Задание на курсовой проект. По «электрическим аппаратам и машинам»

по «Электрическим аппаратам и машинам»

Студентуинститута ИЭиТ курсагруппы 140106.65

ТЕМА: Расчёт асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: Вариант 30

Мощность , кВт……………………………………………………………………30, 0

Напряжение , В………………………………………………………………..380/220

Частота вращения , мин^-1 (об/мин)………………………………………………..1470

КПД двигателя , %…………………………………………………………..….….91, 0

Коэффициент мощности ……………………………………………………...0, 90

Частота тока , Гц …………………………………………………………….………50

Кратность пускового тока …………………………………………………….….6, 5

Кратность максимального момента …………………………………………...2, 3

Кратность пускового момента ………………………………………….……… 1, 4

Конструкция ……………………………………………………………….. IM1001/IP44

Режим работы………………………………………………………….…….длительный

Дополнительные требования………………………………....двигатель 4А180М4У3

Срок проектирования

Руководитель проекта доцент ____________ Баланцева Н.Б.

(должность) (подпись) (и., о., фамилия)

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

РЕФЕРАТ
1 ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ
2 РАСЧЁТ СТАТОРА
2.1 Определение, и площади поперечного сечения провода обмотки статора
2.2 Расчет размеров зубцевой зоны статора и воздушного зазора
3 РАСЧЁТ РОТОРА
4 РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ
5 ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА
6 РАСЧЁТ ПОТЕРЬ
7 РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ
8 РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ
8.1 Расчет токов с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
8.2 Расчёт пусковых характеристик с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния
9 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4   СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

РЕФЕРАТ

Курсовой проект. Пояснительная записка объёмом 57 страница содержит 3 рисунка, 3 таблицы, 2 источника, графическую часть на формате А1.

Цель курсового проекта – приобретение практических навыков в проектировании электрических аппаратов.

На основании списка источников и технического задания выбраны главные размеры, рассчитана обмотка статора, ротор, магнитная цепь асинхронного двигателя серии 4А исполнения по степени защиты IP44, с короткозамкнутым ротором с чугунными станиной и подшипниковыми щитами, с высотой оси вращения 180 мм, с установочным размером по длине станины (М), четырёхполюсный (), климатического исполнения У, категории установки 3. Также вычислены параметры рабочего режима, потери, рабочие и пусковые характеристики без учёта и с учётом насыщения. Проведён тепловой расчёт.

1 ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ

1) Из таблицы 9.8 (стр. 344 [1]) при высоте оси вращения h=180 внешний диаметр статора , м

м

2) Внутренний диаметр статора , м, вычисляют по формуле

, (1.1)

где коэффициент определяется из таблицы 9.9 (стр. 344[1]), тогда

м

3) Полюсное деление , м

(1.2)

м

4) Расчетная мощность , ВА

, (1.3)

где находится по рис 9.20 (стр. 345 [1]),

кВА

5) Электромагнитные нагрузки предварительно определяем по рис 9.22, а (стр. 346 [1]), откуда

А/м,

Тл

6) Обмоточный коэффициент (предварительно для двухслойной обмотки выбираем при )

(для двухслойной обмотки)

7) Расчетная длина магнитопровода

, (1.4)

где - коэффициент формы поля, ;

- синхронная угловая частота двигателя, рад/с;

(1.5)

рад/с,

м

8) Значение отношения

(1.6)

Значение λ = 1, 12 находится в допусти­мых пределах (см. рис. 9.25[1]).

2 РАСЧЁТ СТАТОРА

2.1 Определение числа пазов , числа витков в фазе обмотки статора и площади поперечного сечения провода обмотки статора.

1) Предельные значения , мм, определяем по рисунку 9.26 (стр. 351 [1])

2) Число пазов статора ,

(2.1)

, (2.2)

Принимаем что число пазов статора , тогда

(2.3)

3) Зубцовое деление статора , м

(2.4)

м

4) Предварительное число эффективных проводников в пазу при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют (a=1)

, (2.5)

где - номинальный ток обмотки статора, А;

(2.6)

А.

Тогда

.

5) Принимаем a=1, тогда

, (2.7)

проводников

6) Находим окончательные значения:

Число витков в фазе

, (2.8)

Линейная нагрузка , А/м

(2.9)

А/м

Магнитный поток , Вб

, (2.10)

Для однослойной обмотки с q = 2 по табл. 3.16[1] k_об1 = k_p1 = 0, 95;

для D_a = 0, 207 м по рис. 9.20[1] k_E = 0, 97

Вб.

Индукция в воздушном зазоре , Тл

(2.11)

Тл

По рисунку 9.22 б (стр. 346 [1]) определяем, что значения и лежат в допустимых пределах.

7) Предварительная плотность тока в обмотке статора , А/м²

(2.12)

А/м².

Величину (AJ₁) определяем по рис. 9, 27 б (стр. 355 [1]), АJ₁=183

8) Площадь поперечного сечения эффективного проводника

(2.13)

мм²

Сечение эффективного проводника (окончательно):

Принимаем n_эл = 3, тогда

q_эл = q_эф/n_эл

q_эл = 5, 98/3 = 1, 99 мм².

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ [1] (см. приложение 3), d_из = 1, 685 мм, d_эл = 1, 6 мм, q_эл = 2, 011 мм², q_э.ср = n_эл q_эл = 3• 2, 0011 = 6, 0 мм².

9) Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

(2.14)

А/мм²

2.2 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

Паз статора определяем по рис. 9.29 a, (стр. 361[1]) с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

10) По таблице 9.12 (стр. 357[1]) предварительно принимаем и , тогда

, (2.15)

где по табл. 9.13 (стр. 358[1]) для оксидированной стали марки 2013 ;

м

11) Высота ярма статора , м

(2.16)

м

12) Размеры паза в штампе ; и ,

где - ширина шлиц паза, мм;

- высота шлиц паза, мм;

13) Полная высота паза , мм

, (2.17)

мм

14) Большая ширина паза , мм

(2.18)

мм

15) Меньшая ширина паза , мм

, (2.19)

мм

16) Высота обмотки в пазу , мм

(2.20)

мм

17) Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку , , , мм

Припуски по ширине и высоте паза мм, мм.

, (2.21)

мм.

, (2.22)

мм.

, (2.23)

мм.

18) Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки , мм

, (2.24)

где - площадь, занимаемая корпусной изоляцией в пазу, мм²;

- площадь прокладок в пазу, мм²;

, т.к. Однослойная обмотка и отсутствует прокладка на дне паза.

где по табл. 3.1 (стр. 78[1]) мм (2.25)

мм²

мм²

19) Коэффициент заполнения паза

(2.26)

Паз статора спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором (см. приложение 1)

3 РАСЧЁТ РОТОРА

1) Воздушный зазор , мм

мм (по рис. 9.31[1])

2) Число пазов ротора

(по табл. 9.18[1])

3) Внешний диаметр ротора , м

, (3.1)

м

4) Длина магнитопровода ротора , м

м

5) Зубцовое деление ротора , мм

, (3.2)

мм

6) Внутренний диаметр ротора , м, равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал

, (3.3)

где - определяется по табл. 9.19 (стр. 385 [1])

м

7) Ток в обмотке ротора , А

(3.4)

где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I₁/I₂;

- число фаз;

, (3.5)

, (3.6)

где - коэффициент скоса, (пазы ротора выполняем без скоса);

А

8) Площадь поперечного сечения (предварительно) , мм²

, (3.7)

где - плотность тока в стержне литой клетки, J ₂ = 2, 5∙ 10⁶ А/м² [1];

мм²

9) Паз ротора

Примем , по рис. 9.40, (а) [1]

Допустимая ширина зубца , мм

, (3.8)

где (табл. 9.12, стр. 357 [1]);

м=8, 2 мм

Размеры паза

(3.9)

мм

(3.10)

мм

, (3.11)

мм

10) Уточняем ширину зубцов ротора

, (3.12)

мм

, (3.13)

где полная высота паза, мм;

(3.14)

мм

мм

11) Площадь поперечного сечения стержня , мм²

(3.15) мм²

Плотность тока в стержне , А/м

(3.16)

А/м

12) Площадь поперечного сечения короткозамыкающих колец , мм²

, (3.17)

где - ток в короткозамыкающем кольце, А;

- плотность тока в короткозамыкающем кольце, А/м²;

, (3.18)

откуда (3.19)

А.

(3.20)

А/м²

мм²

Размеры короткозамыкающих колец

, (3.21)

мм

Ширина замыкающих колец , м

(3.22)

мм

(3.23)

мм²

Средний диаметр замыкающих колец , м

, (3.24)

мм

Трапецеидальный паз короткозамкнутого ротора полузакрытого типа (см. приложение 2)

4 РАСЧЁТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ

Магнитопровод из стали 2013, толщина листа 0, 3 мм.

1) Магнитное напряжение воздушного зазора , А

, (4.1)

где - коэффициент воздушного зазора,

(4.2)

А.

2) Магнитное напряжение зубцовой зоны статора , А

, (4.3)

где мм;

Расчетная индукция в зубцах , Тл

(4.4)

Тл

H_Z1 = 1300 А/м (по табл. П1.7);

А.

3) Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора , А

, (4.5)

где - расчётная высота зубца

(4.6)

мм

Тогда по табл. П 1.7 (стр. 698 [1]) А/м

А

Индукция в зубце , Тл

, (4.7)

где - коэффициент заполнения сердечника ротора сталью;

- ширина зубца ротора, м;

Тл

4) Коэффициент насыщения зубцовой зоны

(4.8)

5) Магнитное напряжение ярма статора

, (4.9)

где - длина средней магнитной силовой линии в ярме статора, м;

(4.10)

м,

где - высота ярма статора, м;

, (4.11)

м

Индукция в ярме статора , Тл

(4.12)

Тл

При отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре м, тогда по табл. П 1.6 (стр. 697 [1]) А/м,

А

6) Магнитное напряжение ярма ротора , А

, (4.13)

где - длина средней магнитной силовой линии в ярме ротора, м;

, (4.14)

где - высота ярма ротора, м;

, (4.15)

м

м

Индукция в ярме ротора , Тл

, (4.16)

где - расчётная высота ярма ротора, м;

По (9.124) для четырехполюсных машин при 0, 75 (0, 5 D₂ - h_п2) < D_j

(4.17)

мм

Тл

где Тл по табл. П 1.6 (стр. 697 [1]) находим А/м

А

7) Магнитное напряжение на пару полюсов , А

, (4.18)

А

8) Коэффициент насыщения магнитной цепи

(4.19)

9) Намагничивающий ток , А

, (4.20)

А

Относительное значение

, (4.21)

(для двигателей средней и малой мощности).

5 ПАРАМЕТРЫ РАБОЧЕГО РЕЖИМА

1) Активное сопротивление обмотки статора , Ом

, (5.1)

где число параллельных ветвей обмотки;

Ом м - удельное сопротивление материала обмотки при расчётной температуре, Ом м;

площадь поперечного сечения эффективного проводника, м²;

L₁ – общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м;

, (5.2)

где - средняя длина витка обмотки, м;

, (5.3)

где - длина пазовой части, м;

- длина лобовой части, м;

м,

, (5.4)

где средняя ширина катушки, м;

длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м;

укорочение шага обмотки статора.

(5.5)

м

где м; по табл. 9.23 (стр.399 [1]) ;

м

м

м

Ом

Длина вылета лобовой части катушки , мм

, (5.6)

где по табл. 9.23 (стр.399 [1]);

м мм

Относительное значение

(5.7)

2) Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора , Ом

(5.8)

, (5.9)

где Ом м - удельное сопротивление материала стержня при расчётной температуре, Ом м;

k_r = 1;

Ом

, (5.10)

где - средний диаметр замыкающих колец, м;

- площадь поперечного сечения замыкающего кольца, м²;

Ом

Ом.

Приводим к числу витков обмотки статора

, (5.11)

где ;

Ом

Относительное значение

(5.12)

3) Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора , Ом

(5.13)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния статора

, (5.14)

(5.16)

мм

(5.17)

мм

где (проводники закреплены пазовой крышкой);

;

;

м;

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

, (5.18)

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния

(5.19)

, (5.20)

где , т.к. отсутствие скосов пазов;

;

(по рис. 9.51, д[1]);

Ом

Относительное значение

(5.21)

4) Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора , Ом

, (5.22)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора

, (5.23)

где , (5.24)

мм

мм;

мм;

мм;

мм²;

;

мм;

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния ротора

, (5.25)

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора

, (5.26)

, (5.27)

для и по рис. 9.51, а [1] ;

Ом

Приводим к числу витков статора

, (5.28)

где ;

Ом

Относительное значение

, (5.29)

6 РАСЧЁТ ПОТЕРЬ

1) Потери в стали основные , Вт

, (6.1)

где Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц;

- показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания;

и - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участков магнитопровода и технологических факторов , (см. § 9.11[1]);

- масса стали ярма, кг;

- масса зубцов статора, кг;

, (6.2)

кг

γ _с — удельная масса стали; в расчетах принимают γ _с = 7, 8 • 10³ кг/м³

(см. § 9.11[1]);

, (6.3)

кг

Вт

2) Поверхностные потери в роторе , Вт

, (6.4)

где - потери, приходящиеся на 1 м² поверхности головок зубцов ротора, Вт/м²;

, (6.5)

где - коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери;

- амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, Тл;

(6.6)

Тл

где b_ш/δ = 3/0, 5 = 6 по рис. 9.53[1] β ₀₂ = 0, 32.

Вт/м²

Вт

2) Пульсационные потери в зубцах ротора , Вт

, (6.7)

где - амплитуда пульсации индукции в среднем сечении зубцов ротора, Тл;

- масса стали зубцов ротора, кг;

, (6.8)

Тл

(6.9)

кг

Вт

3) Сумма добавочных потерь в стали , Вт

, (6.10)

где и ;

Вт

4) Полные потери в стали , Вт

(6.11)

5) Механические потери , Вт

Для двигателей с внешним обдувом (0, 1 ≤ D_a ≤ 0, 5 м)

, (6.12)

при

(6.13)

Вт

6) Холостой ход двигателя , А (6.14)

,

где - активная составляющая тока холостого хода, А;

, (6.15)

где - электрические потери в статоре при холостом ходе, Вт;

(6.16)

Вт

А

А

Коэффициент мощности при холостом ходе

(6.17)

7 РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ

1) Параметры:

Сопротивление , Ом

(7.1)

Ом

Сопротивление , Ом

(7.2)

Ом

(7.3)

; (7.4)

(7.5)

;

Активная составляющая тока холостого тока , А

(7.6)

А

(7.6)

Ом

(7.7)

Ом

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения , Вт

Вт

2) Рассчитываем рабочие характеристики для различных скольжений

Принимаем предварительно, что s_ном ≈ = 0, 024. Результаты расчета сведены в табл. 1. После построения рабочих характеристик (рис. 9.74) уточняем значение номинального скольжения: s_ном = 0, 0233. Результаты расчета сведены в таблицу 1.

Данные спроектированного двигателя:

Графики рабочих характеристик спроектированного двигателя с короткозамкнутым ротором (см. приложение 4).

Таблица 1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя