Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент внутренней и кадровой политики Белгородской области

Областное государственное автономное

профессиональное образовательное учреждение

"Ракитянский агротехнологический техникум"

Курсовой проект

Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Руководитель проекта

Гусев В.В.

Исполнитель

студент гр. 4-Э

Данилов Эдуард.

Ракитное 2016 г.

Содержание

Аннотация

Введение

1. Главные размеры

2. Сердечник статора

3. Сердечник ротора

4. Обмотка статора

5. Размеры элементов обмоток

6. Обмотка короткозамкнутого ротора

7. Короткозамыкающее кольцо обмотки ротора

8. Расчет магнитной цепи

9. Сопротивление обмотки статора

10. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными полузакрытыми пазами

11. Сопротивления обмоток преобразованной схемы замещения двигателя

12. Расчет режима холостого хода

13. Расчет параметров номинального режима работы

14. Круговая диаграмма и рабочие характеристики

15. Тепловой расчет

16. Вентиляционный расчет

Заключение

Список использованных источников

Аннотация

Тема курсового проекта: Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Данный курсовой проект содержит 34 страницы.

В данном курсовом проекте приведен расчет асинхронного двигателя с номинальной мощностью 37 кВт и номинальной частотой вращения 1000 об/мин, питающийся от трехфазного источника энергии напряжением 380/660 В.

В курсовом проекте определены главные размеры, размеры элементов обмоток, сопротивление обмотки статора, также приведены расчеты магнитной цепи асинхронного двигателя, расчет режима холостого хода, расчет параметров номинального режима работы, тепловые и вентиляционные расчеты.

Введение

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу 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: обмоточные меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования. Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономике 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 сравнения с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Серия имеет широкий ряд модификации, специализированных исполнений на максимальных удовлетворительных нужд электропривода.

1. Главные размеры

Определяем количество пар полюсов

h=225 мм (по условию).

По таблице 9-2 [1,117] выбираем наружный диаметр сердечника

Dн1=406 мм

Для определения внутреннего диаметра сердечника статора используем зависимость D1=f(Dн1), приведенную в табл.. 9-3 [1,117] в зависимости от числа полюсов

D1=0,72·Dн1-3=0,72·406-3=289,3 мм (при 2р=6)

Расчетная мощность электродвигателя

где kH=0,972 -принимаем по рис 9-1[1,117]

?'=0,78 - предварительное значение КПД двигателя при номинальной нагрузке (принимаем по рис 9-2 [1,118])

cos ?'=0,88 - предварительное значение коэффициента мощности двигателя (принимаем по рис 9-3 [1,119])

Предварительное значение электромагнитных нагрузок



где определяем по рис 9-4 [1,120]

k1=0,93 - коэффициент учитывающий количество полюсов (при 2р=6)

где определяем по рис 9-4 [1,120]

k2=1,04 - коэффициент учитывающий количество полюсов (при 2р=6)

Предварительное значение обмоточного коэффициента

Расчетная длина сердечника статора

Конструктивная длина сердечника статора

l1=140 мм

Отношение длины сердечника статора к внутреннему диаметру сердечника статора

Предельно допускаемое отношение длины сердечника статора к внутреннему диаметру сердечника статора

где - поправочный коэффициент (при 2р=6)

Принимаем, т.е. l1=140 мм

2. Сердечник статора

Сердечник статора собираем из отдельных отштампованных листов холоднокатаной изотропной электротехнической стали марки 2013 (т.к. h=225 мм) толщиной 4,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали, от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

Коэффициент заполнения стали

kc=0,97

Количество пазов на полюс и фазу (принимаем по табл. 9-8 [1,123])

q=3,5

Количество пазов сердечника статора

3. Сердечник ротора

Сердечник ротора собираем из отдельных отштампованных листов холоднокатаной изотропной электротехнической стали марки 2013 (т.к. h=225 мм) толщиной 0,5 мм, имеющих изоляционные покрытия для уменьшения потерь в стали от вихревых токов.

Для стали 2013 используем изолирование листов оксидированием.

Коэффициент заполнения стали

kc=0,97

Для уменьшения влияния моментов высших гармоник на пусковые и виброаккустические характеристики машины ротор двигателя выполняем со скосом пазов bck на одно зубцовое деление статора t1; при этом

Величину воздушного зазора выбираем по табл. 9-9 [1,124]

Наружный диаметр сердечника ротора

Dн2=D1-2·?=289,3-2·0,6=288,1 мм

Внутренний диаметр листов ротора

D2?0,23·Dн1=0,23·289,3=66,53 мм

Длина сердечника ротора

l2=l1=140 мм

Количество пазов ротора

где m2=m1=3

q2=q1-0,5=3+0,5=3,5

Принимаем: z2=63

4. Обмотка статора

Для двигателя принимаем однослойную всыпную обмотку концентрическую обмотку из провода марки ПЭТ-155 (класс нагревостойкости F), укладываемую в трапециидальные полузакрытые пазы.

Обмотку статора выполняем шестизонной; каждая зона равна 60 эл. град.

Коэффициент распределения при шестизонной обмотки:

где

Укорочение шага

Диаметральный шаг по пазам

Коэффициент укорочения

Обмоточный коэффициент

Предварительное значение магнитного потока...

Предварительное количество витков в обмотке фазы

Предварительное количество эффективных проводников в пазу

где а1=2 - количество параллельных ветвей обмотки статора

Уточненное количество витков в обмотке фазы

Уточненное значение магнитного потока

Уточненное значение индукции в воздушном зазоре

Предварительное значение номинального фазного тока

Уточненная линейная нагрузка статора

Среднее значение магнитной индукции в спинке статора принимаем по табл. 9-13[1,130]

Вс1=1,5 Тл

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора



Среднее значение магнитной индукции в зубцах статора (принимаем по табл. 9-14 [1,130])

Вз1=1,8 Тл

Ширина зубца

Высота спинки статора

Высота паза

Большая ширина паза

Меньшая ширина паза

где hш1=0,5 мм - высота шлица

- ширина шлица

Проверка правильности определения b1 и b2 исходя из требования

bз1=const

Площадь поперечного сечения паза в штампе

Площадь поперечного сечения в свет

где bc=0,1 мм - припуски на сборку сердечника статора и ротора по ширине

hc=0,1 мм - припуски на сборку сердечника статора и ротора по высоте

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции

где bu.1=0,25 мм - среднее значение односторонней толщины корпусной изоляции

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне и под клином



Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой

Предварительный коэффициент заполнения паза kn=0,75

Произведение

Принимаем с=2 - количество элементарных проводов

Диаметр элементарного изолированного провода

По приложению 1 [1,384] находим ближайший стандартизованный диаметр, соответствующий ему диаметр неизолированного провода и площадь поперечного сечения

Уточненный коэффициент заполнения паза

Уточняем ширину шлица



Принимаем

Плотность тока в обмотке статора

асинхронный двигатель трехфазный статор

Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке

A1·J1=722,87·5,32=3845,6

Допустимый уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке определяем по рис 9-8 [1,133]

A1·J1=3845,6

5. Размеры элементов обмотки

Среднее зубцовое деление статора

Средняя ширина катушки обмотки статора

Средняя длина одной лобовой части катушки

Средняя длина витка обмотки

Длина вылета лобовой части обмотки

6. Обмотка короткозамкнутого ротора

Принимаем для обмотки ротора овальные полузакрытые пазы.

Предварительная высота пазов короткозамкнутого ротора принимаем по рис 9-12 [1,143]

hn2=44 мм

Расчетная высота спинки ротора

Магнитная индукция в спинке ротора

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора



Магнитная индукция в зубцах ротора определяем по табл. 9-18 [1,141]

Вз2=1,8 Тл

Ширина зубца

Меньший радиус паза

Больший радиус паза

Расстояние между центрами радиусов

h1=hп2-hш2-h2-r1-r2=44-2,5-0,6-4,66-6,89=29,35 мм

Проверка правильности определения r1 и r2 исходя из условия

bз2=const

Площадь поперечного сечения стержня, равная площади поперечного сечения паза в штампе

7. Короткозамыкающее кольцо обмотки ротора

Поперечное сечение кольца (для литой клетки)

Высота кольца (литой клетки)

Длина кольца

Средний диаметр кольца (для литой клетки)

Вылет лобовой части обмотки

где lл2=50 мм - длина лобовой части стержня

kл=0,9 - коэффициент учитывающий изгиб стержня

8. Расчет магнитной цепи

МДС для воздушного зазора.

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения статора

Коэффициент, учитывающий увеличение магнитного сопротивления воздушного зазора вследствие зубчатого строения ротора

Общий коэффициент воздушного зазора

МДС для воздушного зазора

МДС для зубцов трапецеидальных полузакрытых пазах статора

Зубцовое деление на высоты зубца



Коэффициент зубцов

Напряженность магнитного поля находим из приложения 8 [1,391]

Нз.1=15,2

Средняя длина пути магнитного потока

Lз.1=hп.1=29,15 мм

МДС для зубцов

Напряженность магнитного поля определяем по приложению 8

Нз.2=15,2

Средняя длина пути магнитного потока

Lз.2=hп.2-0,2·r2=44-0,2·4,66=43,06 мм

МДС для зубцов.

МДС для спинки статора.

Напряженность магнитного поля находим по приложению 11 [1,393]

Нс1=20

Средняя длина пути магнитного потока

МДС для спинки статора

МДС для спинки ротора.

Напряженность магнитного поля находим по приложению 11 [1,393]

Нс2=20

Средняя длина пути магнитного потока

МДС для спинки статора

Параметры магнитной цепи.

Суммарная МДС магнитной цепи на один полюс

Коэффициент насыщения магнитной цепи

Намагничивающий ток

Намагничивающий ток в относительных единицах

ЭДС холостого хода

E=kH·U1=0,972·380=369,36 B

Главное индуктивное сопротивление

Главное индуктивное сопротивление в относительных единицах

9. Сопротивление обмотки статора

Активное сопротивление обмотки фазы при 200С

где - удельная электрическая проводимость меди при 200С

Активное сопротивление обмотки фазы при 200С в относительных единицах

Проверка правильности определения

Коэффициенты, учитывающие укорочение шага

Размеры паза статора

где hk1 , h2 - размеры частей обмоток и паза (определяем

по табл.. 9-21 [1,159])

h1 - размер обмотки

Коэффициент проводимости рассеяния

Коэффициент дифференциального рассеяния статора (принимаем по табл. 9-23 [1,159])

kд1=0,0089

Коэффициент, учитывающий влияние открытия пазов статора на проводимость дифференциального рассеяния

Коэффициент, учитывающий демпфирующую реакцию токов, наведенных в обмотке короткозамкнутого ротора высшими гармониками поля статора(определяем по табл. 9-22 (1,159)

kp1=1,09

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния

Полюсное деление

Коэффициент проводимости рассеяния лобовых частей обмотки

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки статора

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора

Индуктивное сопротивление обмотки фазы статора в о.е.

Проверка правильности определения

10. Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными полузакрытыми пазами

Активное сопротивление стержня клетки при 200С

где - удельная электрическая проводимость алюминия при 200С( при использовании заливки алюминия А5)

Коэффициент приведения тока кольца к току стержня

Сопротивление короткозамыкающих колец, приведенное к току стержня при 200С

Центральный угол скоса пазов

Коэффициент скоса пазов ротора (определяем по рис 9-16 [1,160])

kск=1

Коэффициент приведения сопротивления обмотки ротора к обмотке статора

Активное сопротивление обмотки ротора при 200С, приведенное к обмотке статора



Активное сопротивление обмотки ротора при 200С, приведенное к обмотке статора в о.е.

Ток стержня ротора для рабочего режима

Коэффициент проводимости рассеяния

Количество пазов ротора на полюс и фазу

Коэффициент дифференциального рассеяния ротора (определяем по рис 9-17 [1,160])

kд2=0,002

Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния ротора

Коэффициент проводимости рассеяния короткозамыкающих колец литой клетки ротора

Относительный скос пазов ротора в долях зубцового деления ротора

Коэффициент проводимости рассеяния скоса пазов

Коэффициент проводимости рассеяния обмотки ротора

Индуктивное сопротивление обмотки ротора

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора

Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора в о.е.

Проверка правильности определения

11. Сопротивления обмоток преобразованной схемы замещения двигателя

Коэффициент рассеяния статора

Коэффициент сопротивления статора

Преобразованные сопротивления обмоток

12. Расчет режима холостого хода

Реактивная составляющая тока статора при синхронном вращении.

Электрические потери в обмотке статора при синхронном вращении

Расчетная масса стали зубцов статора

Магнитные потери в зубцах статора

Масса стали спинки статора

Магнитные потери в спинке статора

Суммарные потери в сердечнике статора, включающие добавочные потери в стали



Механические потери

Активная составляющая тока холостого хода

Ток холостого хода

Коэффициент мощности при холостом ходе

13. Расчет параметров номинального режима работы

Активное сопротивление короткого замыкания

Индуктивное сопротивление короткого замыкания



Полное сопротивление короткого замыкания

Добавочные потери при номинальной нагрузке

Механическая мощность двигателя

Эквивалентное сопротивление схемы замещения

Полное сопротивление схемы замещения

Скольжение



Активная составляющая тока статора при синхронном вращении

Ток ротора

Ток статора:

Активная составляющая

реактивная составляющая

Фазный

Коэффициент мощности

Линейная нагрузка статора

Плотность тока в обмотке статора

Линейная нагрузка ротора

Ток в стержне короткозамкнутого ротора

Плотность тока в стержне короткозамкнутого ротора



Ток в короткозамыкающем кольце

Электрические потери в обмотке статора и ротора соответственно

Суммарные потери в электродвигателе

Подводимая мощность

Коэффициент полезного действия

Проверка подводимая мощность

мощность Р2

14. Круговая диаграмма и рабочие характеристики

Таблица 1. Результаты расчета рабочих характеристик

Условные обозначения	Отдаваемая мощность в долях от номинальной Р2
	0,25	0,5	0,75	1	1,25
Р2 ,кВт	9,25	18,5	27,75	37	46,25
Рд , Вт	59,27	118,55	177,82	237,1	296,37
,Вт	9323,8	18647,7	27971,5	37295,41	46619,2
RH , Ом	2,75	5,55	8,3	11,1	13,85
zH .Ом	3,15	6,3	9,45	12,6	15,75
S	0,000025	0,00005	0,000075	0,0001	0,000125
, А	7,5375	15,075	22,6125	30,15	37,6875
Ia1, А	2,12	4,24	6,36	8,48	10,6
Ip1, А	1,89	3,78	5,67	7,56	9,45
I1, А	3,35	6,7	10,05	13,4	16,75
Cos ?	0,1575	0,315	0,4725	0,63	0,7875
PM1, Вт	402,03	804,07	1206,1	1608,14	2010,17
PM2, Вт	384,41	768,82	1153,23	1537,65	1922,06
P?, Вт	993,86	1987,73	1163,19	3975,47	4969,33
P1, Вт	10243,75	20487,5	30731,25	40975	51218,75
? ,%	22,75	45,5	68,25	91	113,75

Построение круговой диаграммы

Выбираем масштаб тока

Принимаем cI=0,3

Определяем диаметр рабочего круга

Определяем масштаб мощности

ВС=2·?·100=2·0,010·100= 2 мм

ВЕ=

ВF=

15. Тепловой расчет

Потери в обмотке статора при максимальной допустимой температуре

Условная внутренняя поверхность охлаждения активной части статора

Условный периметр поперечного сечения трапецеидального полузакрытого паза

Условная поверхность охлаждения пазов

Условная поверхность охлаждения лобовых частей обмотки

Высота ребер охлаждения

Число ребер охлаждения

Условная поверхность охлаждения двигателей с охлаждающими ребрами на станине

Удельный тепловой поток от потерь в стали, отнесенных к внутренней поверхности охлаждения активной части статора



где k=0,19 - определяем по табл. 9-25 [1,188]

Удельный тепловой поток от потерь в активной части обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения пазов

Удельный тепловой поток от потерь в лобовых частях обмотки, отнесенных к поверхности охлаждения лобовых частей обмотки

Окружная скорость ротора

Превышение температуры внутренней поверхности активной части статора над температурой воздуха внутри машины

где - коэффициент теплоотдачи поверхности статора (определяем по рис 9-24 [1,190])

Перепад температуры в изоляции паза и катушек из круглого провода

где - эквивалентный коэффициент теплопроводности изоляции в пазу, включающий воздушные прослойки - эквивалентный коэффициент теплопроводности внутренней изоляции катушки (принимаем по рис 9-26 [1,191])

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей обмотки над температурой воздуха внутри двигателя

Перепад температуры в изоляции лобовых частей катушек из круглых проводов

Среднее превышение температуры обмотки над температурой воздуха внутри машины



Потери в двигателе, передаваемые воздуху внутри двигателя

Среднее превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой наружного воздуха

где - коэффициент подогрева воздуха (находим по рис 9-25 [1,190])

Среднее превышение температуры обмотки над температурой наружного воздуха

Потери в обмотке ротора при максимально допускаемой температуре

16. Вентиляционный расчет

Наружный диаметр корпуса

Коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса двигателя

Необходимый расход воздуха

где СВ=1100 - теплоемкость воздуха

Расход воздуха, который может быть обеспечен наружным вентилятором

Напор воздуха, развиваемый наружным вентилятором

Заключение

Обслуживание электроустановок промышленных предприятий осуществляют сотни тысяч электромонтеров, от которых во многом зависит надежная и бесперебойная работа электроустановок.

Персонал должен знать основные требования Правил технической эксплуатации электроустановок и других директивных материалови аппаратов, умение использовать материалы, инструмент, приспособления и оборудование, применяемые при эксплуатации электроустановок.

При расчете данного курсового проекта мною была использована специальная литература, при помощи которой я усвоил и закрепил дополнительные знания по предметам: Электротехника, Ремонт и эксплуатация электрических машин, Электроснабжение промышленных предприятий и установок, Электроматериаловедение.

В моей работе особое внимание уделяется рабочим характеристикам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Также я уделил внимание главным размерам, размерам элементов обмоток, сопротивлению обмотки статора, также приведены расчеты магнитной цепи асинхронного двигателя, расчет режима холостого хода, расчет параметров номинального режима работы, тепловые и вентиляционные расчеты.

Список использованных источников

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

2. Копылов И.П. Электрические машины М: Энергоатомиздат, 1986. 360с.

3. Сергеев П.С., Виноградов Н.В., Горяинов Ф.А. Проектирование электрических машин М: Энергия,1970. 632 с.

4. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: справочник М: машиностроение 1992. - 608 с.

5. Справочник по электрическим машинам / под ред. И.Н. Копылова. М: Энергоатомиздат. т. 1. - 1988. - 456 с.

6. Ю.М. Фролов, В.П. Шелякин. Основы электрического привода. - М.: КолосС, 2007. - 256 с.

7. М.М. Кацман. Электрический привод. - М.: Академия, 2010. - 384 с.

8. Э.А. Киреева, С.Н. Шерстнев. Полный справочник по электрооборудованию и электротехнике (с примерами расчетов). - М.: КноРус, 2012. - 864 с.

9. М.М. Кацман. Справочник по электрическим машинам. - М.: Академия, 2005. - 480 с.

Размещено на Allbest.ru

...