Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КУРСОВА РОБОТА

на тему: «Визначення параметрів асинхронного двигуна для дослідження на електронній моделі»

з дисципліни“Електричні машини”

Підготував:

Пужайло М.М

Перевірив:

Штепа Є. П

Одеса 2017



Зміст

Зміст курсової роботи

1. Вихідні дані і вибір варіанту

1.1 Визначення головних розмірів магнітопровода статора

1.2 Розрахункова довжина магнітопровода

1.3 Розрахунок геометричних розмірів пазів і зубців статора

2. Розрахунок обмотки статора

2.1 Розрахунок геометричних розмірів пазів і зубців ротора

2.2 Розрахунок магнітного кола

2.3 Параметри обмотки статора

2.4 Параметри обмотки ротора

2.5 Електронна модель двигуна

Список літератури



Зміст курсової роботи

Визначення головних розмірів магнітопровода статора і ротора.

Розрахунок геометричних розмірів пазів статора і ротора.

Розрахунок магнітного кола.

Визначення параметрів схеми заміщення двигуна.

Моделювання двигуна за допомогою Matlab Simulink.

Одержання механічної і робочих характеристик двигуна на електронній моделі.



1. Вихідні дані і вибір варіанту

Uном=380 В; частота струму мережі f=50 Гц. Двигун АHP100L6 має потужність Рном=2.2 кВт; число полюсів 2р=4; висота осі обертання вала двигуна h=100 мм.

1.1 Визначення головних розмірів магнітопровода статора

Головними розмірами асинхронного двигуна є зовнішній діаметр D1нар , внутрішній діаметр магнітопровода статора D1 і його розрахункова довжина l1 .

Розрахункова потужність двигуна

Розрахункову потужність двигуна в кВт визначають за формулою

кВт

де кЕ=0,9…0,98 - коефіцієнт ЕРС обмотки статора, причому більші значення кЕ відповідають меньшему значенню ЕРС;

з', cosц'- попередні значення ККД і коефіцієнта потужності, що визначаються за графіками.

Рис. Графіки попередніх значень ККД і коефіцієнта потужності.



1.2 Розрахункова довжина магнітопровода

Розрахункову довжину магнітопровода в мм визначають за формулою

,,

В цій формулі: no- синхронна частота обертання магнітного поля статора;

Вд'- магнітна індукція в повітряному зазорі; А1'-лінійне навантаження.

Попередні значення величин д і А1' визначають за допомогою графіків.

Рис.-Графік для попереднього визначення магнітної індукції Вд'і лінійного навантаження А1'.

1.3 Розрахунок геометричних розмірів пазів і зубців статора

На внутрішній поверхні магнітопровода статора є пази, в яких розміщується трифазна обмотка. Правильний вибір кількості, розмірів і форми пазів статора і ротора в значній степені визначають економічність роботи двигуна. Зі збільшення кількості пазів форма кривої МРС в повітряному зазорі наближається до синусоїди, що значно зменшує вищі гармоніки ЕРС, підвищує ККД і коефіцієнт потужності. Проте значне збільшення числа пазів погіршує заповнення їх провідниками обмотки, збільшує трудомісткість опрації по ізоляції пазів і укладці обмотки.

Величини додаткових синхронних і асинхронних моментів накладаючись на основний момент погіршують робочі і пускові властивості двигунів. Значення цих моментів залежить від від співвідношення числа пазів статора Z1 і ротора Z2 (Табл.3.2).

Таблиця 3.2- Визначення числа пазів статора і ротора

Висота осі обертання, мм	Z1/Z2 при 2р
	2	4	6	8
50	12/9	12/15		-
56	24/18	24/18
63	24/18	24/18	36/28
71	24/20	24/18	36/28	36/28
80…100	24/20	36/28	36/28	36/28
112	24/22	36/34	54/51	48/44
132	24/19	36/34	54/51	48/44
160	36/28	48/38	54/50	48/44
180,200	36/28	48/38	72/58	72/58

В асинхронних двигунах серій 4А і АИР найчастіше використовуються трапеціїдальні напівзакриті пази (рис.).



Рис. Пази статора і ротора.

При таких пазах зубці статора мають паралельні стінки і їх переріз по висоті одинаковий. Відсутність в зубзях участків меншого перерізу сприяє зменшенню магнітної напруги і кращому використанню магнітного матеріалу. Мале їх розкириття зменшує пульсацію магнітної індукйії в зазорі, що зменшує додаткові втрати.

Таблиця 3.3- Допустима індукція в зубцях і спинці статора.

Висота осі обертання, мм		Магнітная індукція, Тл
		Зубці BZ1max	Спинка ВС1
50..,132	2; 4 6 8	1,75...1,95 1,75...1,95 1,70...I,90	1,50...1,65 1,45...1,60 1,20...1,35
160	2 4 6 8	1,75...2,0 1,75...2.0 1,7...1,85 1,45...1,70	1,45...1,7 1,45...1,7 1,35...1,5 1,1...1,2
180...250	2 4;6 8	1,7...1,9 1,7...1,9 1,7...1,85	1,45...1,65 1,46...1,65 1,1...1,2

Ширина зубця визначається допустимою індукцією. (Табл. 3.3):

,

t1-зубцовий поділ статора, мм;

,

kc1=0,95…0,97 - коефіцієнт заповнення магнітопровода сталлю.

Висоту зубця паза знаходять за формулою

,

де hC1 - висота спинки статора, мм.



Вона визначається за формулою

,

де бі =2/р - коефіцієнт полюсного перекриття при синусоїдальному розподілу індукції в зазорі,

- полюсний поділ, мм.

Найменьша ширина трапецоїдного напівзакритого паза знаходиться за формулою

мм,

де - .

,

де - .

Ширина шліца повинна бути такою, щоб при принятій товщині пазової ізоляції через шліци можно було укласти секції котушок по одному проводу. Тобто ширина шліца повинна бути вш1<4,0 мм. Висоту шліца приймають в діапазоне hш1=0,8…1,2 мм. Тоді висота клина буде

мм.

Площу перерізу трапецоїдного пазу знаходять за формулою

(0,5

,

де -



2. Розрахунок обмотки статора

Для двошарової обмотки число пазів на полюс і фазу знаходять за формулою

,

де - m1 = 3 - число фаз обмотки статора.

Крок обмотки по пазам (повний крок) визначають за формулою

,

Полюсний поділ знаходять так

,

Основний магнітний потік

Вб.

Номінальний струм двигуна

,

Число ефективних провідників в пазу



,

де а1 - кількість паралельних віток обмотки

Число послідовно з'єднаних витків в фазі

,

Коефіцієнт укорочення кроку обмотки

,

де в- відносний крок обмотки, який для п'ятої гармоніки в5=0,8, а для сьомої в7=0,857.

Пазовий кут

,

Коефіцієнт розроділу обмотки

,

Обмоточний коефіцієнт



ЕРС фази обмотки статора

,

2.1 Розрахунок геометричних розмірів пазів і зубців ротора

Пази ротора бувають: напівзакриті овальні; закриті овальні і і зікриті бутилочні. При виконанні ккрсової роботи вибрати пази напівзакриті овальні (див. рис. 3.3).

Ширина зубців ротора визначається з урахуванням максимальної магнітної індукції в перерізі зубців ВZ2max (табл. 3.4).

.

Таблиця 3.4- Величина магнітної індукції в зубцях і спинці роторі

h,мм	Число Полюсів 2р	Рекомендовані значення магнітної індукції, Тл
		Зубці ВZ2max	Спинка ВС2
50…132	2	1,75…1,95	1,35…1,45
	4	1,75…1,95	1,15…1,25
	6	1,75…1,95	1,05…1,15
	8	1,70…1,90	0,75…0,85
160…225	2	1,75…1,95	1,35…1,45
	4	1,55…1,80	1,20…1,35
	6	1,65…1,90	1,05…1,15
	8	1,65…1,90	0,75…0,85
250	2	1,70…1,95	1,35…1,45
	4	1,65…1,90	1,15…1,25
	6	1,65…1,90	1,05…1,15
	8	1,65…1,90	0,75…0,85
280…355	2	1,60…1,85	1,35…1,45
	4	1,80…2,00	1,15…1,25
	6	1,65…1,90	1,05…1,15
	8	1,65…1,90	0,75…0,85

t2 - зубцовий поділ по зовнішньому діаметру ротора D2, мм.

,

kc2 - коефіцієнт заповнення магнітопровода ротора сталлю.

Висота спинки магнітопровода ротора, мм

,

де ВС2 визначають за даними табл. 3.4.

Висота зубця ротора, мм

,

де D2 - зовнішний діаметр ротора, мм

D2 =D1 -2д = 105 - 2 * 0,7 = 104мм

де д - величина повітряного зазору (Рис. 3.4)

D2вн - внутрішний діаметр ротора, мм



D2вн=(0,3…0,35)D2 = 0,33 * 104 = 35мм

Найменьша ширина паза знаходиться за формулою

мм,

де - мм.

Найбільша ширина паза буде, мм

,

де - мм,

Відстань між центрами кіл і

мм

де - = (0,5…0,7) мм - висота шлица паза ротора.

Площа перерізу стрижня ротора, мм2

,

2.2 Розрахунок магнітного кола

Величина індукції в повітряному зазорі, Тл



Тл

коефіцієнт полюсного перекриття.

Магнітна напруга повітряного зазора, А

721А

де коефіцієнт повітряного зазору, що враховує вплив

зубцевості статораi ротора

Величина індукції в зубцях статора, Тл

Тл

де кс- коефіцієнт заповнення пакета сталлю, що дорівнює для двигунів з висотою oci обертання Н0 < 250 мм кс = 0.97, при H0 > 250мм - кс =0,95.

При ВZ1 < 1,8 Тл величина напруженості магнітного поля в зубцях статора визначається залежно від марки електротехнічної сталі i величини індукції(дод. 2, табл. Д2.1, Д2.2, Д2.3).

При висоті oci обертаиня H0 < 160 мм використовуеться електротехнічна сталь 2013, а при Н0 > 160 мм - сталь 2312.

При ВZ1 > 1,8 Тл величина напруженості магнітного поля в зубцях статора визначається за табл. Д2.2 (дод.2).

Магніторушійна сила в зубцях статора, А

Магнітна індукція в зубцях ротора, Тл

Тл

За одержаною індукцією, користуючись таблицями дод.2 визначають напруженість магнітного поля HZ2.

Магніторушійна сила в зубцях ротора, А

,

де - висота зубця ротора, мм(п.3.6.3).

Магнітна індукція в спинці статора

Тл

де hC1- висота спинки статора, мм; l1 - довжина магнітопровода, мм.

За одержаною індукцією, користуючись таблицями дод.2 визначають напруженість магнітного поля в спинці статра HС1.

Магніторушійна сила в спинці статора, А.

,

де LC1- розрахункова довжина спинки статора.

,

Магнітна індукція в спинці ротора

,

,

де LC2- розрахункова довжина спинки ротора, мм

,

Магніторушійна сила в спинці ротора, А

,

де Нр - напруженість магнітного поля в спинці ротора знаходять за табл. дод.2 по величині індукції Вр.

Сумарна магніторушійна сили магнітного кола двигуна



?F=Fд+FZ1+ FZ2+ FC+ FP=

=1189+41+47+84+17=1378

Струм холостого хoду двигуна,А

А

де w1- число витків в фазі обмотки статора. Рис.3.5-Рекомендована густина струму

2.3 Параметри обмотки статора

Переріз провідника обмотки статора

,

де - рекомендована густина струму (Рис.3.5).

За одержаною величиною перерізу S1, знаходять стандартне значення перерізу ( Додаток 3 , табл.3.1) Sст.

Площа паза з урахуванням ізоляції



,

Товщину ізоляції приймають по висоті hіз=0,15…0,4 мм, а по ширині bіз=0,5…0,8 мм. магнітопровід статор двигун обмотка

hіз+ bіз.

Площу прокладки приймають

Коефіцієнт заповнення паза обмоткою

.

Розміри обмотки статора

- середній зубцовий поділ

мм

-середня ширина

мм

-середня довжина лобової частини

,

-cередня довжина витка обмотки статора



,

Активний опір фази обмотки статора

ом

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння обмотки статора

,

Коефіцієнт магнітної провідності діференціального розсіяння обмотки статора

kрт1- коефіцієнт, що враховує демпфіруючу дію струмів, наведених в обмотці ротора вищими гармоніками поля статора.

Визначається за даними табл.3.5в залежності від співвідношення Z2/p.

Таблиця 3.5- Визначення коефіцієнта kрт1.



Таблиця 3.6- Визначення коефіцієнта kд1.

Коефіцієнт магнітної провідності лобових частин обмотки статора

Індуктивний опір фази обмотки статора

ом

2.4 Параметри обмотки ротора

Активний опір стрижня обмотки ротора, Ом.

,

де =0,044 Ом.мм2/м - питомий опір алюмінія при температуры 750С.

Активний опір ділянки короткозамкнутого кільця між двома стрижнями, Ом.

,

де Dk=D2-ак = 104 - 18 = 86 середній діаметр короткозамкненого кільця, мм;

D2=D1-2д = 105 - 2 * 0,7 = 104 зовнішній діаметр ротора, мм;

ak=(1,1…1,25)hZ2- висота кільця, мм;

,

- ширина кільця, мм.

Активний опір обмотки ротора

R2=Rc+Rk = 0,00031 + 0,0012 = 0.00012 ом

Активний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора

kпр1R2 = 1140* 0.0012=1.14 ом

де - -коефіцієнт приведення;

kck= 0,97…0,99- коефіцієнт скоса пазів.

Коефіцієнт магнітної провідності пазового розсіяння обмотки ротора



Коефіцієнт магнітної провідності діференціального розсіяння обмотки ротора

Рис. 3.4- Визначення коефіцієнта діференціального розсіяння.



0.41

Індуктивний опір обмотки ротора, Ом.

Х2=7,9fl1(лп2+ лд2+ лл2)*10-9 = 7.9 * 50 * 190 * (28.6 + 0.7 + 0.41) * 10-9 = 0,0022ом

Індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора

Х2.= 1140 * 0,00222 = 2,53ом

Індуктивний опір намагнічування, Ом

,

Схема заміщення двигуна (Рис.3.5)

Рис.3.5- Схема заміщення.



2.5 Електронна модель двигуна

Узагальнена модель віртуальної установки| для| дослідження асинхронного двигуна містить.

-джерело змінної трифазної напруги Source із бібліотеки
Power System Blockset/Extras/Electrical Sourses;

-вимірювач трифазної напруги та струму Three-Phase V-I Measurement (бібліотека Power System Dlockset/Extras/Meassurement);

Рис.3.6. Схема модели для дослідження асинхронного двигуна.

-досліджувана трифазна: асинхронна машина Asynhronous Machine {бібліотека Power System Blockset/Ecstras/Machines);

- блок Display для кількісного представлення вимірюваних потужностей P1, q,1, блок scope для cпостареження струмів статора і ротора, а також ешвидкості і моменту асинхронної машини (головна бібліотека Simulint/Sinks);

-блок Moment для створення моменту навантаження на валу двигуна (головна бібліотека Simulint/Sourсе);

-блок DISPLAYI для кількісного представлення струму статора, електромагнітного моменту і швидкості машини (головна бібліотека Simulink/Sinks);

-блок Mux, об'єднуючий три сигнали в один векторний (з головної бібліотеки Simulink/Sygnal&System).

Параметри асинхронної машини для вікна налаштування (рис 3.7) частково беруться з|із| паспортних даних двигуна, а також із розрахунків параметрів схеми заміщення.

Слід відразу звернути увагу|звертати| на те, що позначення в вікні налаштування дещо відрізняються від вказаних на схемі заміщення:

|

Рис. 3.7- Вікно налаштування параметрів двигуна.

В результаті моделювання розрахованого двигуна треба одержати механічну або робочі характеристики за вказівкою керівника.



Список літератури

1.Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для учащихся электротехнических спец. техникумов.- М.: Высш. шк.,1990. - 463 с.

2. Кацман М.М. Расчет и конструирование електрических машин. Учеб.пособие для техникумов. - М.: Энергоатомиздат, 1984 - 360 с.

3. Герман -Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины: Лаборатрные работы на ПК. - СПб: КОРОНА принт, 2003. - 256 с.

4. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

Размещено на Allbest.ru

...