Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Расчет зубцовой зоны и обмотки статора




Кафедра: «Электропривод и АПУ»

 

 

Курсовой проект

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

 

 

Выполнил: студент гр. ЭАбд-31

Ширманов А.Ю.

Проверил: преподаватель 

Крицштейн А.М.

 

 

 

Ульяновск

2017

Содержание

 

1. Введение……………………………………………………………………………...3

2. Расчет статора………………………………………………………………………..4

2.1 Определение главных размеров…………………………………………………4

2.2 Расчет зубцовой зоны и обмотки статора……………………………………....5

3. Расчет ротора………………………………………………………………………...8

4. Расчет намагничивающего тока …………………………………………………..10

5. Параметры рабочего режима     ………………………………………………………12

6. Расчёт потерь…………………………………………………………………….....14

7. Расчёт рабочих и пусковых характеристик………………………………………15

8. Тепловой расчет     ……………………………………………………………………19

9. Динамические параметры………………………………………………………….21

10. Заключение………………………………………………………………………...22

11. Список литературы………………………………………………………………..23

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Как известно большую часть электроэнергии в промышленности потребляют электрические машины. Электрические машины имеют чрезвычайно широкое распространение. Они применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, в энергетике, на транспорте, в авиации, в морском и речном флоте, медицине, быту и т.д. Нет ни одной отрасли промышленности, где бы не находили применения электрические машины. Существует большое разнообразие электрических машин. Они различаются по принципу действия, мощности, частоте вращения. Размеры машин колеблются в широких пределах. Имеются машины, несколько штук которых могут быть размещены в напёрстке, а есть машины, диаметр которых превышает 16 метров.

Широкому распространению электрических машин способствуют их высокие энергетические показатели, удобство обслуживания и простота управления.  

Электрические машины, в то числе и асинхронные двигатели, принято разделять по мощности на три группы: большой, средней и малой мощности. В общем случае представители разных групп, кроме мощности отличаются также конструктивными, функциональными, эксплуатационными и прочими особенностями. Деление на три группы является условным и не имеет чётких границ

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, как трехфазные, так и однофазные являются самыми распространёнными типами двигателей переменного тока. Они применяются для привода огромного числа механизмов в промышленности, сельском хозяйстве в системах автоматики и в электроприводах бытовой техники. Такое распространение они получили благодаря ряду преимуществ перед другими машинами, т.е. это простота конструкции, низкая стоимость и надёжность в эксплуатации.

К недостаткам асинхронных двигателей следует отнести относительно плохие регулировочные характеристики.

Однако этот недостаток относится лишь к машинам нормального исполнения с короткозамкнутым ротором. Специальные асинхронные двигатели с массивным ротором допускают регулировочные скорости в широких пределах.

Данная работа посвящен методике расчёт асинхронного двигателя малой мощности с короткозамкнутым ротором, а также методам исследования и определения параметров и характеристик этих двигателей.

 

 

Расчет статора

           2.1. Определение главных параметров

 

1.Число пар полюсов:

                  

2. Выбор главных размеров:

    Из таблицы 1.1 для соответствующей мощности находим внешний диаметр

    статора мм, высота оси вращения мм.

3. Внутренний диаметр статора:

 мм,

    где  по таблице 1.2

4. Полюсное деление:

м

5. Расчетная мощность:

 Вт,

где

Значения  из таблицы 2.2 , а  и  из таблицы 2.1.

x12 136.35 Ом

 

0.75
r1 9.22 Ом 0.82
x1 5.99 Ом

 

 

 

 

6. Электромагнитные нагрузки по таблице 2.1

А = 21.8* А/м          4 Тл

7. Обмоточный коэффициент для однослойной концентрической обмотки .

 

8. Расчетная длинна воздушного зазора:

 

                       8 м

              

 9.Отношение , что находится в рекомендуемых пределах

(таблица 1.4).

10.Предельные значения  ( по рис. 1.4)

t1 max =9 мм ;          t1min=7 мм

Расчет зубцовой зоны и обмотки статора

 

11.Число пазов статора:

                                          

Принимаем Z1=24, тогда  ( табл.1.5).

12.Зубцовое деление статора (окончательно):

 

                          м

13.Число эффективных проводников в пазу (предварительно), при условии, что 

а = 1:

 

 В;

где

 А;

14. Принимаем а = 1, тогда Un = U’n *a =72*1=72

15. Окончательные значения    

                   

;

 

А/м

 

 Вб

 

Тл

Значения А и Вδ находятся в допустимых пределах (по табл. 2.1)

  

16.Плотность тока в обмотке статора (предварительно) по таблице П.1.: 

J=7.6*  А/м

 

17.Сечение эффективного проводника (предварительно):

,

    Принимаем nЭЛ = 1, тогда qЭЛ =qЭФ =0,35

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно):

                

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора.

    

19. Принимаем предварительно (по таблице 1.6) ВΖ1 =1,75 Тл, Ва =1,4 Тл, тогда

        

 м,

где принимаем равным Lст1

 мм

 

   20.Размеры полуовального паза. Ширина шлица паза:

мм

   Высоту шлица паза принимаем   hщs =0.5 мм,

Высота паза:

Высота прямой части паза:

       

   21.Площадь паза:

 

 

   22.Принимаем коэффициент уменьшения полезной площади паза:

КS =0.8

   23.Площадь паза в свету:

SП  = КS *SП =0,8*65.82 = 52.66  

       

24.Коэффициент заполнения паза:

  что входит в диапазон допустимых значений.

 

 

 3. Расчет ротора

25.Воздушный зазор:

мм

Принимаем δ =0.25 мм.

 

26.Число пазов ротора (по таблице 1,7) z2 =16, со скосом на 0.5 зубцового деления.

 

27. Внешний диаметр:

 

D2 = D – 2*δ = 0.076 – 2*0.00023 = 0.0755 м

28. Длинна:

 

Lδ = L2 = L1 =0.09 м

29.Зубцовое деление:

 

30.Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник  

    непосредственно насажен на вал.

 

Dj = DB = 0.16*125 =20 мм

 

31.Ток в стержне ротора:

 

I2 = Ki  * I1H*Yi =0.88*2.71*104.76 =250 A

 

Ki =1.08*cosφ = 1.08*0.82 = 0.88

 

Yi =

 

32.Площадь поперечного сечения стержня:

 

33. Паз ротора:

Принимаем bЩR = 1 мм, hЩR = 0.5 мм.

Допустимая ширина зубца при L2 = LCT

     

 

Размеры паза:

 

    

              

  Принимаем h12 = 9 мм

 

  Высота зубца ротора:

 

  Площадь паза, равная сечению стержня:

          

  34.Плотность тока в стержне:

  35.Короткозамыкающие кольца.

Площадь поперечного сечения:

,

     здесь

    где

 

    Размеры замыкающих колец:

             

 

аКЛ =

 

 

     

 4. Расчет намагничивающего тока

 

  36.Значения индукций:

 Тл;

 

 Тл;

 

 Тл;

 

 Тл;

 

  37.Магнитное напряжение воздушного зазора

 

       здесь

 

        где

  38. Магнитные напряжения зубцовых зон статора:

               

         где по таблице П.6 для стали 2013 при

                                                                  

       Магнитные напряжения зубцовых зон ротора:

               

где по таблице П.6 для стали 2013 при           

                                             

       

 

   39. Коэффициент насыщения зубцовой зоны:

 

                          

  40. Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

            

 

                

 

              

             

  41. Магнитное напряжение на пару полюсов:

 

   

    42. Коэффициент насыщения магнитной цепи:

                   

  43. Намагничивающий ток:

                    

    относительное значение:

                              

5. Параметры рабочего режима

44. Активное сопротивление фазы обмотки статора

 Для класса нагревостойкости изоляции F расчётная υ =115°С.

Для меди ρ

                      Длина проводников фазы обмотки

где

где

  Длина вылета лобовой части катушки:

        

где по табл. 1.8

Относительное значение:

45. Активное сопротивление фазы обмотки ротора:

       где

  Для литой алюминиевой обмотки ротора

  Приводим Z к числу обмотки статора

          

 

     Относительное значение:

          

 

   46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:

где

  

   

           

Относительное значение:

             

 

   47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:

 

 

        для рабочего режима кс =1.

 

       

    Приводим x2 к числу витков статора:

    

    Относительное значение:

   Принимая во внимание небольшую величину скоса пазов ротора, учитывать

   влияние скоса на параметры не будем.

     

  6. Расчёт потерь

   48. Основные потери в стали:

Вт

где

49. Сумма добавочных потерь в стали:

 

50. Полные потери в стали:

Вт

51. Механические потери:

    

52. Добавочные потери при номинальном режиме:

    Вт

53. Ток холостого хода двигателя :

         Ixx Iμ=1.31 A

54. Электрические потери в обмотках статора:

        Вт

    Электрические потери в обмотках ротора:

    Вт

55. Сумма всех потерь в двигателе в номинальном режиме:

 

 

 

 

         7. Расчёт рабочих и пусковых характеристик

 

56. Для расчёта характеристик асинхронного двигателя составляем

   схему замещения:

    здесь

              

Таким образом, исходные данные для расчёта пусковых и рабочих 

характеристик двигателя с учётом изменения параметров ротора от насыщения

и поверхностного эффекта и с учётом насыщения основного магнитного

потока следующие:

 

X1 = 2.8     R1 = 2.853    X2 = 20.2     R2 = 9.153

X12= 165.1 R12= 6.75      P = 2.0         F = 50.0

   U = 220.0 H3 = 0.0141      MR = 1.0      R02= 0.0000000440

W = 288.0 KO = 1.0           TAY= 0.048   KM = 1.33          

 

          

 

 ! S   ! P2  ! P1  ! KЏ„ ! COS ! I1 ! M ! NR    !

 ! -    ! KBT ! KBT ! ---     ! ---   ! A ! H.M ! OЃ/M€H !

 ----------------------------------------------------------------------------

 ! .002 ! .030 ! .080 ! .37 ! .092 ! 1.31 ! .2 ! 1497.0 !

 ! .004 ! .060 ! .110 ! .54 ! .127 ! 1.31 ! .4 ! 1494.0 !

 ! .006 ! .089 ! .141 ! .63 ! .162 ! 1.32 ! .6 ! 1491.0 !

 ! .008 ! .119 ! .171 ! .69 ! .196 ! 1.33 ! .8 ! 1488.0 !

 ! .010 ! .148 ! .202 ! .74 ! .229 ! 1.34 ! 1.0 ! 1485.0 !

 ! .012 ! .178 ! .232 ! .77 ! .261 ! 1.35 ! 1.2 ! 1482.0 !

 ! .014 ! .207 ! .262 ! .79 ! .292 ! 1.36 ! 1.4 ! 1479.0 !

 ! .016 ! .235 ! .293 ! .80 ! .322 ! 1.38 ! 1.5 ! 1476.0 !

 ! .018 ! .264 ! .323 ! .82 ! .350 ! 1.40 ! 1.7 ! 1473.0 !

 ! .020 ! .292 ! .353 ! .83 ! .378 ! 1.42 ! 1.9 ! 1470.0 !

 ! .040 ! .562 ! .650 ! .87 ! .586 ! 1.68 ! 3.8 ! 1440.0 !

 ! .060 ! .807 ! .936 ! .86 ! .699 ! 2.03 ! 5.5 ! 1410.0 !

 ! .080 ! 1.025 ! 1.207 ! .85 ! .757 ! 2.42 ! 7.2 ! 1380.0 !

 ! .100 ! 1.214 ! 1.462 ! .83 ! .786 ! 2.82 ! 8.7 ! 1350.0 !

 ! .120 ! 1.376 ! 1.698 ! .81 ! .800 ! 3.22 ! 10.1 ! 1320.0 !

 ! .140 ! 1.510 ! 1.915 ! .79 ! .805 ! 3.60 ! 11.3 ! 1290.0 !

 ! .160 ! 1.619 ! 2.111 ! .77 ! .804 ! 3.98 ! 12.4 ! 1260.0 !

 ! .180 ! 1.704 ! 2.286 ! .75 ! .799 ! 4.34 ! 13.4 ! 1230.0 !

 ! .200 ! 1.766 ! 2.442 ! .72 ! .792 ! 4.67 ! 14.2 ! 1200.0 !

 ! .300 ! 1.818 ! 2.961 ! .61 ! .737 ! 6.09 ! 16.7 ! 1050.0 !

 ! .400 ! 1.613 ! 3.163 ! .51 ! .675 ! 7.10 ! 17.2 ! 900.0 !

 ! .500 ! 1.313 ! 3.188 ! .41 ! .619 ! 7.81 ! 16.8 ! 750.0 !

 ! .600 ! .999 ! 3.125 ! .32 ! .569 ! 8.32 ! 16.0 ! 600.0 !

 ! .700 ! .704 ! 3.024 ! .23 ! .527 ! 8.69 ! 15.0 ! 450.0 !

 ! .800 ! .439 ! 2.910 ! .15 ! .492 ! 8.97 ! 14.0 ! 300.0 !

 ! .900 ! .205 ! 2.796 ! .07 ! .461 ! 9.18 ! 13.1 ! 150.0 !

 ! 1.000 ! .000 ! 2.687 ! .00 ! .435 ! 9.35 ! 12.2 ! .0 !

 

По графикам пусковых и рабочих характеристик определяем номинальные   и пусковые характеристики:

P1 = 1.31 кВт

ŋ = 0.85 

cosφ = 0.71,

I = 2.6 А,

Mн = 8 Н*м ,

nн = 880 об/мин,

Sн = 0.18,

In = 9.35 А,

Mn = 12.2 Н*м,

Mk = 12 Н*м.

Кратность пускового момента: ;

 

Кратность максимального момента: ;

 

Кратность пускового тока: .

 

8. Тепловой расчет

57.Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя

где K=0.2 при 2р=4,

α=85 Вт/(м2*°С)по таблице 1.12

Kp=1.07 по табл. 1.11.

 

58.Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора

где  Пп1=2hnS+d1+b2=2*11.7+5.4+7.5=36.3мм =0.0363(м)

для изоляции класса нагревостойкости F:

lэкв=0.16 Вт/(м2*°С)

l'экв=0,97 из рис. 1.12 для d/dиз=0.91

 

59.Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей

              

bиз.л1»0

Превышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины

Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды

где

 

Пр=0.8Dа=0.8*0.125=0.1(м2)

aв=17 Вт/(м2*°С) по табл. 1.13.

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды

 

  

Динамические параметры

 

61.Момент инерции ротора:

Kн=0.73 при 2p=4

 

62. Допустимое число пусков а.д. в час на х.х.                     

 

63.Допустимое число реверсов в час на холостом ходу

 

64.Скорость нарастания температуры при пуске

где N=200, для холодного состояния двигателя перед пуском.

 

        

 

 

 10. Заключение

    

В процессе выполнения данного курсового проекта был произведен расчет асинхронного двигателя малой мощности с короткозамкнутым ротором.

Согласно заданию на курсовой проект произведён расчет рабочих и пусковых параметров двигателя, а также тепловой расчет. На основании полученных результатов были построены соответствующие рабочие и пусковые характеристики, графики которых приведены в графической части проекта. По данным характеристикам были определены основные номинальные параметры проектируемого двигателя:

Р2=1.1 кВт,                     η=0.88,                     соsφ=0.71,

   I1H=2.6 А,                     МН=12.2 Н м,      nН=850 об/мин.

На основании проведенного теплового расчета можно сделать вывод, что спроектированный нами электродвигатель, относящийся к классу F нагревостойкости, применим только для работы в кратковременном режиме.

Рассчитанный электродвигатель соответствует техническим условиям задания на курсовой проект (Р2=1,1 кВт, f=50 Гц , n1=1500 об/мин). Номинальная мощность рассчитанного электродвигателя составит 1.31 Вт, при номинальном скольжении SH=0,08.

Графическая часть проекта представлена двумя листами формата А1, содержащими сборочный чертёж асинхронного двигателя, его характеристики и исследовательскую часть.    

Данный двигатель может быть использован в электроприводах станков с ЧПУ, устройствах металлообрабатывающей промышленности.

       11.Список литературы

1. Дмитриев В.Н. Проектирование и исследование асинхронных двигателей малой мощности: Учеб. пособие. – Ульяновск, 1996. – 88 с.: ил.

2. Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 624 с.: ил.

3. Копылов И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. шк.; Логос; 2000. – 607 с.

4. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебных заведений. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Л.: Энергия, 1974.

5. Дмитриев В.Н., Кислицын А.Л. Испытание электрических машин: Учебное пособие. – Ульяновск, 1998. – 100 с.

 

 

                              

 

 

 

 










Последнее изменение этой страницы: 2018-05-10; просмотров: 212.

stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда...