Расчёт асинхронного двигателя

Основные тенденции в развитии электромашиностроения, применяемые в них степени защиты. Проектирование асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, его применение, принцип работы, эксплуатационная надежность, расчет основных показателей.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки, молодёжи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Курсовой проект

по дисциплине:

«Судовые электрические машины»

Вариант 03

Расчёт асинхронного двигателя

Выполнил:

курсант 3 курса ФЭМ и РЭ,

Шифр

Петров П.П.

Проверил: проф. Васильев В.Н.

Одесса 2011

Введение

Асинхронный электродвигатель, электрическая асинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую. Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трёхфазного переменного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора в обмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющие ротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частота вращения ротора n меньше частоты вращения поля n₁ .Таким образом, ротор совершает асинхронное вращение по отношению к полю.

Эксплуатационная надежность электрических машин переменного тока определяет эффективность применения всех технических средств и влияет на важнейшие экономические показатели производства. Недостаточная надежность электрических машин переменного тока, наблюдаемая на практике, приводит к большим сверхнормативным расходам на преждевременные ремонты и внеплановые простои оборудования. В основных направлениях экономического и социального развития Украины отмечена необходимость обеспечения и совершенствования качества и надежности промышленной продукции, повышения ее конкурентоспособности на международном рынке.

Особое значение эта проблема имеет для электротехнической промышленности, наиболее массовой продукцией, которой являются электрические машины переменного тока. Асинхронные и синхронные электроприводы составляют около 70% общего количества электроприводов, они потребляют более половины вырабатываемой в нашей стране электроэнергии. По существующим прогнозам асинхронные и синхронные двигатели еще несколько десятилетий останутся основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование, изготовление и испытание. В настоящем курсовом проекте рассматриваются вопросы проектирования электрической машины.

Под проектированием электрических машин понимается, расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц, оценка технико-экономических показателей спроектированной машины, включая показатели надежности.

Основные тенденции в развитии электромашиностроения.

- усовершенствование методов расчета машин;

- улучшение конструкции машин с придачей узлам и деталям эстетических и рациональных форм, при обеспечении снижения их массы и прочности.

-повышение надежности машин, в частности за счет широкого распространения машин закрытого исполнения, в которых для улучшения охлаждения используют обдув наружной поверхности.

Наиболее применяемые степени защиты:

IP22- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 12мм и от капель воды.

IP23- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 12мм и от дождя.

IP44- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 1мм и от водяных брызг (закрытая машина).

Энергетические показатели машин (КПД и cos ц) в основном сохраняются на одном уровне.

Особо следует отметить повышение технологичности конструкции, осуществляемой широкой унификацией узлов и деталей машин и придания им форм, содействующих возможности применения прогрессивных технологических процессов и усовершенствованного оборудования - автоматических линий, агрегатных станков полуавтоматов, конвейеров и другое. Часто для расчётов электрических машин пользуются программными пакетами Матлаб и другие, значительно облегчающие на этапе проектирования проверку расчётных параметров машин, а также наглядно представляющие графики параметров машин в необходимых точках.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2-3 ступени по сравнения с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Серия имеет широкий ряд модификации, специализированных исполнений на максимальных удовлетворительных нужд электропривода.

1. Задание.

Тип машины - асинхронный двигатель 4А90L243,частота вращения

n=3000 об/мин., число фаз m=3(при номинальной нагрузке n=2840об/мин.)

1. Номинальная мощность, Рн=3 кВт

2. Номинальное фазное напряжение, 220 В

3. Число полюсов, 1р = 2

4. Степень защиты, IP44

5. Класс нагревостойкости изоляции, F

6. Кратность начального пускового момента2о.е.

7. Пусковой ток, 6 о.е.

8. Коэффициент полезного действия, з = 0,845

9. Коэффициент мощности, cosц = 0,88

10. Кратность начального пускового тока, 6,5

11. Частота сети f1, 50 Гц

13. Скольжение s=5,1%

14. Момент инерции Jд=0,00353кГЧмЧм

15. Максимальный момент Мmx=2,4о.е.

16. Высота оси вращения h=90мм

17. Кратность максимального пускового момента 2,2о.е.

18. Кратность минимального пускового момента 1,2о.е.

19. Вращающий момент на валу

20. Диаметр расточки статора D=84мм

21. Расчётная длина активной части l=100мм

22. Длина машины L=350мм

23. Высота машины Н=405мм

24. Ширина машины В=208мм

2. Расчётная часть.

1. Главные размеры

Количество пар полюсов

Высота вращения оси h=90мм

Вращающий момент на валу

По значению h определяю предельно допустимые значения максимальный наружный диаметр корпуса D_{н1 max=2(h-h1-h2)}, припуски на штамповку :

Рисунок 1.



Рисунок 2. Торцевой вид АД и зависимость h1 и h2 от h.

Таблица 1.

Рисунок 3.Зависимость h от мощности на валу АД.

D_{н1 max}=149мм-максимальный наружный диаметр статора (по таблице 1).

Внутренний диаметр статора определяют эмпирически D.Принимая, что размеры пазов не зависят от числа полюсов машины, получаем прибли-жённое значение: D=KDЧDH1max.Значение KD определяем по таблице 2:

Таблица 2

D=0,55Ч0,149=0,082м.

Далее находим полюсное деление .

Определим расчётную мощность , Вт: ,

где - мощность на валу двигателя, Вт;

Рисунок 4.Зависимость KE от Dmax.

- отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по рисунку 4. При и , ,з=0,845 Cos ц=0,88.

.

Электромагнитные нагрузки А и В определим графически по кривым рисунка 4. При Вт и , , Тл.



Рисунок 4.Зависимость от Dmax А и В

A-значение линейной нагрузки.Обмоточный коэффициент выбирают в зависимости от типа обмотки статора .Для однослойных обмоток при 2р=2 следует принимать =0,95-0,96. Примем .

Определим синхронную угловую скорость вала двигателя :

,

где - синхронная частота вращения.

Рассчитаем длину воздушного зазора :

Рисунок 5.Зависимость л =lб/ф от 2р

,

где - коэффициент формы поля. .

Критерием правильности выбора главных размеров D и служит отношение , которое должно находиться в допустимых пределах рисунок 5.

. Значение лежит в рекомендуемых пределах, значит главные размеры определены верно.

2. Определение числа пазов статора, витков в фазе обмотки и сечения провода обмотки статора.

Определим предельные значения зубцовых делений: t_1max и t_1min рисунок 6.

Рис.6 Зубцовое деление статора АД со всыпной обмоткой.

При и , , .

Число пазов статора:

, .

Окончательно число пазов должно быть кратным числу фаз=3 и значению числа пазов на полюс и фазу: q=Z1/2pm(должно быть целым числом). Примем , тогда

, выберем q=3, где m число фаз.

Окончательно определяем зубцовое деление статора:

Предварительный ток обмотки статора: