Курсовая работа (т): Электродвигатель трехфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором

Электродвигатель трехфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ)

Факультет Автоматики и Электромеханики

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Теория преобразования энергии в электромеханических системах»

Тема: «Электродвигатель трёхфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором»

Разработал студент Савушкин А.В.

Руководитель Королёв Н.И.

Задание на курсовой проект по дисциплине «Теория преобразования энергии в электромеханических системах»

Тема проекта: «Электродвигатель трёхфазный асинхронный с короткозамкнутым ротором»

Технические условия:

Номинальная мощность Р_н=23,0 кВт.

Номинальное напряжение U_н=220/380 В.

Число полюсов 2p=4.

Конструктивное исполнение и способ монтажа 1М1001.

Исполнение по степени защиты IP 44.

Режим работы - продолжительный.

Рекомендованная высота оси вращения вала h=180 мм.

Содержание и объем проекта (графические работы, расчеты и прочее): общий вид (продольный и поперечный разрез), пояснительная записка должна содержать электромагнитный расчёт. Эскизы: пазы статора и ротора без заполнения; схема обмотки статора (со звездой пазовых ЭДС); рабочие и пусковые характеристики.

Введение

Электротехническая промышленность - ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках, поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет качество продукции других отраслей промышленности.

Электрические машины в общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому эксплуатационные свойства новых электрических машин имеют важное значение для экономики нашей страны.

Проектирование электрических машин - это искусство, соединяющее знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умением применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

При проектировании электрической машины рассчитываются размеры статора и ротора, выбираются типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы и рассчитаны, чтобы при изготовлении машины трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала наилучшими энергетическими показателями. При этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

При проектировании необходимо учитывать соответствие технико-экономических показателей машин современному мировому уровню. Проектирование электрических машин производится с учетом требований государственных и отраслевых стандартов. При проектировании электрических машин приходится учитывать назначение и условия эксплуатации, стоимость активных и конструктивных материалов, КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную чистоту. Проектирование электрических машин (их расчет и конструирование) неотделимы от технологии их изготовления. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоемкости.

В настоящее время редко проектируется индивидуальная машина, а проектируются и выпускаются серии электрических машин. На базе серий выполняются различные модификации машин, что накладывает определенные требования на выполнение проекта новой электрической машины.

Резко возрастающая энерговооруженность промышленности требовала большее число всевозможных модификаций двигателей, спoсoбных работать в различных специфических для данной отрасли условиях. Число таких модификаций в старых сериях было явно недостаточно.

Все это привело к необходимости создания единой для всей страны серии асинхронных машин, объединенных общими конструктивными решениями, общей технологией, с широкой унификацией различных узлов и деталей и основанной на единых шкалах мощностей, габаритных, присоединительных и установочных размеров.

Машины исполнения IP44 выполнены защищенными от возможности соприкосновения инструментов, проволоки или других подобных предметов с токоведущими частями. Машина так же защищена от попадания внутрь корпуса водяных брызг любого направления. Такие машины называют также закрытыми.

Описание конструкции

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей неподвижной и вращающейся. Неподвижная часть машины называется статором, а вращающаяся часть ротором. Обращенные друг к другу цилиндрические поверхности статора и ротора имеют пазы, в которых помещаются проводники обмоток.

Название асинхронных машин обусловлено тем, что ротор вращается несинхронно по отношению к вращающемуся магнитному полю машины.

Работа асинхронного двигателя основа на принципе электромагнитного взаимодействия между вращающимся магнитным полем машины и токами, наводимыми в обмотке ротора при пересечении её проводников вращающимся полем.

Обмотка статора асинхронной машины при питании ее трехфазным током создаёт вращающееся магнитное поле. Это поле при своем вращении, если ротор неподвижен, индуктирует в проводниках обмотки ротора электродвижущие силы. Если обмотка замкнута, то в ней возникают токи, которые создают свое вращающееся магнитное поле, Магнитные поля статора и ротора вращаются синхронно и образуют общий вращающийся магнитный поток двигателя. В данном случае можно предполагать, что электродвижущая сила в обмотке ротора, индуктируется общим потоком. В результате взаимодействия токов ротора с потоком машины возникают действующие на проводники ротора механические силы и вращающий электромагнитный момент, который стремится повернуть ротор в направлении вращения поля.

Частота вращения ротора должна быть меньше частоты вращения поля, так как при их равенстве отсутствует электромагнитное взаимодействие между статором и ротором и электродвижущие силы в проводниках обмотки ротора не индуктируются. Поэтому в асинхронных двигателях ротор вращается с некоторым отставанием относительно поля машины.

Части электрической машины, непосредственно предназначенные для энергопреобразования процесса, называются активными частями. К ним относятся магнитопроводы и проводники обмоток статора и ротора. Все остальные детали и узлы электрической машины называются конструктивными частями.

Электрические машины по степени защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями и защиты самой машины от попадания внутрь твердых предметов выполняются согласно установленным требованиям. В данном курсовом проекте степень защиты машины IP 44, это означает, что машина защищена от попадания механических изделий размером больше миллиметра и от брызг в любом направлении.

Статор двигателя состоит и магнитопровода, набранного в виде пакета из изолированных пластин электротехнической стали, трехфазной обмотки и станины. Пластины пакета штампуются из листовой стали толщиной 0,5 миллиметров и изолируется с обеих сторон лаком. В спрессованном состоянии пакет пластин удерживается с помощью скоб.

Трехфазная обмотка выполняется однослойной из медных проводников круглого сечения. Витки катушек обмоток укладываются в изолированные пазы пакета магнитопровода. Обмотка закрепляется в пазах с помощью клиньев из изолированного материала. Концы обмотки с помощью выводной коробки присоединяются к сети переменного тока. Станина двигателя выполняет только конструктивные функции, фиксируя пакет магнитопровода в определенном положении. Станина отливается из алюминиевых сплавов. Ротор двигателя состоит из магнитопровода, в пазах которого размещается короткозамкнутая обмотка, вала и вентилятора. Магнитопровод ротора набирается в виде пакета, из кольцевых листов электротехнической стали толщиной 0,5 миллиметров. В полузакрытые пазы пакета заливаются алюминиевые стержни обмотки, замыкающиеся накоротко с двух сторон торцевыми кольцами. Заодно с короткозамыкающими кольцами отливаются вентиляционные лопатки, которые отводят теплоту от колец и стержней. Вал ротора, изготавливается из стали марки 45, опирается на подшипники качения, которые с помощью подшипниковых крышек и подшипниковых щитов сопрягаются со станиной. Воздушный зазор между магнитопроводами статора и ротора в двигателе составляет 0,4 миллиметра, поэтому вал должен обладать достаточной прочностью, а механическая обработка конструктивных частей производится с высокой точностью

Внешний обдув двигателя создается вентилятором. Подъем двигателя при монтаже производится с помощью рым-болта.

Электромагнитный расчет. Выбор главных размеров

Частота вращения:

     (1)

По высоте оси вращения h=180 мм выбираем наружный диаметр статора D_a=0.313 м

Внутренний диаметр статора:

(2)

где K_D=0,64 - коэффициент, характеризующий отношения внутреннего и наружного диаметров сердечника статоров асинхронных двигателей серии 4А.

Полюсное деление:

   (3)

Расчетная мощность:

                  (4)

где k_E=0,977 - коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

η=0,9 - КПД;j = 0,9 - коэффициент мощности.

Электромагнитные нагрузки (предварительно):

линейная нагрузка А=35000 А/м;

индукция в воздушном зазоре В_d = 0,77 Тл.

Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки: k_об1=0,91.

Расчетная длина воздушного зазора:

        (5)

где k_Е = 1,11 - коэффициент формы поля;

Ω- синхронная угловая скорость ротора:

         (6)

Для проверки правильности выбора главных размеров определим отношение

(7)

Полученное значение l находится в рекомендуемых пределах

Определение числа пазов статора и сечения провода обмотки статора

Предельные значения зубцового деления статора:

Число пазов статора:

         (8)

          (9)

Число пазов статора должно быть кратно числу фаз, и число катушечных групп q должно быть целым. Следовательно принимаем ;

Число катушечных групп:

       (10)

где m = 3 - число фаз обмотки статора.

Обмотка двухслойная

Зубцовое деление статора (окончательно):

  (11)

Номинальный ток обмотки статора

         (12)

Принимаем предварительно число пар параллельных ветвей обмотки а = 1. Тогда предварительное число эффективных проводников в пазу

  (13)

.                                            (14)

Окончательно принимаем: un=11

Число витков в фазе обмотки статора

    (15)

Уточняем значение линейной нагрузки

                 (16)

Значение потока

(17)

где   

Индукция в воздушном зазоре

(18)

Значения A и Bδ находятся в допустимых пределах.

Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

                   (19)

где (AJ₁) = 190×10⁹ А²/м³ - произведение линейной нагрузки и плотности тока в обмотке статора,

                 (20)

Сечение эффективного проводника:

,                                                                              (21)

где a = 1 - число параллельных ветвей   

nэл - число элементарных проводников

(22)

Выбираем диаметр и площадь поперечного сечения круглого медного эмалированного обмоточного провода марки ПЭТВ:

диаметр неизолированного провода:

диаметр изолированного провода:

сечение провода:

Уточняем плотность тока в обмотке статора (окончательно):

       (23)

Схема обмотки статора представлена на рисунке 2.

Окончательно: обмотка двухслойная. Количество пазов 48, число катушек в катушечной группе равно 4.

Рис.1 Векторная звезда пазовых ЭДС.

.

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Принимаем предварительно индукцию в зубцах статора:  индукцию в ярме статора: тогда:

       (24)

где k_c=0,97 - коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора и ротора проектируемого двигателя.

Высота ярма статора

                                                   (25)