Проектирование асинхронного электродвигателя общего назначения с короткозамкнутым ротором

OBMOTKA_22222222222222222.dwg

ФГБОУ ВО "Орловский ГАУ
Схема обмотки двигателя 45кВТ
КР 10. 35.03.06. 120141 ПЗ

RAZREZ_EL_MAShNY_PS.dwg

ФГБОУ ВО "Орловский ГАУ" гр. АиБ-541
Разрез асинхронного двигателя
КР.10.35.03.06. 120141. ПЗ

GRIBINICHENKO_40_variant_k_rabota_po_elektricheskiy_Mashiny.docx

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.В. ПАРАХИНА
КАФЕДРА «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ»
Преподаватель к.т.н. доцент
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ»
«Проектирование асинхронного электродвигателя
общего назначения с короткозамкнутым ротором»
Автор курсового проекта: Грибиниченко И.А.
Направленность подготовки 35.03.06 Агроинженерия
Профиль «Электрооборудование и электротехнология»
подпись дата (инициалы фамилия)
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ Н.В. ПАРАХИНА»
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ»
Обучающийся: Грибиниченко И.А.
Группа: АИб-541 шифр: 120141
Тема курсовой работы: Проектирование асинхронного электродвигателя общего назначения с короткозамкнутым ротором
Исходные данные для проектирования: ПУЭ ПТЭ методические указания к КР СНиП задание на КР СП другие НТД.
Перечень разделов пояснительной записки
1. Выбор главных размеров асинхронного электродвигателя.
2 Определение числа зубцов сердечника статора числа витков и сечение провода обмотки статора.
3 Расчет размеров зубцовой зоны статора.
4 Выбор воздушного зазора.
6 Расчет намагничивающего тока
Перечень графического материала:
1 Разрез асинхронного двигателя
2 Развернутая схема двухслойной обмотки асинхронного двигателя
Календарный план выполнения курсовой работы
Наименование разделов
Подпись руководителя
Выбор главных размеров асинхронного электродвигателя
Определение числа зубцов сердечника статора числа витков и сечение провода обмотки статора
Расчет размеров зубцовой зоны статора
Выбор воздушного зазора
Расчет намагничивающего тока
1.Выбор главных размеров
2. Определение числа пазов статора Z1 числа витков в фазе обмотки
статора 1 и сечения провода обмотки статора
3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора
4. Схема обмотки статора
6.Расчет намагничивающего тока
7. Параметры рабочего режима
9.Расчет рабочих характеристик
10 Расчет пусковых характеристик
Список использованной литературы
Значение электрической энергии в народном хозяйстве и в быту непрерывно возрастает.
Промышленность транспорт сельское хозяйство и быт населения обусловливает необходимость применения разнообразного электротехнического оборудования.
Основой автоматизированного электропривода являются электрические двигатели. По мере развития силовой полупроводниковой техники и микропроцессорных систем управления двигатели постоянного тока в замкнутых системах электропривода постепенно вытесняются более надежными и дешевыми асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.
В данной курсовой работе будет произведено проектирование асинхронного электродвигателя общего назначения с короткозамкнутым ротором номинальные данные которого и указания о режиме его работы приведены в техническом задании.
Таблица 1. – Номинальные параметры
Конструктивное исполнение исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды категория климатического исполнения У3.
1. Выбор главных размеров
Высоту оси вращения hпр предварительно определяем по рис. 3 далее находим стандартную по табл. 2.[1]
Внутренний диаметр статора:
где определяем по табл. 3.[1]
где — отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению которое предварительно принимаем по рис. 4.[1]
Электромагнитные нагрузки: А — линейная нагрузка и — индукция в воздушном зазоре выбираем по рис. 6.[1]
Синхронная угловая скорость вала двигателя:
Расчетная длина воздушного зазора:
Предварительное значение обмоточного коэффициента =096
Отношение длины воздушного зазора к полюсному делению:
Данное отношение находится в пределах показанных на рис. 7 для принятого исполнения машины.[1]
2. Определение числа пазов статора Z1 числа витков в фазе обмотки статора 1 и сечения провода обмотки статора
Диапазон возможных значений зубцового деления статора принимаем по рис. 8.[1]
Предварительные числа пазов статора соответствующие выбранному диапазону :
Полученные значения округляем до целых.
Выбираем в полученных пределах с учетом условий налагаемых требованиями симметрии обмотки (табл. 12).[1]
Рассчитываем число пазов на полюс и фазу (оно является целым):
Окончательное значение зубцового деления статора:
Номинальный ток обмотки статора:
Предварительное число эффективных проводников в пазу:
Полученное число округляем до ближайшего целого числа.
Окончательные значения витков в фазе обмотки:
Принимаем число параллельных ветвей а = 1.
Окончательные значения линейной нагрузки:
Индукция в воздушном зазоре:
Для нахождения сечения эффективных проводников необходимо определить плотность тока:
где значение выбираем по рис. 9.[1]
Сечение эффективного проводника определяем исходя из тока одной параллельной ветви и допустимой плотности тока в обмотке (предварительно):
На это сечение выбираем обмоточный провод по табл. 5. (поскольку для двигателя 37 кВт укладка предполагается механизированная диаметр изолированного провода не более 14 мм а — не более 3)[1]
(37 кВт) Принимаем: тогда .
Обмоточный провод ПЭТВ (по табл. 5)[]:
диаметр изолированного обмоточного провода:
Плотность тока в обмотке:
Определим полную конструктивную длину сердечника статора и длину стали сердечника статора (l1 и lст1) и ротора (l2 и lст2).
В асинхронных двигателях длина сердечников которых не превышает 250 — 300 мм принимаем l1 = l2 = l = lcт1 = lст2.
Допустимая индукция ВZ1 в сечении зубца статора и значение допустимой индукции в ярме статора Вa принимается по табл. 6.[1]
Минимальная ширина зубца:
где — коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора для оксидированных листов стали по табл. 7.[1]
Высота ярма статора:
Высота и ширина шлица паза (по табл. 10).[1]
Размеры паза в штампе:
Размеры паза в свету с учетом припусков на сборку и шихтовку сердечников
где и — припуски по ширине и высоте паза выбираем из табл. 8.[1]
При однослойной обмотке площадь прокладок в пазу
Площадь корпусной изоляции в пазу:
где — односторонняя толщина изоляции в пазу выбираем из табл. 9.[1]
Площадь поперечного сечения паза остающаяся для размещения проводников:
Коэффициент заполнения паза:
Коэффициент заполнения паза находится в пределах 070—075.
Принимаем однослойную обмотку статора и строим ее схему как схему шаблонной обмотки с равными лобовыми частями по принятым характеристикам.
Р=37 кВт а=1 q=4 p=1 =24.
Рисунок 1. Схема обмотки двигателя 37 кВт
Воздушный зазор (рис. 20) и число пазов ротора (табл. 12).[1]
D2=0081–2·40000·10-4=0080 м
Конструктивная длина сердечника ротора равна длине сердечника статора l2= l.
Внутренний диаметр сердечника ротора при непосредственной посадке на вал равен диаметру вала и может быть определен:
(значение коэффициента kв принимаем по табл. 13)[1]
Коэффициент приведения токов:
Предварительное значение тока в стержне ротора:
где ki определяем из рис. 34.[1]
Площадь поперечного сечения стержня:
где J2 выбираем (30x106 ) Ам2.
Размеры шлица и высота перемычки над пазом выбираем в соответствии с указаниями к рис. 25: для двигателя 37 кВт пазы (рис. 25 а) имеют узкую прорезь со следующими размерами: bш=10 мм и hш=05 мм;[1]
Допустимая ширина зубцов ротора определяется по допустимой индукции BZ2 (табл. 6)[1]:
Размеры паза b1p b2p и h1p рассчитываем исходя из сечения стержня qc и из условия постоянства ширины зубцов рото
Полная высота паза hп2:
Уточняем площадь сечения стержня qc:
Плотность тока в стержне:
Ток в замыкающих кольцах Iкл короткозамкнутых роторов:
Плотность тока в замыкающих кольцах Jкл выбираем на 15% меньше чем в стержнях:
Площадь поперечного сечения замыкающих колец:
Размеры замыкающих колец:
Средний диаметр замыкающих колец:
6. Расчет намагничивающего тока
Индукция в зубцах статора:
Индукция в ярме статора:
Расчетная высота ярма ротора при посадке сердечника непосредственно на вал:
Индукция в ярме ротора:
Коэффициент воздушного зазора:
где рассчитывается по следующей формуле:
Магнитное напряжение воздушного зазора:
Значения напряженности поля в зубцах определено в соответствии с индукциями Bz по кривой намагничивания для зубцов для принятой марки стали 2013 (табл. 15).[1]
Магнитное напряжение зубцовой зоны статора Fz1 и ротора Fz2:
Коэффициент насыщения зубцовой зоны:
Значения напряженности поля в ярме Hj определяем в соответствии с индукциями Bj для принятой марки стали 2013 по табл. 14.[1]
Длина средней магнитной линии ярма статора:
Высота спинки ротора:
Длина средней магнитной линии потока в ярме ротора:
Магнитное напряжение ярма статора Fа и ярма ротора Fj:
Суммарное магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов):
Коэффициент насыщения магнитной цепи:
Намагничивающий ток:
Относительное значение намагничивающего тока
Средняя ширина катушки:
где 1 — относительное укорочение шага обмотки статора = 1 т.к. обмотка принимается однослойной.
Длина вылета лобовой части катушки:
где kвыл — коэффициент значение которого взято из табл. 19 для неизолированных лобовых частей. В — длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части. Для всыпной обмотки укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус принимаем В=001 м.[1]
Длина пазовой части lп1 равна конструктивной длине сердечников машины: lп1= lст1.
Длина лобовой части:
где kл — коэффициент значение которого взято из табл. 19 для неизолированных лобовых частей.[1]
Средняя длина витка:
Общая длина проводников фазы обмотки:
Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура расч=11500 С. Для меди удельное сопротивление материала обмотки при расчетной температуре:
Активное сопротивление фазы обмотки статора:
Относительное значение:
Для литой алюминиевой обмотки ротора удельное сопротивление материала при расчетной температуре:
Сопротивление стержня:
Сопротивление участка замыкающего кольца заключенного между двумя соседними стержнями:
Активное сопротивление фазы обмотки ротора:
Сопротивление r2 для дальнейших расчетов приводится к числу витков первичной обмотки статора:
Для определения индуктивного сопротивления фазы обмотки статора определяем коэффициенты магнитной проводимости.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:
Коэффициент для определения магнитной проводимости дифференциального рассеяния при полузакрытых или полуоткрытых пазах статора с учетом скоса пазов:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния для обмоток статора:
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для обмоток статора λп1. Определяется по формулам табл. 20[1]: h3= h2=0; h1=;
Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:
х1=158λд1+λл1) Ом (5.17)
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора λп2. Для рабочего режима kд=1.
Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора λд2. Находим с учетом коэффициента =1+ Δz — находим по кривым рис. 34[1].
Суммарное значение коэффициентов магнитной проводимости обмоток и короткозамкнутого ротора:
Σλ2=λп2+λд2+λл2 (5.21)
х2=79f1Σλ210-6 Ом (5.22)
Сопротивление х2 для дальнейших расчетов приводим к числу витков первичной обмотки статора:
Масса стали ярма статора:
ma=(Da-ha)haγc кг (6.1)
где γс — удельная масса стали (принимаем γс=78·103 кгм3).
ma=314(0149-)78·103=9582кг
Масса стали зубцов статора:
mz1=hz1bz1Z1lст1kсγc кг (6.2)
mz1=0033724012278·103=0475 кг
Потери в стали основные:
Рст.осн=р1.050ma+ (6.3)
где: р1.050 — удельные потери и — показатель степени по табл. 22[1] kда и kдz — коэффициенты учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов приближенно принимаем kда=16 и kдz=18
Для определения поверхностных потерь вначале находим амплитуду пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора В02=02·k·B где 02 определено по рис. 36[1].
Удельные поверхностные потери рпов2 рассчитывают по В02 и частоте пульсаций индукции над зубцами:
где k02 — коэффициент учитывающий влияние обработки поверхности головки зубцов ротора на удельные потери принимаем равным 15.
Полные поверхностные потери в роторе:
Pпов2 =рпов2(t2-bш2)Z2lстт Вт (6.5)
Pпов2 =(0013-)180122= 4226 Вт
Для определения пульсационных потерь вначале находим амплитуду пульсации индукции в среднем сечении зубцов ротора:
Масса стали зубцов ротора:
mz2=Z2·hz2·bz2·lcт2·kc·γc кг (6.7)
mz2=18·00241·455·0122·78·103=1387 кг
Пульсационные потери в зубцах ротора:
Pпул2=011mz2 Вт (6.8)
Pпул2=0111387=41839 Вт
Сумма добавочных потерь в стали:
Pст.доб =Рпов2 +Рпул2 Вт (6.9)
Pст.доб =4226 +41839=46065 Вт
Полные потери в стали:
Рст= Рст. осн+ Рст. доб Вт (6.10)
Механические потери:
в нашем случае коэффициент kТ=095.
Добавочные потери при номинальной нагрузке:
Холостой ход двигателя:
Активная составляющая тока холостого хода:
Реактивная составляющая тока холостого хода равна намагничивающему току I.
Коэффициент мощности при холостом ходе:
Сопротивление r12 и х12 с достаточной для обычных расчетов точностью определяют по следующим формулам:
Активную составляющую тока синхронного холостого хода
определяют из выражения:
Реактивную составляющую тока синхронного холостого хода принимаем равной току намагничивания Iор=I
Так как [γ]≤1 и мы используем приближенный метод то в этом случае необходимо ввести дополнительные расчетные величины: а=; а=с1 b=0; b=c1(x1+c1)
В данном случае постоянные потери (не меняются при изменении скольжения): ΣP==249641 Вт
Таблица 2 - Рабочие характеристики двигателя мощностью 37 кВт
10 Расчет пусковых характеристик
Таблица 3.–Данные необходимые для расчета пусковых характеристик.
Рассчитываем пусковые характеристики с учетом вытеснения тока и насыщения при рабочей температуре =750С для значений скольжения S=1;08;05;02;015;01.Подробный расчет приведен для скольжения S=1. Остальные данные расчета сведены в таблицу.
Высота стержня в пазу:
hc=hп2 --hш2 м (8.1)
По полной высоте стержня и удельному сопротивлению материала стержня (для литой алюминиевой обмотки ротора ρ115=10-6205 Ом·м) определяем функцию
В соответствии с функцией находим по кривым рис. 40 и рис. 41 коэффициенты φ и φ'[1]
Глубина проникновения тока в стержень обмотки:
В расчете условно принимаем что при действии эффекта вытеснения ток ротора распределен равномерно но не по всему сечению стержня а лишь по его верхней части ограниченной высотой hr имеющее сечение:
тогда сечение стержня:
Коэффициент kr через отношение площадей всего сечения стержня и сечения ограниченного высотой hr:
Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора:
Приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом вытеснения тока r'2=KR r2'=11053436=3796
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом действия эффекта вытеснении тока λп2 (при kд =φ'):
Изменение индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора
от действия эффекта вытеснения тока:
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока =Kх==1213
Ток ротора приближенно без учета влияния насыщения:
Учет влияния насыщения на параметры
Средняя МДС обмотки отнесенная к одному пазу обмотки статора:
Коэффициент для определения фиктивной индукции потока рассеяния в воздушном зазоре:
Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре:
По полученному значению Bф и по рис. 44[1] находим отношение потока рассеяния при насыщении к потоку рассеяния не насыщенной машины характеризуемой коэффициентом х:
c1 = (t1 -bш1)(1-x) (8.14)
c1 = (00107 -)(1-0995)= 00034
Вызванное насыщением от полей рассеяния уменьшение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого паза статора:
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом насыщения:
λп1нас= λп1-Δλп1нас (8.16)
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения
где λд1 — коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора без учета влияния насыщения.
Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом влияния насыщения:
где λл1 — коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния обмотки статора без учета влияния насыщения.
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом насыщения c2=(t2- bш2)(1- Х)=(0013-)(1-0995)= 000625
Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния паза ротора:
Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учетом насыщения:
Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения:
λд2нас=27350995=2721
Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом насыщения и вытеснения тока:
Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора
Активная составляющая сопротивления правой ветви Г-образной
Реактивная составляющая сопротивления правой ветви Г-образной схемы замещения:
bп=х1нас+с1пнаcx'2нас (8.26)
Ток в обмотке ротора:
Ток в обмотке ротора с учетом коэффициента с1пнас:
Ток в обмотке ротора в относительных единицах:
Относительное значение момента:
Пусковой момент для двигателя мощностью 37 кВт и 2р=1 в соответствии с ГОСТ 28327-89 (табл. 25)[1] составляет 13 о.е. по расчету значение получилось 1345 — соответствует.
Мощность заторможенного ротора для двигателя мощностью
кВт в соответствии с ГОСТ 28327-89 составляет 11 кВАкВт
по расчету SТ = кВАкВт. Значение соответствует ГОСТу.
Далее проводим расчет пусковых характеристик для скольжений s=1 0. Точку s=0 принимаем по расчету как идеальный холостой ход. Результат сведем в таблицу.
Таблица 4 - Пусковые характеристики двигателя мощностью 37 кВт
В курсовой работе был произведен выбор главных размеров электродвигателя Осуществлены следующие расчеты: обмотки статора размеров зубцовой зоны статора короткозамкнутого ротора магнитной цепи и рабочих характеристик. В результате по расчетным данным была составлена схема обмотки статора и построен эскиз электродвигателя мощностью 45 кВт. Также были рассчитаны пусковые характеристики двигателя
Выполнение работы позволяет приобрести навыки анализа информации по заданной тематике с последующим выводом. Работа с графической часть так же способствует приобретению навыков построения объекта по заданным размерам.