Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Dizner_Chertezh2.dwg

СХЕМА ОБМОТКИ СТАТОРА
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 P2 кВт
РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Z=72 2p=6 a=2 q=4 y=10 Yф=8
Амммощности: 2244 Втмммомента: 21
ПУСКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
КЭТиЭМ.13.03.02.134.Д
Двигатель асинхронный

Дизнер В.Р. 18-НБ-ЭЭ1 КП ЭМ ПЗ.docx

Курсовой проект содержит: 38 страниц; 3 таблицы; 2 источника.
Графическая часть – 2 листа формата А1.
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СТАТОР РОТОР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НАГРУЗКИ МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ ПАРАМЕТРЫ ПОТЕРИ МОЩНОСТИ РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПУСКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ.
Объектом проектирования является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
Цель проектирования – получить необходимые навыки по расчету и конструированию электрических машин.
В процессе проектирования проводились электромагнитные и тепловые расчеты двигателя уточнялись ранее выбранные размеры деталей и узлов двигателя.
Основные конструктивные и технико – экспериментальные характеристики: Конструктивное исполнение – единая серия 4А; исполнение по способу защиты исполнение и категория размещения – УЗ; класс нагревостойкости изоляции – F; номинальная мощность Pном = 17 кВт; номинальное напряжение Uном = 220380 В; номинальная частота вращения n = 800 обмин; номинальный ток I1ном = 3309 А.
Выбор главных размеров и расчет обмотки статора 6
Определение Z1 W1 и площади поперечного сечения провода обмотки статора 7
Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора 9
Расчет магнитной цепи 14
Определение параметров рабочего режима 17
Расчет потерь и КПД 20
Расчет рабочих характеристик 22
Расчет пусковых характеристик 24
Тепловой и вентиляционный расчеты 32
Список использованных источников 36
Электротехническая промышленность – ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.
Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место поэтому технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.
Проектирование электрических машин – это искусство соединяющее знание процессов электротехнического преобразования энергии с опытом накопленными поколениями инженеров – электромехаников умением применять вычислительную технику и талантом инженера создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.
При создании электрической машины рассчитывают размеры статора и ротора выбирают тип обмотки обмоточные провода изоляция материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями.
ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
Высота оси вращения (предварительно) по рисунку 8.17 а [1; с. 274]
h = 180 мм. Принимаем ближайшее стандартное значения h=200 мм. Тогда внешний диаметр статора равен Da=0349 м.
Внутренний диаметр статора:
(kE=097; =088; cos =086) [1; c.276-277; рисунок 8.20; 8.21 а]
Электромагнитные нагрузки [1; рисунок 8.22 б]:
Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки)
Расчетная длина магнитопровода:
Значение находится в допустимых пределах.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ Z1 W1 И ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА
Предельные значения tZ1 [1; рисунок 8.26]:
tZ1max=135 мм tZ1min=106 мм.
Число пазов статора:
Принимаем Z1=72 тогда .
Зубцовое деление статора (окончательно):
Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии что а=1)
Принимаем а=2 тогда проводников
окончательно принимаем число эффективных проводников в пазу .
Окончательные значения:
-число витков в фазе
-обмоточный коэффициент
Где коэффициент укорочения
(расчетное укорочение шага )
-коэффициент распределения
-индукция в воздушном зазоре
Значения А и В находятся в допустимых пределах.
Плотность тока в обмотке статора (предварительно)
(линейная нагрузка на плотность тока по рис. 8.27 б).
Площадь поперечного сечения эффективного проводника
Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем nэл=3
Принимаем обмоточный провод марки ПЭТ-155 (приложение 3 [2; с. 343])
dэл=112 мм qэл=0985 мм2 qэ.ср=nэqэл=2955 мм2 dиз=12 мм.
Плотность тока в обмотке статора (окончательно)
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА
Паз статора определяем по рисунку 8.29 а [1; с. 294] с соотношением размеров обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.
Принимаем предварительно по таблице 8.10 [1; с. 289]:
(для оксидированной стали марки 2013 kс=097)
Размеры паза в штампе:
bш1=37 мм hш1=1 мм =45 [1; с. 294; рис. 8.29 а];
Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:
где по таблице 8.12 [1; с. 292].
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки:
Где площадь поперечного сечения прокладок
площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу
где односторонняя толщина изоляции в пазу bиз=04 мм по табл. 3.1 [1; с.74].
Коэффициент заполнения паза:
Полученное значение kз допустимо для механизированной укладки обмотки.
Воздушный зазор [1; с. 300; рисунок 8.31] =05 мм.
Число пазов ротора Z2=61.
Внешний диаметр ротора:
Длина магнитопровода ротора l2=l1=0152 м.
Зубцовое деление ротора:
Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал;
Ток в обмотке ротора:
Коэффициент приведения токов:
Где коэффициент скоса
bск – скос пазов мм).
Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):
(плотность тока в стержне литой клетки принимаем ).
Паз ротора определяем по рисунку [1; с. 313; рисунок 8.40 б]. Принимаем bш2=15 мм hш2=07 мм hш2=03 мм.
Допустимая ширина зубца:
(принимаем BZ2=18 Тл) [1; с. 289; таблица 8.10]
Уточняем ширину зубцов ротора:
Площадь поперечного сечения стержня:
Плотность тока в стержне:
Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения кольца:
Размеры замыкающих колец:
РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
Выбираем магнитопровод из стали марки 2013 толщина листов 05 мм.
Магнитное напряжение воздушного зазора:
Магнитное напряжение зубцовой зоны статора:
расчетная индукция в зубцах:
(bZ1=465 мм по п. 19 расчёта kc1=097 по табл. 8.11 [2; с. 290]).
По таблице П1.7 [2; с. 328] для BZ1=188 Тл находим HZ1=1950 Ам.
Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:
[при зубцах по рис. 8.40 б из табл. 8.18 ;
По табл. П1.7. [2; с. 328] для BZ2=18 Тл находим HZ2=1520 Ам].
Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
Магнитное напряжение ярма статора:
(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре ha = ha =
Для Ba = 14 Тл по таблице П1.6 [2; с. 327] находим Ha = 400 Ам.
Магнитное напряжение ярма ротора по
Для Bj=053 Тл по таблице П1.6 [2; с. 328] находим Hj=67 Ам.
Магнитное напряжение на пару полюсов
Коэффициент насыщения магнитной цепи
Намагничивающий ток:
Относительное значение:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
Активное сопротивление обмотки статора:
(для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура vрасч =115 С для медных проводников ).
Длина проводников фазы обмотки:
где В=001 м Кл=14 [1. с.334; таблица 8.21]
Длина вылета лобовой части катушки:
где Квыл=05 [1 таблица 8.21]
Относительное значение .
Активное сопротивление фазы обмотки ротора:
где для литой алюминиевой обмотки ротора .
Приводим r2 к числу витков обмотки статора:
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:
hk = 05 (b1 – bш1) = 05 (65 – 37) = 14 мм h1=0 (проводники закреплены пазовой крышкой)
где [1. рисунок 8.51 д].
Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
( по п. 42 расчёта ).
Приводим х2 к числу витков статора:
Потери в стали основные:
где ; для стали 2013 [1; с. 348 табл. 8.26];
Поверхностные потери в роторе:
для находим [1; c. 349 рисунок 8.53 б ].
Пульсационные потери в зубцах ротора:
из п. 37 расчета; из п. 35 расчета;
из п. 37 расчета; из п. 32 расчета.
Сумма добавочных потерь стали:
Полные потери стали:
Механические потери:
[ для двигателей с 2р4 коэффициент ].
Холостой ход двигателя:
- Токхолостого хода двигателя
- Активная составляющая тока холостого хода
- Электрические потери в статоре при холостом ходе
- Коэффициент мощности при холостом ходе
РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
[используем приближенную формулу так как :
Активная составляющая тока синхронного холостого хода:
Потери не изменяющиеся при изменении скольжения
Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений s=0008; 002; 003; 004; 005; 006 принимая предварительно что . Результаты расчёта сведены в таблицу 1. После построения рабочих характеристик уточняем значение номинального скольжения: Sном=00393. Номинальные данные спроектированного двигателя: Р2ном=17 кВт U1ном=220380 В I1ном=3309 А cosφном=0895 ном=0873.
Т а б л и ц а 1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Р2ном=17 кВт; U1ном=220380 В; 2р=6; I0а=0565 А; I0р=I=915 A; Рст+Рмех=4512 Вт; r1=0372 Ом; r2 =0259 Ом; с1=1025;
a =1051; а=0381 Ом; b =0 b=1407 Ом.
РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
a) Расчет токов с учетом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учета влияния насыщения от полей рассеяния)
Расчет производится по формулам табл. 8.30 в целях определения токов в пусковых режимах для дальнейшего учета влияния насыщения на пусковые характеристики двигателя. Подробный расчет приведен для s = 1. Данные расчета остальных точек сведены в таблицу 2.
Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока .
Высота стержня в пазу:
Приведенная высота стержня:
По рисунку 8.57 [1; с. 366] для находим
Глубина проникновения тока:
Площадь сечения qr при
(qc – по п. 33 расчета);
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора под влиянием эффекта вытеснения тока:
(по п. 45 расчета ; ).
Приведенное сопротивление ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока:
Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока по рисунку 8.58 [1; с. 366] для ;
где по пункту 47 расчета
Расчёт токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока:
Критическое значение скольжения
Т а б л и ц а 2 – Расчёт токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока
б) Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
Расчёт проводим для точек характеристик соответствующих s=1; 08; 05; 035; 0193; 01 при этом используем значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учётом влияния вытеснения тока.
Данные расчёта сведены в таблицу 3. Подробный расчёт приведён для s=1.
Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем kнас=12:
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:
по рисунку 8.61 [1; с. 370] для ВФ=333 Тл находим К=064.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора
с учётом влияния насыщения:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:
(для закрытых пазов ротора );
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учетом влияния насыщения:
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:
Расчёт токов и моментов:
Кратность пускового тока с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения:
Кратность пускового момента с учетом влияния вытеснения тока и насыщения
Полученный в расчете коэффициент насыщения:
Отклонение (допустимо 10-15%)
Т а б л и ц а 3 - Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
Продолжение таблицы 3
Для расчета других точек характеристики задаемся kнас уменьшенным в зависимости от тока I1 (таблица 2).
Критическое скольжение определяем после расчёта всех точек пусковых характеристик по средним значениям сопротивлений х1нас и х 2нас соответствующим скольжениям S=035 ÷ 01:
Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД и ) так и по пусковым характеристикам.
ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТЫ
Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя:
По таблице 8.33 [1; с. 402] K=019.
по таблице 1 для S=Sном находим Рэ1=1222 кВт по рисунку 8.70 б [1; с.400] α1=100 Втм2 kρ=107.
Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:
[ для изоляции класса нагревостойкости F: λэкв=016 Втм2 по рисунку 8.72 [1; с. 402] для ddиз=11212=0933 находим Вт(м2 С)].
Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:
– обволакивающее покрытие.
Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя:
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя:
Превышение температуры воздуха внутри двигателя над температурой окружающей среды:
из таблицы 1 для S=Sном ;
Эквивалентная поверхность охлаждения корпуса
где по рис. 8.73 [1; с. 404] Пр=039 м для h=200 мм; по рис. 8.70 б [1; с. 401] для Da=0349 м.
Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:
Проверка условий охлаждения двигателя.
Требуемый для охлаждения расход воздуха:
Коэффициент учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса обдуваемого наружным вентилятором
Расход воздуха обеспечиваемый наружным вентилятором
Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха.
Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям.
Мы рассчитали двигатель серии 4А с полезной мощностью на валу Р2ном=17 кВт U1ном=220380 В I1ном= 3309 А cosφном= 0895 ном= 0873 и количеством пар полюсов равным 2p=6.
Рассчитанный двигатель имеет степень защиты IP44 удовлетворяет требованиям стандарта а также имеет достаточную термическую устойчивость от внутреннего перегрева для чего была выбрана изоляция класса F.
Был произведён расчёт основных размеров главных узлов двигателя а также были установлены его габариты (исполнение двигателя IM 1001).
Произведённый расчёт основных размеров главных узлов двигателя и его магнитной цепи показал что двигатель способен устойчиво работать.
Расчёт пусковых и рабочих характеристик при различных условиях работы показал что двигатель удовлетворяет поставленным условиям.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Копылов И.П. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. – В 2-х кн.: Кн. 1 И.П. Копылов Б.К. Клоков В.П. Морозкин Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1993. – 464 с.: ил.
Копылов И.П. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. – В 2-х кн.: Кн. 2 И.П. Копылов Б.К. Клоков В.П. Морозкин Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1993. – 384 с.: ил.

Dizner_Chertezh1.dwg

ПАЗ КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА (М 5:1)
КЭТиЭМ.13.03.02.134.ВО
Двигатель асинхронный
Магнитная цепь двигателя