Асинхронные двигатели с фазным ротором и схемы управления

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

 

Дальневосточный Государственный Университет

Путей Сообщения

 

 

 

Электроэнергетический институт

Кафедра ”ЭтЭЭм”

 

 

 

 

Курсовой проект

на тему: “ Асинхронные двигатели с фазным ротором

и схемы управления”

 

КП. 1406000 -638

 

 

 

 

                                   

                                                                     Выполнил: Новикова М.В.

                                                                  Проверил: Ющенко Л.В.

 

 

 

 

 

 

Хабаровск

2015г.

Оглавление

 

Введение……………………………………………………..………………………….3

1. Выбор и расчет основных  размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором..…………………………………………………..…………………..4

2. Проверочный расчет магнитной цепи……….........................................................14

3. Схема развертки обмотки статора ………...…………………………………...…15

4. Механическая характеристика  асинхронного двигателя……………………......17

5. Расчет пусковых сопротивлений и пусковая диаграмма. ….……………...…….20

6. Управление электроприводами  с асинхронными двигателями…........................25

Заключение………………….………………………………………………..……… 26

Список литературы…………………………………………………………………...27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электрическая энергия имеет большое преимущество перед другими видами энергии: её можно передавать на большие расстояния, удобно распределять между потребителями, сравнительно просто и  с высоким КПД преобразовывать в другие виды энергии. Процессом преобразования электрической энергии легко управлять и при этом автоматически получать необходимые характеристики преобразованной энергии

Электрическая энергия производится на электростанциях, где атомная тепловая или энергия падающей воды преобразуется в электрическую при помощи электромеханического генератора.

Передача электрической энергии от электростанций к потребителям осуществляется по ЛЭП с применением трансформаторов,

Около 70% всей электрической энергии на месте потребления преобразуется в механическую энергию с помощью электродвигателей, предназначенных для электропривода различных машин и механизмов.

Электрический привод нашёл широкое применение в технологическом оборудование локомотивных и вагонных депо, локомотиворемонтных и вагоноремонтных заводах, а также на других предприятиях. Большое распространения получил он и в быту.

На первом этапе развития электропривода его основу составляли коллекторные двигатели постоянного тока. Однако сначала 90-х годов прошлого столетия в промышленности широко применяется изобретённый

М.О. Доливо-Добровольским трех фазный асинхронный бесколлекторный двигатель.

Двигатели этого типа более дешёвые, надёжные и не требующие дорогих преобразовательных установок. Они дают более эффективное динамическое торможение в одну ступень с небольшим начальным ударным моментом.

Асинхронные двигатели (АД), выполненные с коротко замкнутым ротором, имеют недостаток, выражающийся в невозможности плавного регулирования частоты вращения без специальных преобразовательных установок. У другого типа асинхронных двигателей на роторе располагается обмотка аналогичная статорной обмотке. Вывода обмотки через кольца и щётки подключаются к реостату, который служит для пуска двигателя с повышенным начальным моментом или для регулирования его частоты вращения. Этот тап двигателя называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Таким образом, электрические машины являются существенным элементом энергетических систем и установок. Поэтому для специалистов работающих в самых разных отраслях электротехники необходимо изучение основ электрических машин и основ электропривода.

 

 

 

1. Выбор и расчёт основных  размеров и параметров асинхронного  двигателя с фазным ротором.

 

1.1 Главные размеры асинхронной  машины и их соотношения.

К главным размером асинхронной машины относятся:

- внутренний диаметр D;

- расчетная длина воздушного  зазора Lб.

Эти размеры связаны с другими параметрами так называемой машиной постоянной.

                                              

                           (1.1)

где: ω1 – синхронная угловая частота вращения магнитного поля статора ω1=2πn1/60;  S1 – расчетная мощность, кВА;  aб – расчетный коэффициент полюсного перекрытия, равный отношению полюсной дуги βn к полюсному делению  τ; Кв – коэффициент, зависящий от формы кривой магнитного поля в воздушном зазоре ; Коб – обмоточный коэффициент; А – линейная нагрузка, А/м; Вб – магнитная индукция в зазоре, Тл.

 

1.2 Определение главных размеров асинхронной машины.

Предварительно число пар полюсов статора определяется по формуле:

                                                  

                                                      (1.2)

где:

- частота напряжения сети;  n1 – синхронная частота вращения магнитного поля статора (принимается по заданию на расчёт).

Расчетная мощность определяется из выражения.

                                                      

                                           (1.3)

где: КЕ=0,97 – коэффициент, показывающий какую часть от номинального напряжение составляет ЭДС в обмотке статора (принимается по графику рис.1.1. [1]); Рн=4,5 – мощность на валу двигателя, кВт (принимается по заданию);  =80,5% - коэффициент полезного действия и cosφн=0,75– коэффициент мощности (принимается по таблице 1.1. [1]);  .

, кВА

 

По графику рис.1.2.[1]определяем высоту оси вращения двигателя  по заданной мощности: h=0,175 м

Зная h из таблицы 1.2.[1] принимаем Da=0,313 м

Определить  внутренний диаметр  D по выражению.

                                               

                                                 (1.4)

 

где KD- коэффициент в зависимости от 2Р1: KD=0,235

Da=0,313 м

D=0,75·0,313=0,235 м

Полюсное деление статора определяется из выражения.

                                             

                                                                 (1.5)

                                              м =9,2 см

Далее из формулы (1,1) определяется расчетная длина статора.

                                          

                                        (1.6)

Коэффициенты полюсного перекрытия αб и формы поля КВ принимается из расчета синусоидального поля в воздушном зазоре;

αб=2/π≈0,64; КВ=π/2

≈1,11.

Значение обмоточного коэффициента предварительно принимается;

- для однослойных обмоток Коб=0,95÷0,96.

Принимаем однослойную обмотку Коб=0,955; зная  Da=0,313 м определяем по графику: А=33·103 А/м

                    Вб=0,79 Тл

ω1=2πn1/60=2·3,14·750/60=78,54 (1.7)

 м 

 

1.3 Обмотка, паза и ярма статора.

Число пазов статора. Предварительный выбор зубцового деления t1 осуществляется по рис 1.4.[1]

При h=230мм выбирается 2-я зона при  м

t1min=0,01

t1max=0,013

Возможное число пазов статора .

                                          

                                        (1.8)

где D=0,302 м                                

Z1min=56,73                         Z1max=73,749

 

Окончательно число пазов статора Z1; принимаем Z1=72

                                                      

                                              (1.9)

 

 

 

Тогда зубцовый шаг статора.

                                                                                                      (1.10.)

t1>[6÷7]мм

 м

Число проводников в пазу.

Количество эффективных проводников:

                                                                                                     (1.11)

где  a1=1 число параллельных ветвей в обмотке, равно единице, а номинальный ток обмотки статора.

                                             

                                                       (1.12)

 A

A=33·103

t1=0,01м

 

Число витков в фазе обмотки.

                                               

                                              (1.13)

Окончательное значение линейной нагрузки.                                                                            

                                               

                                                    (1.14)

А/м

 

Площадь сечения около S ≈ 2,5 ,мм2

                                        

<2,5 мм2                                            (1.15)

где I1н=18,976 A; nэл- число элементарных проводников в одном эффективном.

 

Jдоп=5,0÷6,5 А/мм;  a1=1

Примем Jдоп=6,5А/мм2

 мм2

не удовлетворяет условию приведенному ранее, поэтому рассчитаем при nэл = 2                                    мм2

Из таблицы выбираем стандартное сечение проводника  Sс1 ближайшее к        S’ =1,46. Марка ПЭТВ – эмалированный проводник.

Sc- площадь поперечного сечения не изолированного провода Sc=1,539 мм2 номинальный диаметр неизолированного провода d=1,4 мм.

Среднее значение диаметра изолированного провода dиз=1,485 мм.

Уточняем плотность тока, А/мм2

                                                

                                                      (1.16)

 

А/мм2

 

Размеры паза, зубца и пазовая изоляция.

Общее число проводников в пазу.

                                                    

                                             (1.17)

 шт

Площадь, занимаемая проводниками, мм2.

                                                    

                                            (1.18)

                                             мм2

Свободная площадь паза

                                                       

                                                (1.19)

где Кз – коэффициент заполнения свободной площади паза изолированными проводниками. Для обмоток в машине мощностью 0,6-100 кВт рекомендуется принимать Кз=0,68÷0,74 принимаем  К з=0,68.

 

мм2

В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используется трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки.

 

Внешний диаметр: Da=313 мм

Внутренний диаметр: D=234,75мм

Число пазов Z1=72

Угол между пазами α=

 

Высота ярма статора, м

                                               

                                      (1.20)

где hZ1- находим из эскиза по рис. 1. мм

, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Расчёт фазного ротора

Для нормальной работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы фазная обмотка ротора имела столько же фаз и полюсов, сколько и обмотка, т.е.

m2 = m1 и p2 = p1.

где  p1 =  p2 = 4

       m1 = m2 = 3

Число пазов полюсов и фазы ротора q2, а также число пазов ротора Z2 определяется по формуле:

                                             

                                                (1.21)

                                            

Определяем число витков по формуле:

                                              

                                                    (1.22)

При: q2≥1 в фазе роторов с катушечной обмоткой устанавливаем значение ЭДС фазы Е2 соединяем в звезду по формуле:

                                                 

                                                         (1.23)