Проектирование асинхронного двигателя АИР160S6У3 с мощностью 11 кВт и частотой 61 Гц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт инженерно-педагогического образования

Кафедра энергетики и транспорта

Курсовой проект

По дисциплине: «Электрические машины»

Тема: «Проектирование асинхронного двигателя АИР160S6У3 с мощностью 11 кВт и частотой 61 Гц»

Выполнил: Черепанов С.Д.

Проверил: Емельянов А.А.

Екатеринбург 2019

Аннотация

Курсовой проект содержит 33 листа печатного текста, 4 иллюстрации, 5 таблиц, 2 использованных источника.

Приведен расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором АИР160S6У3 мощностью 11 кВт, включающий в себя:

выбор главных размеров;

расчет и построение рабочих и пусковых характеристик;

упрощённые тепловые и вентиляционные расчеты.

Приведены: схемы замещения и круговая диаграмма.

Дан сборочный чертеж асинхронного двигателя.

Содержание

Введение

1. Выбор главных размеров

2. Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4. Расчет ротора

5. Расчет намагничивающего тока

6. Параметры рабочего режима

7. Расчет потерь

8. Расчет рабочих характеристик

Заключение

Введение

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу электропривода большинства механизмов, использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

Средства на ремонт и обслуживание асинхронных двигателей, находящихся в эксплуатации, составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации, и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономии материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2 - 3 ступени по сравнению с мощностью двигателей серии 2А, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности.

Серия имеет широкий ряд модификаций и специализированных исполнений для максимального удовлетворения нужд электропривода.

Задание

Тип машины - асинхронный двигатель АИР160S6У3

1. Номинальная мощность 11 кВт

2. Номинальное фазное напряжение 220 В

3. Число полюсов 2р = 6

4. Степень защиты IP44

5. Класс нагревостойкости изоляции F

6. Кратность начального пускового момента 1,2

7. Кратность начального пускового тока 6

8. Коэффициент полезного действия з = 0,86

9. Коэффициент мощности cos = 0,81

10. Исполнение по форме монтажа М1001

11. Воздушный зазор д = 0,45мм

12. Частота сети f1= 61 Гц

1. Выбор главных размеров

Синхронная скорость вращения поля:

Высота оси вращения h = 112 мм (двигатель АИР112М4У3)

Внутренний диаметр статора

Полюсное деление

Расчетная мощность

[по рис. П4Б ke = 0,975; з = 0,86 и cosц = 0,81 - исходные данные]

Электромагнитные нагрузки (по рис. П1Б)

Обмоточный коэффициент для однослойной обмотки принимаем

Расчетная длина воздушного зазора:

при kB = 1,11 - коэффициент формы поля.

Отношение

(значение л находится в рекомендуемых пределах).

2. Определение Z1, w1 и сечения провода обмотки статора

Предельные значения t1 по рис. П3Б:

Число пазов статора:

Принимаем Z1 = 54, тогда

-- однослойная обмотка.

Зубцовое деление статора:

Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии a =3)

Принимаем a = 3, тогда .

Окончательные значения:

Значения А и Вд находятся в допустимых пределах

Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

Сечение эффективного проводника (предварительно):

Принимаем nэл = 1 тогда



обмоточный провод ПЭТМ (табл. П4А)

Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Принимаем из рекомендуемых значений [1] индукции Bz1 = 1.7 … 1.9 и Ba = 1.2 … 1.5 значения [по табл.6-10 стр. 174, 2]:

, тогда

[по табл. П5А для оксидированных листов стали kc = 0,97]

Размеры паза в штампе принимаем по табл. П6А:



Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников

Площадь поперечного сечения прокладок в пазу: Sпр= 0 - для однослойных обмоток

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

Коэффициент заполнения паза



4. Расчет ротора

асинхронный электрический двигатель короткозамкнутый

Воздушный зазор: д = 0,45 мм.

Число пазов ротора (по табл. П9А при 2p = 6 и Z1 = 54): Z2 = 50.

Внешний диаметр: .

Длина:

Зубцовое деление:

.

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник непосредственно насажан на вал:

[kB = 0,23 при h = 160 мм и 2p = 6 по табл. П10А]

Ток в стержне ротора:

[ki = 0,85 при cosц = 0,81 по рис. П6Б;

]

Площадь поперечного сечения стержня:



[плотность тока в стержне литой клетки принимаем (алюминий)]

Паз ротора.

Принимаем

Допустимая ширина зубца:

Размеры паза:

Полная высота паза:

Сечение стержня:



Плотность тока в стержне:

Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения:

[

т.к. плотность тока в замыкающих кольцах Jкл выбирают в среднем на 15-20% меньше, то

]

Размеры замыкающих колец:



Рис. 1 - Пазы статора и ротора

5. Расчет намагничивающего тока

Значение индукции Bj=0,64 Тл:

[расчетная высота ярма ротора при 2p = 6:

]

Магнитное напряжение воздушного зазора:

[

]

Магнитное напряжение зубцовых зон:

Статора

Ротора

[по табл. П11А, для стали 2013

]

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

[по табл. П11А Ha = 262A/м при Вa = 1,2 Тл; Hj = 87 A/м при Вj = 0,64 Тл]

Магнитное напряжение на пару полюсов:

Коэффициент насыщения магнитной цепи:

Намагничивающий ток:

Относительное значение:

6. Параметры рабочего режима

Активное сопротивление фазы обмотки статора:

Для класса нагревостойкости изоляции расчетная ?расч. = 115_С

Для меди

Длина проводников фазы обмотки:

[где В = 10 м; kл = 1,4, по табл. П13А]

Длина вылета лобовой части катушки:

где kвыл = 0,5 по табл. П13А.

Относительное значение:

Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

[

где для алюминиевой обмотки ротора ]

Приводим r2 к числу витков обмотки статора:

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где h3=20,58 мм, b=6,11 мм, h2=0 мм

[ и по рис. П14Б; ]

Относительное значение:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

[

]

Приводим x2 к числу витков статора:

Относительное значение:

7. Расчет потерь

Основные потери в стали:

[; для стали 2013 по табл. П14А]

Поверхностные потери в роторе:

где k02 = 1,5 [с. 207, 2].

для

Пульсационные потери в зубцах ротора:

Сумма добавочных потерь стали:

Полные потери в стали:

Механические потери:

[для двигателей 2р = 6: ]

Добавочные потери при номинальном режиме:

Холостой ход двигателя:

где ,

8. Расчет рабочих характеристик

Последовательно включенные сопротивления схемы замещения

;

Потери, не меняющиеся при изменении скольжения:

Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики, задаваясь скольжением

Результаты расчета приведены в табл. 1.

Характеристики представлены на рис. 2.

Табл. 1

№	Расчётная формула	Ед.	Скольжение
			0,005	0,01	0,02	0,034
1		Ом	66,1	33,05	16,52	9,7
2			0	0	0	0
3		Ом	66,82	33,77	17,24	10,44
4		Ом	2,2	2,2	2,2	2,2
5		Ом	66,86	33,84	17,38	10,67
6		А	3,29	6,50	12,66	20,62
7		--	0,999	0,99	0,9	0,98
8		--	0,03	0,07	0,13	0,21
9		А	4,26	7,41	12,36	21,14
10	где I0p =I??	А	5,71	6,02	7,20	9,85
11		А	7,12	9,55	14,30	23,32
12		А	3,32	6,57	12,78	20,82
13		кВт	2,81	4,89	8,16	13,96
14		кВт	0,11	0,19	0,44	1,16
15		кВт	0,05	0,09	0,20	0,53
16		кВт	0,01	0,01	0,02	0,06
17		кВт	0,59	0,71	1,08	2,17
18		кВт	2,22	4,18	7,08	11,26
19		--	0,79	0,85	0,87	0,87
20		--	0,60	0,77	0,86	0,91

Расчет и построение круговой диаграммы:

Масштаб тока:

Масштаб мощности:

Круговая диаграмма приведена на рис. 3.

Рис. 2 - Рабочие характеристики



Рис.3 - Векторная диаграмма

Заключение

В данной работе проводилось исследование увеличения частоты питающего напряжения на характеристики асинхронного двигателя. В работе принята частота f = 61 Гц, что в 1,46 раза больше промышленной частоты сети, для которой даны справочные данные. При увеличении частоты возрастают индуктивные сопротивления, что приведет к уменьшению диаметра окружности круговой диаграммы .

В данной работе частота питающего напряжения f = 61 Гц, номинальное фазное напряжение U1н = 220 В.

Для сравнения в табл. 2 и 3 представлены расчитанные в данной работе параметры спроектированного двигателя, а также справочные данные серийного асинхронного двигателя АИР160S6У3.

Табл.2

Двигатель АИР160S6У3	f, Гц	U1ф, В	Bд	з	cosц	Mк	Mп	iп	sн	hп2, мм	bр1, мм	bр2, мм
серийный	61	220	0,75	0,86	0,86	1,2	1,2	6	2,7	34,6	6,2	2,5
расчетный	61	220	0,6	0,867	0,91	0,8	0,4	6	0,034	26,1	6,2	3,67

Табл.3

Двигатель АИР160S6У3	xм*	I м*	r1*	r'2*	x1*	x'2*
серийный	2,8	0,426	0,073	0,003	0,011	0,15
расчетный	2,721	0,426	0,066	0,034	0,14	0,179

При сопоставлении расчетных данных и данных серийного двигателя видно, что пусковой момент (Мп) расчетного меньше пускового момента серийного двигателя в 5 раз. Это связано с тем, что высота паза (hп2) расчетной машины, меньше соответствующего размера серийной, что привело к уменьшению активного сопротивления роторной обмотки r'2*, к уменьшению скольжения (т.к. sн ? r'2*), а также уменьшению пускового момента:

.

Кроме того, уменьшение Мп вызвано уменьшением пускового тока (iп), в следствие, увеличения индуктивного сопротивления x1*. Возрастание индуктивного сопротивления x1*, главным образом, связано с существенным увеличением лд1 ? k'ск.

Список использованных источников

1. Копылов И. П. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов / М.: «Энергия» - 1980.

2. Методическое пособие к выполнению курсового проекта по Электрическим машинам №11, 1990г.[128, 1984].

Размещено на Allbest.ru

...