Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Проектування асинхронного двигуна
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Електронні машини систем автоматики
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Зміст
Вступ 5
1 Визначення головних розмірів двигуна 6
2 Розрахунок обмотка 9
2.1 Обмотка статора 9
2.2 Обмотка короткозамкненого ротора 16
3 Розрахунок магнітного кола 19
3.2 Розрахунок МРС ділянок магнітного кола 19
3.2.1 МРС повітряного зазору 19
3.2.2 МРС зубців статора 20
3.2.3 МРС зубців ротора 20
3.2.4 МРС спинки статора 20
3.2.5 МРС спинки ротора 21
3.2.6 Параметри магнітного кола 21
4 Активні та реактивні опори обмоток 23
4.1 Опір обмотки статора 23
4.2 Опір обмотки ротора 26
4.3 Параметри Г – подібної схеми заміщення 30
5 Режим холостого ходу і номінального навантаження 32
5.1 Режим холостого ходу 32
5.2 Режим номінального навантаження 34
5.3 Розрахунок робочих характеристик 40
6 Розрахунок пускового струму, пускового і максимального моментів 40
6.1 Параметри обмоток ротора з врахуванням струмувитіснення 41
6.2 Параметри обмоток з урахуванням витіснення струму і насичення сталі зубців. 43
6.3 Пусковий струм і пусковий момент 46
6.4 Максимальний момент 50
7 Тепловий і вентиляційний розрахунки 50
7.1 Тепловий розрахунок 50
7.2 Вентиляційний розрахунок 54
8 Маса двигуна та динамічний момент інерції 51
9 Порівняння основних технічних показників 53
10 Конструкція асинхронного двигуна 54
Висновки 55
Література 56
Додаток А Технічне завдання………………………………...64
Вступ
Потреба в електричних машинах виникла дуже давно і має дуже глибоке коріння. Людство схилилось до найперспективніших машин, які здатні створювати обертовий рух – електричних машин, адже електрична енергія є такою, яку найпростіше передати на відстань перетворити за тими чи іншими параметрами та у інші види енергії. Саме тому побудова електричних машин має довгу історію, починаючи від найпростіших моделей, створених півтора сторіччя тому назад на основі наукових праць про електромагнітну індукцію М.Фарадея, до сучасних електродвигунів і генераторів.
На протязі кількох останніх десятиріч принципи будови електричних машин залишились в основному тими ж, однак корінним образом змінились їх конструктивне оформлення, робочі характеристики і техніко – економічні показники.
У даному курсовому проекті ми будемо розраховувати і конструювати трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором. А також будемо креслити асинхронний двигун у двох проекціях та схему його обмотки.
1 Визначення головних розмірів двигуна
Виходячи з вихідних даних визначаємо[1]:
– кількість пар полюсів:
(1.1)
– кількість полюсів:
На початку розрахунку приймають зовнішній діаметр сердечника статора DH1 рівним його максимально допустимому значенню DH1max,тобто
, (1.2)
Для визначення внутрішнього діаметра D1 потрібно скористатися залежністю D1=f(DH1):
(1.3)
Розрахункова (внутрішня) потужність асинхронного двигуна:
(1.4)
де kн – коефіцієнт навантаження (kн = 0,921);
( – коефіцієнт корисної дії (( = 0.74);
– коефіцієнт потужності ( = 0,65),
Значення лінійного навантаження:
(1.5)
де k1, k2, k3 – значення поправочних коефіцієнтів (k1=1.1 k2=0.96 k3=0.86);
А1 – значення лінійного навантаження (А11=248),
Індукція в повітряному зазорі:
(1.6)
де – індукція в повітряному зазорі (=0.8),
Розрахункова довжина сердечника статора:
(1.7)
де kоб1 – значення обмотувального елемента (kоб1=0.79),
Приймаємо (з урахуванням заокруглення): l1 = 115 мм.
Знаходимо відношення:
(1.8)
Гранично допустиме значення :
(1.9)
Гранично допустиме значення:
(1.10)
де k4 – значення поправочного коефіцієнта (k4=1.1),
Умова виконується.
Кількість пазів сердечника статора:
(1.11)
де q1 –кількість пазів на полюс і фазу (q1=6),
Зовнішній діаметр сердечника ротора:
(1.12)
де - повітряний зазор між статором і ротором (=0.3 мм),
Внутрішній діаметр листів ротора:
(1.13)
Приймаємо (з урахуванням заокруглення): D21=40 мм.
Оскільки h<250 мм, приймаємо: l2=l1.
2 Розрахунок обмотки
2.1 Обмотка статора
Кут зсуву між сусідніми пазами:
(2.1)
Коефіцієнт розподілу:
(2.2)
Укорочений крок:
(2.3)
Полюсне ділення:
(2.4)
Приймаємо:
(2.5)
Коефіцієнт укорочення кроку:
Обмотувальний коефіцієнт:
(2.6)
Попереднє значеня магнітного потоку:
(2.7)
Попередня кількість витків у фазі:
(2.8)
Попередня кількість ефективних провідників у пазу:
(2.9)
де а1 – кількість паралельних віток у фазі обмотки статора (а1=1 шт),
Приймаємо: Nn1d=35 шт.
Уточнені значення:
(2.10)
(2.11)
(2.12)
Попереднє значення номінального фазного струму:
(2.13)
Уточнене лінійне навантаження:
(2.14)
Перевірка: % похибка менше 10%.
Зубцеве (пазове) ділення по внутрішньому діаметрі:
(2.15)
Форма пазів і типи обмоток статора: трапецеїдальні напівзакриті, одношарова всипна концентрична.
Ширина зубця:
(2.16)
де kc –коефіцієнт заповнення сталі (kc=0.97);
Bз1 –середнє значення магнітної індукції у зубцях статора (Bз1=1.75Тл),
Висота спинки статора:
(2.17)
де Bc1 – середнє значення магнітної індукції у спинці статора (Bc1=1.3 Тл.),
Висота паза:
(2.18)
Більша ширина паза:
(2.19)
Ширина шліца:
(2.20)
Менша ширина паза:
(2.21)
де hш1 – висота шліца (hш1=0.5 мм),
Перевірка:
(2.22)
Умова виконується.
Площа поперечного перерізу паза в штампі:
(2.23)
Площа поперечного перерізу паза у світлі:
(2.24)
де bc,hc – пропуски на збір сердечників статора і ротора двигунів через
заміщення листів (bc=0.1, hc=0.1 мм),
Площа поперечного перерізу корпусної ізоляції:
(2.25)
де bil – середнє значення односторонньої товщини корпусної ізоляції (bil=0.25 мм),
Площа поперечного перерізу прокладок:
(2.26)
Площа поперечного перерізу паза, що занята обмоткою:
(2.27)
Діаметр елементарного ізольованого проводу:
(2.28)
де kn – заповнення паза обмоткою (kn=0.75)
с1 – поправочний коефіціэнт (с1=1),
Приймаємо (з урахуванням заокруглення): стандартний діаметр ізольованого проводу d’=0.925, діаметр неізольованого проводу d=0.86 і його переріз S=0.581.
Уточнене значення коефіцієнта заповнення паза обмоткою:
(2.31)
де d’. – діаметр неізольовоного проводу (d’ = 0.925 мм),
Уточнене значення ширини шліца:
(2.32)
Оскільки , приймаємо ,
Густина струму в обмотці статора:
(2.33)
де S – переріз неізольованого проводу (S=0.581),
Питоме теплове навантаження статора:
(2.34)
Перевірка: Умова виконується.
де - допустиме значення питомого теплового навантаження статора.(=2050 А2/см*мм2)
При ізоляції класів В і Н отримане А1д(1н_доп множать на 0,75, а отримане значення ще додатково множать на коефіцієнт k5 (k5 =1)
(2.35)
Середнє зубцеве ділення статора:
(2.36)
Середня ширина котушки:
(2.37)
Середня довжина лобової частини котушки:
(2.38)
Середня довжина витка:
(2.39)
Довжина вильоту лобової частини:
(2.40)
2.2 Обмотка короткозамкненого ротора
Стрижні короткозамкненої обмотки напівзакритого типу[2]:
Висота спинки ротора:
(2.41)
де hn2 –висота паза (hn2=21 мм.),
Магнітна індукція в спинці ротора:
(2.42)
Зубцеве ділення по зовнішньому діаметрі ротора:
(2.43)
де z2 – кількість пазів сердечника ротора (z2=48 шт),
Ширина зубця:
(2.44)
де B32 –попереднє значення індукції в зубцях ротора (B32=1.3 Тл),
Менший радіус паза:
(2.45)
Перевірка: Умова виконується.
Більший радіус паза:
(2.46)
де: hш2,hм2,bш2 – приймаємо (hш2=0.7, hм2=0,0 bш2=1.5 мм),
Відстань між центрами радіусів:
(2.47)
Перевірка:
Умова виконується
Площа поперечного перерізу стрижня:
(2.48)
Приймаємо:
Поперечний переріз кільця:
(2.49)
Висота кільця:
(2.50)
Довжина кільця:
(2.51)
Середній діаметр кільця:
(2.52)
Виліт лобової частини обмотки:
(2.53)
де kл – коефіцієнт що враховує згин стержня (kл=0.9);
lл2 – довжина лобової частини стержня (Lл2=50 мм),
3 Розрахунок магнітного кола
3.2 Розрахунок МРС ділянок магнітного кола
3.2.1 МРС повітряного зазору
Коефіцієнти повітряного зазору статора і ротора:
(3.1)
(3.2)
Спільний коефіцієнт повітряного зазору:
(3.3)
де kk – відсутні радіальні канали, приймаємо (kk=1),
МРС повітряного зазору:
(3.4)
3.2.3 МРС зубців статора
Середня довжина шляху магнітного потоку[4]:
(3.5)
МРС зубців статора:
(3.6)
де НЗ1 – напруженість магнітного поля в зубцях статора (НЗ1=13.3 А/см),
3.2.3 МРС зубців ротора
Середня довжина шляху магнітного потоку:
(3.7)
МРС зубців статора:
(3.8)
де НЗ2 напруженість магнітного поля в зубцях статора (НЗ2 = =15.2 А/см),
3.2.4 МРС спинки статора
Середня довжина шляху магнітного потоку:
(3.9)
МРС спинки статора:
(3.10)
де Hc1 – напруженість магнітного поля в спинці статора (Hc1=3.2 А/см);
3.2.5 МРС спинки ротора
Середня довжина шляху магнітного потоку:
(3.11)
де dk2 – діаметр вентиляційних каналів в сердечниках ротора (dk2=0 ),
МРС спинки ротора:
(3.12)
де Нс2 – напруженість магнітного поля в спинці ротора (Нс2 = 2 А/см),
3.2.6 Параметри магнітного кола
Сумарна МРС магнітного кола на один полюс:
(3.13)
Коефіцієнт насичення магнітного кола :
(3.14)
Cтрум намагнічування :
(3.15)
Струм намагнічування у відносних одиницях :
(3.16)
ЕРС холостого ходу :
(3.17)
Головний індуктивний опір:
(3.18)
Головний індуктивний опір у відносних одиницях:
(3.19)
4 Активні та реактивні опори обмоток
4.1 Опір обмотки статора
Активний опір обмотки фази при 20 град.С [3]:
(4.1)
де γМ20 – питома електрична провідність міді при 200 С (γМ20=57 (См/мкм),
Активний опір обмотки фази при 20 град. С у відносних одиницях :
(4.2)
Перевірка:
(4.3)
Розрахунок вірний.
Коефіцеєнт , що враховують укорочення кроку обмотки при
(4.4)
(4.5)
Розміри обмотки :
(4.6)
де hk1,hkm1,hil розміри паза (1, hkm1=0.6, hil =0 мм),
Коефіцієнт провідності розсіювання :
(4.7)
Коефіцієнт що враховує вплив відкриття пазів статора на провідність диференційного розсіювання :
(4.8)
Коефіцієнт провідності диференційного розсіювання :
(4.9)
де kдр1 – коефіцієнт , що враховує демпфувальну реакцію струмів , наведених в обмотці короткозамкненого ротора вищими гармоніками поля статора (приймаємо 0.94);
kд1 - коефіцієнт диференційного розсіювання статора (kд1 =0.0285),
Полюсне ділення :
(4.10)
Коефіцієнт провідності розсіювання лобових частин обмотки :
(4.11)
Коефіцієнт провідності обмотки статора :
(4.12)
Індуктивний опір розсіювання фази статора :
(4.13)
Індуктивний опір розсіювання фази статора у відносних одиницях:
(4.14)
Перевірка:
(4.15)
Розрахунок вірний.
4.2 Опір обмотки ротора
Активний опір стиржня при 20 град.С :
(4.16)
де γa_20 – питома електрична провідність міді при 20 град.С (γa_20=27см/мкм),
Коефіцієнт приведення струмів кільця до струмів стрижня :
(4.17)
Опір короткозамкнених кілець , приведений до струму стрижня при 20 град. С :
(4.18)
Центральний кут скосу пазів :
(4.19)
де
Коефіцієнт приведення опору обмотки ротора до обмотки статора :
(4.20)
де kck -коефіцієнт скосу пазів ротора (kck=0.99),
Активний опір обмотки ротора при 20 град. С , приведений до обмотки статора:
(4.21)
Активний опір обмотки ротора при 20 град. С , приведений до обмотки статора відносних одиницях:
(4.22)
Струм стрижня ротора для номінального режиму :
(4.23)
Коефіцієнт провідності розсіювання (для напівзакритого паза):
(4.24)
Кількість пазів ротора на полюс і на фазу :
(4.25)
Коефіцієнт провідності диференційного розсіювання:
(4.26)
де kd2 - коефіцієнт диференційного розсіювання ротора (kd2=0.035),
Коефіцієнт провідності розсіювання короткозамкнених кілець литої клітки ротора :
(4.27)
Відносний скіс пазів ротора в частках зубцевого ділення ротора :
(4.28)
Коефіцієнт провідності розсіювання скосу пазів :
(4.29)
Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки ротора :
(4.30)
Індуктивний опір обмотки ротора:
(4.31)
Індуктивний опір обмотки ротора, приведений до обмотки статора:
(4.32)
Індуктивний опір обмотки ротора , приведений до обмотки статора , у відносних одиницях:
(4.33)
Перевірка: розрахунок правильний.
4.3 Параметри Г – подібної схеми заміщення
Коефіцієнт розсіювання статора:
(4.34)
Коефіцієнт опору статора :
(4.35)
де mm – поправочний коефіцієнт для класу ізоляції (mm=1.22)
Опори Г-подібної схеми заміщення:
(4.36)
(4.37)
(4.38)
(4.39)
ЕРС холостого ходу :
(4.40)
Перевірка : перевірка виконується .
5 Режим холостого ходу і номінального навантаження
5.1 Режим холостого ходу
Маса сталі зубців статора:
(5.1)
Магнітні втрати в зубцях статора:
(5.2)
Маса сталі спинки статора:
(5.3)
Магнітні втрати в спинці статора:
(5.4)
Сумарні втрати в сердечнику статора з врахуванням додаткових втрат в сталі:
(5.5)
Механічні втрати при ступені захисту ІР44 і способі охолодження ІС0141:
(5.6)
де кмх – коефіцієнт механічних втрат (кмх=1),
Реактивна складова струму статора на холостому ході:
(5.7)
Електричні втрати в обмотці статора:
(5.8)
Активна складова струму статора на холостому ході:
(5.9)
Струм холостого ходу:
(5.10)
Коефіцієнт потужності на холостому ході:
(5.11)
Активна складова струму холостого ходу, обумовлена магнітними втратами:
(5.12)
Опір кола намагнічування:
(5.13)
5.2 Режим номінального навантаження
Активний опір короткого замикання:
(5.14)
Індуктивний опір короткого замикання:
(5.15)
Повний опір короткого замикання:
(5.16)
Додаткові втрати при номінальному навантаженні:
(5.17)
Механічна потужність:
(5.18)
Еквівалентний опір схеми заміщення:
(5.19)
Повний опір схеми заміщення:
(5.20)
Перевірка:
Умова виконується.
Номінальне ковзання:
(5.21)
Активна складова струму статора на холостому ході без врахування механічних втрат:
(5.22)
Струм ротора:
(5.23)
Активна складова струму статора:
(5.24)
Реактивна складова струму статора:
(5.25)
Фазний струм ротора:
(5.26)
Коефіцієнт потужності:
(5.27)
Електричні втрати в обмотці статора:
(5.27)
Електричні втрати в обмотці ротора:
(5.28)
Сумарні втрати:
(5.29)
Потужність, що підводиться до двигуна:
(5.30)
Коефіцієнт корисної дії:
(5.31)
Перевірка:
(5.32)
Корисна потужність на валу:
(5.33)
Електромагнітна потужність:
(5.34)
Перевірка:
(5.35)
Синхронна швидкість обертання:
(5.36)
Електромагнітний момент двигуна:
(5.37)
Частота обертання ротора:
(5.38)
Швидкість обертання ротора:
(5.39)
Корисний момент на валу:
(5.40)
Момент холостого ходу:
(5.41)
5.3 Розрахунок робочих характеристик
Робочі характеристики двигуна показані на рисунку 5.1.
Діапазон зміни ковзання для робочих характеристик :
Рисунок 5.1 – Робочі характеристики двигуна
З графіка видно, що робочі характеристики схожі на теоретичні.
6 Розрахунок пускового струму, пускового і максимального моментів
6.1 Параметри обмоток ротора з врахуванням струму витіснення
Висота стрижня:
(6.1)
Приведена висота стрижня:
(6.2)
де s =1,
(6.3)
де φ – коефіцієнт з залежності ( = f(() (φ=0,3),
Активний опір стрижня клітки ротора з урахуванням витіснення струму в ньому:
(6.4)
Опір обмотки ротора для пускового моменту:
(6.5)
Опір обмотки ротора приведений до обмотки статора для пускового режиму при 20 град.:
(6.7)
Коефіцієнт провідності розсіювання паза ротора при пуску:
(6.8)
де =0.88,
Коефіцієнт провідності розсіювання обмотки ротора при пуску:
(6.9)
Індуктивні опори ротора:
(6.10)
(6.11)
6.2 Параметри обмоток з урахуванням витіснення струму і насичення сталі зубців.
(6.12)
(6.13)
(6.14)
(6.15)
Попереднє значення струму короткого замикання з урахуванням насичення:
(6.16)
де kнср – коефіцієнт що враховує насичення сталі зубця (kнср=1.3),
Кратність пускового струму:
(6.17)
Середнє значення МРС одного паза:
(6.18)
де kβ – коефіцієнт що враховує зменшення МРС внаслідок укорочення кроку (=1),
(6.19)
Фактична індукція в повітряному зазорі:
(6.20)
(6.21)
де
Зменшення коефіцієнта провідності пазового розсіювання через
насичення для напівзакритого паза статора:
(6.21)
Коефіцієнт провідності пазового розсіювання з урахуванням насичення:
(6.22)
Коефіцієнт провідності диференційного розсіювання статора:
(6.24)
Коефіцієнт сумарної провідності:
(6.25)
(6.26)
(6.27)
Зміна коефіцієнта провідності пазового розсіяння через насичення:
(6.28)
Коефіцієнт провідності пазового розсіювання ротора з врахуванням витіснення струму і насичення зубців:
(6.29)
Коефіцієнт провідності диференційного розсіювання ротора:
(6.30)
Коефіцієнт сумарної провідності ротора з урахуванням витіснення струму і насичення зубців:
(6.31)
Опори обмотки ротора що відповідають провідності ротора з урахуванням витіснення струму і насичення зубців:
(6.32)
(6.33)
6.3 Пусковий струм і пусковий момент
Опори короткого замикання двигуна:
(6.34)
(6.35)
(6.36)
Струм короткого замикання двигуна:
(6.37)
Приймаємо: Ik=I”2k.
Перевірка:
(6.38)
Умова виконується.
Кратність пускового струму:
(6.39)
Пусковий момент двигуна:
(6.40)
Кратність пускового моменту:
(6.50)
6.4 Максимальний момент
(6.51)
(6.52)
Індуктивний опір обмотки ротора з врахуванням насичення зубців:
(6.53)
Опір короткого замикання двигуна з урахуванням насичення зубців:
(6.54)
Критичне ковзання:
(6.55)
Максимальний момент:
(6.56)
Кратність максимального моменту:
(6.57)
7 Тепловий і вентиляційний розрахунки
7.1 Тепловий розрахунок
Втрати в обмотці статора при максимально допустимій температурі :
(7.1)
де m,m -коефіцієнт, який залежить від класу ізоляції обмотки (m,m=1.4);
Умовна внутрішня поверхня охолодження активної частини статора :
(7.2)
Умовний периметр поперечного перерізу :
(7.3)
Умовна поверхня охолодження:
пазів статора:
(7.4)
лобових частин обмотки:
(7.5)
Кількість ребер зовнішньої поверхні корпусу:
(7.6)
Висота ребер зовнішньої поверхні корпусу :
(7.7)
лобових частин обмотки :
(7.8)
Питомий тепловий потік від втрат в активній частині обмотки і від втрат в сталі , віднесених до внутрішньої поверхні охолодження активної частини статора:
(7.9)
де k – коефіцієнт, що враховує частину втрат в активній частині статора, яка нагріває повітря всередині двигуна (k=0.18),
Питомий тепловий потік від втрат в активній частині обмотки , віднесених до поверхні охолодження цих частин:
(7.10)
Питомий тепловий потік від втрат в лобових частинах обмотки, віднесених до поверхні охолодження цих частин:
(7.11)
Кутова швидкість ротора :
(7.12)
Перевищення температури внутрішньої поверхні активної частини статора над температурою повітря всередині двигуна:
(7.12)
де α1- коефіцієнт тепловіддачі поверхні статора ( α1=5∙10-5),
Перепад температури в ізоляції паза і котушки з круглих проводів:
(7.13)
де - еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ізоляції в пазу з урахуванням повітряних шарів (=16∙10-5 Вт/(мм∙град));
- еквівалентний коефіцієнт теплопровідності ізоляції в пазу з урахуванням повітряних шарів (=150.∙10-5),
Перепад температури зовнішньої поверхні лобових частин обмотки над температурою повітря всередині двигуна:
(7.14)
Перепад температури в ізоляції лобових частинах котушок з круглих провідників:
(7.15)
Середнє перевищення температури обмотки над температурою повітря всередині двигуна:
(7.16)
(7.17)
(7.18)
(7.19)
Втрати в двигуні , що передаються повітрю всередині двигуна:
(7.20)
Середнє перевищення температури повітря всередині двигуна над температурою зовнішнього повітря :
(7.21)
де αв -коефіцієнт підігріву повітря ( αв=710-5 Вт/(ммград));
Середнє перевищення температури обмоток над температурою навколишнього повітря:
(7.22)
Умова виконується
7.2 Вентиляційний розрахунок
Зовнішній діаметр корпусу[4]:
(7.23)
Коефіцієнт , що враховує зміну тепловіддачі по довжині корпусу двигуна :
(7.24)
Перевищення температури повітря , що виходить з двигуна , над повітрям , що в нього входить :
(7.25)
Необхідний розхід повітря:
(7.26)
де св – теплоємність машини (св=1100 Дж/◦С∙м3),
Розхід повітря , який може бути забезпечений зовнішнім вентилятором:
(7.27)
Перевірка : VB”>VB Умова виконується
Напір повітря, що розвивається зовнішнім вентилятором:
(7.28)
8 Маса двигуна та динамічний момент інерції
Наближене значення динамічного моменту інерції:
(8.1)
Маса ізольованих круглих проводів обмотки статора:
(8.2)
Товщина лопаток вентилятора:
(8
11.04.2019 18:04-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора