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

7 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

2769. Применение закона Ома к цепям переменного тока 69 KB
  Применение закона Ома к цепям переменного тока Вариант лабораторной работы №324-дубль отличается от предыдущей иной формой представления результатов. По этой причине в описании отсутствует Введение – оно является общим для обоих вариантов....
2770. Мощность и коэффициент мощности в цепях переменного тока 287.5 KB
  Мощность и коэффициент мощности в цепях переменного тока Приборы и принадлежности: регулятор напряжения РНШ, проволочный реостат, магазин емкостей, катушка переменной индуктивности, амперметр, вольтметр, ваттметр. Введение. Пусть к клеммам источника...
2771. Вынужденные электрические колебания 114 KB
  Вынужденные электрические колебания Приборы и принадлежности: лабораторная панель Колебательный контур, генератор сигналов низкочастотный Г3-120, вольтметр В7-38, осциллограф С1-94. Введение. Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из резистора с...
2772. Электронный осциллограф: устройство и применение 453 KB
  Электронный осциллограф. устройство и применение Приборы и принадлежности. осциллограф С1-1, понижающий трансформатор 220/127 В, реостат, вольтметр, миллиамперметр, магазин сопротивлений, лабораторная панель. Введение. Электронный осциллограф предна...
2773. Сложение электрических колебаний 374 KB
  Сложение электрических колебаний Приборы и принадлежности: лабораторная панель с генератором фиксированных частот, магазином сопротивлений Р-33 и реактивной нагрузкой, генератор Г3-120, фазометр Ф2-1, осциллограф С1-94. Осциллографический метод...
2774. Затухающие электрические колебания в колебательном контуре 181.5 KB
  Затухающие электрические колебания в колебательном контуре Приборы и принадлежности: лабораторная панель «Затухающие колебания», источник постоянного тока, осциллограф, магазин сопротивлений. Введение. Замкнутая электрическая цепь, состоящая ...
2775. Исследование и применение зеркального гальванометра 236 KB
  Исследование и применение зеркального гальванометра Приборы и принадлежности: гальванометр М17, лабораторная панель, длинный соленоид, катушка на вращающейся подставке. Введение. Гальванометр – это электроизмерительный прибор высокой чувствител...
2776. Измерение индукции магнитного поля электромагнита 57 KB
  Измерение индукции магнитного поля электромагнита Приборы и принадлежности: электромагнит, весы Ампера, разновес, два стабилизированных источника постоянного тока. Введение. Согласно закону Ампера на элемент тока  в магнитном поле действует сил...
2777. Изучение эффекта холла в полупроводниках 138.5 KB
  Изучение эффекта холла в полупроводниках Приборы и принадлежности: датчик Холла, электромагнит, два источника питания постоянного тока, милливеберметр, миллиамперметр, цифровой вольтметр. Введение. Одним из наиболее интересных гальваномагнитных явле...