Проектирование асинхронного электродигателя

Аннотация

    В данной работе произведен расчет параметров асинхронного двигателя, проверочный расчет магнитной цепи, также произведено построение естественных и искусственных характеристик двигателя с помощью программы «КОМПАС».

    Пояснительная  записка содержит 25 страниц формата  А4, 4 таблицы, а также список используемой литературы, состоящей из 7 источников. Графическая часть выполнена на одном листе формата А1 и содержит общий вид магнитной системы двигателя, а также графики характеристик.

 

Содержание

 

Введение…………………………………..…………………………………..…4

1 Главные размеры асинхронной машины и их соотношения…………….…………………………………………………..……..…5

2 Расчет параметров статора………………………………………………………..8

2.1 Число пазов статора……………………………………………………………..8

2.2 Число проводников в  пазу………………………………………………………8

2.3 Размеры паза, зубца  и пазовая изоляция……………………………………...10

3 Расчет фазного ротора……………………………………………………………12

3.1 Число пазов на полюс  и фазу ротора………………………………………….12

3.2 Число проводников в  пазу……………………………………………………..14

3.3 Размеры паза, зубца…………………………………………………………….15

4 Параметры двигателя…………………………………………………………….17

5 Проверочный расчет магнитной  цепи…………………………………………..19

6 Схема обмоток………………………………………………..………………….23

7 Построение характеристик  асинхронного двигателя…………………………24

7.1 Естественная характеристика…………………………………………………24

7.2 Искусственные характеристики  двигателя…………………………………...26

Заключение…………………………………………………………………………29

Список использованных источников……………………………………………...31

 

Введение

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую. Благодаря простоте устройства, высокой надежности и эксплуатации и меньшей стоимостью по сравнению с другими двигателями асинхронные двигатели трехфазного тока нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты, эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы. 
       Двигатель имеет две основные части: неподвижную – статор и вращающуюся – ротор. Статор состоит из корпуса, представляющего собой основание всего двигателя. Он должен обладать достаточной механической прочностью и выполняется из стали, чугуна и алюминия. С помощью лап двигатель крепится непосредственно к станине производственного механизма. В корпус вмонтирован сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, на внутренней поверхности которого имеются пазы с обмоткой статора. Часть обмотки, находящейся вне пазов, называется лобовой; она отогнута к торцам сердечника статора. Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминиевого провода. В качестве изоляции проводов друг от друга используют бумагу и хлопчатобумажную ткань, пропитанные различными лаками, слюда, стекловолокно и различные эмали. Для изоляции проводов обмотки от сердечника статора служат электроизоляционный картон, слюда, асбест, стекловолокно.

Целью данной работы являлся расчет асинхронного двигателя с фазным ротором.

 

1 Главные размеры  асинхронной машины и их соотношения

 

К главным размерам асинхронной машины относятся:

• внутренний диаметр статора D;

• расчетная длина воздушного зазора Lб.

Эти размеры связаны с другими параметрами так называемой машинной постоянной:

,

(1.1)

 

где ω1 – синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора,

     (1.2)

      S1 – расчетная мощность, кВт;

      αб – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, равный отношению  полюсной дуги βn к полюсному делению τ;

      Kв – коэффициент, зависящий от формы кривой магнитного поля в воздушном зазоре;

      Kоб – обмоточный коэффициент;

      А – линейная нагрузка, А/м;

      Вб – магнитная индукция в зазоре, Тл.

 

1. Определение главных размеров машины

Определим предварительно число пар полюсов статора по формуле

                                               (1.3)

где f1- частота напряжения сети, Гц;

      n1- синхронная частота вращения магнитного поля статора, об/мин.

Определим расчетную мощность из выражения

                                                           (1.4)

где КЕ-коэффициент, показывающий какую часть от номинального напряжения                                                                                                                                                                  составляет ЭДС в обмотке статора, КЕ =0.97 [1, с.17, рис.4];

      Рн- мощность на валу двигателя, кВт, ; РН = 2.4 кВт (по заданию);

      ηн- коэффициент полезного действия,%, hН =0.83 [1, с.17, рис.5];

      cosφн- коэффициент мощности, cos φН =0.86[1, с.18, рис.6].

( )

Определяем высоту оси вращения двигателя h по рис.7[1, с.18 ], h=56мм. Из ряда значений высоты оси вращения выбирается ближайшее к предварительно найденному меньшее стандартное значение высоты h=56мм.

Наружный диаметр статора Dа принимается в соответствии с выбранной высотой оси вращения h по таблице 1 [1,с18] Dа=0,089м.

Определим приближенно внутренний диаметр D по выражению

,                                                         (1.5)

где KD- коэффициент для числа пар полюсов берем из таблицы 2. KD=0,65 [1, с. 18].

 (м) 

Полюсное деление статора определим из выражения

  (м)                                       (1.6)

Далее определим расчетную длину статора из (1.1)

                                       ,                                   (1.7)

где  αб- коэффициент полюсного перекрытия αб =0,64;

       КВ – коэффициент формы поля ;

       Коб1 - коэффициент для двухслойной обмотки  предварительно принимаем     Коб1=0,95;

       А- линейная  нагрузка определяем по рис.8[1, с.19], А= А/м;

 

 

       Вб- магнитная индукция определяем по рис.8[1, с.], Вб=0,81Тл .

Подставив полученные данные в формулу (1.1) получаем значение машинной постоянной

 

2 Расчет параметров  статора

2.1 Число пазов  статора

Рассчитаем возможные числа пазов статора

,                                          (2.1)

где t1min, t1max- пределы возможных значений зубцового деления принимаем по рис 9[1,с.20], t1min=0,008м, t1max= 0,009м;

Выбираем число пазов исходя из 20.1≤z1≤22.6. Принимаем z1=21.

Окончательно число пазов статора z1 принимается из полученных пределов с учетом, что число пазов q1, приходящееся на фазу и полюс, должно быть целым

,                                             (2.2)

Окончательно зубцовый шаг статора определяем по формуле

.                             (2.3)

 

2.2 Число проводников  в пазу

Определяем количество эффективных проводников un1

,                                                      (2.4) 

где а1- число параллельных ветвей в обмотке, а1 = 1;

      I1н - номинальный ток обмотки статора, А

 А     (2.5)

Подставляем полученное значение в (2.4) 

Округляем полученное значение до целого un1=58.

Число витков в фазе обмотки

                                         (2.6)

Определим окончательное значение линейной нагрузки

                         (2.7)

 

Окончательное значение незначительно отличается от принятого ранее.

Выберем количество элементарных проводников в одном эффективном по выражению (2.8)

                               (2.8)

где nэл1- число элементарных проводников в одном эффективном, принимаем    nэл1=1;

jдоп- допустимая плотность тока, выбирается в пределах jдоп=5÷6,5 А/мм2;

Для jдоп=5.5А/мм2

(мм2),

 

Выбираем по приложению 2 [1,с.44] ближайшее  большее сечение Sc1=0.5мм2. В таблице 1 приведены основные размеры выбранного провода.

 

  Таблица 2.2.1

Номинальный диаметр неизолированного провода, мм, d	Среднее значение диаметра изолированного провода, мм, dиз	Площадь поперечного сечения неизолированного проводника, мм2, Sиз
0.8	0865	0.503

 

 

Уточняем плотность тока

                      (2.9)

 

2.3 Размеры паза, зубца и пазовая изоляция

Определим общее число проводников в пазу

     (2.10)

Определим площадь, занимаемую проводниками

    (2.11)

Определим свободную площадь паза

   ,    (2.12)

где Кз- коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками Кз=0.72

Определяем высоту паза  :

 

мм

Выбираем трапецеидальную форму паза т.к в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом.

bz1- ширина зубца, bz1=6мм;

hn1- глубина паза, равная высоте зубца hn1=7.56мм ;

hz1- высота зубца, h=7.56мм;

b1- верхнее основание паза, b1=8мм;

b - нижнее основание паза, b=7мм;

Определим высоту ярма статора

   (2.13)

 

Определяем воздушный зазор для двухполюсных двигателей (2р=4) мощностью до 20кВт по формуле:

                                                                                          (2.14)

м

Размер воздушного зазора АД округляют до 0.05 мм, если  
3 Расчет фазного ротора

 

3.1 Число пазов  на полюс и фазу ротора

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и полюсов, сколько и обмотка статора, т.е. m2 = m1 и p2 = p1.

Число пазов на полюс и фазу ротора q2 определим по формуле

(3.1)

 

Число пазов ротора z2 определим по формуле

(3.2)

 

Определим число витков

,

(3.3)

 

где U1н- номинальное напряжение питания, В;

      Е2- ЭДС фазы ротора при соединении в звезду

,

(3.4)

 

 где U2k- напряжение на контактных кольцах U2k=200В.

Подставим полученное значение Е2 в (3.3)

Определим число эффективных проводников в пазу

(3.5)

 

Полученное значение округляем до четного un2=4, уточним  число витков в фазе

(3.6)

 

Выполним проверку по формуле

(3.7)

 

Полученное значение U2k удовлетворяет неравенству

(3.8)

 

следовательно параметры выбраны верно.

Определим ток обмотки ротора

, (3.9)

(3.6)

где Кi- коэффициент учитывающий влияние тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение I1/I2 принимается по рис.10[1,с.24], Кi= 0,89;

      Кпр- коэффициент для приведения параметров неподвижного ротора к параметрам статора, определяется по

,

(3.10)

 

где Коб2 – обмоточный коэффициент ротора, выбирается по таблице 3[1,с.24] Коб2=0,955.

Подставим значение Коб2 в формулу (3.10)

Подставим получившееся значение в формулу (3.9)

Определим внешний диаметр ротора

(3.11)

 

определим зубцовое деление ротора

(3.12)

 

 

 

3.2 Число проводников  в пазу

Определим количество эффективных проводников в пазу

(3.13)

 

Округляем полученное значение до целого un2=4.

Выберем количество элементарных проводников в одном эффективном по выражению (2.8)

                                                  (3.14)

где nэл2- число элементарных проводников в одном эффективном, принимаем nэл2=2;

jдоп- допустимая плотность тока, выбирается в пределах jдоп=5÷6,5 А/мм2.

Для jдоп=5.5А/мм2

,

 

Выбираем по приложению 2 [1,с.44] ближайшее большее сечение Sc2=0.57мм2. В таблице 2 приведены основные размеры выбранного провода.

  Таблица 3.2.2

Номинальный диаметр неизолированного провода, мм, d2	Среднее значение диаметра изолированного провода, мм, dиз2	Площадь поперечного сечения неизолированного проводника, мм2, Sиз2
0.85	0.915	0.57