Проектирование и расчет асихронных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Институт архитектуры, строительства и энергетики

Кафедра «Электротехника и электроэнергетика»

Курсовой проект

по дисциплине: «Современные проблемы энергетического электромашиностроения»

на тему: Проектирование и расчет асихронных двигателей

Выполнил студент группы ЗЭЭмд-120

Борисов Д. В.

Проверила преподаватель: МаксимовЮ.П.

Должность: Доцент

Владимир 2021



Содержание

Введение

Исходные данные для проектирования

Магнитная цепь двигателя

Размеры, конфигурация, материал

Главные размеры

Сердечник статора

Сердечник ротора

Обмотка статора

Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Обмотка короткозамкнутого ротора

Размеры короткозамкнутого кольца

Список литературы



Введение

двигатель ротор машина асинхронный

В настоящей работе приводится расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, предназначенного для включения в сеть с частотой 50 Гц при длительном режиме работы.

Возникающие в результате расчетов погрешности компенсируется применением поправочных коэффициентов, численные значения которых подтверждены опытом проектирования, результатами испытаний и эксплуатации электрических машин.

По результатам расчета строятся рабочие характеристики машины и делается анализ удельных показателей двигателя, которыми являются отношение пускового вращающего момента к поминальному, отношение максимального вращающего момента к поминальному, отношение начального пускового тока к номинальному, удельная стоимость (на единицу полезной мощности) двигателя, выраженная в условных единицах.



Исходные данные для проектирования

Вариант задания № 1:

- Исполнение ротора - короткозамкнутый;

- Номинальная отдаваемая мощность P₂, кВт - 1,5;

- Синхронная частота вращения n₁, об/мин - 3000;

Дополнительные данные.

- Номинальный режим работы по ГОСТ 183 - Продолжительный, S1;

- Количество фаз статора m₁ - 3;

- Способ соединения фаз статора (л/Д; Д; л) - треугольник (Д);

- Частота сети f, Гц - 50;

- Номинальное линейное напряжение по ГОСТ 21128-83 U, В - 380;

- Степень защиты от внешних воздействий по ГОСТ 14254-96 СТ 247 - IP44;

- Способ охлаждения по ГОСТ 20459-87 - IC0141;

- Исполнение по способу монтажа по СТ 246 - IM1001;

- Климатические условия и категория размещения по ГОСТ 15150 и 15543 - У3;

- Надежность по ГОСТ 27.002-89 - 0,9;

- Форма выступающего конца вала - цилиндрическая;

- Способ соединения с приводимым механизмом - упругая муфта;

- высоты оси вращения по ГОСТ 13267 h, мм. по табл. 9-1 - 80;

- установочные-присоединительные размерам по ГОСТ 18709 или 20839.

- Количество пар полюсов p, по (9-1) - 2;

По всем неоговоренном исходные данные машины должны удовлетворять требованиям ГОСТ 183-74.

Магнитная цепь двигателя

Размеры, конфигурация, материал

Главные размеры

Проектирование асинхронных двигателей начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра D₁ и длины сердечника статора l₁. Предельно допускаемая величина наружного диаметра корпуса D_корп и сердечника статора D_Н1 зависит от высоты оси вращения h.

Предварительно из табл. 9-1 значение высоты оси вращения

h = 80 мм.

значения вращающего момента на валу

М₂ = 7 Н·м.

по табл. 9-2 при высоте оси вращения h = 80 мм. выбираем наружный диаметр сердечника

D_{Н1 max} = 139 мм.

припуски на штамповку

?_шт = 6 мм.

Ширина резаных лент, из которой штампуют листы сердечника, при однорядной штамповке 145 мм.

Для определения внутреннего диаметра сердечника статора D₁ используем зависимости D₁ = f (D_Н1), приведенные в табл. 9-3.

D₁ = 0,61 D_Н1 - 4=0,61*139 - 4=80,79

Значение k_н находим из рис. 9-1.

k_н=0,975

Значения з' _{о. е.} и cosц' _{о. е.} примем из рис. 9-2 и 9-3

з' _{о. е.}=0,81

cosц' _{о. е.}= 0,845

Расчетную мощность P' определяют по (1.1)

P' = k_н P₂/(з'cosц') (1.1)

P' =0,975*1,5/0,81*0,845=2,136752137

Для вычисления длины сердечника статора l₁ вначале по (1.2) найдем расчетную длину сердечника l'₁.

Зададим предварительные значения обмоточного коэффициента k'_об1. Для 2p = 2

k'_об1= 0,79;

Коэффициенты электромагнитных нагрузок A'₁ и B'_д зависят от ряда факторов, в том числе от формы пазов и типа обмотки. В нашем случае (по таблице 1.4) при высоте оси вращения h, 50-160мм форма паза - трапецеидальная полузакрытая тип обмотки - однослойная всыпная концентрическая.

По рисунку 1.4 определим средние значения A'₁ и B'_д для асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами при 2p= 4

A'₁= 230

B'_д = 0,84

По таблице 1.5. примем поправочные коэффициенты k₁ = 0,93 и k₂ = 1

при 2p= 2

A'₁= 213,9

B'_д = 0,84

зададим предварительные значения обмоточного коэффициента k'_об1 для 2p=2;

k'_об1=0,79

l'₁ =196,4669011

Конструктивная длина сердечника статора l₁ при отсутствии в сердечнике радиальных вентиляционных каналов равна расчетной длине l'₁,округленной до ближайшего целого числа (при длине менее 100 мм) и до ближайшего числа, кратного пяти (при длине более 100 мм);

l₁=l'₁=200 мм.

При длине сердечника 200 мм радиальные вентиляционные каналы не применяются.

Сердечник статора

Для изготовления сердечника статора при h = 80 мм применяют холоднокатаную изотропную электротехническую сталь марки 2013.

Толщина листов электротехнической стали 0,5 мм.

Изолирование листов выполняют оксидированием.

Коэффициент заполнения стали k_с

k_с = 0,97

Количество пазов сердечника статора z₁

зависит от выбранного количества пазов на полюс и фазу q₁

По таблице 1.8 примем значение

q₁=3

По выбранному значению q₁ определяют z₁ в соответствии с (1.5).

z₁ = 4·2·3=24



Сердечник ротора

Для изготовления сердечника ротора при h = 80 мм применяют холоднокатаную изотропную электротехническую сталь марки 2013.

Толщина листов электротехнической стали 0,5 мм.

Изолирование листов выполняют оксидированием.

Коэффициент заполнения стали k_с

k_с = 0,97

скос пазов в_СК

в_СК = 1.

воздушный зазор между статором и ротором д, мм.

д = 0,35

Наружный диаметр сердечника ротора (мм) D_н2 = D₁ - 2д

D_н2 = D₁ - 2д = 80,79-2*0,35=80,09 мм

внутренний диаметр листов ротора D₂ при оси вращения h?71 равен:

D₂= 0,23*139=31,97

У двигателей с высотой оси вращения h ?250 аксиальные каналы не предусматривают из-за повышения при этом магнитной индукции в спинке ротора.

Длину сердечника ротора l₂ принимают равной длине сердечника статора l₁ для h?250 мм.

l₂ = l₁=120 мм.

Количество пазов Z₂ для двигателей с короткозамкнутым ротором выбирают в зависимости от Z1 и наличии скоса пазов в роторе.

Z₂=19



Обмотка статора

Для двигателя принимаем однослойную всыпную концентрическую обмотку из провода марки ПЭТВ (класс нагревостойкости В), укладываемую в трапецеидальные полузакрытые пазы.

Коэффициент распределения k_p1

k_p1 = 0,5 / [3sin(60 / (3·2))] =0,96

При однослойной обмотке с диаметральным шагом в₁, о. е. = 1

Однослойную обмотку выполняют с диаметральным шагом по пазам

y_п1 р. паз = Z1/(2р) =24/4=6

Коэффициент укорочения

k_у1 = 1

Обмоточный коэффициент равен

k_об1 = 0,96*1=0,96

Предварительное значение магнитного потока

Ф'=0,85*80,79*196*0,000001/2 =0,0067

Предварительное количество витков в обмотке фазы

щ'₁=1*220/222*0,96*(50/50)*0,0067=220/1,43=153,8

Количество параллельных ветвей обмотки статора а₁ =1

Предварительное количество эффективных проводников в пазу

N'_п1 =153,8*1/(2*4)=19,225

N_п1 =19

Выбрав целое число N_п1, уточняют предварительно установленные параметры:

щ₁ =19*2*4/1=152

Ф=0,0067*153,8/152=0,0068

B_д = 0,84*153,8/152=0,85

Предварительное значение номинального фазного тока (А)

I₁ =1.5*1000/(3*220*0,81*0,845)=1500/451.7=3.3

Уточненная линейная нагрузка статора (А/см)

A₁ =10*19*24*3.3/3.14*80.79*1=15048/253,6806=59.31

Из табл. 9-13

B_с1 = 1,6

Зубцовое деление по внутреннему диаметру статора (мм)

t₁ =3.14*80.79/24=10.5

Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

Примем средние значения магнитной индукции в зубцах статора B_з1 по табл. 9-14.

для двигателей со степенью защиты, IP44 B_з1 = 1,85 Тл.

Ширина зубца (мм)

b_з1 = 10,5*0,85/(0,97*1,85)=8,925/1,79=4,98

Определим размеры трапецеидальных пазов

Высота спинки статора (мм)

h_{c1 =}0,0068*1000000/(2*0,97*120*1,6)=18.2

Высота паза (мм)

h_n1 =(139- 80,79)/2-18.2=10.9

Большая ширина паза (мм)

b₁ =3.14(80,79+2*10.9)/24- 4,98=8.44

Предварительное значение ширины шлица

b'_ш1 =0,3v80=0,3*8,9=2,68

Меньшая ширина паза (мм)

b₂ =3.14(80,79+2*0,5-2,68)-24* 4,98/24-3,14= 248,4054- 119,52/ 20,86=6,17

Проверка b₁ и b₂, мм

24(8,44-6,17)+3,14(6,17-2,68)-2*3,14*(10,9-0,5)= 54,48+10,9586-65,312= -0,1266 ? 0

Площадь поперечного сечения паза в штампе (мм2)

S_n1 =(8,44+6,17/2)*( 10.9-0.5-(6,17-2,68/2))= 7,305*8,655=63,1815

Площадь поперечного сечения паза в свету (мм2)

S'_n1=((8,44+6,17)/2-0.1)*( 10.9-0.5-(6,17-0.5/2)-0.1)= 7,205*7,465=53.7

Площадь поперечного сечения корпусной изоляции (мм²)

Примем b_и1 =0,2

S_u=0,2(2*6,17+8,44+6,17)=5,39

Площадь поперечного сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу, на дне паза и под клином (мм2)

S_пр=0,5*8,44+0,75*6,17=8,8475

Площадь поперечного сечения паза, занимаемая обмоткой (мм2)

S”_n1=53.7-5,39-8,8475=39,4625

Из (1.35) диаметр элементарного изолированного провода (мм)



d₁ =v0,72*39,4625/19*1=1,222874095

По приложению А (таблица А.1) находим ближайший стандартизованный диаметр d' = 1,200

соответствующий ему диаметр неизолированного провода d =1,12

площадь поперечного сечения S=0,985

Уточним коэффициент заполнения паза по (1.37)

k_п =19*1*(1,200)² /39,4625=0,69

Уточним ширину шлица (мм)

b”_ш1 =1.2+2*0.2+0.4=2

b'_ш1 =2,68, b'_ш1 > b”_ш1,

b_ш1 =2,68

Плотность тока в обмотке статора (А/мм²)

J₁=3.3/(1*0,985*1=3.35

Уровень удельной тепловой нагрузки статора от потерь в обмотке

3.35*59.31=198,6885

(A₁J₁)_доп =1800*0,75=1350

Определим размеры (мм) элементов обмотки:

Среднее зубцовое деление статора

t_ср1=3,14*(80+10.90)/24=4,76

Средняя ширина катушки обмотки статора

b_ср1 = 4,76*6=28.56

Средняя длина одной лобовой части катушки

l_л1= (1,16+1,14*2)* 28.56+15=113,2464

Средняя длина витка обмотки

l_ср1 =2(120+113,2464)= 466,5

Длина вылета лобовой части обмотки при h?132 мм;

l_В1 =(0,19+0,1*2)*28.56+10=21,14

Обмотка короткозамкнутого ротора

В двигателях с h ? 132 пазы обычно выполняют с овальными полузакрытыми пазами.

Определим размеры обмотки ротора

Предварительные размеры

Высота паза (мм)

h'_n2=14

Высота спинки ротора (мм)

h_с2 = 0.58*80,09-14-(2/3*0)=32,45

Магнитная индукция в спинке ротора (Тл)

B_с2 =0,0068*1000000/(2*0,97*120*32,45)=6800/7 554,36=0.90

Зубцовое деление по наружному диаметру ротора (мм)

t₂ =3.14*80,09/19=13.23

Магнитная индукция в зубцах ротора (Тл)

B_з2 =1,7

Ширина зубца (мм)

b_з2 =13.23*0,85/(1,7*0,97)= 11,2455/1,649=6,8

Меньший радиус паза (мм)

r₂ =(3.14(80.09-2*14)-19*6,8)/(2*(19-3.14))=(163,5626-129,2)/31.72=1.08

Больший радиус паза (мм)

r₁ =(3.14(80.09-0,6)-19*6,8)/(2*(19-3.14))= 120,3986/ 44,28=2.72

Здесь для полузакрытого паза h_ш2 = 0,6 мм

Расстояние между центрами радиусов (мм)

h₁ =14-0,6-0-2.72-1.08= 9.6

Проверка правильности определения r₁ и r₂ исходя из условия bз2 = const

3.14*9.6-19(2.72-1.08)= 31,144-31,16 ? 0

Площадь поперечного сечения стержня, равная площади поперечного сечения паза в штампе (мм²)



S_cm=s_н2=0,5*3,14(2.72²+1.08²)+(2.72+1.08)*9,6=1,57*8,5648+36,48=49,92

Размеры короткозамкнутого кольца

Примем для расчета короткозамыкающие кольца для литой конструкций клетки.

Поперечное сечение кольца литой клетки (мм2):

S_кл =(0,35/0,45)*19*49,92/4=184,42

Высота кольца литой клетки (мм):

h_кл =(1,1/1,2)*14=12,8

Длина кольца (мм)

l_кл=184,42/12,8=14,4

Средний диаметр кольца литой клетки (мм):

D_cp =80.09-12,8=67,29

Вылет лобовой части обмотки (мм)

l_B2 =0.9*50+14,4=59,4



Список литературы

1 Гольдберг, О. Д., Гурин, Я. С., Свириденко, И. С. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов / Под ред. О. Д. Гольдберга. М.: Высш. шк., 1984. 431 с.

2 Электрические машины: учеб-метод. пособие для самостоятельной проработки курса. В 2 ч. Ч. I. Трансформаторы. Асинхронные машины / В. Г. Черномашенцев, В. А. Пацкевич, В. Н. Галушко; М-во трансп. и коммуникаций Респ. Беларусь, Белорус. гос. ун-т трансп. Гомель: БелГУТ, 2010. 131 с.

3 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью от 0,06 до 400 кВт: ГОСТ 19523-74. Введ. 18.02.1974. М: Гос. комитет СССР по стандартам: Изд-во стандартов, 1974. 39 с.

4 Ярославский электромашиностроительный завод (ОАО "ELDIN") / Электродвигатели. Гомель, 2016. Режим доступа: http://www.eldin.ru/catalog/ electromotors.php.

Размещено на Allbest.ru

...