Электрические машины

 

ГОУ ВПО  “Уральский федеральный университет

имени первого  Президента РФ Б.Н.Ельцина”

Электротехнический  факультет

Кафедра «Электрические машины» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по предмету "Электрические машины" 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011 

        В данной курсовой работе произведен по номинальным данным АД и результатам  экспериментальных исследований

        - расчет и нарисованы Т и  Г образные схемы замещения  с указанием конкретных значений  параметров в Омах и относительных  единицах;

        - построена в масштабе векторная  диаграмма АД при скольжении  равном номинальному.

        - рассчитаны рабочие характеристики  АД в диапазоне от холостого  хода до мощности на валу  P₂ превышающей номинальную мощность на (20-25)%

        - по результатам расчетов построены рабочие характеристики  P₁, s, n, cosφ, η, I₁, M=f(P₂) и векторная диаграмма АД (в масштабе) при работе его в номинальном режиме

        - рассчитаны зависимости М_эм=f(s) и In=f(s) в диапазоне скольжения от нуля до 1 без учета и с упрощенным учетом вытеснения тока в обмотке ротора и насыщения зубцовой зоны ротора при пуске

        - по результатам расчетов построены обе зависимости М_эм=f(s) и In=f(s) в одних координатных осях и рассчитана перегрузочная способность АД, кратность пускового момента и пускового тока в том и другом случае. 

 Исходные  данные для расчета 

 1. Номинальная  мощность на валу двигателя  P_2ном                                  10кВт

 2. Номинальное  напряжение статора (фазное) U_фном             220В

 3. Синхронная  частота вращения ротора n_c      3000об/мин

 4. Номинальный  КПД (предварительно) η_ном      88%

 5. Номинальный  cosφ (предварительно) cosφ_ном     0,72

 6. Частота  напряжения сети f₁        50 Гц

 7. Механические  потери (в % от номинальной мощности) p_мех%  0,65

 8. Потери  холостого хода (в % от номинальной мощности) P_0%  5,7

 9. Ток холостого хода (в % от номинального тока) I_0%    29

 10. Потери короткого замыкания (в % от ном.  мощности) P_k%  11,2

 11. Напряжение КЗ (в % от номинального) u_k%     22,5

 12. Активное сопротивление обмотки статора (о.е) R₁   0,022

 Расчет асинхронного двигателя 

 1. Номинальный  ток в обмотке статора (А)

 I_1ном= 23,913 А

 2. Число пар  полюсов 

 p=

 3. Базисное сопротивление (Ом)

 Zбаз= = 9,2 Ом

 4. Ток холостого  хода (А)

 I₀= 6.934 А

 5. Потери  холостого хода (Вт)

 P₀=10 P_0%· P_2ном=10·5,7·10=570 Вт

 6. Потери короткого замыкания (Вт)

 P_к=10 Pк_%· P_2ном=10·11,2·10=1120 Вт

 7. Напряжение  короткого замыкания (В)

 U_1к= 49,5 В

 8. Механические потери (Вт)

 P_мех=10 p_мех%· P_2ном=10·0,65·10=65 Вт

 9. Добавочные  потери (Вт)

 р_доб=5Р_2ном=5·10=50 Вт

 10. Активное  сопротивление обмотки статора  (Ом)

 R₁=R₁₀·Z_баз=0,022·9,2=0,202 Ом

 11.Электрические  потери в обмотке статора на  холостом ходу (Вт)

 p_э10=3(I_o²·R₁)=3·(6.934²·0.202)=29.2 Вт

 12. Потери  в стали на холостом ходу  – магнитные потери (Вт)

 p_мг=Р_о-р_э10-р_мех=570-29,2-65=475,8 Вт 

 13. Активное  сопротивление контура намагничивания (Ом, о.е)

 Rм= 3,298 Ом

 Rм*= 0,358

 14. Сопротивление  двигателя на холостом ходу 

 Zo= 31.724 Ом

 Zo *= 3.448

 15. Индуктивное  сопротивление холостого хода (Ом, о.е)

 Xo= =31.53 Ом

 Xm=Xo- Xσ1=30.548 Ом

 Xo*= =3.427

 Xm*= =3.32

 16. Сопротивление короткого замыкания (Ом, о.е)

 Z_k= =2,07 Ом

 Z_k *= =0,225

 17. Активная и индуктивная составляющие сопротивления короткого замыкания (Ом. о.е)

 R_k = =0,653 Ом

  R_k* = =0,071

 X_k = 1.964 Ом

 X_k* = =0.213

 18. Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора  (Ом, о.е)

 Xσ1= X’σ2= = 0.982 Ом

 Xσ1*= = 0,107

 X’σ2*= = 0,107

 19. Приведенное  активное сопротивление обмотки  ротора  (Ом. о.е)

 R’₂= =0.479 Ом

 R’₂*= =0,052

 20. Коэффициент  с1, учитывающий падение напряжений в обмотке статора

 с1= = 1,032

 21. Критическое  скольжение 

 Sk= =0,246  

         По  данным расчетов чертим Т и Г- образную схему замещения асинхронного двигателя  с указанием на них реальных значений в о.е и Омах 
 
 
 
 
 
 

         Расчет  рабочих характеристик асинхронного двигателя 

 Критическое скольжение

 Sk= =0,246

         Исходя  из значения критического скольжения примерно оцениваем диапазон изменения  скольжения при расчете рабочих  характеристик 

         Рассчитываем ток холостого хода и угол потерь

         

         

         Для каждого скольжения при равномерном  делении диапазона изменения  скольжения рассчитываем параметры  и данные заносим в таблицу 

         Для каждого скольжения в выбранном диапазоне рассчитываем:

         1. Приведенный ток ротора и его фазовый сдвиг от напряжения

           

           

         2. Ток в обмотке статора 

         

         3. Электромагнитный момент

           

         4. Суммарные потери при любом  режиме работы  

         

         5. Мощность на валу двигателя 

         

         6. Первичная мощность двигателя

         

         7. Коэффициент полезного действия 

         

         

         8. Коэффициент мощности двигателя 

         

         9. Частота вращения ротора 

         

         10. Механическая мощность

         

 Остальные данные аналогичных расчетов сводим в таблицу

 

 Теперь мы можем построить необходимые графики, строим графики в программе MathCad 

   
 
 
 
 

   

   
 

   
 

   

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

          3. Построение механической  характеристики  

         Механическую  характеристику просчитываем исходя из изменения скольжения от нуля до единицы.  Для каждого скольжения при равномерном делении диапазона изменения скольжения рассчитываем параметры и данные заносим в таблицу

         1. Рассчитываем момент без учета вытеснения тока и насыщения зубцовой зоны

           

         2. Рассчитываем момент с учетом  вытеснения тока и насыщения  зубцовой зоны. Для этого согласно  рекомендаций сначала определяем  коэффициенты Er и Ex

         

         

         Затем считаем момент

 

 Аналогичные данные расчетов моментов и коэффициентов заносим в таблицу