Определение числа пазов, числа витков фазы и площади поперечного сечения провода обмотки статора

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Содержание

Введение. 3

Техническое задание. 5

1. Выбор главных размеров. 5

2. Определение числа пазов, числа витков фазы и площади поперечного сечения провода обмотки статора. 6

3. Расчет параметров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. 8

4. Расчет ротора. 9

5. Расчет магнитной цепи. 12

6. Параметры рабочего режима. 15

7. Расчет потерь. 17

8. Расчет рабочих характеристик. 19

9. Расчет пусковых характеристик. 21

9.1. Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния) 21

9.2. Расчет пусковых характеристик с учетом влиния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния. 24

Заключение. 28

Литература. 29

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.К расчету магнитной проводимости пазов статора и ротора. 30

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.Рабочие характеристики спроектированного двигателя. 31

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.Пусковые характеристики спроектированного двигателя. 32

Введение

Электромашиностроение прошло большой путь развития, начиная от простейших моделей, созданных полтора века назад на основе открытий М. Фарадея (1821 – 1831), до современных электродвигателей и генераторов.

Хотя на протяжении нескольких последних десятилетий принципы устройства электрических машин остались в основном теми же, однако коренным образом изменились их конструктивное оформление, рабочие характеристики и технико – экономические показатели. При этом почти все машиностроители перешли на проектирование и изготовление рядов или серий электрических машин.

Начиная с середины двадцатых годов прошлого столетия советские машиностроители приступили к созданию новых отечественных конструкций, а также к разработке теоретических вопросов и проведению исследований, связанных с проектированием машин.

Первыми сериями асинхронных машин, созданными в 1920 – 1930 гг. были серии ДАО, ДАО – 2, И (разработка и выпуск завода «Электросила») и серии Т и ТМ (разработка и выпуск ХЭМЗ). Позднее были созданы серии асинхронных двигателей И2, АД, МА – 200, АМ и ряд других.

Развившиеся и окрепшие к этому времени электромашиностроительные заводы выпускали, однако, разные серии машин, с несовпадающими техническими данными, конструкцией и технико – экономическими показателями, что влекло за собой затруднения для потребителей в части замены, ремонта и создания резерва машин.

В связи с этим возникла необходимость создания единых серий машин. И первая единая серия была создана к началу пятидесятых годов в области наиболее массовых машин – асинхронных двигателей мощностью от 0,6 до 100 кВт – серия А и АО. Затем единая серия была продлена для диапазона мощностей от 100 до 1000 кВт – серия А и АК. О масштабах применения и значения этих двигателей в народном хозяйстве страны можно судить по тому, что асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 400 кВт потребляют в России более 40% всей вырабатываемой электрической энергии.

Серия 4А. Основное исполнение серии. Двигатели выполняют короткозамкнутым (при h=50 – 355 мм) и фазными роторами (при h=200 – 355 мм). По степени защиты от внешних воздействий и способу охлаждения различают: закрытое исполнение (IP44) с наружным обдувом от вентилятора, расположенного на валу двигателя (IC0141) при h=50 – 355 мм; защищенное исполнение (IP23) с само вентиляцией (IC01) при h=160 – 355 мм.

Двигатели мощностью от 0,12 до 0,37 кВт изготовляют на номинальные напряжения 220 и 380 В, со схемой соединения обмоток статора D или Y; эти двигатели имеют три выводных провода. Двигатели мощностью от 0,55 до 11 кВт, кроме того, выполняют на напряжение 660 В (при тех же схемах соединения и количестве выводных проводов). Двигатели мощностью от 15 до 110 кВт изготовляют на номинальные напряжения 220/380 и 380/660 В, а от 132 до 400 кВт – только на 380/660 В; эти двигатели имеют схему соединения D/Y и шесть выводных проводов. Двигатели с h=50 – 132 мм обычно выполняют с изоляцией класса нагревостойкости В; остальные – с изоляцией класса F. Общие технические данные на указанные двигатели регламентированы ГОСТ 19523. В настоящее время отечественной электропромышленностью изготовляются асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 400 кВт и свыше 400 до 1000 кВт. Машины этих серий обладают высокими технико – экономическими показателями, находящимися на уровне современных серий ведущих зарубежных фирм.

Целью курсовой работы является проектирование асинхронного трехфазного двигателя согласно данным технического задания.

Задачами работы являются: расчет размеров двигателя, расчет магнитной цепи двигателя, проведение расчетов параметров рабочего режима, тепловой расчет, а также построение рабочих и пусковых характеристик.

Техническое задание

Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель (m=3) с короткозамкнутым ротором: Р_2Н=5,5 кВт; U_1Н=380В; 2p=6; конструктивное исполнение IM1001; исполнение по способу защиты IP44; способ охлаждения IC0141; климатическое исполнение и категория размещения У3, класс нагревостойкости изоляции F.

Выбор главных размеров

1. Высота оси вращения (предварительно) по рис. 1 приложения 2[1] h=0,135 м. Принимаем стандартное ближайшее значение h=132 мм; D_a=0,225 м (см. табл. 1, приложения 3¹)

2. Внутренний диаметр статора м, по таблице 1а, приложения 3¹.

3. Полюсное деление м

4. Расчетная мощность кВт

5. Электромагнитные нагрузка (предварительно) по рис. 4 приложения 2¹.

А/м, Вб

6. Обмоточный коэффициент (предварительно) для однослойной обмотки

7. Расчетная длина магнитопровода:

рас/с

8. Отношение значение находится в рекомендуемых по рис. 5 приложения 2[2] пределах.

Расчет ротора

23. Воздушный зазор по рис. 10 приложения 2[5] мм

24. Число пазов ротора по табл. 7 приложения 3 Z ₂ =44

25. Внешний диаметр ротора мм

26. Длина магнитопровода ротора l ₂ = l _d =0,105 м=105 мм

27. Зубцовое деление ротора

28. Внутренний диаметр ротора, равный диаметру вала

k_B =0,23 по таблице 8 приложения 3¹

29. Ток в обмотке ротора

30. Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)

(плотность тока в стержне литой клетки принимаем J₂=2,5×10⁶ А/м²)

31. Паз ротора определяем по рис. 4.1. Принимаем h_ш2=0,5 мм, b_ш2=1 мм, h_ш2^/=1 мм

Допустимая ширина зубца

B_Z ₂ =1,7 Тл принимаем по таблице 4 приложения 3

Размеры паза:

мм

мм – высота паза по рис. 14 –13,а[6]

Рис. 4.1. К определению пазов ротора

мм

32. Уточняем ширину зубцов ротора

мм

33. Полная высота паза (уточнение)

мм

34. Площадь поперечного сечения стержня

мм²

35. Плотность тока в стержне А/м

36. Размеры короткозамыкающих колец в соответствии с рис. 4.2.

Рис. 4.2. Размеры короткозамыкающего кольца

А/м²

Размеры короткозамыкающих колец

мм

мм²

мм

Расчет магнитной цепи

Материал магнитопровода сталь 2013, толщина листов 0,5 мм

37. Магнитное напряжение воздушного зазора

где

38. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

где h_Z ₁ = h _П1 =16,2 мм, H_Z ₁ =2070 А/м по таблице 9 приложения 3[7] для Тл

Расчетная индукция в зубцах

Тл

Так как Тл, необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце В _Z ₁. Коэффициент k_ПХ по высоте h_zх= 0,5 h _z.

Тл

39. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора

Индукция в зубце Тл

где h_Z ₂ = h _П2 – 0,1 b ₁ =25,9-0,1·4,9=25,71 мм

40. Коэффициент насыщения зубцовой зоны

41. Магнитное напряжение ярма статора

мм

Тл

Для В _d =1,59 Тл по таблице 10 приложения 3[8] находим Н_а=726 А/м

42. Магнитное напряжение ярма ротора

мм

Тл

Для В _j =0,85 Тл по таблице 10 приложения 3¹ находим Н _j =138 А/м

мм

43. Суммарное магнитное напряжение

44. Коэффициент насыщения магнитной цепи

45. Намагничивающий ток А

46. Относительное значение намагничивающего тока

Рассчитанное значение намагничивающего тока находится в рекомендуемых 0,18-0,2<I_m^*<0,3-0,35. Расчет машины правильный.

Параметры рабочего режима

47. Активное сопротивление обмотки статора

l _П1 =0,1 05м

Ом

где r_115меди=10^-6/41 – удельное сопротивление материала проводников обмотки статора при расчетной температуре 115°С

Длина вылета лобовой части катушки

где К_выл=0,5 – коэффициент по таблице 11 приложения 3[9]

Относительное значение сопротивления

48. Активное сопротивление фазы обмотки ротора

Ом

где r_115алюм=10^-6/20,5 – удельное сопротивление материала обмотки ротора при расчетной температуре 115°С

Ом

Активное сопротивление фазы обмотки ротора приведенное к обмотке статора

Ом

Относительное значение

49. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора

где h₃=14,9мм, b₁=5,1мм, h₂=0, h₁= =0,8 мм, см. приложение 1.

k_B= k_B^|=1 – коэффициенты для однослойной обмотки

где k_СК^/=1,25 – коэффициент, b_СК=0 – коэффициент скоса в долях зубцового деления ротора

Относительное значение

50. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора

где b ₁ =4,9мм, h ₁ = h _П2 +0,4 × b ₂ =25,9+0,4 × 1,9=26,66 мм

D_Z»0 при закрытых пазах

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора приведенное к обмотке статора

Ом

Относительное значение

Расчет потерь

51. Потери в стали основные

где g_С=7,8×10³ кг/м³ – удельная масса стали

где Вт/кг – удельные потери в стали;

b=1,5 – показатель степени по 6 –24;

k_Да=1,6, k_Д_Z=1,8 – коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов.

52. Поверхностные потери в роторе

Тл

где, - коэффициент по рис. 13 приложения 2[10]

где k₀₂=1,5 - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери

53. Пульсационные потери в зубцах ротора

где

Вт

54. Сумма добавочных потерь в стали

Вт

55. Полные потери в стали

Вт

56. Механические потери

Вт

где для двигателей с 2р=6

57. Холостой ход двигателя

Вт

Заключение

При выполнении данной курсовой работы была освоена методика расчета асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, что позволило углубить знание его устройства и принципа работы. Расчёт двигателя производился на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии 4А основного исполнения.

Номинальные данные спроектированного двигателя:

кВт, В, А, , , , Ом, Ом, , А, А, Вт, , Ом, , Ом

Рассчитанный коэффициент заполнения паза показал, что машина пригодна для механизированной укладки обмоток статора.

Спроектированный двигатель соответствует ГОСТ по энергетическим показателям и пусковым характеристикам. По исполнению IM1001 двигатель монтируется на лапах, при этом вал двигателя горизонтально полу.

По способу защиты IP44 двигатель защищен от попадания частиц длиной 1-2,5 мм, и диаметром не менее 1 мм., и от попадания капель и брызг под любым углом и с любым давлением.

В приложении представлены рабочие и пусковые характеристики двигателя. При этом значения пусковых токов и пускового момента находятся в рекомендуемых пределах.

Литература

1. Лисицкий Е.Л., Благочиннов М.И. Судовые электрические машины. Проектирование трехфазного асинхронного двигателя: Задания и методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Судовые электрические машины» Е.Л. Лисицкий, М.И. Благочиннов. – Н. Новгород: Издательство ФГОУ ВПО ВГАВТ, 2004. – 60 с.

2. Проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для вузов/ И. П. Копылов, Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков и др.; Под ред. И. П. Копылова. – М.: Энергия, 2005. – 496 с., ил.

3. Гурин Я. С., Кузнецов Б. И. Проектирование серий электрических машин. – М.: Энергия, 1975. – 480с., ил.

4. О. Д. Гольдберг, Я. С. Гурин, И. С. Свириденко. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001. 430 с., ил.

5. Попов В.И. Электрические машины (судовые электрические машины). Методические указания к выполнению индивидуальных и самостоятельных работ. – Н.Новгород: ГИИВТ, 1991. – 50 с.

6. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 504 с.

7. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины в 2-х ч. Часть 1. Учебник . – М.: Высшая школа, 1987. – 319 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Содержание

Введение. 3

Техническое задание. 5

1. Выбор главных размеров. 5

2. Определение числа пазов, числа витков фазы и площади поперечного сечения провода обмотки статора. 6

3. Расчет параметров зубцовой зоны статора и воздушного зазора. 8

4. Расчет ротора. 9

5. Расчет магнитной цепи. 12

6. Параметры рабочего режима. 15

7. Расчет потерь. 17

8. Расчет рабочих характеристик. 19

9. Расчет пусковых характеристик. 21

9.2. Расчет пусковых характеристик с учетом влиния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния. 24

Заключение. 28

Литература. 29

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.К расчету магнитной проводимости пазов статора и ротора. 30

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.Рабочие характеристики спроектированного двигателя. 31

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.Пусковые характеристики спроектированного двигателя. 32

Введение

Техническое задание

Выбор главных размеров

2. Внутренний диаметр статора м, по таблице 1а, приложения 3¹.

3. Полюсное деление м

4. Расчетная мощность кВт

5. Электромагнитные нагрузка (предварительно) по рис. 4 приложения 2¹.

А/м, Вб

6. Обмоточный коэффициент (предварительно) для однослойной обмотки

7. Расчетная длина магнитопровода:

рас/с

8. Отношение значение находится в рекомендуемых по рис. 5 приложения 2[2] пределах.

Определение числа пазов, числа витков фазы и площади поперечного сечения провода обмотки статора

9. Предельные значения зубцового деления по рис. 6. приложения 2¹. мм, мм.

10. Число пазов статора:

Принимаем число пазов статора

Число пазов на полюс и фазу

Так как мощность менее 16кВт, обмотка однослойная

11. Зубцовое деление статора (окончательно)

12. Число эффективных проводников в пазу (предварительно) при а=1

13. Принимаем а=1, тогда

14. Окончательные значения:

Число витков в фазе

Линейная нагрузка А/м

Магнитный поток Вб

для однослойной обмотки с q=3 по таблице 2 приложения 3[3]

Индукция в воздушном зазоре Тл

Рассчитанные значения А и В_d находятся в допустимых пределах.

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

А/м²

(AJ₁)=185×10⁹А²/м³ – произведение линейной нагрузки на плотность тока по рис. 7 приложения 2¹.

16. Площадь сечение эффективного проводника (предварительно)

м²=1,86мм²

мм

Так как мм<1,7мм, число элементарных проводников

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ (табл.3 приложения 3¹)

мм, мм² мм

17. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

А/м²

12 3 4 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-03-22; Просмотров: 346; Нарушение авторского права страницы