Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Петербургский государственный  университет путей сообщения

Кафедра «Электромеханические комплексы и системы»

УТВЕРЖДАЮ

	Зав. кафедрой В.В. Никитин

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на курсовой проект «РАСЧЕТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ  С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ»

Студент а     группы ЭТ-007

Иванова Ивана Ивановича

Номинальные данные проектируемого двигателя:

Номинальная мощность, снимаемая с  вала, 15000 Вт, частота вращения

поля статора, 1500 мин-1, номинальное напряжение , 220/380 В, частота

питающей сети, 50 Гц, количество фаз  статора – 3, класс нагревостойкости

изоляции – В, степень защиты IP44, способ монтажа IM1001, способ

охлаждения IC0141, режим работы S1

Перечень разделов, подлежащих выполнению:

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
		Электромагнитный расчет
		Тепловой и вентиляционный расчет
		Механический расчет вала
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
		1. Сборочный чертеж двигателя
		2. Сборочный чертеж узла -
		3. Чертеж детали -

Вся техническая документация должна удовлетворять требованиям ЕСКД и ЕСТПП

Срок сдачи законченного проекта 01   декабря    2008 г.

Задание принял_ к выполнению 15   сентября    2008 г

Студент_  _____________________(____________________)

Руководитель  _____________________(____________________)

 

РЕФЕРАТ

 

Иванов И.И. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Курс. проект. / ПГУПС, каф. ЭМКиС; рук. А.В. Колесова. – Санкт-Петербург, 2008.

Гр. ч. 1 л. ФА1,  2 л. ФА3, ПЗ     с., 6 рис., 4 табл., 4 источника, 2 прил.: специф.  3л.

РОТОР КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ, ОБМОТКА СТАТОРА ОДНОСЛОЙНАЯ ВСЫПНАЯ, ПАЗ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫЙ, ВЫТЕСНЕНИЕ ТОКА, НАСЫЩЕНИЕ.

 

Объектом исследования является асинхронный  трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором исполнения IP44, IC0141, IM1001.

Цель работы - проработка методик расчета двигателя  и конструкции, исследование рабочих и пусковых характеристик, механический расчет вала. Проработать расчеты в соответствии с выбранным аналогом 4A160S4.

Полученные  показатели при номинальном режиме рассчитанного асинхронного двигателя  близки к показателям аналога.

В пусковом режиме кратность пускового тока , кратность пускового момента , что находится в допустимых пределах и удовлетворяет ГОСТ 19523-74. Тепловой режим отвечает условиям  класса нагревостойкости изоляции В.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Асинхронные двигатели (АД) являются основными в электроприводах практически всех промышленных предприятий. Наиболее распространены двигатели на номинальные напряжения до 660 В. Обычно двигатели выпускаются сериями, что позволяет унифицировать отдельные узлы и детали и тем самым снизить затраты на изготовление.

Двигатели серии 4А выпускались в 80-х годах 20 века в массовом количестве и в настоящее время эксплуатируются практически на всех предприятиях России. Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм. Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модификаций и специализированные исполнения. Двигатели основного исполнения предназначены для нормальных условий работы и являются двигателями общего назначения. Это трехфазные АД с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц.

Позднее были созданы двигатели серий АИ и  АИР. Машины этих серий по качеству и энергетическим показателям находятся на уровне лучших двигателей, выпускаемых зарубежными фирмами, а по массогабаритным показателям во многих типоразмерах превосходят их.

Разработка новой серии АД (РА) началась в 1992 году. В нее были заложены решения, позволившие изготавливать двигатели для любых требований потребителя. Конструкция корпуса двигателей новой серии позволяет увеличить теплоотдачу при снижении массы машины, а также улучшить эстетичность ее формы. Технико-экономические показатели двигателей серии РА превосходят зарубежные.

 

1. Электромагнитный расчет

1. Выбор главных размеров

Число пар полюсов по (1)

   *)

где - частота напряжения сети;

n₁ –синхронная частота вращения, об/мин;

Высота оси вращения по рис.3 и таблице П.2.2, мм

h =160.

Наружный диаметр статора по таблице 3, м,

.

Внутренний диаметр статора по (2), м,

,

где -коэффициент, определяемый по таблице 4;

.

Полюсное деление по (3), м,

.

Расчетная мощность по (5), ВА,

где - номинальная мощность на валу двигателя, Вт;

- отношение  ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, по рис.4.

- коэффициент полезного действия  двигателя по рис.5,

- коэффициент мощности по рис.6,

Линейная нагрузка для двигателя со степенью защиты IP44 (предварительно) по рис.8, А/м,

А=28000.

Индукция в воздушном зазоре двигателя со степенью защиты IP44 по рис.8, Тл,

_ ._______________________

*⁾ Расчет двигателя по /1/

Обмоточный коэффициент для  однослойной обмотки (предварительно) 

Синхронная угловая скорость двигателя, рад/с,

.

Коэффициент формы поля

.

Расчетная длина воздушного зазора по (5), м,

,

где - расчетный коэффициент полюсной дуги;

Так как  мм, то радиальные вентиляционные каналы не выполняются и длина сердечника статора равна расчетной длине воздушного зазора . Так как мм, то длина сердечника ротора равна величине .

Критерий правильности выбора главных  размеров по (7)

Значение  находится в рекомендованных пределах.

2. Определение и сечение провода обмотки статора

Число пазов статора (минимальное) по (8),

где - зубцовое деление статора АД со всыпной обмоткой (максимальное), по рис.12, м,

.

Число пазов статора (максимальное) по (8)

где - зубцовое деление статора АД со всыпной обмоткой (минимальное), по рис.12, м,

В соответствии с рекомендациями ПРИЛОЖЕНИЯ 1 принимается .

Число пазов на полюс и фазу по (9)

где m - число фаз;

Так как высота оси вращения не больше 160 мм, в двигателе может  использоваться однослойная обмотка без укорочения шага ( ). Схема обмотки приводится на рисунке 1.1.

Зубцовое деление статора в соответствии с (8) и (9), м,

 

Число эффективных проводников  в пазу для а=1 по (10)

где - номинальный ток обмотки статора по (11), А,

Принимается а=1, тогда по (12)

Принимается u_п = 11.

Окончательное число витков в фазе обмотки по (13)

Окончательное значение линейной нагрузки по (14), А/м,

Значение обмоточного коэффициента по (П.1.13), с учетом отсутствия скоса пазов ( )

,

где - коэффициент распределения по (П.1.15)

- коэффициент укорочения по (П.1.14)

,

 где  - шаг укорочения для однослойной обмотки;

.

Магнитный поток по (15), Вб,

Индукция в воздушном зазоре окончательно по (16), Тл,

Сечение эффективных проводников по (17), м²,

 

где - плотность тока в обмотке статора, по таблице 5, для изоляции класса нагревостойкости В принимается А/мм².

Сечение эффективного проводника более 2,5 мм², поэтому эффективный проводник разбивается на элементарные количество элементарных проводников .

Сечение элементарного проводника по (18), м²,

где - число элементарных проводников;

для обмотки статора выбирается обмоточный провод ПЭТВ, размеры голого и изолированного провода по таблице П.3.1

; ;

; .

Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по (17), А/м²,

Плотность тока в обмотке статора  находится в рекомендуемых пределах

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора для проектируемого двигателя следует выбрать трапециидальной формы в соответствии с рис.13,а.

Предварительное значение индукции в зубце по таблице 5, Тл,

.

Предварительное значение индукции в ярме статора по таблице 5, Тл,

.

Ширина зубца статора по (20), м,

где - коэффициент заполнения сталью магнитопровода,

Высота ярма статора по (19), м,

Высота шлица паза, мм,

.

Ширина шлица паза по таблице 6, мм,

.

Высота паза в штампе по (21), м,

Наибольшая ширина паза по (22), м,

Меньшая ширина паза по (23) с учетом того, что угол наклона клиновой части , см. рис.13, м,

Высота клиновой части паза, по (25), м,

,

Размеры паза в «свету» с учетом припуска на сборку по (26,а, б, в), м,

,

,

Высота паза в «свету» без клиновой части по (27) с учетом (25), м,

Площадь корпусной изоляции по (29), м²,

где - односторонняя толщина изоляции по стенкам паза, см. таблицу 8, мм;

.

Так как обмотка однослойная, то площадь прокладок на дне паза и между слоями обмотки равна нулю .

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников по (31) с учетом (28), м²,

Коэффициент заполнения паза по (32),

Значение  находится в рекомендованных пределах (0,68…0,73).

Эскиз паза статора приводится на рисунке 1.2. Спецификация паза – в таблице 1.1.

4. Расчет ротора

Внешний диаметр ротора по (41), м,

где - воздушный зазор по (40, б), м,

,

,

величину  следует округлить до стандартного значения, с учетом допуска на люфт подшипников и технологических допусков, мм,

Зубцовое деление по (47), м,

где - число пазов ротора, по таблице 14 ,

 

Внутренний диаметр ротора равен  диаметру вала, так как сердечник  непосредственно насажен на вал по (68) , м,

где - коэффициент для расчета диаметра вала по, таблице (15),

Ток в стержне ротора по (42), А,

Рисунок 1.2 Эскиз паза статора «в свету»

Таблица 1.1 - Спецификация паза

Позиция	Наименование	Число слоев	Одност. толщина, мм
1	Имидофлекс	1	0,5
2	Имидофлекс	1	0,4
3	ПЭТВ

 

где - коэффициент влияния тока намагничивания и сопротивления обмоток на отношение по (43),

,

,

- коэффициент привидения тока по (44),

Для короткозамкнутого ротора выбирается литая алюминиевая обмотка без скоса пазов, пазы ротора закрытые (см. рис. 16,б)

Площадь поперечного сечения стержня по (45), м²,

где - плотность тока в стержне ротора, А/м²;

Допустимая ширина зубца по (46), м,

где - допустимая индукция в зубцах ротора по таблице 5,

 Тл,

Высота шлица паза, мм,

.

Высота перемычки над пазом, мм,