальванопокрытие, сборка, окраска и т. д. Наряду с этим используются технологиче­ские процессы, присущие только электромашиностроению: холодная листовая штамповка электротехнической стали, лакировка листов электротехнической стали, шихтовка сердечников статора и ротора, намотка секций и катушек, укладка и пропитка обмоток, сборка коллекторов. От качества выполнения этих процессов за­висят технические показатели машин, их на­дежность и долговечность. Так, от качества штамповки листов электротехнической стали, шихтовки и прессовки сердечников ста­тора и ротора зависят основные магнитные потери и превышения температуры в машине. От способа проточки наружной поверх­ности ротора зависят добавочные потери, а от способа окончатель­ной обработки валов и отверстий под подшипники в щитах зависит износостойкость поверхностей. К материалам, применяемым только в электротехническом производстве, относятся: обмоточная электротехническая медь, листовая электротехническая сталь, пропиточные лаки и компаун­ды, покровные эмали и очень большая номенклатура материалов электрической изоляции (бумага, картон, лакоткани, стеклолакоткани, лавсановые пленки и ленты, т. д.).

Асинхронные двигатели широко применяются в приводах металлообрабатывающих, деревообрабатывающих и других станков, ткацких, швейных, грузоподъемных, землеройных машин, вентиляторов, насосов, компрессоров, центрифуг, в лифтах, в ручном электроинструменте, в бытовых приборах и т.д. Практически нет отрасли техники и быта, где не использовались бы асинхронные двигатели.
1. ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

Выбор главных размеров машины начинается с выбора высоты оси вращения.

Высота оси вращения для данной номинальной мощности 250мм. Принимаем ближайшее стандартное значение 250мм.

Внешний диаметр статора для данной высоты оси вращения 0,44м.

Коэффициент для заданного числа пар полюсов 0,63.

Внутренний диаметр статора 0,44·0,63=0,277м.

Полюсное деление статора 0,218м.

Расчетная мощность двигателя

В·А.

Электромагнитные нагрузки (предварительно)

55·10³А/м; 0,84Тл.

Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки)

0,95.

Расчетная длина магнитопровода

= м.

Синхронная угловая частота двигателя

= 157рад/с .

Отношение = =1,011. Значение 1,011 находится в допустимых пределах.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
Предельные значения

18мм; 14мм.

Число пазов статора

Z_1min= =48;

Z_1max= = 62.

Принимаем 60. Число зубцов на полюс и фазу = =5.

Обмотка однослойная.

Зубцовое деление статора

= =15·10^-3м.

Число эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии )

= 6,925.

Номинальный ток обмотки статора

= =115,3А.

Принимаем 1,тогда 7 проводника.

Окончательные значения:

число витков в фазе

= 70;

линейная нагрузка

= 55,6·10³А/м;

магнитный поток

= Вб;

(для однослойной обмотки с 5; 0,95; для 0,44м 0,98);

индукция в воздушном зазоре

= 0,825 Тл.

Значения и находятся в допустимых пределах.

Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

= 5,49·10⁶А/мм².

( 300·10⁹А/м).

Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно),

= 21,02мм².

Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем 9, тогда 21,02/9=2,831мм². Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ, 1,9мм, 2,83мм², 9·2,83=25,47мм².

Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

⁼ 10,89 А/мм² .

3. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА

Принимаем предварительно 1,8Тл; 1,4Тл, тогда

= 7,22 мм;

(для оксидированной стали марки 2013 0,97);

Высота ярма статора

= 41 мм.

Размеры паза в штампе: 3,7мм; 1мм;

Высота паза в штампе

= =0,041м;

Верхняя ширина паза в штампе

= ₁₁мм;

Нижняя ширина паза в штампе

= 7,1 мм;

Высота клиновой части паза

=38мм.

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку

11–0,2=10,8 мм;

7,1–0,2=6,9 мм;

38–0,2=37,8мм.

Площадь поперечного сечения прокладки 0; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

0,4·(2·41+11+7,1)=42,98 мм².

Односторонняя толщина изоляции в пазу 0,4мм.

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки

292,6мм².

Коэффициент заполнения паза

=0,54.

Полученное значение допустимо для механизированной укладки обмотки.

4. РАСЧЕТ РОТОРА

Воздушный зазор 1,3мм.

Число пазов ротора 50.

Внешний диаметр ротора 0,277–2·1,3·10^-3=0,275м.

Длина магнитопровода ротора 0,22м.

Зубцовое деление ротора

17мм.

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал

0,23·0,44=101 мм.

Ток в обмотке ротора

0,91·115,3·8,039=834 А;

0,91;

8,039.

(пазы ротора выполняем без скоса 1).

Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)

мм².

(плотность тока в стержне литой клетки принимаем 2,5·10⁶А/м²).

Определяем паз ротора, принимаем 1,5мм; 0,7мм; 0,3мм.

Допустимая ширина зубца

7,3 мм.

(принимаем 1,85Тл).

Размеры паза

9,2 мм;

2,5 мм;

(9,2–2,5)·50/2·3,14= 53мм.

Уточняем ширину зубцов ротора

9,2 мм;

9,2 мм;

Принимаем 9,2мм; 2,5мм; 53мм;

Полная высота паза

0,3+9,2/2+2,5/2+53+0,7=62 мм.

Площадь поперечного сечения стержня

393,8 мм²;

Плотность тока в стержне

2,12·10⁶ А/м.

Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения кольца

1848 мм²;

Токи в кольце

3327 А;

0,251;

Плотность тока в замыкающихся кольцах

1,8·10⁶ А/м²;

Высота сечения кольца

1,25·53=77 мм;

Ширина замыкающих колец

24 мм;

Расчетное сечение замыкающих колец литой обмотки

77·24=1848 мм²;

Средний диаметр замыкающих колец

275 – 77=198 мм.

5. РАСЧЕТ МАГНИТРОЙ ЦЕПИ

По рассчитанным размерам и параметрам статора и ротора необходимо рассчитать параметры магнитной цепи машины. Магнитопровод из стали 2013, толщина листов 0,5 мм.

Магнитное напряжение воздушного зазора

1,59·10⁶·0,84·0,9·10^-3·1,02=1740А;

1,02;

0,216.

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

2·37·10^-3 ·850=69,2А;

где 41мм;

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора

2·0,061·3150=385,6А;

При зубцах 62–0,1·2,5=61мм;

Индукция в зубце

2Тл;

Для 2Тл находим 3150А/м

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

1,261.

Магнитное напряжение ярма статора

0,314·450= 141,1А;

0,314м;

0,041м;

1,45Тл;

(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре 0,041м), для 1,45Тл находим 450А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора

95·10^-3·286=27,2А;

95·10^-3м;

25·10^-3м;

Тл,

где для четырехполюсных машин при .

47·10^-3м,

где находим 286А/м.

Магнитное напряжение на пару полюсов

1740+69,2+385,6+141,1+27,2=2363А.

Коэффициент насыщения магнитной цепи

1,358

Намагничивающий ток

26,1А

Относительное значение

I_μ* =I_μ / I_1ном =0,227

0,2< I_μ* <0,3

6. ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

Активное сопротивление обмотки статора

0,152Ом;

(для класса нагревостойкости изоляции В расчетная температура для медных проводников ).

Для проводников фазы обмотки

1,079·70=75,55м;

2·(0,22+0,32)=1,079м; 0,22м;

1,2·0,25+0,01=0,32м,

где 0,25м.

Длина вылета лобовой части катушки

0,4·0,25+0,01=110мм,

где 0,4.

Относительное значение

0,046.

Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора

35,94·10^-6Ом;

25,98·10^-6Ом,

здесь ;

0,31·10^-6Ом,

где для литой алюминиевой обмотки ротора Ом·м.

Приводим к числу витков обмотки статора

0,039Ом,

здесь

Относительное значение

0,012.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

0,363Ом

где 2,147 ,

где 0мм; 11мм;

0,5·(11–3,7)=3,65мм;

(проводники закреплены пазовой крышкой ); 1; 1; 0,22м.

1,669;

0,449;

0,492.

Для и 17/15=1,189, 1,1.

Относительное значение

0,11.

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора



=411·10^-6Ом.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутого ротора



62+0,4·3=60мм; 10мм; 1,5мм; 0,7мм;

0,3мм; 393,8мм²;

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

0,573;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для короткозамкнутого ротора

1,85;

1,002,

так как при закрытых пазах .

Приводим к числу витков статора

0,443Ом.

Относительное значение

0,134.

7. РАСЧЕТ ПОТЕРЬ

Потери в стали основные

1702Вт;

[ Вт/кг для стали 2013];

Масса стали ярма

151,6кг;

Масса зубцов статора

31,4кг;

,



Поверхностные потери в роторе

3,4Вт;

Удельные поверхностные потери

19,3Вт/м²,

где 1,5.

Амплитуда пульсации индукции в магнитном зазоре над коронками зубцов статора и ротора

0,067Тл;

Для 1,154, 0,08.

Пульсационные потери в зубцах ротора

8,85Вт;

Амплитуда пульсаций индукции в среднем значении зубцов ротора

0,016Тл;

Масса стали зубцов ротора

37,39кг.

Сумма добавочных потерь в стали

3,5+8,85=12,2Вт.

( и ).

Полные потери в стали

1702+12,2=1715Вт.

Механические потери

614Вт;

Для двигателей с коэффициент К_т =0,73.

Ток холостого хода двигателя

26,2А;

Активная составляющая тока холостого хода

2,3А;

Электрические потери в статоре при холостом ходе

311Вт;

Коэффициент мощности при холостом ходе

0,1.

8. РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Расчет параметров

0,831Ом;

14,18Ом;

=1,026.

Используем приближенную формулу, так как



Активная составляющая тока синхронного холостого хода

1,766А;

=1,052; 0;

1,026·0,152=0,156Ом;

1,026(0,363+1,026·0,443)=0,838Ом.

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения

1715+614=2,329кВт.

Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений 0,002;0,004;0,006;0,008;0,01;0,012;0,014; принимая предварительно, что 0,006. После построения рабочих характеристик значение номинального скольжения 0,006.

Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока

Ом·м; ;f=50Гц;

62–(0,7+0,3)=61мм;

61·0,057=4,01.

Для 4,01 находим 2,45.

18мм;

15,79мм²;

8,5мм.

393,8/15,79=2,46;

2,05;

Приведенное сопротивление ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока

2,05·0,017=0,35Ом.

Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока для 3,6 находим 0,42

0,84;

3,34–0,84=2,48;

3,34·(1–0,42)=0,84

0,563·0,86=0,096Ом.

Пусковые параметры

1,39·5,7=7,7Ом;

1,021.

Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока для

0,042+1,021·0,035=0,078Ом;

0,163+1,021·0,096=0,261Ом;

Ток в обмотке ротора

809А;

812А.

Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчет проводим для точек характеристик, соответствующих при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учетом влияния вытеснения тока.

Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем

5683А;

<sub>0,65;

6,03</sub> Тл.

Для 6,03Тл 0,4.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения

(15–3,7)·(1–0,4)=6,5;

₂ мм;

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения



Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения

0,131Ом.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока

(13–1,5)·(1–0,4)=6,9;

Для закрытых пазов ротора 0,3+0,7=1мм.

2,48–0,38=2,1.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения

1,04·0,4=0,42.

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

0,074Ом;

1,017.

Расчет токов и моментов

0,042+1,017·0,035=0,078Ом;

0,261+1,017·0,074=0,207Ом;

996А;

1006А.

Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

6,04.

Кратность пускового момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения

1,08.

Полученный в расчете коэффициент насыщения

1,01

Отличается от принятого 1,01 менее чем на 3%.

Для расчета других точек характеристики задаемся , уменьшенным в зависимости от тока

Принимаем при









Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений и , соответствующим скольжениям

.

После чего рассчитываем кратность максимального момента

М_кр=1,95.

Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и cosφ), так и по пусковым характеристикам.

9. ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТ

Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя

8.71С;

0,18;

1,15·3500·2·0,21/1.102=1530Вт.

Для находим 3500Вт; 170Вт/м²; 1,15.

Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора