Расчет трехфазного синхронного двигателя

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

 

                 УТВЕРЖДАЮ

       Зав. кафедрой

_________________ А.В.Кобелев

                                                                                                               «___» _____________  2015 г.

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине «Электрические машины и аппараты»

на тему: Расчет трехфазного синхронного двигателя.

 

Автор работы:                                              Тимофеев Н.А.         ____       группа  БТЭ-41

                                       подпись, дата               инициалы, фамилия

Направление/Специальность        13.03.01.62     «Теплоэнергетика и теплотехника»

                                                          (номер, наименование)

Обозначение курсовой работы    ТГТУ. 13.03.01.022 КР                   

Руководитель проекта                                                                                  Н.П. Моторина

                                                                          (подпись, дата)                                                  (инициалы, фамилия)

Работа защищена                                                 Оценка_____________________________

Члены комиссии: _________________________________________________Н.П. Моторина                                                                                   

                                                            (подпись, дата)                                                    (инициалы, фамилия)

                               _________________________________________________   А.Н. Кагдин

                                                                        (подпись, дата)                                                    (инициалы, фамилия)

                             ________________________________________________________________В.М.Иванов___

                                                           (подпись, дата)                                                    (инициалы, фамилия)

 

 

Нормоконтроллер ________________________________________________________________С.В.Кочергин__                                                                           

                                                                        (подпись, дата)                                                   (инициалы, фамилия)

 

 

 

 

 

Тамбов 2015 г. 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

1 Расчет главных размеров двигателя 5

2 Расчет сердечника и обмоток статора 7

3 Расчет воздушного зазора 10

4 Расчет полюса ротора 11

5 Расчет пусковой обмотки 13

6 Расчет магнитной цепи 15

7 Расчет параметров обмотки  статора 20

8 Расчет МДС обмотки возбуждения при нагрузке 23

9 Расчет обмотки возбуждения 27

10 Расчет потерь мощности, КПД, статической перегрузки двигателя 29

11 Тепловой расчет 31

Заключение 32

Список используемых источников 33

 

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

 

Кафедра «Электроэнергетика»__________________________________

 

              УТВЕРЖДАЮ

А.В. Кобелев  

      подпись, инициалы, фамилия

 

«______» сентября 2015  г.

 

ЗАДАНИЕ № 22

на курсовую работу

 

студент  Тимофеев Н.А. код  ЭТ20484   группа  БТЭ-41

              фамилия, инициалы

1. Тема:      Расчет трехфазного синхронного двигателя  

2. Срок предоставления  проекта к защите:

«   »  декабря    2015 г.

3. Исходные данные для  проектирования (научного исследования)

     Трехфазный синхронный двигатель  на базе серии  СДН2 17-31-12   Рн=800кВт; nн=500об/мин; ηн=0,967; Мmax/Mн=1.9; Iп/Iн=4,7;  Мп/Mн=1;  Мs=0.05/Mн=1,5;   J=2375кг·м2

 

4. Перечень разделов пояснительной  записки 

Введение.            

1) Определение главных размеров  двигателя.        

2) Расчет сердечника и обмоток  статора.        

3) Расчет параметров воздушного  зазора.        

4) Расчет параметров полюсов ротора.         

5) Расчет параметров пусковой обмотки.        

6) Расчет магнитной цепи.          

7) Расчет параметров обмотки статора.        

8) Определение МДС обмотки возбуждения.        

9) Расчет параметров обмотки возбуждения.______________________________________

10) Потери мощности. КПД двигателя  статическая перегружаемость двигателя.  

11) Тепловой расчет           

 

 

5 Перечень графического  материала проекта_________________________________

 

 

Руководитель проекта (работы)      Моторина Н.П.

                                                     подпись, дата                       инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

Задание принял к исполнению                14.09.2015_____________Тимофеев Н.А.

                                                                                           подпись, дата                        инициалы, фамилия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электромашиностроение – это основная отрасль электротехнической промышленности, изготовляющая генераторы для производства электрической энергии и электродвигатели для привода станков, механизмов, транспортных средств, бытовых электро устройств и т.д.

Синхронные машины имеют широкое распространение и выпускаются в большом диапазоне мощностей и частот вращения. В промышленных установках находят применение синхронные двигатели, причем они устанавливаются, как правило, в мощных приводах, где не требуется регулирования частоты вращения двигателя.

В данной курсовой работе будут спроектированы электрическая и магнитная часть синхронного двигателя CДН-2 17-го габарита с 
Pном = 800 кВт и nном = 500 об/мин.

Синхронные машины получили широкое применение в современных теплотехнических установках и являются распространенным видом бес-коллекторных электрических машин переменного тока. Как и любая другая электрическая машина, синхронная машина обратима и может работать как в генераторном, так и в двигательном режимах. Наибольшее применение имеют синхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения синхронных двигателей весьма широки – от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.д.). В соответствии с этим мощность синхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение получили трехфазные синхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц).

 

1 Расчет главных размеров двигателя

По значению номинальной мощности и числу полюсов [2, табл. 8.16] выбираем номер габарита двигателя [1, табл. 8.5]: 17.

Тогда определяем наружный диаметр сердечника статора и высоту оси вращения [3, табл. 8.1]: , соответственно.

Находим коэффициент [1, с. 183] (для ).

Определяем внутренний диаметр статора [1, ф. 8.1]:

.    (1.1)

Находим полюсное деление [1, ф. 8.2]:

.    (1.2)

Расчетная мощность двигателя [1, ф. 8.4]:

,   (1.3)

где и для синхронных двигателей принимаем: , 
[1, с. 184], [2, табл. 8.16].

Принимаем систему изоляции класса нагревостойкости F. Тогда определяем предварительные значения максимальной магнитной индукции в зазоре и линейной нагрузки статора [1, рис. 8.6]:

.   (1.4)

Расчетная длина сердечника статора [1, ф. 4.14]:

,    (1.5)

где - предварительное значение коэффициента полюсного перекрытия. Принимаем ; - коэффициент формы поля; - предварительное значение обмоточного коэффициента, 
[1, с. 185], [2, табл. 8.16], тогда:

.  (1.6)

 

Находим соотношение:

,    (1.7)

что находится в пределах допустимых значений при .

Так как , то разделим сердечник статора на 6 пакетов длиной . Тогда принимаем 5 радиальных вентиляционных каналов шириной . Конструктивная длина сердечника статора 
[1, ф. 8.7]:

.   (1.8)

 

2 Расчет сердечника и обмоток статора

Номинальный ток статора [1, ф. 8.12]:

,   (2.1)

где – число фаз, фазное напряжение (схема соединения обмоток статора – звезда, [2, табл. 8.16]).

Принимаем число параллельных ветвей обмотки статора   
[1, с. 188].

В статоре принимаем прямоугольные открытые пазы, так как машина предназначена для включения в сеть с напряжением 6 кВ.

Определяем минимальное и максимальное значения зубцового деления [1, рис. 8.11]: , .

Рассчитаем соответствующие минимальное и максимальное числа пазов в сердечнике статора [1, ф. 8.10]:

,    (2.2) 
.    (2.3)

Из полученного диапазона выбираем число пазов, для которого соблюдаются необходимые условия [1, с. 187]: .

Число пазов на полюс и фазу:

.    (2.4)

Принятое значение зубцового деления: .

Принимаем число сегментов , тогда число пазов в сегменте 
[1, ф. 8.8]:

.    (2.5)

Длина большой хорды сегмента [1, ф. 8.9]:

.  (2.6)

Число эффективных проводников в пазу статора [1, ф. 8.14]:

,   (2.7)

округляем до четного числа .

Уточняем значение линейной нагрузки [1, ф. 8.15]:

А/м.   (2.8)

Рассчитываем площадь поперечного сечения эффективного проводника обмотки статора [1, ф. 8.16]:

,   (2.9)

где предварительное значение плотности тока [1, с. 188].

Принимаем обмоточный провод прямоугольного сечения 
с размерами сторон a x b = 2,12 х 8 мм [1, табл. П.1.2], количество элементарных проводов .

Общее число элементарных проводников в пазу [1, ф. 8.17]:

.    (2.10)

Уточненное значение плотности тока в обмотке статора [1, ф. 8.18]:

.    (2.11)

Учитывая, что проектируемая машина является высоковольтной, принимаем обмоточный провод с эмалево-волокнистой изоляцией марки ПЭТВСД.

Количество элементарных проводов по ширине паза , по высоте паза ; габариты провода ПЭТВСД: ширина , высота [1, табл. П.1.4]; толщина изоляции в пазу: ширина 
, высота [1, табл. 8.6]; припуски на разбухание изоляции: по ширине , высоте 
[1, ф. 8.21], высота части паза под клин [1, с. 189], тогда:

ширина паза [1, ф. 8.19]:

,  (2.12)

высота паза [1, ф. 8.20]:

.  (2.13)

Максимальная магнитная индукция в зубце статора [1, ф. 8.22]:

,   (2.14)

где – коэффициент заполнения пакета сталью при лакировке листов [1, с. 191].

Магнитная индукция в спинке статора [1, ф. 8.23]:

,    (2.15)

де – коэффициент полюсного перекрытия [1, с. 184]; 
– высота спинки статора [1, ф. 8.24].

Полученные значения магнитной индукции не превышают допустимых значений.

Число последовательных витков в обмотке фазы статора [1, ф. 8.25]:

.     (2.16)

Принимаем предварительно относительный шаг обмотки статора 
[1, с. 191], тогда шаг обмотки статора по пазам [1, ф. 8.28]:

,     (2.17)

уточняем значение [1, ф. 8.29]:

.     (2.18)

Коэффициент распределения [1, ф. 8.27а]:

.     (2.19)

Коэффициент укорочения [1, ф. 8.28]:

.   (2.20)

Обмоточный коэффициент обмотки статора [1, ф. 8.26]:

.    (2.21)

 

3 Расчет воздушного зазора

Перегрузочная способность  синхронной машины [2, табл. 8.16], тогда относительное значение индуктивного сопротивления по продольной оси  
[1, рис. 8.12].

Значение воздушного зазора [1, ф. 8.30]:

,  (3.1)

где принимаем коэффициент [1, с. 192].

При неравномерном воздушном зазоре для синхронных явнополюсных машин принимают [1, с. 184]:

.   (3.2)

Среднее значение воздушного зазора [1, ф. 8.31]:

.  (3.3)

 

4 Расчет полюса ротора

Высота полюсного наконечника [1, рис. 8.14]: .

Ширина полюсного наконечника [1, ф. 8.34]:

,   (4.1)

где принимаем конструктивный коэффициент полюсного перекрытия 
[1, с. 194] .

Длину полюса :

 мм.   (4.2)

Толщину щеки полюса принимаем .

Расчетная длина сердечника полюса [1, ф. 8.35]:

.   (4.3)

Ширина сердечника полюса [1, ф. 8.32]:

,      (4.4)

где – коэффициент заполнения сердечника полюса сталью; 
– предварительное значение коэффициента рассеяния полюсов 
[1, ф. 8.33]: , где [1, с. 193]; – предварительное допустимое значение магнитной индукции в основании сердечника полюса,

тогда:

.    (4.5)

Предварительное значение высоты полюса [1, ф. 8.39]:

.  (4.6)

Длина обода [1, ф. 8.40]:

,   (4.7)

где мм, принимаем мм.

Высота обода [1, ф. 8.41]:

 мм,   (4.8)

где магнитная индукция в ободе предварительно Тл.

 

5 Расчет пусковой обмотки

Количество стержней пусковой обмотки на одном полюсе принимаем [1, с. 195].

Площадь поперечного сечения стержня пусковой клетки [1, ф. 8.42]:

,  (5.1)

где для синхронных двигателей принимаем [1, с. 195].

Диаметр стержня пусковой клетки [1, ф. 8.43]:

 мм,    (5.2)

принимаем , тогда сечение стержня пусковой клетки:

.     (5.3)

Длина стержня пусковой клетки [1, ф. 8.45]:

 мм.   (5.4)

Зубцовый шаг на полюсном наконечнике ротора [1, ф. 8.46]:

,    (5.5)

где – расстояние от края полюсного наконечника до первого паза, принимаем [1, с. 196].

Проверка необходимых условий для синхронных двигателей 
[1, ф. 8.47]:

,    (5.6)

.   (5.7)

Принимаем полузакрытые круглые пазы на полюсном наконечнике диаметром [1, ф. 8.48]:

,    (5.8)

где – припуск на штамповку и укладку стержней в пазы.