Курсовая работа по расчету асинхронного двигателя

Содержание

Содержание

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2 МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ ДВИГАТЕЛЯ. РАЗМЕРЫ, КОНФИГУРАЦИЯ, МАТЕРИАЛ

2.1 Главные размеры

2.2 Сердечник статора

2.3 Сердечник ротора

3 ОБМОТКА СТАТОРА

3.1 Обмотка статора с трапецеидальными полузакрытыми пазами

4 ОБМОТКА КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА

4.1 Размеры овальных закрытых пазов

4.2 Размеры короткозамыкающего кольца

5 РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

5.1 МДС для воздушного зазора

5.2 МДС для зубцов при трапецеидальных полузакрытых пазах статора

5.3 МДС для зубцов ротора при овальных закрытых пазах ротора

5.4 МДС для спинки статора

5.5 МДС для спинки ротора

5.6 Параметры магнитной цепи

6 АКТИВНОЕ И ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОБМОТОК

6.1 Сопротивление обмотки статора

6.2 Сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора с овальными полузакрытыми пазами

6.3 Сопротивление обмоток преобразованной схемы замещения двигателя

7 РЕЖИМ ХОЛОСТОГО ХОДА И НОМИНАЛЬНЫЙ

7.1 Режим холостого хода

7.2 Расчет параметров номинального режима работы

8 КРУГОВАЯ ДИАГРАММА И РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

8.1 Круговая диаграмма

8.2 Рабочие характеристики

9 МАКСИМАЛЬНЫЙ МОМЕНТ

10 НАЧАЛЬНЫЙ ПУСКОВОЙ ТОК И НАЧАЛЬНЫЙ ПУСКОВОЙ МОМЕНТ

10.1 Активные и индуктивные сопротивления, соответствующие пусковому режиму

10.2 Начальные пусковые ток и момент

11 ТЕПЛОВОЙ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫЙ РАСЧЕТЫ

11.1 Тепловой расчет

11.1.1 Обмотка статора

11.2 Вентиляционный расчет двигателя со степенью защиты IP44 и способом охлаждения IC

12 МАССА ДВИГАТЕЛЯ И ДИНАМИЧЕСКИЙ МОМЕНТ ИНЕРЦИИ

12 МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВАЛА

12.1 Расчет вала на жесткость

12.2 Определение критической частоты вращения

12.3 Расчет вала на прочность

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Аннотация

Произведен расчет асинхронного двигателя.

Выполнен электромагнитный расчет двигателя. Определены размеры, конфигурация, материалы магнитной системы асинхронного двигателя. Определены типы обмоток статора и ротора, изоляция, обмоточные провода. Выполнен расчет магнитной цепи двигателя, определены активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора. Рассчитана работа двигателя при холостом ходе, номинальном режиме, и при пуске. Построена круговая диаграмма и рабочие характеристики спроектированного двигателя. Произведены тепловой и вентиляционный расчеты двигателя. Определена масса спроектированного двигателя и его составных частей, и динамический момент инерции ротора. Выполнен механический расчет спроектированного вала двигателя.

Разработана конструкция машины и выполнены чертежи: сборочный чертеж спроектированного двигателя, сборочный чертеж ротора на валу, чертеж листа ротора, чертеж вала.

Введение

Состояние и перспективы развития асинхронных электродвигателей

(Авторы: Лазаревский Н.А., Мартынов С.А. - ЦНИИ СЭТ)

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ «Я электрик!» Выпуск №8 Ноябрь-декабрь 2007 г.

Простота конструкции, надежность, высокое значение коэффициента полезного действия асинхронных двигателей (АД) мощностью от 0,025 до 350 кВт объясняют широкое применение в электроприводах. Известно, в частности, что приводы с использованием АД потребляют около 60% мирового производства электроэнергии.

В начале 1990х годов, с распадом СССР, для российского потребителя стало проблемой приобретение асинхронных двигателей. В Российской Федерации отсутствовало производство АД с высотами оси вращения 63, 71, 80, 90, 200, 225, 250 мм. Электродвигатели таких габаритов выпускали только заводы производственных объединений “Укрэлектромаш” и “Южэлектромаш” (Украина), завод “Электродвигатель” (Беларусь), “Армэлектрозавод” и “Ереванский ЭТЗ” (Армения), “Азерэлектромаш” (Азербайджан). В целом порядка 80% мощностей производства электродвигателей единых серий 4АМ и АИР располагались уже за пределами нашей страны.

С учетом сложившейся ситуации, специалистами ОАО “НИПТИЭМ”, ведущего российского института, работающего в области электромашиностроения, была разработана новая общепромышленная серия АД5А на высоты оси вращения от 71 до 355 мм (этот ряд объединял четырнадцать габаритов).

В основу разработки были положены идеи повышения КПД и ресурса, снижения уровней шума и рабочей температуры, улучшения пусковых и массогабаритных характеристик электродвигателей. По техническому заданию ФГУП “ЦНИИ СЭТ” на базе этой серии был разработан рабочий проект АД, отвечающий требованиям Российского Морского Регистра Судоходства (PC), на высоты оси вращения от 63 до 250 мм с числом пар полюсов 2p = 2, 4, 6. Два габарита из этой серии (5А80 и 5А100) прошли испытания (МВИ) и поставляются теперь Владимирским электромашиностроительным заводом (ВЭМЗ). Их предназначение - комплектование приводов; их можно эксплуатировать на судах и в рыбоцехах.

Одной из задач ближайшей перспективы является изготовление опытных образцов оставшихся габаритов серии, проведение МВИ и выпуск технических условий (ТУ) на судовые электродвигатели, отвечающие требованиям PC Параллельно с разработкой серии 5А специалисты НИПТИЭМ занимались совершенствованием встроенной температурной защиты двигателей. Были разработаны устройства встроенной тепловой

защиты, исполнительный блок которой размещается непосредственно на корпусе АД. Был разработан вариант с дистанционным управлением.

На каждом из этапов разработки были реализованы свои подходы к выбору оптимальных конструктивных решений. Во внимание принимались как новейшие достижения в области электротехнологии, так и неблагоприятные особенности актуального экономического состояния страны. К примеру, если раньше, в условиях планового хозяйства, стоимость трудовых, материальных и энергетических ресурсов нередко не соответствовала их потребительским свойствам, то в условиях рыночной экономики ситуация стала иной. К апрелю 1999 г. стоимость 1 т медных обмоточных проводов увеличилась с 1,5 до 75,0 тыс. рублей - в девяносто раз. Стоимость 1 т электротехнической стали возросла с 380 рублей до 5,7 тыс. рублей - в пятнадцать раз, 1 кВт-ч электроэнергии подорожал с 1,36 до 41 копейки - в тридцать раз.

Относительно низкая стоимость обмоточной меди, характерная для прошлых лет, позволяла делать “медными” АД всех разрабатывавшихся ранее серий - с относительно низкой магнитной индукцией в воздушном зазоре (0,65.. .0,75 Тл) и относительно большим воздушным зазором. Можно полагать, что в настоящее время, с учетом действия известных экономических факторов, оптимальными должны быть АД, на изготовление которых уходит меньше меди, так называемые “стальные” машины.

Исходя из этих обстоятельств, на Ярославском электромашиностроительном заводе (ОАО “ELDIN”) было освоено производство асинхронных двигателей новой серии RA. При ее разработке были выбраны следующие ориентиры: получение высоких энергетических показателей при снижении массы двигателя и достижении большей его компактности; увеличение пусковых моментов при снижении кратности пускового тока; улучшение виброакустических характеристик двигателей путем снижения магнитного, механического и вентиляционного шумов; обеспечение простоты и безопасности обслуживания таких двигателей; повышение конкурентоспособности новых АД.

Асинхронные двигатели серии RA отвечают требованиям международных стандартов. Они успешно экспонировались на международных выставках в Ганновере (19951999 гг.). Их поставляют в промышленно развитые страны: в Германию, Италию, Францию и др. В ближайших планах- испытания их на соответствие требованиям PC, расширение области их применения (на морских и речных судах).

Показатели АД классической конструкции к настоящему времени доведены до уровней, практически обеспечивающих достижение предельных значений электромагнитных нагрузок при приемлемом расходе активных материалов. Дальнейшее развитие АД проводится по пути конструктивного сращивания электроприводов с техническими объектами, в которых они установлены. Возникают и специфические требования, предъявляемые к АД.

Так, в настоящее время развитие получил тяговый электропривод на базе АД с короткозамкнутым ротором, применяемый в наземном электрифицированном транспорте (трамвай, троллейбус), в метро, электропоездах.

Для управления тяговым электроприводом применяют преобразователи частоты (ПЧ) со звеном постоянного тока, формирование выходных сигналов которых осуществляется на основе ШИМ. На выходе преобразователя формируется серия прямоугольных импульсов постоянной амплитуды, но меняющейся длительности. Полезная составляющая имеет форму синусоиды заданной частоты и амплитуды.

В настоящее время, как правило, в качестве ключевого элемента применяют биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), имеющие длительность фронта импульсов в диапазоне 0,11,0 мкс. В результате, на обмотку АД поступают импульсы прямоугольной формы с высоким пиковым значением, следствием чего становятся значительные перенапряжения в обмотках. Величина амплитуды перенапряжений растет при увеличении несущей частоты ШИМ (с целью улучшения энергетических показателей и приближения полезной составляющей выходного напряжения ПЧ к синусоиде.)

Такие перенапряжения провоцируют быстрое старение изоляции, что в конечном итоге ведет к снижению надежности и срока службы АД [3]. Очевидно, что как при выдаче технического задания, так и при разработке АД необходимо учитывать требования по повышению прочности изоляции.

Важным специфическим требованием, применяемым к тяговому электроприводу, является требование обеспечения работы АД без перегрева в диапазоне частот до 150 Гц. Как правило, разгон АД в тяговом электроприводе транспорта осуществляется изменением частоты в диапазоне 050 Гц, выход на скорость до 70 км/час - в диапазоне 50150 Гц. При проектировании специализированных АД для тягового электропривода необходимо предусматривать расширение диапазона рабочих частот до 150 Гц.

Заключение

1. Отечественной промышленностью разработаны, и в настоящее время серийно поставляются АД серий 5А и RA в общепромышленном исполнении.

2. Для определения возможности работы АД серий 5А и RA на судах и в рыбоцехах необходимо провести испытания на соответствие их требованиям PC

3. При выдаче технических заданий, а также при проектировании специализированных АД, предназначаемых к применению в тяговом электроприводе, необходимо предусматривать следующее: повышение их функциональных возможностей путем расширения диапазона рабочей частоты до 150 Гц; повышение требований к прочности изоляции (с учетом возможных перенапряжений, которые на отдельных участках обмотки АД, работающей от ПЧ при частотном управлении от ШИМ, иногда достигают значений, более чем в полтора раза превышающих амплитуду исходного воздействия).