Курсовая работа (т): Расчет асинхронного электродвигателя

Расчет асинхронного электродвигателя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«СЫЗРАНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Курсовая Работа

на тему: «Расчет асинхронного электродвигателя»

Выполнил студент:

Афанасьев Р.С.

Содержание

Введение

. Выбор главных размеров электродвигателя

.Расчёт зубцовой зоны статора и воздушного зазора

. Расчет ротора

. Расчет магнитной цепи

5. Параметры рабочего режима

6. Расчет потерь

. Расчет рабочих характеристик

. Расчет пусковых характеристик

. Тепловой расчет

Список используемой литературы

Введение

Электрическая машина (ЭМ) - электромеханический преобразователь электрической энергии в механическую энергию и обратно, имеющий техническое применение. Особенности асинхронной машины заключены в принципе работы, который основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с наведенными в обмотке ротора токами.

Электрическая энергия имеет большое преимущество перед другими видами энергии: ее можно передавать на большие расстояния, удобно распределять между потребителями, сравнительно просто и с высоким коэффициентом полезного действия преобразовывать в другие виды энергии. Процессом преобразования электрической энергии легко управлять и при этом автоматически получать необходимые характеристики преобразованной энергии.

Около 70% всей электрической энергии на месте потребления преобразуется в механическую энергию с помощью электродвигателей.

На первом этапе развития электропривода его основу составляли коллекторные электродвигатели постоянного тока. Однако с начала девяностых годов позапрошлого столетия в промышленности широко применяется изобретенный М.О. Доливо-Добровольским трехфазный асинхронный бесколлекторный двигатель.

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточные меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5% затрат из обслуживания всего оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономике материалов и трудовых ресурсов.

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.

Темой проекта является расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором.

Целью данной работы является формирование и закрепление комплекса знаний по расчету и эксплуатации наиболее распространенных асинхронных двигателей и схем управления ими, а также воспитание и развитие навыков самостоятельной работы и самостоятельного принятия решений.

двигатель асинхронный электродвигатель ток

1.     
Выбор главных размеров

. Высота оси вращения (предварительно) h = 0,18 м. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 180 мм; D_a = 0,322 м.

. Внутренний диаметр статора

= k_D D_a (1)

= 0,68 • 0,322 = 0,219 м.

. Полюсное деление

τ = π D/(2p) (2)

τ = π 0,279/3 = 0,172 м.

. Расчетная мощность

P' = mIE = P₂ (3)

P' =  = 23 100 ВА

. Электромагнитные нагрузки.

А = 36 • 10³ А/м; В_δ = 0,77 Тл

. Обмоточный коэффициент (предварительно для однослойной обмотки) k_об1 = 0,95.

. Расчетная длина магнитопровода

 (4)

= = 0,11 м.

(Ω = 2nf / p = 2n • 50/2 = 157 рад/с].

. Отношение λ = l_δ /τ = 0,11/0,172 = 0,639. Значение λ = 0,639 находится в допустимых пределах

Определение Z₁, w₁ и площади поперечного сечения провода обмотки статора

. Предельные значения t_z1: t_z1max = 16 мм; t_z1min = 12 мм.

. Число пазов статора

Z_1min =  (5)

Z_1min=

Z_2max =  (6)

Z_2max

Принимаем Z₁ = 48, тогда q₁ = Z₁/(2pm) =48/(4 • 3) = 4. Обмотка однослойная.

. Зубцовое деление статора (окончательно)

 (7)

м

. Число эффективных проводников в пазу [предварительно, при условии а = 1]

 (8)

 (9)

А

. Принимаем а = 1, u_п = а u'_п = 25 проводников.

. Окончательные значения:

число витков в фазе

 (10)

линейная нагрузка

 (11)

 А/м

магнитный поток

Ф =  (12)

Ф = = 8,710^-3 Вб

(для однослойной обмотки с q = 3,15 k_об1 = k_p1 = 0,958; для D_a = 0,322 м k_E = 0,975); индукция в воздушном зазоре

В_δ =  (13)

В_δ  Тл

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах.

. Плотность тока в обмотке статора (предварительно).

 (14)

 А/м²

(AJ₁ = 18310⁹).

. Площадь поперечного сечения эффективного проводника (предварительно), а = 1.

 (15)

.Сечение эффективного проводника (окончательно): принимаем n_эл = 3, тогда q_эл = q_эф/n_эф = 4,1/3 = 1,32 мм². Принимаем обмоточный провод марки ПЭТМ (см. приложение Б), d_из = 1,32 мм, q_эл = 1,368 мм², q_э.ср =n_эл q_эл=5,3 мм².

. Плотность тока в обмотке статора (окончательно)

 (16)

 А/мм²

2.      Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Принимаем предварительно В_z1 = 1,9 Тл; В_а = 1,6 Тл,

b_Z1 =  (17)

b_Z1= = 5,6•10^-3 м = 5,6 мм

(для оксидированной стали марки 2013 k_c = 0,97);

 (18)

Размеры паза в штампе: b_ш = 3,7 мм; h_ш = 1 мм; 45°;

 (19)

 (20)

=мм

 (21)

 (22)

Паз статора показан на рисунке 1

Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку:

b'₁ = b₁ - Δ b_п (23)

b'₁ = 9,2 - 0,2 = 9,0 мм

b'₂ = b₂ - Δ b_п (24)

b'₂ = 12,1- 0,2 = 11,9 мм

b'_п.к = h_п.к - Δh (25)

b'_п.к = 22,3 - 0,2 = 22,1мм.

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки

 (26)

Площадь поперечного сечения прокладок S_пр = 0; площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:

S_из = b_из(2h_п + b₁ + b₂) (27)

S_из = 0,4(2•26,1 + 9,2 + 12,1) = 29,4 мм²,

гдe односторонняя толщина изоляции в пазу b_из = 0,4 мм].

Коэффициент заполнения паза:

 (28)

Полученное значение k_з допустимо для механизированной укладки обмотки.

3.      Расчет ротора

Воздушный зазор δ = 0,7 мм.

Число пазов ротора Z₂ = 38.

Внешний диаметр ротора

D₂ = D - 2δ (29)

D₂ = 0,219 - 2 • 0,7 • 10^-3 = 0,218 м.

Длина магнитопровода ротора l₂ = l₁ = 0,11 м.

Зубцовое деление ротора

t_z2 = πD₂/Z₂ (30)

t_z2=π 0,219/38 = 0,018 м = 18 мм.

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал;

D_j = D_B = k_BD_a  (31)

D_j = 0,23•0,322 = 0,0741 м ≈ 70 мм

Ток в обмотке ротора

I₂ = k_i I₁ v_i (32)

I₂= 0,904 • 20,8 • 30,25 = 568,8 А,

где по k_i = 0,2 + 0,8 cos φ

k_i = 0,2 + 0,8 • 0,88 = 0,904;

 (33)

(пазы ротора выполняем без скоса - k_ск = 1)

Площадь поперечного сечения стержня (предварительно)

_п = I₂/J₂ = 5688/(25 • 10⁶)

_п = 227 • 10 ^-6 м² = 227 мм²

(плотность тока в стержне литой клетки принимаем J₂ = 25 • 10⁶ А/м²).

Паз ротора определяем. Принимаем b_ш = 1,5 мм; h_ш = 0,7 мм; h'_Ш = 0,3 мм.

Допустимая ширина зубца

 (34)

(принимаем В_Z2 = 1,8).

Размеры паза:

 (35)

 (36)

 (37)

Уточняем ширину зубцов ротора по формулам:

 (38)

 (39)

Принимаем b₁=9,6; b₂ = 5,1мм; h₁ = 33,74 мм.

Полная высота паза

 (40)

Площадь поперечного сечения стержня

_c =  (41)

_c

Плотность тока в стержне

J₂ = I₂/q_с (42)

J₂= 568/246 • 10 ^-6 = 2,3 • 10⁶ А/м.

Короткозамыкающие кольца. Площадь поперечного сечения кольца

 (43)

 (44)

 (45)

Размеры короткозамыкающих колец:

h_кл = 1,25 h_п2 = 1,25•42 = 52,5 мм;

b_кл = q_кл / h_кл (46)

b_кл = 885/52,5 = 16,8 мм;

q_кл = h_кл / b_кл (47)

q_кл = 52,5 • 16,8 = 573 мм²;

D_к.ср = D₂ - h_кл (48)

D_к.ср = 218 - 52,5 = 166 мм.

4.      Расчет магнитной цепи

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

Магнитное напряжение воздушного зазора

F_δ =В_δδk_δ (49)

_δ =  (50)

_{δ δ} = 1,59 10⁶0,814 1,150,5*10^-3 = 1042 А ,

 (51)

Магнитное напряжение зубцовой зоны статора

_Z1 = 1h_z1H_z1 (52)

F_Z1= 2 • 26,1 • 10^-3 • 2070 = 94,4 А,

где h_Z1 = H_п1 = 26,1 мм;

расчетная индукция в зубцах

 (53)

B_Z1 = 1,9 Тл

Принимаем B_z1 = 1,9 Тл, проверяем соотношение B_Z1 и B'_z1:

,9 = 1,91 - 1,256 • 10^-6 • 2070 • 1,35 = 1,9,

где для B_z1 = 1,9 Тл H_Z1 = 2070 А/м.

Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора

F_Z2 = 2h_z2 H_z2 (54)

F_Z2= 2 • 0,041 • 622 = 51,0 А

_z2 = h_П2 - 0,1 b₂ =29 (55)

индукция в зубце

 (56)

для В_Z2 = 1,43 Тл находим Н_Z2 = 622 А/м

Коэффициент насыщения зубцовой зоны

 (57)

Магнитное напряжение ярма статора

= L_аН_a (58)

= 0,233  750 = 175 А,

 (59)

 (60)

(при отсутствии радиальных вентиляционных каналов в статоре h'_a = h_а = 25,4 • 10^-3 м), для В_а = 1,6 Тл ,Н_а = 520 А/м.

Магнитное напряжение ярма ротора

_j = L_j H_j (61)

_j = 82,1 • 10^-3 • 253 = 20,8 А.

 (62)