Электродвигатель синхронный трёхфазный

ОбмоткаГотовая.frw

Стребков чертёж3.35.cdw

Номинальная мощность: Р
Номинальное напряжение: U
Синхронная частота вращения: n.= 750 обмин.
Высота оси вращения: h=500.
Режим работы S1-продолжительный
Исполнение по способу монтажа IM1001
Исполнение по степени защиты IP23
Камеры подшипниковых узлов заполнить
усилие затяжки болтов крепления щитов подшипниковых 3
Осевой люфт в пределах 0
Свободный конец вала консервировать смазкой
ЦИАТИМ-221 и надеть чехол.
Сопрягаемые поверхности станины
все резьбовые поверхности покрыть
тонким слоем смазки ЦИАТИМ-221.
Крепежные детали и масленка не должны иметь
лакокрасочного покрытия.
синхронный двигатель
Техническая характеристика
Технические требования

Курсовой Стребков.doc

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
Факультет автоматики и электромеханики
Кафедра электромеханических систем и электроснабжения
по дисциплине «Конструкции расчёт проектирование потребительские свойства электромагнитных устройств и электромеханических преобразователей»
Тема «Электродвигатель синхронный трёхфазный»
Расчетно-пояснительная записка
группа подпись дата инициалы фамилия
Руководитель А. В. Кононенко
подпись дата инициалы фамилия
Нормоконтролер А. В. Кононенко
подпись дата инициалы фамилия
Замечания руководителя
Номинальные параметры6
Зубцовая зона статора. Сегментировка статора8
Пазы и обмотка статора10
Воздушный зазор и полюса ротора18
Расчёт магнитной цепи22
Параметры обмотки статора для установившегося режима31
МДС обмотки возбуждения при нагрузке34
Обмотка возбуждения38
Параметры и постоянные времени42
активных материалов44
Превышение температуры обмотки статора47
Характеристики двигателя48
Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В энергетике их применяют в качестве турбогенераторов и гидрогенераторов на электростанциях. В промышленных установках большое применение находят синхронные двигатели и генераторы.
Синхронные двигатели предназначаются для приводов не требующих регулирования частоты вращения таких как насосы компрессоры шаровые мельницы вентиляторы двигатель генераторные установки и т.п.
Двигатели изготавливаются как с явнополюсными так и с неявнополюсными роторами.
В неявнополюсном исполнении двигатели турбодвигатели выпускают с частотой вращения 3000 обмин на мощности от 630 до 12500 кВт. Более широкое распространение имеют явнополюсные синхронные двигатели с диапазоном частот вращения от 1500 до 100 обмин при мощностях от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч киловатт.
Основное исполнение синхронных машин общепромышленного применения с горизонтальным расположением вала. По способу защиты и вентиляции защищенные или закрытые с самовентиляцией. Охлаждение воздушное.
Синхронные машины общего назначения выпускают в виде ряда серий. Каждая серия включает в себя машины в определенном диапазоне мощностей и частот вращения их выполняют на несколько нормализованных внешних диаметров статора которые определяют габарит машины.
Как уже отмечалось серии синхронных машин выпускают чаще всего в защищенном исполнении с горизонтальным исполнением вала. Поэтому в приведенной методике будут рассматриваться машины такого типа.
II.1 Номинальные параметры
1 Номинальное фазное напряжение (предполагая что обмотка статора будет соединена в звезду):
2 Номинальная полная мощность:
Принимаем предварительно КПД двигателя:
3 Номинальный фазный ток:
4.Число пар полюсов:
Принимаем отношение ЭДС в якоре при номинальной нагрузке к номинальному напряжению:
5 Расчётная мощность:
III.2 Размеры статора
1 Принимаем нормализованный внешний диаметр статора: Габарит машины 14 высота оси вращения
Принимаем согласно рекомендации
2 Внутренний диаметр статора:
Для =02395м и р=4 находим Тл
4 Расчётная длина статора:
5 Определяем отношение :
Полученное значение коэффициента лежит в допустимых пределах.
6 Действительная длина статора:
7 Принимаем согласно рекомендации ширину вентиляционного канала: и длину пакетов между вентиляционными каналами lпак=0044м.
Число вентиляционных каналов:
9 Суммарная длина пакетов сердечника:
IV.3 Зубцовая зона статора. Сегментировка статора
1 Так как то принимаем число параллельных ветвей обмотки статора
2 Принимаем пределы изменения зубцового деления для =02395м:
3 Пределы изменения числа зубцов:
Принимаем как удовлетворяющее наибольшему числу требований. Так как Dа 990 мм то статор можно не сегментировать.
4 Уточняем зубцовое деление:
5 Число проводников в пазу:
6 Уточняем линейную нагрузку
Расхождение уточнённого значения линейной нагрузки с ранее принятым не превышает .
7 Число пазов на полюс и фазу:
V.4 Пазы и обмотка статора
1 Предварительная ширина паза:
2 Принимаем класс нагревостойкости изоляции В.
Принимаем произведение линейной нагрузки машины и плотности тока в обмотке статора:
3 Плотность тока в обмотке статора:
4 Сечение эффективного проводника обмотки статора:
Принимаем двухстороннюю толщину пазовой изоляции:
5 Возможная ширина изолированного проводника:
6 Так как то эффективный проводник не разбиваем на элементарные .
Принимаем провод марки ПЭТВСД; двухсторонняя толщина изоляции ;
7 Допуск на разбухание изоляции по ширине паза:
8 Допуск на разбухание изоляции по высоте:
Технологический допуск на укладку:
9 Уточняем значение ширины паза:
Общая толщина изоляции на паз по высоте
Принимаем высоту клина:
Эскиз паза статора показан на рисунке 1. Спецификация паза статора представлена в таблице 1.
Таблица 1 — Спецификация паза статора
Лента стеклослюдинитовая ЛС
Лента стеклянная ЛЭС (покровная)
Двухсторонняя толщина изоляции одной катушки
Стеклотекстолит СТ1 толщиной
Общая толщина изоляции на паз
11 Уточняем плотность тока в обмотке статора:
12 Принимаем листы статора лакированные; толщина 05 мм; коэффициент заполнения пакета статора сталью
13 Проверяем индукцию в зубце статора:
14 Высота спинки статора:
15 Проверяем индукцию в спинке статора:
Значения индукций зубцов и спинки статора находятся в допустимых пределах.
Принимаем коэффициент добавочных потерь:
16 Теплопроводность изоляции выполненной по способу монолит:
17 Перепад температуры в изоляции паза:
Перепад температуры в изоляции паза допустимый
18 Градиент температуры в пазовой изоляции:
В результате проверки максимальной индукции в зубцах и спинке статора а также перепада температуры в пазовой изоляции установлено что размеры паза выбраны удачно.
19 Эффективные витки в фазе обмотки статора:
20 Определяем величину :
21 Шаг обмотки статора:
22 Укорочение шага обмотки статора:
23 Коэффициент укорочения шага обмотки статора:
24 Коэффициент распределения обмотки статора:
25 Обмоточный коэффициент:
Схема обмотки статора и звезда пазовых ЭДС представлены на рисунке 2.
VI.5 Воздушный зазор и полюса ротора
Принимаем кратность максимального момента находим синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси
1 Максимальная индукция в воздушном зазоре при холостом ходе и номинальном возбуждении:
2 Приближённое значение воздушного зазора:
Принимаем =000335 м.
3 Зазор под краями полюса:
4 Среднее значение воздушного зазора:
5 Ширина полюсного наконечника:
где конструктивный коэффициент полюсного перекрытия
6 Радиус дуги полюсного наконечника:
7 Принимаем высоту полюсного наконечника
8 Длина сердечника полюса и полюсного наконечника:
9 Принимаем толщину одной нажимной щётки полюса
10 Расчётная длина сердечника полюса:
11 Предварительная высота полюса:
Принимаем коэффициент зависящий от высоты полюсного наконечника
12 Коэффициент рассеяния полюсов:
13 Полюсы выполнены из стали Ст3; листы толщиной 1 мм; коэффициент заполнения полюса сталью
Принимаем индукцию в сердечнике полюса
14 Ширина сердечника полюса:
15 Окружная скорость ротора:
то принимаем крепление полюсов шпильками к ободу магнитного колеса.
16 Длина ярма (обода) ротора:
17 Минимальная высота ярма ротора:
Принимаем индукцию в ярме ротора
VII.6 Пусковая обмотка
1 Принимаем число стержней пусковой обмотки Материал стержня — медь.
2 Поперечное сечение стержня пусковой обмотки:
4 Принимаем расстояние между крайним стержнем и краем полюсного наконечника
5 Зубцовый шаг на роторе:
6 Проверяем условия правильности выбора зубцового шага ротора:
Пазы ротора выбираем круглые полузакрытые.
7 Диаметр паза ротора:
9 Сечение короткозамыкающего сегмента:
VIII.7 Расчёт магнитной цепи
1 По рис. 7-21 1 при m=15 α=068 и находим
2 Магнитный поток в воздушном зазоре:
3 Определяем отношения:
4 Уточняем значение расчётной длины статора:
5 Индукция в воздушном зазоре:
6 Коэффициент воздушного зазора для статора:
7 Коэффициент воздушного зазора для ротора:
8 Коэффициент воздушного зазора:
9 Магнитное напряжение воздушного зазора:
10 Зубцовый шаг статора на высоте от его коронки:
11 Ширина зубца статора на высоте от его коронки:
12 Индукция в сечении зубца на высоте :
13 Магнитное напряжение зубцов статора:
14 Индукция в спинке статора:
15 Средняя длина магнитной линии спинки статора:
16 Магнитное напряжение ярма статора:
где — коэффициент учитывающий неравномерное распределение индукции по поперечному сечению спинки статора
17 Высота зубца ротора:
18 Ширина зубца ротора на высоте от его коронки:
19 Индукция в зубце ротора:
20 Магнитное напряжение зубцов ротора:
21 Удельная магнитная проводимость рассеяния между внутренними поверхностями сердечников полюсов
22 Определяем коэффициенты:
23 Удельная магнитная проводимость между внутренними поверхностями полюсных наконечников:
24 Удельная магнитная проводимость рассеяния между торцевыми поверхностями:
25 Удельная магнитная проводимость для потока рассеяния на одну сторону полюса:
26 Магнитное напряжение воздушного зазора статора и зубцов полюсного наконечника:
27 Поток рассеивания между торцевыми поверхностями полюсов:
28 Поток в сечении полюса у его основания:
29 Индукция в полюсе:
30 Расчётная длина силовой линии в полюсе:
31 Магнитное напряжение полюса:
32 Если индукция то следует учесть изменение потока по высоте полюса.
33 Поток у основания полюса:
34 Поток у полюсного наконечника:
35 Поток в среднем сечении полюса:
36 Индукция в основании полюса:
37 Индукция у полюсного наконечника:
38 Индукция в среднем сечении:
39 Расчётное значение напряжённости магнитного поля полюса:
40 Магнитное напряжение воздушного зазора между полюсом и ярмом ротора:
41 Индукция в ободе магнитного колеса:
42 Средняя длина магнитной линии обода магнитного колеса:
43 Магнитное напряжение в ободе магнитного колеса:
44 Магнитное напряжение сердечника полюса ярма ротора и воздушного зазора между полюсом и ярмом:
45 МДС обмотки возбуждения на один полюс:
Проводим расчет для Результаты расчёта магнитной цепи сводим в таблицу.
При переводе магнитных напряжений Fza Fmj и потока Фm в относительные единицы за базовые значения соответственно приняты МДС Fв0 и Ф при Е1*=1.
По данным таблицы расчёта магнитной цепи построены характеристика холостого хода .
Таблица 2 — Результаты расчёта магнитной цепи
Параметры обмотки статора для установившегося режима
1 Принимаем допустимое расстояние между медью проводников соседних катушек
Принимаем вылет прямолинейной части катушек из паза
2 Длина лобовой части обмотки статора:
3 Средняя длина витка обмотки статора:
4 Активное сопротивление обмотки статора при :
5 Активное сопротивление обмотки статора при :
6 Базовое сопротивление:
7 Активное сопротивление обмотки статора в относительных единицах:
8 По эскизу паза статора определяем:
9 Определяем коэффициенты:
10 Коэффициент магнитной проводимости между стенками паза:
11 Принимаем согласно рекомендации коэффициент
12 Коэффициент магнитной проводимости по коронкам зубцов:
13 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния:
14 Коэффициент проводимости лобового рассеяния:
15 Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеивания:
16 Индуктивное сопротивление рассеяния фазы статора:
17 Индуктивное сопротивление рассеивания в относительных единицах:
18 Амплитуда первой гармоники МДС реакции якоря:
19 Коэффициент учитывающий влияние магнитных напряжений стали и зазора между полюсом и ярмом для ненасыщенной машины ( и определяется при ):
20 Принимаем коэффициенты
21 Индуктивное сопротивление продольной реакции якоря ( определяется при ):
22 Индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря:
23 Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси:
24 Синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси:
IX.9 МДС обмотки возбуждения при нагрузке
1 На рисунке 4 построена векторная диаграмма. Из неё определяем:
2 Из зависимости для находим:
3 Амплитуда первой гармоники МДС реакции якоря в относительных единицах:
4 Определяем составляющую МДС:
5 Из частичной характеристики (рисунок 6) по находим:
6 Из векторной диаграммы определяем модуль результирующей ЭДС по продольной оси: ;
7 По характеристике определяем для :
8 МДС продольной реакции якоря:
9 Определяем сумму МДС:
10 По характеристике для находим:
12 Из характеристики для находим
13 МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке:
14 МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке в физических единицах:
X.10 Обмотка возбуждения
1 Для питания обмотки возбуждения выбираем тиристорное возбудительное устройство ТВУ–80–320 . Напряжение на кольцах с учётом переходного падения напряжения в щёточном контакте принимаем .
2 Расчётное значение МДС обмотки возбуждения:
3 Удельное сопротивление меди при рабочей температуре обмотки класса изоляции B:
4 Принимаем одностороннюю толщину изоляции полюса
Для однорядной обмотки возбуждения принимаем ширину проводника обмотки
Расстояние от центра закругления с радиусом r до края штампованной части листа полюса:
5 Предварительная средняя длина витка обмотки возбуждения для однорядной обмотки с лобовой частью в виде полуокружности:
6 Предварительное значение сечения проводника обмотки возбуждения:
7 Принимаем плотность тока в обмотке возбуждения:
9 Число витков обмотки возбуждения:
10 Принимаем изоляцию между витками ; суммарную толщину изоляции от полюсного наконечника до ярма ротора
11 Меньший размер прямоугольного проводника обмотки возбуждения:
12 Возможное значение ширины проводника обмотки возбуждения:
13 Принимаем провод прямоугольного сечения
Из эскиза межполюсного окна (рисунок 7) находим минимальное расстояние между катушками соседних полюсов - что удовлетворяет условию охлаждения обмотки возбуждения.
14 Уточняем плотность тока в обмотке возбуждения:
Полученное значение плотности тока не превышает ранее принятое более чем на .
15 Превышение температуры обмотки возбуждения:
Для однорядных обмоток при изоляции класса нагревостойкости В допустимое превышение температуры равно . Полученное значение не превышает допустимого значения.
16 Уточняем значение высоты полюса:
Уточнённое значение высоты полюса не расходится с ранее рассчитанным поэтому пересчёт магнитного напряжения полюса не производим.
17 Активное сопротивление обмотки возбуждения:
18 Удельное сопротивление меди при температуре :
19 Активное сопротивление обмотки возбуждения при :
20 Напряжение на кольцах обмотки возбуждения при номинальной нагрузке и :
21 Коэффициент запаса возбуждения:
На рисунке 7 представлен эскиз междуполюсного окна.
Параметры и постоянные времени
2 Индуктивное сопротивление обмотки возбуждения:
3 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения:
4 Коэффициент проводимости пазового рассеяния ротора:
5 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния ротора:
6 Принимаем коэффициенты приведения
7 Коэффициент проводимости короткозамыкающих колец по продольной оси:
8 Коэффициент проводимости короткозамыкающих колец по поперечной оси:
9 Принимаем коэффициент распределения для успокоительной (пусковой) обмотки:
10 Индуктивное сопротивление рассеивания демпферной (пусковой) обмотки по продольной оси:
11 Индуктивное сопротивление рассеивания демпферной (пусковой) обмотки по поперечной оси:
12 Активное сопротивление обмотки возбуждения при :
13 Принимаем отношение удельных сопротивлений материала стержня и кольца к удельному сопротивлению меди
14 Активное сопротивление пусковой обмотки по продольной оси при :
15 Активное сопротивление пусковой обмотки по поперечной оси при :
XI.12активных материалов
1 Ширина зубца статора на высоте от его коронки:
4меди обмотки статора:
5меди обмотки возбуждения:
6меди стержней пусковой обмотки:
7меди короткозамыкающих колец:
9стали обода ротора:
10 Полная масса меди:
11 Полная масса активной стали:
1 Основные электрические потери в обмотке статора:
2 Потери на возбуждение:
3 Принимаем удельные потери в стали марки 1211 при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания :
4 Принимаем коэффициент учитывающий увеличение потерь из-за частичного замыкания листов вследствие наличия заусенцев а также изменения структуры стали при штамповке:
5 Магнитные потери в ярме магнитопровода статора:
6 Магнитные потери в зубцах магнитопровода статора:
7 Механические потери:
8 Принимаем для полюсов при толщине листов 1 мм коэффициент
9 Определяем значение индукции:
10 Потери на поверхности полюсных наконечников при холостом ходе из-за колебания индукции вследствие зубчатого строения статора:
11 Активная мощность подводимая к двигателю при номинальной нагрузке:
12 Добавочные потери при нагрузке:
13 Общие потери при номинальной нагрузке:
14 Коэффициент полезного действия:
XIII.14 Превышение температуры обмотки статора
1 Удельный тепловой поток на внутренней поверхности статора:
2 Принимаем коэффициент теплоотдачи
3 Превышение температуры внешней поверхности статора над температурой охлаждающего воздуха:
4 Удельная проводимость меди при :
5 Периметр паза статора без учёта клина (по эскизу паза):
6 Плотность теплового потока с внешней поверхности лобовых частей:
7 Превышение температуры внешней поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой охлаждающего воздуха:
8 Перепад температуры в пазовой изоляции обмотки статора (рассчитывалось ранее):
9 Среднее превышение температуры обмотки статора:
Среднее превышение температуры обмотки статора не превышает допустимых значений.
XIV.15 Характеристики двигателя
1 Угловая характеристика
1.1 По продолжению прямолинейной части характеристики холостого хода для находим
1.2 Определяем отношение:
1.3 Принимаем коэффициент учитывающий реактивные составляющие мощности и момента обусловленные неодинаковыми индуктивными сопротивлениями :
1.4 Статическая перегружаемость:
Статическая перегружаемость синхронного двигателя больше минимального допустимого значения.
1.5 Аналитическое выражение угловой характеристики :
Результаты расчёта угловой характеристики сведены в таблицу 4.
Таблица 3 — Угловая характеристика двигателя
2 U – образная характеристика
U – образные характеристики строятся по векторным диаграммам для трёх значений мощности:
За базовое значение мощности принята полная мощность: за базовое значение тока принят номинальный ток
Результаты расчёта сведены в таблицу 4.
Таблица 4 — Результаты расчёта для построения U – образных характеристик
По данным таблицы 4 на рисунке 9 построены U – образные характеристики.
3 Рабочие характеристики
Из рисунка 9 для находим токи якоря для каждой мощности и проводим расчёт рабочих характеристик по формулам. При расчёте потерь пересчитываются электрические потери в обмотке статора и добавочные потери. Остальные потери остаются неизменными.
Таблица 5 — Рабочие характеристики
По данным таблицы 5 на рисунке 10 построены рабочие характеристики.
4 Пусковые характеристики
4.1 Расчёт пусковых характеристик производим для скольжений В качестве примера ниже приводится расчёт при скольжении
4.2 Сопротивление добавочного резистора:
4.3 Приведённая проводимость обмотки возбуждения:
4.4 Приведённая проводимость успокоительной (пусковой) обмотки по продольной оси:
4.5 Полная приведённая проводимость по продольной оси:
4.6 Полное приведённое сопротивление по продольной оси:
4.7 Приведённая проводимость пусковой обмотки по поперечной оси:
4.8 Полная приведённая проводимость по поперечной оси:
4.9 Полное приведённое сопротивление по поперечной оси:
4.10 Пусковой ток статора прямого следования:
4.11 Абсолютное значение пускового тока статора прямого следования:
4.12 Пусковой ток обратного следования:
4.13 Абсолютное значение пускового тока статора обратного следования:
4.14 Полный пусковой ток статора:
4.15 Активная составляющая пускового тока статора прямого следования:
4.16 Пусковой момент:
Аналогично расчёт проводится для других значений скольжений. Результаты расчёта пусковых характеристик сведены в таблицу 6.
Таблица 6 — Пусковые характеристики
По данным таблицы 6 на рисунке 11 построены пусковые характеристики.
Согласно расчёту пусковых характеристик:
В курсовом проекте спроектирован синхронный двигатель отвечающий требованиям технического задания.
Основным этапом данной курсовой работы является техническое проектирование. На этом этапе были проведены расчётное и конструкторское проектирования.
В расчётном проектировании были определены главные размеры проведён расчёт магнитной цепи угловых U-образных рабочих и пусковых характеристик были определены потери и коэффициент полезного действия машины проведен механический расчет. Номинальные данные спроектированного двигателя:
Для улучшения показателей двигателя необходим тщательный пересчет проекта при изменении определенных параметров и коэффициентов. Произвести данную работу не позволяет малое количество времени и недостаток опыта в данном виде деятельности. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Проектирование электрических машин Под ред. И. П. Копылова. -М.: Энергия1980.- 495 с.
Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред. И. П. Копылова Б. К. Клокова. Т. 1. - М.: Энергоатомиздат 1989. - 688 с.
Гольдберг О. Д. Гурин Я. С. Свириденко И. С. Проектирование электрических машин: Учебник для втузов. – М.: Высш. Шк. 1984. – 431 с.
Гурин Я.С. Кузнецов Б.И. Проектирование серий электрических машин. – М.: Энергия 1978. – 480 с. ил.
Курсовое проектирование. Организация порядок проведения оформление расчётно-пояснительной записки и графической части. СТП ВГТУ 001-98. - Воронеж: ВГТУ 1998. - 48 с.

Векторная диаграмма.frw

ПОЛЮС Сечение3,35.frw