Введение Выполнение и содержание расчетов

• Название: Введение Выполнение и содержание расчетов
• Дата: 19.12.2022
• Размер: 136.87 Kb.
• Имя файла: 161674-38120.docx
• Тип: Реферат; #853273
• страница: 1 из 3

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………….. 4

1. 
   Выполнение и содержание расчетов…………………………………………………….. 6
   

1.1. Выбор главных размеров…………………………………………………………….. 6

1.2. Определение параметров статора…………………………………………………… 7

1.3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора……………………. 9

1.4. Расчет ротора…………………………………………………………………………. 10

1.5. Расчет магнитной цепи………………………………………………………………. 12

1.6. Параметры рабочего режима………………………………………………………… 14

1.7. Расчет потерь…………………………………………………………………………. 17

1.8. Расчет рабочих характеристик………………………………………………………. 19

1.9. Расчет пусковых характеристик…………………………………………………….. 22

1.9.1. С учетом влияния эффекта вытеснения тока………………………………… 22

1.9.2. С учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей

рассеяния……………………………………………………………………….. 24

1.10. Тепловой расчет…………………………………………………………………….. 29

1.11. Вывод………………………………………………………………………………… 31

2. 
   Специальная часть………………………………………………………………………… 32
   

2.1. Проводниковые материалы, применяемые в асинхронных двигателях………….. 32

2.2. Обмоточные провода, применяемые в асинхронных двигателях…………………. 34

2. 
   Список используемой литературы………………………………………………………. 36
   

Введение.

Электротехническая промышленность – ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках, поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.

Проектирование электрических машин – это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением 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.

При проектирование необходимо учитывать соответствие технико-экономических показателей машин современному мировому уровню при соблюдении требований государственных и отраслевых стандартов. Приходится также учитывать 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.

Проектирование электрической машины сводится к многократному расчету зависимостей между основными показателями, заданных в виде системы формул, эмпирических коэффициентов, графических зависимостей, которые можно рассматривать как уравнения проектирования.

Данный курсовой проект содержит проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.

В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Базовой моделью для проектирования является двигатель серии 4А. В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на две-три ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дало большую экономию дефицитных материалов. Существенно улучшились виброшумовые характеристики. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности. Особое внимание при проектировании уделялось экономичности двигателей.

Двигатели серии 4А спроектированы оптимальными для нужд народного хозяйства. Критерием оптимизации была принята суммарная стоимость двигателя в производстве и эксплуатации, которая должна быть минимальной.

Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм. Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модификаций и специализированное исполнение. Двигатели основного исполнения предназначены для нормальных условий работы и являются двигателями общего назначения. Это трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение степени защиты IP44 во всем диапазоне высот оси вращения и IP23 в диапазоне высот осей вращения 160 – 355 мм.

К электрическим модификациям двигателей серии 4А относятся двигатели с повышенным номинальным скольжением, с повышенным пусковым моментом, многоскоростные, с частотой питания 60 Гц и т.п., к конструктивным модификациям – двигатели с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, со встроенной температурной защитой и т.п.

Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода – на прессах-автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум-нагнетательных установках. Испытание узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.

Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.

По своим энергетическим, пусковым, механическим, виброшумовым, эксплуатационным характеристикам серия 4А удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к асинхронным двигателям, и соответствует современному уровню электромашиностроения.

Выбор главных размеров.

1. 
   Высота оси вращения (предварительно) по рис. 8.17, а h = 260 мм. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 250 мм; Dа = 0.45 м (см. табл. 8.6).
   
2. 
   Внутренний диаметр статора D = kD·Da = 0.68 · 0.45 = 0.306 м, kD = 0,68 по табл. 8.7.
   
3. 
   Полюсное деление τ = πD/(2p) = π0.306/4 = 0.24 м.
   
4. 
   Расчетная мощность по (8.4)
   

( kЕ – по рис. 8.20; η и cosφ – см. задание на проектирование).

5. 
   Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 8.22,б)
   

А = 38·10³ А/м; Вδ = 0.78 Тл.

6. 
   Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки) kоб1 = 0.92.
   
7. 
   Расчетная длина магнитопровода по (8.6)
   

[ по (8.5) Ω = 2πf/p = 2π50/2 = 157 рад/с; kв = 1,11 – коэффициент формы поля].

8. 
   Отношение λ = lδ/τ = 0.23/0.24 = 0.96. Значение λ = 0,96 находится в допустимых пределах (см. рис. 8.25, а).
   

Определение Z1, w1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора.

9. 
   Предельные значения tz1 (по рис. 8.26): tz1max = 0.018 м; tz1min = 0.015 м.
   
10. 
    Число пазов статора по (8.16)
    

П ринимаем Z1 = 60, тогда q1 = Z1/(2pm); 60/(4*3) = 5. Обмотка двухслойная.

9. 
   Зубцовое деление статора (окончательно)
   
10. 
    Ч исло эффективных проводников в пазу (предварительно, при условии а = 1 по (8.17))
    

9. 
   Принимаем а = 2, тогда по (8.19) Uп = аUп = 13 проводников.
   
10. 
    Окончательные значения:
    

число витков в фазе по (8.20)




линейная нагрузка по (8.21)




магнитный поток по (8.22)




(для обмотки с q=5 по табл. 3.16 kоб1=kр1=0,957; для Dа=0,45 м по рис. 8.20 kЕ = 0,98);

индукция в воздушном зазоре по (8.23)




Значения А и Вδ находятся в допустимых пределах (см. рис. 8.22, б).

9. 
   Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (8.25)
   

( AJ=188*10³ по рис. 8.27, б).

9. 
   Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (8.24)
   
10. 
    Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем nэл=7, тогда qэл=qэф/nэл=9,4/7=1,344 мм². Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ (см. приложение 3), dэл=1,4 мм, qэл=1,539 мм², qэ.ср=nэлqэл=10,7 мм².
    
11. 
    Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (8.27)
    

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

Паз статора определяем по рис. 8.29,а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

19. 
    Принимаем предварительно по табл. 8.10 Bz1=1.9 Тл; Ва=1.6 Тл, тогда по (8.37)
    

( по табл. 8.11 для оксидированной стали марки 2013 kс=0,97);

по (8.28)

19. 
    Размеры паза в штампе: bш=3,7 мм; hш=1 мм; β=45˚ (см. рис. 8.29,а);
    

по (8.38)

п о (8.40)

п о (8.39)

п о (8.42) – (8.45)

19. 
    Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
    

П лощадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки по (8.48)

[ площадь поперечного сечения прокладок Sпр=(0,9b1+0,4b2)*10ˉ³=14мм²; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

Sиз=bиз(2hп+b1+b2)=0,4(2*34,2+9,7+12,9)=36,4мм², где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз=0,4мм – по табл. 3.1].

19. 
    Коэффициент заполнения паза
    

П олученное значение kз допустимо для механизированной укладки обмотки.

Расчет ротора.

19. 
    Воздушный зазор (по рис.8.31) δ=0,8мм.
    
20. 
    Число пазов ротора (по табл. 8.16) Z2=52.
    
21. 
    Внешний диаметр ротора D2=D - 2 δ = 0,306 – 2*0,8*10ˉ³=0,304 м.
    
22. 
    Длина магнитопровода l2=l1=0.23 м.
    
23. 
    Зубцовое деление ротора
    

tZ2=πD2/Z2=π0.304/52=0.0184м=18,4мм.

19. 
    Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал; по (8.102)
    

Dj=DB=kBDa=0.23·0.45=103.5 мм

(kB по табл.8,17).

19. 
    Т ок в обмотке ротора по (8.57)
    

где по (8.58) ki = 0.2+0.8cosφ=0.928

[по (8.66)

( пазы ротора выполняем без скоса – kск=1)]

19. 
    Площадь поперечного сечения стержня (предварительно) по (8.68)
    

qc = I2/J2 = 621.7/(2.5·10³) = 248.7·10ˉ³м² = 248,7мм²

(плотность тока в стержне литой клетки принимаем J2 = 2.5·10³ А/м²).

19. 
    Паз ротора определяем по рис. 8.40, б. Принимаем bш=1,5 мм; hш=0,7 мм; h’ш=0,3мм.
    

Допустимая ширина зубца по (8.75)

( принимаем BZ2 = 1.8 Тл по табл. 8.10).
Размеры паза (см. рис. 8.40)

по (8.76)

19. 
    У точняем ширину зубцов ротора по формулам табл. 8,18:
    

Принимаем b1=9,6 мм; b2=6,7 мм; h1=24 мм.

Полная высота паза

19. 
    Площадь поперечного сечения стержня по (8.79)
    

П лотность тока в стержне

J2 = I2/qc = 621.7/249 = 2.5·10³A/м².

19. 
    Короткозамыкающие кольца (см. рис. 8,37, б). Площадь поперечного сечения кольца по (8.72)
    

qкл = Iкл/Jкл = 2580/2,13·10³ = 1211,3мм²

[по (8.70) и (8.71)

Iкл = I2/Δ = 621.7/0.241 = 2580 A,

где

Δ = 2sin[(π·p)/Z2] = 2sin[(π2)/52] = 0.241;

Jкл = 0,85J2 = 0.85·2.5·10³ = 2.13·10³ А/м²].

Размеры размыкающих колец:

hкл = 1.25hп2 = 1,25·33,2 = 41,5 мм;

bкл = qкл/hкл = 1211,3/41,5 = 29,2 мм;

qкл = hкл·bкл = 41,5·29,2 = 1211,8 мм²;

Dк.ср = D2 –hкл = 304 – 41,5 = 262,5 мм.

Расчет магнитной цепи.

Магнитопровод из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

19. 
    Магнитное напряжение воздушного зазора по (8.103)
    
20. 
    М агнитное напряжение зубцовой зоны статора по (8.104)
    

Fz1 = 2hz1Hz1 = 2·34.2·10ˉ³·2070=141.6 A,

где hz1 = hп1 = 34.2 мм (см. п. 20 расчета);

расчетная индукция в зубцах по (8.105)

(bz1 = 6.7 мм по п. 19 расчета; kс1 = 0,97 по табл. 8.11). Так как B’z1 > 1,8 Тл, необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце Bz1. Коэффициент kпх по высоте hzx = 0.5hz по (4.33)

п о (4.32)

П ринимаем Bz1 = 1,9 Тл, проверяем соотношением Bz1 и B’z1:

1.9 = 1.9 – 1.256·10ˉ³·2070·1.74 = 1.9,

где для Bz1 = 1.9 Тл по табл. П1.7 Hz1 = 2070 A/м.

19. 
    Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора по (8.108)
    

Fz2 = 2hz2Hz2 = 2·0.0325·1520 = 98.8 A

[при зубцах по рис. 8.40, б из табл. 8.18 hz2 = hп2 – 0.1b2 = 32.5 мм;

индукция в зубце по (8.109)

п о табл. П1.7 для Bz2 = 1.8 Тл находим Hz2 = 1520 А/м].

19. 
    Коэффициент насыщения зубцовой зоны по (8.115)
    

19. 
    Магнитное напряжение ярма статора по (8.116)
    

Fa = LaHa = 0.324·750 = 243 A

[по (8.119)

( при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре h’a = ha = 0.0378 м) для Ва=1,6 Тл по табл. П1.6 находим Ha=750 А/м].

19. 
    Магнитное напряжение ярма ротора по (8.121)
    

Fj = LjHj = 0.134·164 = 22 A

[по (8.127)

г де по (8.124) для четырехполюсных машин при 0,75(0,5D2 – hп2) < Dj

д ля Bj = 0.94 Тл по табл. П1.6 находим Hj = 164 А/м].

19. 
    Магнитное напряжение на пару полюсов по (8.128)
    

Fц = Fδ + Fz1 + Fz2 + Fa + Fj = 1602.4 A.

19. 
    Коэффициент насыщения магнитной цепи по (8.129)
    

kμ = Fц/Fδ = 1.46.

19. 
    Намагничивающий ток по (8.130)
    

О тносительное значение по (8.131)

Iμ* = Iμ/Iном = 20/93,3 = 0,22.

Параметры рабочего режима.

19. 
    Активное сопротивление обмотки статора по (8.132)
    

( для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура vрасч = 115 ˚С, для медных проводников ρ115 = 10ˉ³/41 Ом·м).

Длина проводников фазы обмотки по (8.134)

L1 = lср1w1 = 1.202·65 = 78.13 м;

по (8.135) lср1 = 2(lп1 + lл1) = 2(0,23 + 0,371) = 1,202 м; lп1 = l1 =0,23 м; по (8.136) lл1 = Кл·bкт +2В = 1,3·0,27 + 2·0,01 = 0,371 м, где В = 0,01 м; по табл. 8.21 Кл = 1,3;

по (8.138)

Д лина вылета лобовой части катушки по (8.140)

lвыл = kвыл·bкт + В = 0,4·0,27 + 0,01 = 0,118 м,

где по табл. 8.21 Квыл = 0,4.

Относительное значение

19. 
    Активное сопротивление фазы обмотки ротора по (8.168)
    

г де для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115 = 10ˉ³/20,5 Ом·м.

П риводим r2 к числу витков обмотки статора по (8.172), (8.173):

Относительное значение

46. 
    И ндуктивное сопротивление фазы обмотки статора по (8.152)
    

г де по табл. 8.24 (см. рис. 8.50, е)

г де h2 = hп.к – 2bиз = 30,2 - 2·0,4 = 29,4 мм; b1 = 9,7 мм; hк = 0,5(b1 – bш) = 0,5(9,7 – 3,7) = 3 мм; h1 = 0 (проводники закреплены пазовой крышкой); kβ = k’β = 1; l’δ = lδ = 0.23 м по (8.154);

по (8.159)

д ля βск = 0 и tz2/tz1 = 1.15 по рис. 8.51, д k’ск = 1,1].

Относительное значение

46. 
    И ндуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по (8.177)
    

г де по табл. 8.25 (см. рис. 8.52, а, ж)

г де (см. рис. 8.52, а, ж)

h0 = h1 + 0.4b2 = 26.68 мм; b1 = 9.6 мм; bш = 1,5 мм; hш = 0,7 мм; h’ш = 0,3 мм; qс = 249 мм²;

по (8.178)





так как при закрытых пазах Δz ≈ 0].

Приводим x2 к числу витков статора по (8.172) и (8.183):

О тносительное значение



Расчет потерь.

46. 
    Потери в стали основные по (8.187)
    

[ p1.0/50 = 2.5 Вт/кг для стали 2013 по табл. 8.26;

по (8.188)

ma = π(Da – ha)halст1kс1υc = π(0.45 - 0.0378)0.0378·0.23·0.97·7.8·10³ = 85.2 кг;

по (8.189)

mz1 = hz1bz1срZ1lст1kс1υc = 0,0342·0,0067·60·0,23·0,97·7,8·10³ = 23,92 кг;

kда = 1,6; kдz = 1.8 (см. §8.10)].

46. 
    Поверхностные потери в роторе по (8.194)
    

д ля bш/δ = 3,7/0,8 = 4,625 по рис. 8.53 β02 = 0,27.

46. 
    Пульсационные потери в зубцах ротора по (8.200)
    

Bz2ср = 1,8 Тл из п. 37 расчета; γ1 = 2,22 из п. 35 расчета;

по (8.201)

mz2 = Z2hz2bz2срlст2kc2γc = 52·0.0325·0.0081·0.23·0.97·7800 = 23.82 кг;

hz2 = 32,5 мм из п. 37 расчета; bz2 = 8,1 мм из п. 32 расчета.

46. 
    Сумма добавочных потерь в стали по (8.202)
    

Рст.доб = Рпов1 + Рпул1 + Рпов2 + Рпул2 = 56,8 + 160,6 = 217,4 Вт.

46. 
    Полные потери в стали по (8.203)
    

Рст = Рст.осн + Рст.доб = 1261 + 217,4 = 1487,4 Вт.

46. 
    Механические потери по (8.210)
    

Рмех = Кт(n/10)²D¹a = 0.715(1500/10)²0.45¹ = 660 Вт

(для двигателей с 2р = 4 коэффициент Кт = 1,3(1 – Dа) = 0,715).

46. 
    Холостой ход двигателя:
    

по (8.217)



Расчет рабочих характеристик.

46. 
    Параметры:
    

по (8.184)

[ используем приближенную формулу, так как |γ| < 1˚:




Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

по (8.226)

П отери, не изменяющиеся при изменении скольжения,

Рст + Рмех = 1478,4 + 660 = 2138,4 Вт.

46. 
    Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений s = 0,005; 0.01; 0.015; 0.02; 0.025; 0.03; 0.035; 0.04. Результаты расчета сведены в табл. 1.
    

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Р2ном = 90 кВт; U1 = 380/660 В; 2р = 4; Ioa = 1.2 A; Iop = Iμ = 20 A; Рст + Рмех = 2,1 кВт;

r1 = 0,089 Ом; г’2 = 0,071 Ом; с1 = 1,02; a’ = 1,04; а = 0,091 Ом; b’ = 0; b = 0,8 Ом

№	Расчетная	Размер-			Скольжение s						sном
п/п	Формула	ность	0,005	0,01	0,015	0,02	0,025	0,03	0,035	0,04	0,0135
1	a’г’2/s	Ом	14,77	7,38	4,92	3,69	2,95	2,46	2,11	1,85	5,47
2	R=a+a’г’2/s	Ом	14,86	7,47	5,01	3,78	3,04	2,55	2,2	1,94	5,56
3	X=b+b’г’2/s	Ом	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
4	Z=(R²+X²)½	Ом	14,88	7,51	5,07	3,86	3,14	2,67	2,34	2,1	5,62
5	I’’2=U1/Z	А	25,54	50,6	74,95	98,45	121,02	142,32	162,39	180,95	64,62
6	cosφ’2=R/Z	----	0,999	0,995	0,988	0,979	0,968	0,955	0,94	0,924	0,989
7	sinφ’2=X/Z	----	0,054	0,107	0,158	0,207	0,255	0,3	0,342	0,381	0,142
8	I1a=I0a+I’’2cosφ’2	А	26,71	51,55	75,25	97,58	118,35	137,12	153,85	168,4	74,11
9	I1p=I0p+I’’2sinφ’2	А	21,38	25,41	31,84	40,38	50,86	32,7	75,54	88,94	30,19
10	I1=(I²1a+I²1p)½	А	34,21	57,47	81,71	105,6	128,82	150,78	171,39	190,44	80
11	I’2=c1I’’2	А	26,05	51,61	76,45	100,42	123,44	145,17	165,64	184,57	76,45
12	P1=3U1I1a·10ˉ³	кВт	30,45	56,77	85,79	111,24	134,92	156,32	175,39	191,98	85,79
13	Pэ1=3I1²r1·10ˉ³	кВт	0,31	0,88	1,78	2,98	4,43	6,07	7,84	9,68	1,78
14	Pэ2=3I’2²г’2·10ˉ³	кВт	0,145	0,567	1,245	2,148	3,246	4,489	5,844	7,256	1,245
15	Pдоб=0,005P1	кВт	0,152	0,284	0,429	0,556	0,675	0,782	0,877	0,96	0,429
16	ΣP=Pст+Pмех+Pэ1+Pэ2+Pдоб	кВт	2,745	3,869	5,592	7,822	10,489	13,479	16,699	20,034	5,592
17	P2=P1-ΣP	кВт	33,2	60,64	91,382	119,06	145,41	169,8	192,09	212,01	90
18	η=1-ΣP/P1	----	0,91	0,932	0,935	0,93	0,922	0,914	0,905	0,896	0,935
19	cosφ=I1a/I1	----	0,781	0,897	0,921	0,924	0,919	0,909	0,898	0,884	0,916

Рис. 1. Рабочие характеристики спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором

(Р2ном = 90 кВт, 2р = 4, Uном = 380/660 В, I1ном = 80 А, cos φном = 0,916, ηном = 0,935, sном = =0,0135).