96797

Проектирование трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Электрические машины применяют во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и быту. Их выпускают большими сериями и в индивидуальном исполнении. Во многих случаях электрические машины определяют технический уровень изделий, в которых они используются в качестве генераторов и двигателей.

Русский

2015-10-09

12.73 MB

8 чел.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

ИМЭ им. В. П. Горячкина»

Кафедра «Электроснабжение и электрические машины»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Проектирование трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя»

Выполнил: студент 307 группы

энергетического факультета

Чулков А.А.

Руководитель: 

Забудский Евгений Иванович

Москва 2015


ВВЕДЕНИЕ

Электрические машины применяют во всех отраслях промышленности, в сельском хозяйстве и быту. Их выпускают большими сериями и в индивидуальном исполнении. Во многих случаях электрические машины определяют технический уровень изделий, в которых они используются в качестве генераторов и двигателей. Проектирование электрических машин требует глубоких знаний и высокого профессионального мастерства.

Впервые электрические машины получили применение в промышленности более ста лет назад. Тогда же появились и первые рекомендации по их расчету. В конце XIX в. В Европе и Америке появились крупные электротехнические фирмы «Сиеменс», «Вестингауз», АЭГ и другие, на которых сложились крупные конструкторские и расчетные отделы. В это же время начинают издаваться первые электротехнические журналы. В России журнал «Электричество» начал издаваться в 1880 г.

В России первые электротехнические заводы появились в начале XX в. Это «Электросила» в С.-Петербурге, «Динамо» в Москве и заводы в Харькове и Талине. В годы первых пятилеток Москва, Ленинград и Харьков превратились в крупные производительные центры электропромышленности. После Великой Отечественной Войны электротехническая промышленность развивалась бурными темпами, и в настоящие время крупные центры электромашиностроения есть в десятках городов СНГ. Около пятидесяти кафедр высших учебных заведений выпускают специалистов по электрическим машинам.

Первые фундаментальные работы по расчетам и проектированию электрических машин появились в конце десятых – начале двадцатых годов XX в. Это были книги Э. Арнольда, М. Видмара, А. Ла-Кура, Р. Рихтера, К.И. Шенфера, В.С. Кулебакина и др.

Первыми отчественными трудами по проектированию были книги А.Я. Бергера, П.П. Копняева, В.А. Пантелеева и Ф.И. Холуянова. Большой вклад в проектирование электрических машин внесли работы ученых А.Е Апарова, А.И. Вольдека, В.Т. Косьянова, М.П. Костенко, Б.И. Кузнецова, Р.А. Лютера, Г.Н. Петрова и др.

Проектирование электрических машин – сложная многовариантная задача. При ее решении приходиться учитывать большое количество факторов. Естественным стремлением всех, кто проектирует машину, является получение, по возможности наиболее быстрым путем, более близкого к заданию расчетного варианта. Поэтому методики, подхода к расчету и проектированию электрических машин на всех этапах развития включали все новейшие достижения в теории и практике электромашиностроения.

Техническое задание

«Спроектировать трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором»

со следующими данными:

  1.  Номинальная мощность    ;
  2.  Номинальное напряжение    ;
  3.  Частота сети      ;
  4.  Число полюсов      ;

Номинальный КПД     ;

Номинальный коэффициент мощности  ;

  1.  Конструктивное исполнение IM1001 [Л.1, с. 23-25].

Условное обозначение конструктивного исполнения и способа монтажа электрической машины IM1001 означает – машина на лапах с двумя подшипниковыми щитами и горизонтальным валом; конец вала – цилиндрический.

  1.  Исполнение по способу защиты от воздействий окружающей среды IP44 [Л.1 с. 27, 28, рис. 1.4; с. 315, 316, рис. 9.7 на с. 319].

Машины исполнения IP44 выполнены защищенными от возможности соприкосновения инструментов, проволоки и других подобных предметов, толщина которых превышает 1 мм, с токоведущими частями, а также от попадания внутрь машины предметов, диаметром боле 1 мм (первая цифра 4). Вторая цифра 4 обозначает, что машина защищена от попадания внутрь корпуса водных брызг любого направления. Такие машины называют также закрытыми.

  1.  Категория климатического исполнения У3 [Л.1 с. 26, 27].

Машины исполнения У3 предназначены для эксплуатации на суше, реках или озёрах в макроклиматических районах с умеренным климатом (буква У) в закрытых помещениях, в которых колебания температуры и влажности, а также воздействия песка и пыли на машину существенно меньше, чем на открытом воздухе (цифра 3).

Основные разделы курсовой работы

Раздел

Глава 9

[Л.1]

Пример
расчёта [Л.1]

Примечание

Ссылки [Л.1]

Выбор главных размеров

с. 340-348

с. 456, 457

Определение ,  и сечения провода обмотки статора

с. 349-356

с. 457, 458

табл. 3-16 на с. 112,

табл. П3.1, П3.2 на с. 713, с. 714

табл. 3.1 на с. 77, с. 78

Расчёт размеров зубцовой зоны

статора и воздушного зазора

с. 356-368

с. 458, 459

Расчёт ротора

с. 368-385

с. 459, 460

Расчёт намагничивающего тока

с. 385-396

с. 461, 462

табл. П1.5, П1.6 и П1.7 на с. 696-698

Параметры рабочего режима

с. 396-411

с. 462-464

формула (5-19) на с.195

Расчёт потерь

с. 411-417

с. 465, 466

Расчёт рабочих характеристик

с. 418-425

с. 466, 467

Аналитический метод расчёта

Расчёт пусковых характеристик

с. 425-440

с. 467-473

Примечание.  – расчёт рабочих характеристик осуществляется для значений скольжения  «вручную», а для значений  и  на компьютере [Л.2];

- расчёт пусковых характеристик осуществляется только для скольжения .

Выбор главных размеров

  1.  Высота оси вращения (предварительно) по рис.9.18, а . Принимаем ближайшее стандартное значение ;  (табл.9.8).

  1.  Внутренний диаметр статора , где  — коэффициент, характеризующий отношение внутренних и внешних диаметров сердечников статора асинхронного двигателя серии 4А и АИ при различных числах полюсов (kD=0,72) (Таб.1.2) [1, с.344, таб. 9.9].

  1.  Полюсное деление .
  2.  Расчётная мощность по (9.4)


( — по рис. 9.20;  и  — по заданию).

где

коэффициент отношения ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, которое может быть приближенно определено по кривым (kE=0,92)

  1.  Электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б)

; .

  1.  Предварительное значение обмоточного коэффициента  выбирают в зависимости от типа статора. Для однослойных обмоток . Для двухслойных и одно-двухслойных обмоток при  следует приниматьи при большей полюсности . Предварительно для однослойной обмотки выбираем Предварительно для однослойной обмотки: kоб1=0,95

  1.  Расчётная длина магнитопровода по (9.6)

Где [, коэффициент формы поля по (9.5)  синхронная угловая частота двигателя].

  1.  Отношение . Значение  находится в допустимых пределах (рис. 9.25).

Определение числа пазов , числа витков  и площади поперечного сечения провода обмотки статора

  1.  Предельные значения (по рис. 9.26): ; .

  1.  Число пазов статора по (9.16):

;

.

Принимаем Z1=48, тогда . Обмотка однослойная.

  1.  Зубцовое деление статора (окончательно):

.

  1.  Число эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии  по (9.17)]

;

(по 9.18)

.

  1.  Принимаем , тогда по (9.19)  проводников.
  2.  Окончательные значения:

число витков в фазе по (9.20)

;

линейная нагрузка по (9.21)

;

магнитный поток по (9.22)


(для однослойной обмотки с  по табл. 3.16 ; для  по рис. 9.20 );

индукция в воздушном зазоре по (9.23)

.

Значения и находятся в допустимых пределах (рис. 9.22, а).

  1.  Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по (9.25). По п.14

(по рис. 9.27, а).

  1.  Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно) по (9.24), :

.

  1.  Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем , тогда .

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТ–155А (приложение 3), , , .

  1.  Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (9.27)

.

Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

  1.  Принимаем предварительно по табл. 9.12 ; , тогда по (9.37)


(по табл. 9.13 для оксидированной стали марки 2013 );

 

Допустимые значения индукции на участках магнитной цепи асинхронных двигателей, Тл.

Способы изолирования листов электротехнической стали и коэффициенты заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора с номинальным напряжением до 660 В.

по (9.28)

Высота ярма статора:

.

  1.  Размеры паза в штампе:

(по табл. 9.16); ; (по рис. 9.29, а);по (9.38)

;

по (9.40)

;

по (9.39)

;

по (9.42) — (9.45)

.

  1.  Размеры паза «в свету» с учётом припуска на сборку по (9.42):

;

;


(по табл. 9.14  и ).

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки по (9.48)


[площадь поперечного сечения прокладок ; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу по (9.46)

,
где односторонняя изоляция в пазу  — по табл. 3.1].

  1.  Коэффициент заполнения паза по (3.2):


(средний диаметр изолированного провода  — по табл. П.3.1).

Полученное значение допустимо для механизированной укладки обмотки.

Расчёт ротора

  1.  Воздушный зазор (по рис. 9.31) .

  1.  Число пазов ротора (по табл. 9.18) .

  1.  Внешний диаметр ротора .
  2.  Длина магнитопровода ротора .
  3.  Зубцовое деление ротора .
  4.  Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал; по (9.102)


(— по табл. 9.19).

  1.  Ток в обмотке ротора по (9.57)

,
где по (9.58) ;

по (9.66)


где,
kск = 1, коэффициент скоса, учитывающий уменьшение ЭДС обмотки при скошенных пазах ротора (паз скошен на одно зубцовое деление).

  1.  Площадь поперечного сечения стержня (предварительно) по (9.68)


(плотность тока в стержне литой клетки принимаем ).

  1.  Паз ротора определяем по рис. 9.40, а.

Принимаем ; ; hш=0,3 мм.

Допустимая ширина зубца по (9.75)


(принимаем по табл. 9.12 — ).

Размеры паза (рис.9.40,а):

по (9.76)

;

по (9.77)

;

по (9.78)

.

  1.  Уточняем ширину зубцов ротора по формулам табл. 9.20:

;

;

.

Принимаем ; ; .

Полная высота паза

.

  1.  Площадь поперечного сечения стержня по (9.79)

.

Плотность тока в стержне

.

  1.  Короткозамыкающие кольца (рис. 9.37, б). Площадь поперечного сечения кольца по (9.72)

.

По (9.70) и (9.71)

,
где

;

.

Размеры короткозамыкающих колец:

;

;

;

.

Расчёт магнитной цепи

Магнитопровод выполняем из стали 2013; толщина листов 0,5 мм.

  1.  Магнитное напряжение воздушного зазора по (9.103)

,

по (4.15)

,
где

.

  1.  Магнитное напряжение зубцовой зоны статора по (9.104)

,
где  (п.20 расчёта);

расчётная индукция в зубцах по (9.105)


( п.19 расчёта;  табл. 9.13). Так как , необходимо учесть ответвление потока в паз и найти действительную индукцию в зубце . Коэффициент  по высоте  по (4.33)

,
где

;

по (4.32)

.

Принимаем , проверяем соотношение  и :

,
где для  по табл. П1.7 .

  1.  Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора по (9.108)


при зубцах по рис. 9.40,
а из табл. 9.20 ;

индукция в зубце по (9.109)

;

по табл. П1.7 для  находим .

  1.  Коэффициент насыщения зубцовой зоны по (9.115)

;

.

  1.  Магнитное напряжение ярма статора по (9.116)

,

по (9.119)

,
где

;

по (9.117)


(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре ), для  по табл. П1.6 находим .

  1.  Магнитное напряжение ярма ротора по (9.121)

,

по (9.127)

;
где

;

по (9.122)

,

где по (9.124) для двухполюсных машин

;

для  по табл. П1.6 находим .

  1.  Магнитное напряжение на пару полюсов по (9.128)

.

  1.  Коэффициент насыщения магнитной цепи по (9.129)

  1.  Намагничивающий ток по (9.130)

.

Относительное значение по (9.131)

.

.

Параметры рабочего режима

  1.  Активное сопротивление обмотки статора по (9.132)


(для класса нагревостойкости изоляции
F расчётная температура ; для медных проводников ).

Длина проводников фазы обмотки по (9.134)

;

по (9.135) ; ;

по (9.136) , где ; по табл. 9.23 ;

по (9.138)

.

Длина вылета лобовой части катушки по (9.140)

, где по табл.9.23 Kвыл=0,5.

Относительное значение

.

  1.  Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора по (9.168)

;

по (9.169)

;

здесь ;

по (9.170)

,
где для литой алюминиевой обмотки ротора  (табл. 5.1).

Приводим  к числу витков обмотки статора по (9.172), (9.173):

.

Относительное значение

.

  1.  Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по (9.152)

где по табл. 9.26 (рис. 9.50, е)

,
где (рис. 9.50,
е)

; ;  (проводники закреплены пазовой крышкой); ;  по (9.154); ; ;

по (9.159)

;

по (9.174)

,
где по (9.176)

;

для  и  по рис. 9.51, д .

Относительное значение

.

  1.  Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора по (9.177)

где по табл. 9.27 (рис. 9.52, а)

,

где (рис. 9.52, а)

; ; ; ; ;

по (9.178)

;

по (9.180)

;
по (9.181)

,
при закрытых пазах.

Приводим  к числу витков статора по (9.172) и (9.183)

.

Относительное значение

.

Расчёт потерь

  1.  Потери в стали основные по (9.187)

[ для стали 2013 по табл. 9.28];

по (9.188)

;

по (9.189)

;

; ;  (§9.11).

Удельные потери в стали, Вт/кг, толщиной 0,5 мм

при индукции B=1 Тл и частоте перемагничивания f=50 Гц.

  1.  Поверхностные потери в роторе по (9.194)

;

по (9.192)

,
где ; ;

по (9.190)

;
где для  по рис.9.53 .

К расчету поверхностных потерь в асинхронных машинах:

а - пульсация индукции в воздушном зазоре; б – зависимость.

  1.  Пульсационные потери в зубцах ротора по (9.200)

;

по (9.196)

;

из п.37 расчёта;  из п.35 расчёта;

по (9.201)

;

из п.37 расчёта;  из п.32 расчёта.

  1.  Сумма добавочных потерь в стали по (9.202)


( и , §9.11).

  1.  Полные потери в стали по (9.203)

.

  1.  Механические потери по (9.210)


[для двигателей с  коэффициент )].

  1.  Холостой ход двигателя:

по (9.217)

,
[по (9.218)

,
где по (9.219)

;

по (9.221)

.

Расчёт рабочих характеристик

  1.  Параметры:

по (9.184)

;

по (9.185)

;

по (9.223)

,
используем приближённую формулу, так как :

Активная составляющая тока синхронного холостого хода:

по (9.226)

;

по (9.227)

;;

;

.

Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:

.

  1.  Рассчитываем рабочие характеристики для скольжения 0,005; 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04 принимая предварительно, что . Результаты расчёта сведены в табл. 1. После построения рабочих характеристик (рис. 1) уточняем значение номинального скольжения: .

Номинальные данные спроектированного двигателя:

, , ,

, .

Расчёт пусковых характеристик

Расчёт токов с учётом влияния изменения параметров под влиянием эффекта вытеснения тока (без учёта влияния насыщения от полей рассеяния)

Расчёт провидим для точек характеристик, соответствующих  для определения токов в пусковых режимах для дальнейшего учёта влияния насыщения на пусковые характеристики двигателя.

  1.  Активное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока [, ; ; ];

по рис. 9.73 ;

;

по рис 9.73 для  находим ;

по (9.246)

;

по (9.253), так как

,
где ;

по (9.247)


( — п.33 расчёта);

по (9.257)


( по п.45 ; ).

Приведённое сопротивление ротора с учётом влияния вытеснения тока

.

  1.  Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока по рис. 9.58 для  (п.57 расчёта) ; по табл. 9.27,

Зависимость от «приведенной высоты».

,
где по п.47 расчёта , ,,

,

;

по (9.261) — также п.47 расчёта

.

  1.  Пусковые параметры по (9.277) и (9.278)

;

.

  1.  Расчёт токов с учётом влияния эффекта вытеснения тока:

по (9.280) для

;

;

по (9.281)

;

по (9.283)

.

Расчёт пусковых характеристик с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

Расчёт проводим для точек, соответствующих , при этом используются значения токов и сопротивлений для тех же скольжений с учётом влияния вытеснения тока.

  1.  Индуктивные сопротивления обмоток. Принимаем :

по (9.263)

;

по (9.265)

;

по (9.264)

,
по рис. 9.61 для  находим .

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения по (9.266)

;

по (9.269)


[ (рис. 9.29,
а)];

по (9.272)

.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учётом влияния насыщения по (9.274)

.

Индуктивное сопротивление обмотки статора с учётом влияния насыщения по (9.275)

.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора с учётом влияния насыщения и вытеснения тока по (9.271)

где по (9.270)

;

по (9.273)

.

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния ротора с учётом влияния насыщения по (9.274)

.

Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учётом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения

по (9.276)

;

по (9.278)

,
здесь  по (9.277).

  1.  Расчёт токов и моментов:

по (9.280)

;

;

по (9.281)

;

по (9.283)

.

Кратность пускового тока с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения по (9.284)

;

Кратность момента с учётом эффекта вытеснения тока и насыщения по (9.284)

.

Полученный в расчёте коэффициент насыщения


отличается от принятого  менее чем на 4%.

 


Спроектированный асинхронный двигатель удовлетворяет требованиям ГОСТ как по энергетическим показателям (КПД, ), так и по пусковым характеристикам.

Спроектированная машина:

;

В;

Гц;

;

;

;

.

Конструктивное исполнение: IM1001.

Исполнение по способу защиты: IP44.

Климатическое исполнение и категория размещения: У3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе мною был спроектирован асинхронный короткозамкнутый двигатель по следующим основным разделам проектного расчета: выбор главных размеров, определение ,  и сечения провода обмотки статора, расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, расчет ротора, расчет магнитной цепи, параметры рабочего режима, расчет потерь, расчет рабочих характеристик, расчет пусковых характеристик, построены рабочие характеристики машины.

Также в курсовом проекте присутствует графическая часть, которая содержит развернутую схему трехфазной однослойной обмотки статора, изоляцию паза обмотки статора, пазы статора и ротора.

Техническое задание на учебное проектирование асинхронного короткозамкнутого двигателя, содержащие номинальные данные проектируемой машины и указания о режиме ее работы, исполнении по способу монтажа, степени защиты от воздействия окружающей среды выполнены в полном объеме в пределах допустимых отклонений. Спроектированная машина удовлетворяет соответствующим ГОСТам.

Список литературы:

  1.  Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. — 2-е изд., перераб. — М.: Высшая школа; Логос; 2000. — 607 с.
  2.  Под ред. Копылова И.П. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Высшая школа, 2002. — 757 с.: ил.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3825. Характеристики линий связи в КС 200.5 KB
  Введение В соответствии с объектом и предметом исследования были поставлены следующие задачи: осветить основные исторические этапы становления и развития линий связи перечислить основные виды каналов связи для компьютерных сетей рассмотреть сущест...
3826. Изучение структуры углеродистых сталей в равновесном (отожженном) состоянии 72.5 KB
  Изучение структуры углеродистых сталей в равновесном (отожженном) состоянии Химически чистые металлы обладают низкой прочностью, поэтому в технике их применяют сравнительно редко. Наиболее широко используют сплавы - вещества, полученные сплавлением...
3827. Изучение вращательного движения твердого тела 83.5 KB
  Изучение вращательного движения твердого тела Цель работы: изучение кинематики и динамики вращательного движения, построение абстрактной модели реальной физической системы. Приборы и принадлежности: прибор Обербека, оборудованный миллисекундомером, ...
3828. Колебательные движения физического маятника 110.6 KB
  Физический маятник 1.Параметры колебательного движения Движение, при котором координата точки изменяется по закону косинуса (или синуса) называется гармоническим колебанием. Таким образом, при равномерном движении точки по окружности ее проекция сов...
3829. Определение момента инерции маятника Обербека 109.5 KB
  Определение момента инерции маятника Обербека Цель работы: изучить вопросы динамики поступательного и вращательного движения, определить момент инерции специального тела – маятника Обербека. Оборудование: лабораторная установка в комплект...
3830. Внутренний фотоэффект в полупроводниках 95 KB
  Внутренний фотоэффект в полупроводниках. Цель работы. Определение опытным путем влияния освещенности на проводимость полупроводника и установление закона рекомбинации неосновных носителей заряда. Указания по организации самостоятельной работы....
3831. Определение удельной теплоемкости жидкости с помощью элекnрокалориметра 119.5 KB
  Определение удельной теплоемкости жидкости с помощью электрокалориметра Приборы и принадлежности Два электрокалориметра, два термометра, технические весы с разновесами, исследуемая жидкость, сосуд с водой. Теория работы и описание прибора Удельной т...
3832. Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника 81 KB
  Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника Цель работы - изучение законов сохранения на примере баллистического маятника. Приборы и принадлежности: баллистический крутильный маятник комплект монтажных пат...
3833. Дослідне вивчення властивостей математичного маятника. 96.5 KB
  Дослідне вивчення властивостей математичного маятника. Мета роботи: Перевірити справедливість формули періоду коливань математичного маятника для різних довжин маятника і різних кутів відхилення від положення рівноваги. Прилади і матеріали: Штатив...