Расчет синхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1 Выбор главных размеров

2 Определение сечения провода обмоток статора, Z₁и w₁

3 Размер зубцовой зоны статора и воздушного зазора

4 Расчет ротора

5 Расчет намагничивающего тока

6 Параметры рабочего режима двигателя

Заключение

Список использованных источников



Введение

Целью этого курсового проекта является развитие у учащегося опыта в выполнении научно-исследовательской работы.

В этом курсовом проекте мы будемпроизводить расчета синхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. С помощью этого проекта мы сможем хорошо изучить и понять строение асинхронного двигателя.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко применяются в промышленности в ввиду его эффективности. Единственным изъяном этого двигателя является низкое качество регулировочных характеристик. Приходится использовать дополнительные устройства, чтобы повысить характеристики электромотора.

Однако, этот недостаток он компенсирует своими другими преимуществами: надежность, дешевость, понятная и простая конструкция, не бывает источников радиопомех, двигатель не производит много шума.

Как и многие двигателиасинхронный двигатель тоже состоит из ротора, обмотка которого похож на беличью клетку, и статора. Обычнообмотки состоят из алюминиевых стерженьков, но если двигательвысокой мощности, то используют медные стержни. Однако, такие стержни стоят дорого. Эти стержни находятся выше, чем сердечник ротора.

Ротор, который расположен внутри статора, асинхронно кружится.

Асинхронные двигатели делятся на три вида, смотря сколько фаз применяются в двигателе: однофазные, двухфазные и трехфазные.

Все три вида двигателя отличаются друг от друга. В каждом из них разные количества обмоток, и они тоже расположены по-разному.Наиболее эффективными считаются, трехфазные асинхронные двигатели.

Для расчета асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяетсядвигатель серии 4А, которая была создана в 1969-71 годах.Этот двигатель уже старый, и в нынешнее время его особо не используют.

Расчет двигателя мы будем проводить по номинальным данным, которые есть в задании.



1. Выбор главных размеров

двигатель статор ротор обмотка

Мы должны определить размеры внутреннего диаметрастатора и расчетную длину магнитопровода нашего двигателя. То есть, D и l_д, которые выражены постоянным:

Здесь А и В_д являются значением электромагнитных нагрузок.

а_д является коэффициентом полюсного перекрытия; а k_Bпредставляет собой коэффициент формы поля.

Порядок выбора и расчета главных размеров выглядит так:

1.1. Для начала, найдем высоту оси вращения. Наш двигатель исполнен по степени защиты: IP44. h=63 мм; теперь найдем наружный диаметр, который соответствует высоте: D_a=100 мм.

1.2. Теперь нужно найтивнутренний диаметр нашего статора по формуле:

Но, нам еще неизвестно K_D. Чтобы его найти, мы посмотрим в таблицу, и находим, что при 2p=2; значение K_D находится где-то в промежутке [0,52 - 0,6]. Выбираем значение 0,6; тогда внутренний диаметр будет равен:



1.3. Следующим находим полюсное делениеф по этой формуле:

1.4. Необходимо найти расчетную мощность двигателя:

Мы можем найти k_Eпо специальному рисунку:если D_a =0,1 м и2p=2, то k_E = 0,97.

1.5. Значения А и В_дмы найдем по рисунку, если D_a=0,1 м и 2p=2, то А=16? 10³;В_д= 0,65 Тл.

1.6. Значение а_д и k_Bуже известны:

1.7. Величину обмоточного коэффициента мы должны выбрать согласно нашему виду обмотки статора. Так как у нас 2p=2, то вид нашей обмотки двухслойный, значит, k_об1будет равно либо 0,90; либо 0,91. Мы примем k_об1 = 0,91.

1.8. Теперь найдем синхронную угловую частоту нашего двигателя, которые обозначается как Щ:

1.9. Наконец, мы сможем рассчитать l_д по формуле:

1.10. Проверим, правильно ли мы нашли главные значения. Для этого используем отношение:

Значение находится в дозволенных границах, значить, мы верно нашли главные значения.

2. Определение сечения провода обмоток статора, Z₁и w₁

На этом этапе мы должны рассчитать значения количества пазов статора Z₁и количество витков в фазе обмотки нашего статора w₁.Порядок нашего расчета будет выглядит так:

2.1. Находим значенияt_Z1maxи t_Z1min по картинке: так как, h=63 мм; а ф=0,094 м, то t_Z1max = 9,8 мм; t_Z1min = 8 мм.

2.2. Теперь мы можем найти количество пазов нашего статора:

Так как, количество пазов статора бывает только кратным числу фаз, то значение q должно быть целым. Значить, мы выбираем Z₁ = 24.

Здесь, m - это число фаз.

2.3. Находим заключительное значение зубцового деления нашего статора:

2.4. Следующим находим количество эффективных проводников в пазу, если в техническом условии указано, что в нашей обмотке нет параллельных ветвей, то есть а=1.

I_1ном мы можем найти по этой формуле:



2.5. Допустим, количество параллельных ветвей a=1, тогда будет

2.6. Находим заключительные значения для:

- количества витков в фазе по этой формуле:

- линейной нагрузке по этой формуле:

- магнитного потока по этой формуле:

- индукции воздушного зазора по этой формуле:

Значения А и В_днаходятся в дозволенных пределах и практически не отличаются от выбранных нами значении.

2.7. Рассчитаем плотность тока в обмотке нашего статора, при D_a=0,1 м, значение AJ₁=119? 10⁹:



2.8. Теперь найдем площадь поперечного сечения эффективного проводника, если а=2:

2.9. Теперь находим заключительное сечение эффективного проводника: примем, что n_эл=4, тогда

Примем обмоточный привод ПЭТВ: тогда, согласно таблице, d_эл=0,8 мм, q_эл=0,503 мм².

2.10. Наконец, найдем заключительное значение плотности тока в обмотке нашего статора:

3. Размер зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Порядок нахождения размеров:

3.1. Для начала мы выбираем по рисунку значения для B_Z1=1,9Тл и B_a=1,6Тл. Тогда

В этом уравнении l_ст1=l_д-это длина сердечника нашего статора, а k_cнаходим по таблице, это коэффициент заполнения сердечника сталью.

Теперь находим высоту ярма статора:

3.2. Согласно значениям, которых мы найдем по рисунку, размеры паза в штампе будут: b_ш=1,8 мм; h_ш= 0,5 мм и в=45°. Высота паза будет равна:

Теперь найдем ширину паза:

3.3. Чтобы найти коэффициент заполнения паза, для начала нужно найтивеличину паза в свете, учитывая припуск к сборке:



Значение припуска по ширине паза Дb_пи Дh_п- найдем по таблице: так как, высота оси вращения h=63 мм, то Дb_п = 0,1 мм иДh_п= 0,1 мм.

Теперь найдем S'_п - это площадь поперечного сечения пазы, для этого необходимо найти S_из:

Здесь b_из- это толщина односторонней изоляции в пазу, которая согласно таблице равна:b_из= 0,2 мм.

Так как, прокладки в пазу нет, S_пр=0.Найдем площадь поперечного сечения пазы:

3.4. Чтобы проверить, безошибочно ли мы нашли все данные, мы находим коэффициент заполнения паза:

Значение находится в дозволенных пределах, значить, мы все верно нашли.



двигатель статор ротор обмотка

4. Расчет ротора

Порядок проведения расчета ротора:

4.1. По графику найдем значение высоты воздушного зазора: если 2p=2 и D=0,06 м, то д=0,25 мм.

4.2. Согласно таблице, число пазов ротора будет равно: Z₂ =17.

4.3. По формуле найдем внешний диаметр нашего ротора:

4.4. Длина магнитопровода нашего ротора равна: l_д = l₂ = 0,17 м.

4.5. Находим зубцовое деление ротора по формуле:

4.6. Диаметр вала имеет одинаковое значение с внутренним диаметром ротора. Значение k_в находим по таблице: k_в = 0,19.



4.7. Для начала находим коэффициент k_i:

Найдем коэффициент приведения токов:

Теперь по формуле найдем ток в обмотке нашего ротора:

4.8. Надо найти площадь поперечного сечения нашего стержня. Для этого, сперва находим J₂ = 3,5? 10⁶ А/м². Теперь

4.9. По рисунку находим значения для них: b_ш =1 мм; h_ш = 0,5 мм и h'_ш = 1 мм.

По таблице определяем размерность B_Z2 =1,8 Тл.

Теперь мы должны найти приемлемое значение ширины зубца:



Можем выявить размеры паза по формулам:

4.10. Находим ширину зубцов ротора согласно формулам в таблице:

Здесь значения b'_Z2и b”_Z2равны,значит, мы нашли все верно.

Осталось найти полную высоту паза, для этого используем эту формулу:

4.11. По заданной формуле найдем площадь поперечного сечения нашего стержня:



Также проверим значение плотности тока в стержне:

Все верно, все соответствуют своим значениям.

4.12. Теперь найдем величины замыкающих колец короткозамкнутого ротора. Для этого находим площадь поперечного сечения кольца благодаря этой формуле:

Для начала находим значения J_кл, Д и I_клпо формуле:

Находим нужные величины:



5. Расчет намагничивающего тока

Наш магнитопровод сделан из стали 2013, толщина его листов составляет 0,25 мм.

Порядок нахождения параметров намагничивающего тока:

5.1. Чтобы найти магнитное напряжение воздушного зазора, находим для начала значения k_д, м₀иг₁. м₀= 4р? 10^-7 Гн/м.

5.2. Дабы найти магнитное напряжение зубцовой зоны нашего статора, мы находим для начала эти величины:

Здесь, h_Z1 = h_п = 7,3 мм.А H_Z1найдем по таблице, но сначала найдем:

Нам нужно определить действительную индукцию в зубце, потому что расчетная индукция больше 1,8 Тл, поэтому нам надо принять в расчет и ответвление потока в паз. Для начала найдем коэффициент k_пх:



Здесь b_пх это:

5.3. Найдем магнитное напряжение зубцовой части ротора:

По таблице находим значение H_Z2, если B_Z2 = 1,8, то H_Z2 = 1570 мм.

5.4. Находим коэффициент насыщения зубцовой части:

5.5. По формуле нужно найти магнитное напряжение ярмаF_a нашего статора. Для этого находим следующие величины:



По таблице найдем значение для H_a: если, В_а = 1,6 Тл, то Н_а = 750 А/м. Теперь найдем F_a:

5.6. Находим необходимые величины для нахождения магнитного напряжения ярма ротора:

Теперь по таблице найдем значение H_j: если, В_j = 1,2 Тл, то Н_j = 267 А/м.

Далее находим F_j:

5.7. Найдем магнитное напряжение F_црассчитанный на пару полюсов:



5.8. По формуле найдем коэффициент насыщения магнитной цепи:

5.9. Находим значение намагничивающего тока:

Далее найдем относительную величину I*_м, чтобы понять, правильно ли мы нашли значения:

6. Параметры рабочего режима двигателя

Расчет параметров производится в следующем порядке:

6.1. Для нахождения активного сопротивления обмотки статора r₁, сперва находим нужные величины:

Здесь В=0,01 м, так как наших двигателяхобмоток укладывают до запрессовки сердечника в корпус. А значение К_л находим по таблице, лобовая часть катушек у нас не изолированы, а число полюсов 2 р=2, значит, коэффициент равен: К_л = 1,2.



Здесь l_п1равно l₁ то есть, l_п1 = l₁ = 0,17 м.

Найдем длину проводника фазы обмотки:

Теперь можно найти активное сопротивление:

Находим длину вылета лобовой части нашей катушки:

Значение k_выл можно найти по таблице, коэффициент равен: k_выл = 0,26.

В заключении находим относительное значение активного сопротивления:

6.2. Находим активное сопротивлениеr₂для фазы алюминиевой обмотки нашего ротора. Но для начала находим необходимые для этого значения:

Здесьk_r=1, а расчетная температура для литой алюминиевой обмотки ротора равно

Теперь найдем активное сопротивление r₂:

Найдем приведенную величину активного сопротивления к количестве витков обмотки статора:

Наш двигатель 2 р=2, потому, из-за малости угла г_ск, k_скбудет равен 1.

Найдем относительное значение:



Заключение

В этом курсовом проекты нами был спроектирована синхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Расчет мы производили, учитывая все номинальные данные, которые есть в нашем задании. В итоге всех вычислении, мы смогли выявить главные показатели нашего двигателя, которые являются позволительными для серии двигателей 4А.Все характеристики соответствуют техническим условиям, которые были нам заданы.

Теперь у нас больше опыта в расчете характеристик двигателей, мы получили бесценные знания и навыки, которые в будущем нам пригодятся. Мы стали больше понимать об устройстве асинхронных двигателей.



Список использованных источников

1. Проектирование электрических машин: Учеб. пособие для вузов / Под ред. И.П. Копылова. - М.: Высшая школа, 2002. - 757 с.

2. ГОСТ Машины электрические вращающиеся. Общие технические условия.

3. ГОСТ 28330-89 Е. Машины электрические асинхронные мощностью от 1 до 400 кВт включительно. Двигатели. Общие технические требования.

4. Забудский Е.И. Электрические машины. Ч. 1. Трансформаторы. Учебное пособие для вузов. - Москва: МГАУ, 2002. -166 с.

5. Забудский Е.И. Электрические машины. Ч. 3. Синхронные машины. Учебное пособие длявузов. - Москва: МГАУ, 2008. -195 с.

6. Забудский Е.И. Электрические машины. Часть 2. Acинхронные машины: Учебное пособие для вузов. - Москва: ООО "Мегаполис", 2017. - 304 с.

7. Забудский Е.И. Электрические машины. Ч. 4. Машины постоянного тока: Учебное пособие для вузов - М.: МГАУ, 2011. - 217 с.

Размещено на Allbest.ru

...