Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

Національна металургійна академія України

Кафедра електротехніки та електропривода

Розрахунково-пояснювальна записка

до курсового проекту

по електричним машинам

«Розрахунок трифазного асинхронного двигуна при ремонтно-відновлювальних роботах»

Виконала:

Студентка групи АП01-10-02

Авраменко О.В.

Керівник проекту:

Куваєв В.Ю.

Дніпропетровськ 2013

1. Вихідні дані для проектування

1.1 Дані, що обмовляються замовником при здачі двигуна на перемотування

U₁ = 220/380 - напруга живильної мережі, В;

f₁ = 50 - частота струму мережі, Гц;

2р = 2 - число пар полюсів;

m = 3 - число фаз обмотки статора.

трифазний асинхронний двигун розрахунок

1.2 Дані, одержані шляхом обмірювання й обстеження двигуна, що надійшов на ремонт

D_а = 291 - зовнішній діаметр осердя статора, мм;

D = 153 - внутрішній діаметр осердя статора, мм;

D₂ = 151,6 - зовнішній діаметр осердя ротора, мм;

D_в = 60 - внутрішній діаметр осердя ротора, мм;

l₁ = 110 - повна довжина осердя статора з урахуванням загальної ширини радіальних вентиляційних каналів, мм;

l₂ = 113 - повна довжина осердя ротора з урахуванням загальної ширини радіальних вентиляційних каналів, мм;

д = 0,7 - величина повітряного зазору, мм;

Z₁ = 36, Z₂ = 28 - число пазів статора й ротора відповідно.

Форма і розміри пазів статора і ротора

h_п1 = 27,1 , h_п2 = 29 - висота паза статора й ротора, мм;

b_п1 = 7,7 , b_п2 = 4,1- ширина паза статора й ротора у верхній його частині, мм;

b'_п1 = 10,9, b'_п2 = 4,1 - ширина паза статора й ротора в нижній його частині, мм;

b_ш1 = 3,7, b_ш2 = 1,5 - ширина шліца (вхідної щілини) паза статора й ротора, мм;

h_ш1 = 1, h_ш2 = 1 - висота шліца паза статора й ротора, мм.

- аксіальні вентильні канали ротора, мм.

Рисунок 1.1 Паз статора

Рисунок 1.2 Паз ротора



2. Перевiрка можливостi виконання двигуна

2.1 Перевiрка можливостi виконання двигуна по розмiрах осердь статора i ротора

Перевiрка двигуна на задану частоту обертання здiйснюється по розмiрах осердя за методикою, викладеною в [5, c.14]. Найменше можливе число полюсiв, припустиме для даного двигуна

де р - найменше припустиме число пар полюсiв;

D - внутрiшнiй дiаметр осердя статора, мм (за завданням);

- висота ярма (спинки) осердя статора, мм;

де - висота паза статора, мм (за завданням);

h_ш1 - висота шлiца паза статора, мм (за завданням);

D_а - зовнiшнiй дiаметр осердя статора, мм (за завданням).

Розраховане число полюсiв вiдповiдає заданому, тому двигун вiдповiдає заданiй частотi обертання за розмiрами сталi.

Також перевiряємо окружну швидкiсть ротора

де - зовнiшнiй дiаметр осердя ротора, мм (за завданням);

- частота струму мережi, Гц (за завданням);

р - число пар полюсiв (за завданням).

Для двигунiв з короткозамкненим ротором окружна швидкiсть не повинна перевищувати 40 - 60 м/с [2, с. 15;], отримане значення пiдходить для заданого двигуна.

2.2 Перевiрка можливостi виконання двигуна по спiввiдношеннях чисел полюсiв статора i ротора

Залипання виключається, якщо виконуються наступнi нерiвностi:

де i - будь-яке цiле число;

Z₁ - число пазiв статора (за завданням);

Z₂ - число пазiв ротора (за завданням).

Застрягання на промiжних швидкостях не буде, якщо виконуються наступнi нерiвностi:

Пiдвищенi шуми не з'являються, якщо виконуються наступнi нерiвностi:

За розрахунками видно, що виконання двигуна на задане число обертiв по заданим даним можливе.



3. Обробка результатiв вимiрювання осердя статора

Визначаємо величину полюсного розподiлу (ф, ф₁) i зубцовий розподiл (t_z1) статора, вiдповiдно

Визначаємо розрахункову довжину осердя статора ():

де l₁ - повна довжина осердя статора з урахуванням загальної ширини радiальних вентиляцiйних каналiв (за завданням).

Визначаємо довжину сталi статора

Визначаємо довжину активної сталi статора

де k_c1 - коефiцiєнт заповнення сталлю магнiтопровода статора [1, с.17;].

Визначаємо площу полюсного розподiлу

Визначаємо площу поперечного перетину ярма (спинки) статора при вiдсутностi аксiальних вентиляцiйних каналiв в осердi статора

де h_a1 - висота ярма (спинки) осердя статора (iз 2.2).

Визначаємо площу паза статора:

де - ширина паза статора в нижнiй його частинi (за завданням);

- ширина шлiца паза статора (за завданням);

- ширина паза статора у верхнiй його частинi (за завданням);

R - радіус кола

Визначаємо висоту трапеції

де h_п1 - висота паза статора (за завданням).

Визначаємо форму профілю зубця статора і його найменшу ширина . На підставі геометричних розумінь визначаємо діаметр окружності D_i у місці, де ширина зубця найменша і розраховуємо зубцевий крок для цього діаметра



де D - внутрiшнiй дiаметр осердя статора (за завданням).

Розраховуємо зубцевий крок для цього діаметра

де Z₁ - число пазiв статора (за завданням).

Якщо з цього зубцевого кроку відняти ширину паза на цьому діаметрі, отримаємо:

Визначаємо найменшу площу поперечного перетину одного зубця статора () і зубців, що приходяться на один полюс ()

Обробка результатів вимірювання осердя ротора здійснюється аналогічно розрахункам, виконаним для статора.

Визначаємо величину полюсного розподiлу (ф₂) i зубцовий розподiл (t₂) ротора, вiдповiдно

Визначаємо розрахункову довжину осердя ротора ():

де l₂ - повна довжина осердя ротора з урахуванням загальної ширини радiальних вентиляцiйних каналiв (за завданням).

Визначаємо довжину сталi ротора

Визначаємо довжину активної сталi ротора

де k_c2 - коефiцiєнт заповнення сталлю магнiтопровода ротора [1].

де - зовнішній діаметр осердя ротора (за завданням);

- внутрішній діаметр осердя ротора (за завданням);

- висота паза ротора (за завданням);

- висота шліца паза ротора (за завданням).

Визначаємо площу поперечного перетину ярма (спинки) ротора при наявностi аксiальних вентиляцiйних каналiв в осердi ротора

де - діаметр аксіальних вентиляційних каналів в осерді ротора;

h_a2 - висота ярма (спинки) осердя ротора:

Розіб'ємо паз ротора на прості геометричні фігури: прямокутник та 2 трикутника. Розрахуємо площу паза ротора

29,0 - (5,45+3,85)=19,3 мм

де - ширина паза ротора у нижній частині (за завданням);

- ширина шліца ротора (за завданням).

На підставі геометричних розумінь визначаємо діаметр окружності D_2і у місці, де ширина зубця найменша b_2min :

де D₂ - зовнiшнiй дiаметр осердя ротора (за завданням).

Розраховуємо зубцевий крок для цього діаметра

де Z₂ - число пазiв ротора (за завданням).

Якщо з цього зубцевого кроку відняти ширину паза на цьому діаметрі, отримаємо:

Визначаємо найменшу площу поперечного перетину одного зубця ротора () і зубців, що приходяться на один полюс ()



4. Розрахунок обмотки статора

Розрізняють обмотки з цілим та дробовим числом пазів на полюс і фазу:

де m₁ - число фаз обмотки статора.

Визначаємо розрахункову потужність двигуна

де С_А - усереднене значення машинної постійної (постійної Арнольда). У залежності від величини полюсного розподілу і числа полюсів обмотки, С_А визначається по кривим [1, рис.4,1];

D - внутрішній діаметр сердечника статора, см (за завданням);

- повна довжина сердечника статора, см (за завданням);

- частота обертання магнітного поля статора (синхронна частота обертання):

де - частота напруги живлення (за завданням);

р - число пар полюсів.

На підставі вищевикладеного в курсовому проекті рекомендується прийняти обмотку статора двошарову петльову з укороченим кроком.

Обмотка короткозамкненого ротора асинхронних двигунів потужністю менш 150ч200 кВт (D_А менше 600 мм) створюється шляхом заливання пазів зібраного осердя алюмінієм А5. При заливанні пазів одночасно утворюються короткозамикаючі кільця з вентиляційними лопатками і розташованими між лопатками штирями, на яких кріпляться вантажі для балансу.

Визначаємо полюсний крок обмотки статора

Визначаємо крок обмотки

Зсув початку котушкових груп фази дорівнює полюсному крокові

Зсув початку фаз дорівнює .

Число котушок у кожній котушковій групі, що завжди дорівнює числу пазів на полюс і фазу

Число котушкових груп у кожній фазі, що для двошарової обмотки завжди дорівнює числу полюсів 2р.

Котушкові групи між собою з'єднуються зустрічно.

Визначаємо обмотувальний коефіцієнт двома способами: графічним і аналітичним.

Графічно, обмотувальний коефіцієнт визначається за методикою, викладеною в [1, с.108-113]. Для цього будується зірка пазових ЕРС (без масштабу), причому кут між променями пазових ЕРС

По зірці пазових ЕРС визначаємо довжини відрізків, що відповідають ЕРС витка (котушки) з укороченим кроком по (4.5) і ЕРС витка (котушки) з діаметральним кроком по (3.1). Відношення зазначених відрізків буде коефіцієнт укорочення по першій гармоніці - k_у1.

Для розрахунку коефіцієнта розподілу k_р1 спочатку визначаємо довжину відрізка, що відповідає ЕРС котушкової групи, як геометричну суму ЕРС котушок, розміщених у поруч розташованих пазах. Потім отриману довжину відрізка поділяємо на довжину відрізка, рівного ЕРС однієї котушки, помножену на q₁ котушок.

Обмотувальний коефіцієнт по першій гармоніці дорівнює добутку:

Аналітичне визначення обмотувальних коефіцієнтів виконується по наступних розрахункових формулах:

- коефіцієнт укорочення

де - відносний крок витка (котушки);

- коефіцієнт розподілу

де v - номер гармоніки ЕРС (для основної гармоніки v=1).

- обмотувальний коефіцієнт

Значення коефіцієнтів , розраховуємо для першої, п'ятої та сьомої гармоніки (v=1; 5; 7).

Визначаємо коефіцієнт укорочення для п'ятої гармоніки

Визначаємо коефіцієнт розподілу для п'ятої гармоніки

Визначаємо обмотувальний коефіцієнт для п'ятої гармоніки

Визначаємо коефіцієнт укорочення для сьомої гармоніки

Визначаємо коефіцієнт розподілу для сьомої гармоніки

Визначаємо обмотувальний коефіцієнт для сьомої гармоніки

Визначаємо попереднє значення магнітного потоку одного полюса:

де - коефіцієнт полюсного перекриття, приймаємо [1];

- площа полюсного розподілу по ;

- величина амплітудного значення магнітної індукції в повітряному зазорі, [1, рис.4.3; с.28];

Визначаємо розрахункове число витків фази:

де - відношення ЕРС обмотки статора до номінальної фазної напруги , що може бути приблизно визначити по [1, рис. 4,4];

- коефіцієнт форми поля, приймаємо ;

- обмотувальний коефіцієнт для першої гармоніки ;

Визначаємо розрахункове число витків у котушці при двошарових обмотках

Визначаємо здійсниме число витків фазної обмотки

Виходячи із здійснимого числа витків фазної обмотки, знаходимо уточнене значення магнітного потоку:

Визначаємо уточнене значення магнітної індукції в повітряному зазорі:

Визначаємо магнітну індукцію в ярмі статора:

де - площа поперечного перетину ярма статора, розрахована в .

Визначаємо магнітну індукцію в зубцях статора (максимальне значення)



де - найменша площа поперечного перетину зубців статора, що приходяться на один полюс, розрахована в .

Визначаємо магнітну індукцію в зубцях ротора (максимальне значення)

де - найменша площа поперечного перетину зубців ротора, що приходяться на один полюс, розрахована в .

Магнітна індукція в ярмі ротора

де площа поперечного перетину ярма ротора.

Визначаємо розрахункову висоту ярма ротора для двигуна з 2р = 2 :

мм

Визначаємо площу поперечного перетину ярма ротора

Індукція в одному з елементів виходить за припустиму верхню межу на більше ніж 5%, і я приймаю найближче більше здійсниме число витків фази і повторюю розрахунки по визначенню магнітного потоку й індукцій в елементах магнітного кола.

Таблиця 4.1 Уточнені значення магнітної індукції елементів магнітного кола при різних числах витків обмотки фази

Ділянка магнітного кола	Значення індукції, Тл
Повітряний зазор		0,77	0,658
Ярмо статора		1,5	1,27
Зубці статора		1,7	1,41
Ярмо ротора		1,61	1,3
Зубці ротора		1,3	1,05

Остаточно приймаємо 96 витків фазної обмотки.



5. Розрахунок та вибір проводів і пазової ізоляції обмотки статора

Розраховуємо орієнтовну розрахункову потужність, споживану двигуном з мережі в номінальному режимі [2, с.18ч19],.

де А - лінійне навантаження, А/см, визначаємо для двигунів закритого виконання (IP23) по кривих [1, рис.4.3];

- уточнене значення індукції в повітряному зазорі, Тл (за завданням);

- внутрішній діаметр осердя статора, мм (за завданням);

- довжина активної сталі осердя статора, мм по (3.5);

- синхронна частота обертання, об/хв, (за завданням);

- обмотувальний коефіцієнт по першій гармоніці по (4.11).

Визначаємо лінійний та фазний струми обмотки статора:

де - лінійна напруга для схеми з'єднання обмоток зіркою, В (за завданням).

Та при з'єднанні трикутником:

Визначаємо фазний струм обмотки статора:

- при з'єднанні зіркою

- при з'єднанні трикутником

Для двигунів закритого виконання (IP23) із зовнішнім обдувом, густина струму вибирається відповідно до рекомендацій [1, с.35] і дорівнює: .

Визначаємо розрахунковий перетин ефективних провідників обмотувального проводу, мм², за умови, що паралельні гілки в обмотці відсутні (а=1)

Розбиваємо перетин на декілька елементарних провідників n_ел

Тоді діаметр кожного провідника з ізоляцією .

Перевіряємо можливість проходу проводу через шліц (вхідну щілину) паза за умовою

де - припустимий діаметр ізольованого обмотувального проводу, що може пройти в паз, мм;

- ширина шліца паза статора, мм (за завданням);

- сума товщин матеріалу ізоляції пазової коробки, мм.

Із умови (5.3) видно, що ізольований провідник може пройти через шліц паза.

Розраховуємо кількість проводів, які необхідно розмістити в пазу

де - число витків котушки при двошаровій обмотці (за завданням).

Критерієм задовільного заповнення паза є ступінь використання обсягу паза для розміщення міді обмотки, що називається коефіцієнтом заповнення паза міддю

де - площа паза статора,

- площа ізольованого проводу,.

Щільність укладання провідників у пазу оцінюється технологічним коефіцієнтом заповнення провідниками вільної від ізоляції площі поперечного перетину паза

де - площа поперечного перетину паза, вільна від ізоляції,.



6. Визначення номінальної потужності двигуна

Визначаємо номінальний фазний струм обмотки статора

де - приймаються по остаточному заповненню паза, отримані в розділі 5.

Визначаємо номінальну потужність двигуна

де - номінальна лінійна напруга, В (за завданням);

- номінальний лінійний струм

А;

- наближені значення коефіцієнта потужності і КПД асинхронних двигунів, вибираються по кривих [1, с.145, рис. 9.21] у залежності від потужності, розрахованої в (4.2).



Література

1 Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Електричні машини». Частина I / Укл.: В. Ю. Куваєв, А. В. Ніколенко. - Дніпропетровськ: НМетАУ, 2005. -50с.

Размещено на Allbest.ru

...