Проектирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Федеральное агентство образования  и науки Российской Федерации 

Южно-Уральский государственный  университет

Кафедра электромеханики  и электромеханических систем

"ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО  ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ  РОТОРОМ"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине "Конструкции, расчет, проектирование, потребительнские свойства электромагнитных устройств и электромеханических преобразователей: Математическое и физическое моделирование в электромеханике"

ЮУрГУ 140601.2011.472.7 ПЗ КР

Руководитель, доцент кафедры  ЭМЭМС

С.А. Ганджа

______________________________________

Автор проекта

Студент группы Э-472

И.Д. Бурлаков

______________________________________

 Челябинск, 2012г. 

 

Аннотация

В данной работе выполнен расчет геометрии ротора и  статора асинхронного двигателя, расчет магнитной цепи, определены параметры  рабочего режима, построены рабочие  и пусковые характеристики двигателя, а также произведен тепловой расчет.

Вся работа выполнена  в матетематическом пакете Mathcad. Это даёт ряд преимуществ: упрощен математический ручной расчет; автоматическая подстановка едениц измерения оптимизирует работу; показ формул "как есть" (без ячеек и сложного программного языка) позволяют быстро обнаружить ошибку; динамически изменяющиеся графики дают реальную картину функций. Проделан ряд мер для приближения оформления в MathCAD к ГОСТу.

Данный курсовой проект содержит 32 страницы печатного  текста, 4 таблицы, 3 рисунка.

Все ссылки на формулы,рисунки и таблицы в круглых скобках указывают на книгу "Проектирование электрических машин" под ред. И.П.Копылова: - М.: Энергоатомиздат, - 1980.  496с.

Дополнением к расчету служит анализ и сравнение  двигателя постоянного тока и  асинхронного двигателя с равными  мощностями 5,5 кВт.

 

Введение 

Курсовой  проект содержит проектирование трехфазного  асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в соответствии с базовым  учебным планом

Моделью для  проектирования является двигатель  серии 4А. Двигатель имеетминимальную стоимость и прост в изготовлении.

Серия охватывает диапазон мощностей  от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм, и, в основном, предназначены  для нормальных условий работы.

По своим  энергетическим, пусковым, механическим, виброшумовым, эксплуатационным характеристикам серия 4А удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к асинхронным двигателям, и соответствует современному уровню электромашиностроения.

РАСЧЕТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ  С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Студент: Макеев А.А.

группа: Э-472

специальность: 140601

Единицы измерения

Для облегчения расчета и автоматического проставления величин измерения в тех величинах, которые наиболее разумны, приведены  следующие переменные, определяющие конвертацию едениц измерения на латанице в кириллицу

 

Исходные данные

1. Выбор главных размеров

Определим переменные  из технического задания для работы в математическом пакете MathCAD

1. Определение внешнего  диаметр статора по табл 9.8:

-высота оси вращения

Тип двигателя: 4А112М4У3

-внешний диаметр статора

Высота оси вращения:

Мощность:

2. Расчет внутреннего диаметра  статора :

Напряжение:

=по таблице 6.7

(0,52...0,57)

КПД:

Коэффициент мощности:

Номинальная частота вращения:

Частота сети:

3. Полюсное деление:

Число фаз:

Остальные данные заданы ТЗ

2p=2, 2 полюса

4. Расчётная мощность по 6.8:

- по ТЗ

- по ТЗ

- по рис. 6.8

-отношение ЭДС обмотки статора  к номинальному напряжению.

5. Электромагнитные нагрузки  по рис 6.11а:

6. Обмоточный коэффициент:

7. Расчётная длина магнитопровода по 9.6:

 Синхронная угловая  частота двигателя.

 

8. Критерий правильности  выбора размеров

Определение Z1,W1 и  площадь поперечного сечения  провода обмотки статора.

9. Предельные значения tz1 по рис. 9.26:

- зубцовое деление статора АС двигателя с обмоткой из круглого провода.

10. Число пазов статора  по:

-матрица для построения  размеров статора

Принимаем

,тогда 

11. Зубцовое деление статора (окончательно):

12. Число эффективных проводников  в пазу (предварительно, при условии а=1):

Параллельные ветви в  обмотке отсутствуют, т.к. а=1.

Номинальный ток статора

13. Принимаем 

, тогда 

проводников

14. Окончательные значения:

Число витков в фазе по (9.20)

Линейная нагрузка по (9.21)

 

Магнитный поток по (9.22)

Индукция в воздушном  зазоре по (9.23)

Значения А и B находятся в допустимых значениях

15. Плотность тока в  обмотке статора (предварительно) по (9.25):

по рис. 9.27,а

16. Площадь поперечного  сечения эффективного проводника (предварительно)

17. Сечение эффективного  проводника (окончательно):

-число элементарных проводников  в одном эффективном пазу

Принимаем обмоточный провод марка ПЭТМ (см. приложение 3)

-среднее сечение эфф. проводника

18. Плотность тока в  обмотке статора (окончательно) по (9.27):

по (9.42)-(9.45)

 

2. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

Паз статора определяем по рис. 9.29,а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых  граней зубцов.

19. Принимаем предварительно  по табл. 9.12

(в пределах 1.6 - 1.9 Тл)

(в пределах 1.4 - 1.6 Тл)

-по табл. 9.13 для оксидированной  стали марки 2013

20. Размеры паза в штампе:

-ширина шлица

-по табл.9.16 (так как  обмотка механизированна.)

-высота шлица

по (9.38)

по (9.40)

по (9.39)

 

21. Размеры паза в свету  с учётом припуска на сборку:

Односторонняя толщина изоляции

-пленкосинкартон (класс нагревостойкости F)

Площадь поперечного сечения  прокладок

Площадь поперечного сечения  корпусной изоляции в пазу:

Площадь поперечного сечения  паза для размещения

проводников обмотки по (9.48):

22. Коэффициент заполнения  паза 

( 0,69...0,71 для 2p=2)

Полученное значение kz допустимо для механизированной укладки обмотки.

3. Расчет ротора.

23. Воздушный зазор по  рис. 9.31

Принимаем

 

25. Внешний диаметр ротора

26. Длина магнитопровода ротора

27. Зубцовое деление ротора

28. Внутренний диаметр  ротора равен диаметру вала,

       т.к. сердечник  ротора непосредственно насаживается  на вал; по (9.102):

-по табл. 9.19

29. Ток в обмотке ротора  по (9.57)

bck~~tz2

-скос пазов, мм

по (9.67)

(пазы ротора выполняем  без скоса  kск = 1)

30. Площадь поперечного  сечения стержня (предв.) по (9.68)

-плотность тока литой  клетки

(без скоса пазов при Z1=36 пазов  Z2=26, 34, 44, 46)

24. Число пазов ротора  по табл. 9.18

 

31. Определяем паз ротора  по рис 9.40, а. Принимаем:

 по табл. 9.12

(1,7...1,95 Тл)

Допустимая ширина зубца  по (9.75):

(2,5...3,5*10^6)

Размеры паза (см. рис. 9.40)

по (9.76)

 >4мм для качественной заливки

Принимаем

по (9.77)

 >2мм для качественной заливки

Принимаем

по (9.78)

32. Уточняем ширину зубцов  ротора по формулам табл. 9.20 (рис  9.40, а)

Принимаем :

Полная высота паза:

параллельность

пазов

соблюдается

 

33. Площадь поперечного  сечения стержня по (9.79)

Плотность тока в стержне

(не более 3,5*10⁶ А/м²)

34. Короткозамыкающие кольца (см. рис. 9.37, б)

Площадь поперечного сечения  кольца по (9.72)

Размеры колец:

4. Расчет магнитной цепи.

35. Магнитное напряжение  воздушного зазора по (9.103):

Коэффициент воздушного зазора (коэффициент Картера)

 

Для статора

(по 4.17)

Для ротора

(по 4.18)

Результирующий коэффициент  воздушного зазорв

(чем ближе к 1, тем лучше)

36. Магнитное напряжение  зубцовой зоны статора по (9.104)

см. п. 20 расчёта

по табл. 9.13

расчетная индукция в зубцах по (9.105):

Для

по табл. П1.7

37. Магнитное напряжение  зубцовой зоны ротора по (9.108)

при зубцах по рис. 9.40, б из табл. 9.20

индукция в зубце по (9.109):

Этот коэффициент показывает, насколько возрастает магнитное  напряжение зазора при зубчатой поверхности  статора или ротора по сравнению  с магнитным напряжением зазора между гладкими поверхностями.

 

Для 

по табл. П1.7

38. Коэффициент насыщения  зубцовой зоны по (9.115)

(1,2...1,5 -оптимально)

39. Магнитное напряжение  ярма статора по (9.116)

по (9.119):

по (9.117)

Для Bа=1.468 Тл по табл. П1.6

40. Магнитное напряжение  ярма ротора по (9.121)

Для Bj=1,179 Тл по табл. П1.6

41. Магнитное напряжение  на пару полюсов по (9.128):

 

42. Коэффициент насыщения  магнитной цепи по (9.129):

43. Намагничивающий ток  по (9.130):

Относительное значение по (9.131)

(0,2...0,3. Для маломощных двигателей до 0,5)

5. Параметры рабочего режима.

44. Активное сопротивление  обмотки статора по (9.132)

по табл 9.23

(для двухслойных обмоток)

по (9.138)

по (9.136)

по (9.135)

для класса нагревостойкости F расчётная температура

для медных проводников

Длина проводников обмотки  фазы по (9.134):

по табл 9.23

 

Относительное значение

45. Активное сопротивление  фазы обмотки ротора по (9.168)

для литой алюминиевой  обмотки ротора:

по (9.169)

по (9.170)

Приводим r2 к числу витков обмотки статора по (9.172), (9.173)

Относительное значение:

46. Индуктивное сопротивление  фазы обмотки статора по (9.174)

см. рис 9.50 и чертёж

(проводники закреплены

 пазовой крышкой)

(тип обмотки-двухслойная или однослойная)

по табл. 9.26 (рис 9.51, е)

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния

Длина вылета лобовой части  катушки по (9.140)

 

по (9.159)

для

и

по рис. 9.51 д

При полуоткрытых пазах статора  без учета скоса пазов

по (9.176)

по (9.174)

Относительное значение:

47. Индуктивное сопротивление  фазы обмотки ротора по (9.117):

(см. рис. 9.52, а)

-номинальный режим

Коэффициент пазового рассеяния  короткозамкнутого ротора

по табл. 9.27 (см. рис. 9.52, а,е)

по (9.178)

по рис. 9.51а

по (9.181)

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния

 

по (9.182)

Приводим x2 к числу витков обмотки статора по (9.172), (9.183)

Относительное значение:

6 . Расчёт потерь.

48. Потери в стали основные  по (9.187)

Вт/кг для стали 2013 по табл. 9.28

-масса стали ярма

-массат стали зубцов

-показатель степени перемагничивания

(1,3...1,5)

49. Поверхностные потери  в роторе и статоре

-коэффициенты, учытающие качество обработки поверхности (1,4...1,8)

потери в роторе по 9.194

по рис. 9.53

по (9.180)

 

потери в статоре по 9.193

по рис. 9.53