Расчет электродвигателя переменного тока

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САХАЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Сахалинский промышленно-экономический техникум»

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

МДК 01.01. электрические машины и аппараты

Тема «Расчет электродвигателя переменного тока»

 

Специальность 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание

электрического и электромеханического оборудования (по отраслям).

 

 

 

   

 

 

    Проектировал ст. гр.  ОЗЭ -1301   Синицкий В.Н.  (                )

    Работа допущена к  защите «____»________2017

    Оценка защиты________________

    Руководитель проекта  Самусенко Е.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Южно-Сахалинск 2017

Оглавление

7 Расчёт  потерь…………………………………………………………………......35

8 Расчёт рабочих характеристик…………………………………………………..39

Заключение………………………………………………………………………….44

Список литературы…………………………………………………………………45

 

 

 

 

 

 

Введение

Асинхро́нная маши́на — электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин — индукционные, это обусловлено тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют бо́льшую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве электродвигателей и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

Достоинства (для АДКЗ):

1. Простота изготовления.
2. Относительная дешевизна.
3. Высокая надёжность в эксплуатации.
4. Невысокие эксплуатационные затраты.
5. Возможность включения в сеть без каких-либо преобразователей (для нагрузок, не нуждающихся в регулировке скорости).

Все вышеперечисленные достоинства являются следствием отсутствия механических коммутаторов в цепи ротора и привели к тому, что большинство электродвигателей, используемых в промышленности — это асинхронные машины, в исполнении АДКЗ.

Недостатки:

1. Небольшой пусковой момент.
2. Значительный пусковой ток.
3. Низкий коэффициент мощности.
4. Сложность регулирования скорости с необходимой точностью.
5. Максимальная скорость двигателя ограничена частотой сети (для АДКЗ, питаемых непосредственно от трёхфазной сети 50 Гц — это 3000 об/мин).
6. Сильная зависимость (квадратичная) электромагнитного момента от напряжения питающей сети (при изменении напряжения в 2 раза вращающий момент изменяется в 4 раза; у ДПТ вращающий момент зависит от напряжения питания якоря в первой степени, что более благоприятно).

Самый совершенный подход к устранению вышеуказанных недостатков — это питание двигателя через частотный преобразователь, в котором управление производится по сложным алгоритмам. Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов. Серия 4А охватывает диапазон номинальных мощностей от 0,06 до 400 кВт и имеет 17 высот оси вращения от 50 до 355 мм.

         Выполнение курсового проекта на тему «расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором со всыпной обмоткой статора» формирует у студента навыки технического проектирования, помогает понять и осознать материал лекционных и лабораторных занятий. Расчеты, проводимые при курсовом проектировании, дают достоверные ответы на многочисленные вопросы пытливому студенту, приучают анализировать и обосновывать принимаемые решения.

Целью расчета является определение мощности и технических характеристик асинхронного двигателя, рассчитанного на базе вышедшего из строя асинхронного двигателя.

 Для  реализации  данной  цели  обходимо  произвести  расчёт  следующих  параметров.

- Расчёт  геометрических  размеров  сердечника  статора, ротора  и расчёт  постоянных.

- Расчёт  обмоток  статора  и  ротора.

- Активные  и  индуктивные  сопротивления  обмоток  статора  и ротора.

- Потери  в  стали,  механические  и  добавочные  потери.

- Расчёт  рабочих  характеристик.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Выбор главных  размеров

Выбираю конструкцию асинхронного двигателя серии 4А IP44,h=170 мм.

Таблица 1 - Выбор главных размеров.

Мощность на валу	P2	15 кВт
Синхронная чистота	n1	1000 об\мин
Напряжение номинальное фазное	U1нф	220 В
КПД	ղ	88,5 %
Число фаз	m	3
Частота питающей цепи	ƒ1	50 Гц
Коэффициент мощности	cosφ	0,84

 

Определим число пар полюсов:

 

 

Внутренний диаметр статора D определяется по приближенному выражению:

 

Коэффициент KD характеризует отношение внутренних и наружных диаметров сердечников статоров асинхронных двигателей серии 4А при различных числах полюсов.

D = 0,72·0,293=0,21096,  м

Далее находим полюсное деление τ, м,

 

 

и расчетную мощность , Вт,

 

 

 

где P2 – мощность на валу двигателя ,кВт;

       kE – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению.

Предварительный выбор электромагнитных нагрузок А, А/м, и Вδ, Тл, должен быть проведен особо тщательно, так как они определяют не только расчетную длину сердечника, но и в значительной степени характеристики машины:

А=31200 А/м

Вδ=0,79 Тл

Коэффициент полюсного перекрытия и коэффициент поля в асинхронных машинах определяются степенью уплощения кривой поля в зазоре, возникающей при насыщении зубцов статора и ротора. Значение коэффициентов предварительно принимают:

 

Предварительное значение обмоточного коэффициента для двухслойных и одно-двухслойных обмоток при

Синхронная угловая скорость вала двигателя , рад/с, рассчитывается по формуле

 

 

где – синхронная частота вращения, об/мин;

 – частота  питания, Гц.

С учетом значения расчетная длинна воздушного зазора, м

 

 

 

Для расчета магнитной цепи помимо необходимо определить полную конструктивную длину и длину стали сердечников статора ( и ) и ротора ().

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет обмотки статора

Следующий этап расчета включает определение числа пазов статора и числа витков в фазе обмотки статора .

t1=0,012 … 0,014

Возможное число пазов статора, соответствующие выбранному диапазону ,

 

 

 

Окончательное число пазов статора следует выбирать в полученных пределах с учетом условий, налагаемых требований симметрии обмотки, и желательно для проектируемой машины значения числа пазов на полюс и фазу . Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число пазов на полюс и фазу в большинстве асинхронных машин должно быть целым. Принимаем Z1 = 47.

Окончательное значение

 

 

 

 

 

Число эффективных проводников в пазу должно быть целым, а в двухслойной обмотке желательно, чтобы он было кратно двум. Применение двухслойных обмоток с нечетным допускается лишь в исключительных случаях. Поэтому полученные в расчете числа округляем до ближайшего целого или четного числа. Вначале определяем предварительное число эффективных проводников в пазу при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют ():

 

 

где – принятое ранее значение линейной нагрузки, А/м;

 – номинальный ток обмотки статора, А:

 

где – номинальная мощность на валу двигателя, Вт;

 – КПД двигателя при номинальной  нагрузке;

 – коэффициент мощности  двигателя при номинальной нагрузке.

, , и являются исходными данными для проектирования.

 

Затем находим такое число параллельных ветвей обмотки , при котором число эффективных проводников в пазу либо полностью удовлетворят отмеченным условиям, либо потребуют незначительного изменения:

 

 

Максимальное число параллельных ветвей двухслойной обмотки статора равно числу её полюсов, однослойной – числу пар полюсов.

Полученное число округляют до ближайшего целого или четного в зависимости от типа обмотки.

Окончательное число витков в фазе обмотки

 

 

Окончательное значение линейной нагрузки, А/м

 

 

Значение А отличается от ранее принятого на 1,6% , что является допустимым.

Обмоточный коэффициент

 

 

где – коэффициент распределения обмотки,

 – коэффициент укорочения шага обмотки

рассчитывается в зависимости от принятого относительного шага обмотки и числа . Для первой гармоник

 

 

 

 

 в однослойной обмотке равен 1.

После расчета уточняют значение потока Ф, Вб,

 

 

и определяют индукцию в воздушном зазоре , Тл,

 

 

Сечение эффективных проводников, , м2 , определяют, исходя из тока одной параллельной ветви , А, и допустимой плотности тока в обмотке :

 

 

Выбор допустимой плотности тока производят с учетом линейной нагрузки двигателя:

 

где – значение линейной нагрузки по

 

При выборе предварительного значения из диапазона необходимо принимать во внимание, что выбор наибольшего значения вызовет, во-первых, увеличение предварительной плотности тока. Т.е. будет ориентировать на повышенное использование обмоточного провода как одного из активных материалов. Во-вторых, вызовет повышение температуры обмотки и снижение КПД.

 

 

Характеристики провода ПЭТВ: q, мм2=1,227; dиз, мм=1,33; d,мм=1,25.

После окончательного выбора , и следует уточнить плотность тока в обмотке, которая может несколько измениться по сравнению с предварительно принятой при подборе сечения элементарных проводников:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Расчет размеров зубцовой зоны статора

Конфигурация пазов и зубцов определяется мощностью машины и типом обмотки. Расчет размеров зубцовой зоны проводят по допустимым индукциям в ярме и в зубцах статора.

Таблица 2

Ярмо статора		1,4 … 1,6
Зубцы статора при постоянном сечении		1,7 … 1,9
Зубцы статора в наиболее узком сечении при полуоткрытых пазах		1,75 … 1,95
Ярмо короткозамкнутого ротора		≤1,15
Зубцы ротора при постоянном сечении(грушевидные пазы)		1,75 … 1,85
Зубцы ротора в наиболее узком сечении		1,45 … 1,60

 

В большинстве отечественных асинхронных двигателей выполняют трапецеидальные пазы. Угол наклона клиновой части пазов при мм обычно равен .

Высота ярма статора, м

 

 

Ширина зубца, м

 

 

Значение коэффициента заполнения сердечника сталью следует брать: для , оксидирование.

Размеры паза в штампе,  м

 

 

 

 

 

 

 

В клиновой части паза располагаются пазовые клинья. Поэтому при расчете площади поперечного сечения паза эти участки не учитывают.

Площадь поперечного сечения паза в штампе, м2

 

 

 

 

Высота клиновой части паза, м

 

 

Размеры паза в свету определяются с учетом припусков на щихтовку и сборку сердечников и :

 

где

 

Площадь корпусной изоляции, м2

 

где – односторонняя толщина изоляции в пазу, м.

 

Площадь прокладок в пазу, м2

При однослойной обмотке =0.

Площадь поперечного сечения паза, остающаяся для размещения проводников обмотки, м2

 

 

Коэффициент заполнения паза оценивает плотность укладки проводников обмотки в площадь поперечного сечения паза , свободную от изоляции. Он рассчитывается по формуле

 

 

и должен находиться в пределах для двигателей с .

После обеспечения коэффициента заполнения паза необходимо уточнить ширину зубца и высоту паза по формулам:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Выбор воздушного зазора и расчет ротора