Пусковые свойства асинхронных двигателей. Расчёт намагничивающего тока. Параметры рабочего режима. Расчёт размеров зубцовой зоны. Масса активных материалов и показатели их использования. Расчёт рабочих характеристик двигателя. Расчёт обмотки статора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки Украины

Донецкий национальный технический университет

Кафедра «Электромеханики и теоретических основ электротехники»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Расчёт и конструирование асинхронных двигателей»

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Электрические машины»

Выполнил студент гр. АУП 08а

Терентьев Д. Ю.

Проверил Боев А. Е.

Донецк - 2011г.



РЕФЕРАТ

Проектирование электрических машин - это искусство, в котором объединены знание процессов электромагнитного преобразования энергии и опыт конструирования.

В процессе проектирования двигателя рассчитывались, в соответствии с заданной мощностью, размеры статора и ротора; выбрали тип обмотки (всыпная двухслойная), обмоточные провода (ПЕТ - 155 диаметром 1,26 мм).

В качестве базовой модели приняли двигатель 4А160S6У3 с короткозамкнутым ротором. Конструктивное исполнение по способу монтажа IM 1001. Способ охлаждения IС 0041; категория климатического исполнения УЗ; изоляция класса нагревостойкости F.

Сердечник статора выполняем из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм марки 2013. Обмотки статора выполняем медной, обмотку ротора и замыкающие кольца алюминиевыми.

Проектирование машины производим с помощью среды MathCAD, что значительно упрощает проектирование машины и экономит время.



Введение

Асинхронные двигатели, благодаря своей простоте и высокой надёжности, получили широкое распространение в разных отраслях промышленности. Современные тенденции в проектировании и производстве асинхронных двигателей направлены на уменьшение габаритных размеров, увеличении мощности и уменьшении потерь в машинах. В настоящее время этим требованиям удовлетворяют асинхронные машины серии 4А.

Резко возрастающая энерговооружённость промышленности требовала большее число всевозможных модификаций двигателей, способных работать в различных специфических условиях. Число модификаций в старых сериях было явно недостаточным. Это привело к созданию единой для всей страны серии асинхронных машин, объединённых общими конструктивными решениями, общей технологией, с широкой унификацией различных узлов и деталей и основанной на единых шкалах мощностей, габаритных, присоединительных и установочных размеров.

Серия 4А была спроектирована в 1969-1971 гг. и в настоящее время внедрена в производство. В основу построения серии положены не габаритные диаметры сердечников статора, как в прежних сериях, а высоты ос вращения h, т.е. расстояния от оси вращения ротора до установочной поверхности.

Серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт и выполнена на 17 стандартных высотах оси вращения. На каждой из высот, кроме h=225 мм, выпускаются двигатели двух разных длин, различные по мощности. С высотой оси вращения h=225 выпускаются двигатели только одной длины.



1. Выбор основных размеров

По значению синхронной частоты вращения n1 определяем число пар полюсов:

Высота оси вращения выбирается по из табл. 6-6 [1, стр.164]:

Внутренний диаметр статора:

,

где: KD - коэффициент отношения внутреннего и наружного диаметров статора:

.

Полюсное деление [1, ф.6-3, стр.166]:

.

Расчётная мощность:

,



где: - мощность на валу двигателя, Вт;

отношение ЭДС обмотки статора к номинальной нагрузке, которое определяем по[1, табл.6-8, стр.164]; приблизительные значения и берём из [1, табл.6-9, стр.165] и [1, табл.6-10, стр.165].

Рисунок 1 - Главные размеры двигателя

Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 6-11а[1]):

Коэффициент полюсного перекрытия: . Коэффициент формы поля: . Обмоточный коэффициент: .

Синхронная угловая скорость вала двигателя [1, ф.6-5, стр.168]:

Расчетная длина воздушного зазора [1, ф.6-6, стр.168]:

м.



Отношение находится в требуемых пределах. То есть размеры и выбраны правильно.

Так как мм, то радиальные вентиляционные каналы не делаем и , .

2. Расчёт обмотки статора

Так как расчёт выполняется для большой мощности 11 кВт, тогда в статорную обмотку выполняем двухслойной всыпной.

По [1, табл.6-9, стр.170] определяем границы зубцового деления статора: м, м.

Тогда возможное число пазов статора [1, ф.6-16, стр.170]:

, .

Принимаем число пазов . Тогда число пазов, которые принадлежат к одной фазе и расположенные под одним полюсом:

.

Окончательное зубцовое деление статора:

м.



Рисунок 2 - Зубцовые деления статора.

Число эффективных проводников в пазу [1, ф.6-17, стр.171]:

В,

где номинальный ток обмотки статора [1, ф.6-18, стр.171]:

А.

Принимаем: , тогда. Окончательно число витков в фазе обмотки:

.

Окончательно значение линейной нагрузки [1, ф.6-21, стр.171]:

А/м.



Обмоточный коэффициент:

Вб.

Индукция в воздушном зазоре [1, ф.6-23, стр.172]:

Тл.

Значение А2/м3 выбираем по [1, рис.6-16, стр.173]. Плотность тока [1, ф.6-25, стр.172]:

А/м2.

Сечение эффективного проводника (предварительно) [1, ф.6-24, стр.172]:

м2

Обмотка выполняется всыпной двухслойной, которую помещают в открытые прямоугольные пазы, которые заполняют ручной укладкой. Принимаем провод ПЭТ - 155 диаметром 1,26 мм. Количество проводников:

Окончательно эффективное сечение определяется:

Тогда



3. Расчёт размеров зубцовой зоны статора

Предварительно выбираем из [1, табл.6-10, стр.174-175]: Тл; Тл. Тогда высота ярма статора [1, ф.6-28, стр.175]:

м

Размер паза в штампе, м:

Минимальная ширина зубца [1, ф.6-29, стор.175]:

м.

Коэффициент заполнения сердечника сталью берём из [1, табл.6-11, стр.176]. Марка стали - 2312.

Высота паза [1, ф.6-31, стр.176]:

м.

Ширина паза:



где:bш=0,0037 hш=0,001 - размеры шлица паза, м.

Рисунок 3 - Паз всыпной обмотки сердечника статора.

Размеры паза в свету с учётом припусков на шихтовку и сборку сердечников, м:

Площадь изоляции паза:

Площадь изоляционных прокладок:

Оставшаяся для размещения проводников площадь поперечного сечения:



Для контроля правильности размещения обмотки в пазах определяем коэффициент заполнения паза:

где: dиз - диаметр одного элементарного провода с изоляцией,

nэл - число элементарных проводов, составляющих один эффективный.

Коэффициент Кз находится в допустимых пределах.

4. Расчёт ротора

Число фаз короткозамкнутой обмотки равно числу пазов . Число пазов выбираем по [1, табл.6-15, стр.185].

Внешний диаметр ротора: м.

Длина ротора: м.

Зубцовое деление ротора

м.

Внутренний диаметр ротора, при непосредственной посадке на вал [1, ф.6-101, стр.191]:

м,

где - определяем по [1, табл.6-16, стр.191].

Ток в стержне ротора [1, ф.6-60, стр.183]:

А,

де - определяем по [1, табл.6-22, стр.183];

- коэффициент приведения токов, определяем по [1, ф.6-68, стр.185]:

.

Плотность тока в стержне ротора: А/м2. Тогда сечение стержней [1, ф.6-69, стр.186]:

м2.

По рекомендациям [1, стр. 20] принимаем следующие размеры паза:

мм

Рисунок 4 - Грушевидный паз короткозамкнутого ротора



Допустимая ширина зубца:

где: индукция в зубцах ротора при постоянном сечении (для грушевидных пазов принимается по [1,стр. 174 - 175, табл 6-10]).

Ширина паза:

Высота паза:

Уточняем площадь сечения стержня:

Проверяем ширину зубцов в сечениях:

Полная высота паза, м:

Расчётная высота зубца, м:

Окончательная плотность тока в стержне:

Замыкающие кольца обмотки приведены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Размеры замыкающих колец короткозамкнутого ротора с литой обмоткой

Площадь сечения замыкающих колец [1, ф.6-73, стр.186]:

м2.



где ток в кольце [1, ф.6-71, стр.186]

А,

Плотность тока в кол...