Проектирование и расчет асинхронного двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Современный электропривод - это комплекс из аппаратов и устройств, предназначенный для управления и регулирования физическими и мощностными показателями электродвигателя. Наиболее распространенным электрическим двигателем, применяемым в промышленности, является асинхронный двигатель. С развитием силовой электроники и разработкой новых мощных систем управления асинхронным двигателем, электропривод на базе асинхронного двигателя и преобразователей частоты, является лучшим выбором, для управления различными технологическими процессами. Асинхронный электропривод обладает лучшими технико-экономическими показателями, а разработка новых энергосберегающих двигателей, позволяет создавать энергоэффективные системы электропривода.

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора. В результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n1. Т. о., ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.

Целью курсовой работы является проектирование асинхронного двигателя. По средствам данного проектирования мы изучаем свойства и характеристики данного двигателя, также изучаем особенности данных двигателей. Данная работа является неотъемлемой частью курса изучения электромашин.

1. Магнитная цепь двигателя. Размеры, конфигурация, материал

1.1 Главные размеры

1. Высота оси вращения асинхронного двигателя:

Для Рн =75 кВт , n1=750 об/мин

h=280 мм, 2р=8.

2. Наружный диаметр сердечника DН1 при стандартной высоте оси вращения h=280 мм. При данных условиях DН1=520 мм.

3. Для определения внутреннего диаметра сердечника статора D1 воспользуемся зависимостью D1=f(DН1) приведённой в таблице 9-3. Для DН1=520 мм;

D1=0,72 DН1 - 3;

D1=0,72 520-3 = 371.4 мм.

4. Найдём среднее значение kН=f(P2) асинхронных двигателей

Для РН=75 кВт; 2р=8;

kН=0,96.

5. Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 предварительные значения .

Для РН=75 кВт

=0,93.

6. Для двигателей с короткозамкнутым ротором исполнения по защите IP44 принимаем значение cos по рисунку 9-3,а при 2р = 8

cos =0,84.

7. Расчётная мощность P? для двигателей переменного тока:

,

где - КПД; cos - коэффициент мощности при номинальной нагрузке;

Вт.

8. Нахождение линейной нагрузки обмотки статора А1

А1 =420 0.915 0.86=330.4 А/см.

9. Нахождение максимального значения магнитной индукции в воздушном зазоре В

В=0,77 · 1.04· 0.86=0.69 Тл.

10. Для определения длины сердечника статора зададимся предварительным значением обмоточного коэффициента kоь1, при 2р=8

kоь1=0,92.

11. Найдём расчётную длину сердечника l1

;

мм.

l1= +·

l1=366.7+125=426.7

12. Конструктивная длина сердечника статора l1 округляется до ближайшего кратного 5:

l1= 425 мм.

13. Коэффициент

= l1 / D1;

=425 / 371,4 = 1,149

14. Находим max R4=1.1

max = 1,46 - 0,00071 DН1 ;

max = 1,46 - 0.00071 · 520 = 1.091

max =1.091 · 1.1 = 1.2

1.2 Сердечник статора

Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2312.

Сердечник собираем из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Для стали 2312 используем изолирование листов лакировкой.

Коэффициент заполнения стали принимаем равным

kС = 0,95.

Количество пазов на полюс и фазу:

При 2р = 8;

h = 280 мм;

q1 = 3.

По выбранному значению q1 количество пазов сердечника статора z1 определяем:

z1 = 2р m1 q1,

где m1 - количество фаз;

z1 = 8 3 3 = 72.

1.3 Сердечник ротора

Для данной высоты оси вращения выбираем марку стали 2312.

Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.

Для сердечника принимаем то же изолирование листов, что и для статора - лакировка.

Коэффициент заполнения стали принимаем равным

kС = 0,95.

Размер воздушного зазора между статором и ротором принимаем.

При h = 280 мм и 2р = 8;

= 0.8 мм.

Скос пазов ck (без скоса пазов)

Наружный диаметр сердечника ротора DН2:

DН2 = D1 - 2;

DН2 = 371,4 - 2 0.8 = 369.8 мм.

Для высоты вращения h 71 мм внутренний диаметр листов ротора D2:

D2 0,23 DН1;

D2 0,23 520 = 119,6 мм.

Для улучшения охлаждения, уменьшения массы и динамического момента инерции ротора в сердечниках ротора с h250 предусматривают круглые аксиальные вентиляционные каналы:

nk2=12; dk2=40

Длина сердечника ротора l2 при h>250 мм.

l2 = l1 + 5 = 425+5=430 мм.

Количество пазов в сердечнике для двигателя с короткозамкнутым ротором при z1=72 и 2р=8

z2 = 86;

2. Обмотка статора

2.1 Параметры общие для любой обмотки

Для нашего двигателя принимаем разносекционную двухслойную концентрическую обмотку из провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), укладываемую в прямоугольные полуоткрытые пазы.

Обычно обмотку статора выполняют шестизонной; каждая зона равна 60 электрических градуса. При шестизонной обмотке коэффициент распределения kР1

kР1 = 0,5/(q1sin(б/20));

kР1 = 0,5/(3 sin(10)) = 0,95.

Укорочение шага 1 принимаем равным

1 = 0,8, при 2р=8.

Двухслойную обмотку выполняем с укороченным шагом yП1

yП1 = 1 z1 / 2p;

yП1 = 0,8 72 / 8 = 7.2.

Коэффициент укорочения ky1

ky1=sin(1•90)= sin(0,8•90)=0.95.

Обмоточный коэффициент kОБ1

kОБ1 = kР1 · ky1;

kОБ1 = 0,95 · 0,95 = 0,9.

Предварительное значение магнитного потока Ф

Ф = В D1l1 10-6/p;

Ф = 0,689 371,4 42510-6/4 =0.027 Вб.

Предварительное количество витков в обмотке фазы ?1

? 1 = kнU1/(222 kОБ1(f1/50) Ф);

? 1 = 0,96 380/(222 0,908 0.027) ?66.9.

Количество параллельных ветвей обмотки статора а1 выбираем как один из делителей числа полюсов а1 = 1.

Предварительное количество эффективных проводников в пазу NП1

NП1 = 1а1(рq1);

NП1 = 155,3 1/(4 3) = 5.58

Значение NП1 принимаем, округляя NП1 до ближайшего целого значения

NП1 =6.

Выбрав целое число, уточняем значение 1

? 1 = NП1рq1а1;

? 1 = 4 4 3/1 = 72.

Значение магнитного потока Ф

Ф = Ф ? 1/1;

Ф = 0,023 66.5/64 = 0,028 Вб.

Значение индукции в воздушном зазоре В

В = В ? 1/ ? 1;

В = 0,8 66.9/72 = 0,689 Тл.

Предварительное значение номинального фазного тока I1

I1 = Рн 103/(3U1cos);

I1 = 75 103/(3 380 0,93 0.84) = 84,216 А.

Линейная нагрузка статора А1

А1 = 10Nп1z1I1(D1a1);

А1 = 6 13 72 84.216/(3,14 371,4) = 311.8 А/см.

Среднее значение магнитной индукции в спинке статора ВС1

При h = 280 мм, 2р = 8

ВС1 = 1,5 Тл.

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора t1

t1 = D1z1;

t1 = р 371.4/72 =16,1 мм.

2.2 Обмотка статора с прямоугольными полузакрытыми пазами

Принимаем предварительное значение магнитной индукции в наиболее узком месте зубца статора

31max = 1.8 Тл.

Зубцовое деление статора в наиболее узком месте

мм

Предварительная ширина зуба в наиболее узком месте

/()

/()=6.67мм

Предварительная ширина полуоткрытого и открытого паза в штампе

;

Ширина шлица полуоткрытого паза

;

;

Допустимая ширина эффективного проводника с витковой изоляцией

b?эф =( )/;

b?эф =( )/=3.665мм;

Количество эффективных проводников по высоте паза

;

.

Предварительная высота спинки статора

=Ф•106?(2•kc•l1•Вc1);

=0,027•106 ? (2•0,95•425•1.5)=22,3 мм.

Предварительная высота паза

= [ (D H1- D1)/ 2]- h c1;

= =[(520-371,4)/2]-22,3 =53 мм .

Допустимая высота эффективного проводника с витковой изоляцией

мм

Площадь эффективного проводника

.

мм2

Предварительное количество элементарных проводников

Количество элементарных проводников в одном эффективном

b?эф/

3,685/1,8=2

Предварительное количество элементарных проводников в одном эффективном

=

=

Увеличиваем до 4

Размер элементарного элементарного проводника по высоте паза

Окончательное количество элементарных проводников

с=.

Меньший и больший размеры неизолированного провода

/)-

/)-

/2)-0.15=1,685

/2)-0.15=3,55

Размер по высоте паза

Размер по ширине паза в штампе

.

Высота паза

= [ (D H1- D1)/ 2]- h c1;

= =[(520-371,4)/2]-18,3 =56 мм.

Уточненная ширина зуба в наиболее узкой части

Уточненная магнитная индукция в наиболее узкой части зубца статора

Плотность тока в обмотке статора J1

J1 = I1(c•S·a1);

J1 = 84.216/(45,465·1) = 3,852 А/мм2.

Идеальная тепловая нагрузка от потерь в обмотке А1J1

А1J1 = 311·3,852 = 1197,9 А2/(см мм2).

(А1J1)доп = 2200·0,75·0.87=1435.5 А2/(см мм2).

Длина вылета лобовой части обмотки lв1

lв1 = (0,19+0,1p)bcp1 + 10;

lв1 = (0.19+0.1•3)•80,64+10= 79,4 мм.

Среднее зубцовое деление статора tСР1

tСР1 = (D1 + hП1)/z1;

tСР1 = р(371.4 + 56)/72 = 18,6 мм.

Средняя ширина катушки обмотки статора bСР1

bСР1 = tСР1 уП1;

bСР1 = 18.6 7.2 = 133.6 мм.

Средняя длина лобовой части обмотки lл1

lл1 = 1,3

lл1 = 1,3=279,6 мм

Средняя длина витка обмотки lcp1

lcp1 = 2 · (l1 + lл1) = 2 · (425 + 279,6) = 1409,2 мм.

Длина вылета лобовой части обмотки lв1



3. Обмотка короткозамкнутого ротора

асинхронный магнитный статор фазный

Применим обмотку ротора с бутылочными пазами, т.к. h = 280 мм.

Высота паза из рис. 9-12 равна hп2 = 40 мм.

Расчетная высота спинки ротора hc2 при 2р=8 и h = 280 мм

hc2 = 0.38 · Dн2 - hп2 - ?dk2;

hc2 = 0.38 · 369.8 - 40 - ?•40 = 73,8 мм.

Магнитная индукция в спинке ротора Вс2

Вс2 = Ф · 106 / (2 · kc · l2 · hc2);

Вс2 = 0.028 · 106 / (2 · 0.95 · 430 · 73,8) = 0,464 Тл.

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора t2

t2 = рDн2/z2 = р · 369,8/86 = 13,4 мм.

Магнитная индукция в зубцах ротора Вз2.

Вз2 = 1.9 Тл.

= 74959 Вт.

Литература

1. Гольдберг О.Д., Гурин Я.С., Свириденко И.С. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 431с.

Размещено на Allbest.ru

...