ТОП 10:

При расчете используются фазные значения напряжения и тока обмотки статора, соединенной по схеме звезда.



Введение

В настоящей работе приводится методика приближенного расчета трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, пред­назначенного для включения в сеть с частотой 50 Гц при длительном ре­жиме работы.

Методика расчета и задание на курсовое проектирование разработа­ны таким образом, чтобы студенты при выполнении курсового проекта основное внимание обращали на взаимосвязи между геометрическими размерами машины, характеристиками

электромагнитного процесса и тех­нико-экономическими показателями машины. В связи с такой постановкой задачи было признано возможным опустить некоторые детали расчета, не имеющие принципиального значения, и сделать некоторые допущения, например пренебречь потерями мощности в обмотке статора в режиме хо­лостого хода, добавочными потерями в машине при нагрузке. Возникаю­щая в результате этого погрешность расчета в значительной мере компен­сируется применением поправочных коэффициентов, численные значения которых подтверждены опытом проектирования, результатами испытаний и эксплуатации электрических машин.

Содержанием курсового проекта является расчет четырехполюсного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором закрытого исполне­ния с наружным обдувом заданной полезной мощности. Расчетные фор­мулы соответствуют указанному типу двигателя. С целью уменьшения объема расчетов задание на курсовой проект включает долевое распреде­ление потерь в различных частях машины.

Устройство двигателя студенты изучают на теоретических занятиях и в учебной лаборатории. Поэтому в работе приводится не чертеж, а схе­матическое изображение машины (рис. 1) с указанием размеров, которые должны быть проставлены по

полученным данным расчета.

Основными частями машины являются корпус 7, подшипниковые щиты 2, вентилятор 3, статор 4, ротор 5. В машинах малой мощности кор­пус выполняется из люминия. В более мощных машинах корпус и под­шипниковые щиты чугунные или стальные. На наружной поверхности корпуса имеются ребра, увеличивающие поверхность охлаждения маши­ны. Вентилятор устанавливается на валу 6 вне корпусазакрывается стальным кожухом 7, направляющим воздух на наружную поверхность двигателя. Вентиляционные лопатки 8 на замыкающих кольцах 9 обмотки ротора перемешивают воздух, в результате чего увеличивается отвод тепла от лобовых частей обмотки статора к корпусу и подшипниковым щитам машины.

 


 


Рис. 1

 

В подшипниковых щитах устанавливаются подшипники 10 и 11. Со стороны выводного конца вала устанавливается роликовый подшип­ник, с противоположной стороны - шариковый. Каждый из подшипников закрыт с обеих сторон крышками 12. Один из подшипников имеет воз­можность перемещаться в осевом направлении, что предотвращает от за­клинивания при сборке машины и вследствие теплового расширения.

Сердечник статора 4 выполнен из листов электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм. Обмотка статора 13 выполнена в форме катушек из круглого медногоизолированного провода. Она размещается в паза статора и закрепляется клиньями. Сердечник ротора 5 выполняется из той же электротехнической стали, что и статор. Обмотка ротора выпол­няется заливкой пазов собранного сердечника расплавленным алюминием или его сплавами. Одновременно со стержнями обмотки отливают коротко-замыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Корпусная изоляция обмотки ротора отсутствует. На корпусе укреплена коробка выводов. У двигателей с шестью выводами в клеммовой коробке имеется возможность соединять фазы по схеме звезда или треугольник.

По результатам расчета строятся рабочие характеристики машины и делается анализ удельных показателей двигателя, которыми являются от­ношение пускового вращающего момента к номинальному, отношение максимального вращающего момента к номинальному, отношение на­чального пускового тока к номинальному, удельная стоимость (на единицу полезной мощности) двигателя, выраженная в условных единицах.

К защите курсового проекта предъявляются пояснительная записка с результатами расчета и необходимыми пояснениями и схематическое изо­бражение продольного разреза машины с указанием полученных разме­ров.

Исходные данные

 

Uл1 = 380 В - линейное напряжение питающей сети;

Рп = 30000 Вт- полезная мощность двигателя;

η = 0,92 - коэффициент полезного действия;

СОS ф1 = 0,92 - коэффициент мощности (ф, = 23°);

∆Өд =100 °С - предельно допустимый перегрев (изоляция класса F).

Долевое распределение потерь мощности:

∆pЭ1* = 0.40 - электрические потери мощности в обмотке статора;

∆рЭ2* = 0,30 — электрические потери мощности в обмотке ротора;

∆рст* = 0,15 — потери мощности в магнитопроводе статора;

∆pМех* = 0,15 - механические потери мощности;

Σ∆р* = 1,00 - суммарные потери мощности в машине.

 

Частота питающего напряжения f1 = 50Гц, число полюсов двигателя 2p = 4, число фаз статора m1 = 3.

 

Главные размеры двигателя

Скольжение.

Частота вращения магнитного потока статора:

Угловая скорость вращения магнитного потока статора:

Частота вращения ротора:

Угловая скорость вращения ротора:

Электромагнитный момент:

 

Полезный момент на налу двигателя:

Размеры двигателя.

Главными размерами машины являются внутренний диаметр стато­ра (диаметр расточки) D1, наружный диаметр статора Da1 и длина статора l1. Наружный диаметр статора определяет высоту оси вращения ротора над опорным основанием машины. Размеры D1и l1 взаимосвязаны и оп­ределяются электромагнитной нагрузкой машины. Их можно изменять, но так, чтобы произведение l1D1оставалось неизменным. Практикой проек­тирования асинхронных двигателей установлено оптимальное отношение:

,

при котором достигаются высокие технико-экономические показатели двигателя. Для четырехполюсных асинхронных двигателей это отношение находится в диапазоне 0,7 ... 1,0. В расчете примем λ =0,85.

Диаметр расточки статора D1 определяется по формуле:

где kф =1,11 - коэффициент формы кривой поля.

Длина статора:

 

Расчет статора

Обмотка статора.

Число витков одной фазы обмотки статора w1 зависит от линейной нагрузки А, представляющей собой сумму токов всех проводников обмот­ки статора, приходящуюся на единицу длины окружности расточки стато­ра:

Здесь 2w1 - число проводников (сторон) одной фазы обмотки;

N = 2w1 т1=6w1 - число проводников трех фаз обмотки.

Число витков:

Линейная нагрузка в диапазоне мощности 10...40 кВт линейно зави­сит от диаметра расточки статора и рассчитывается по формуле:

Тогда

Число витков в катушке, катушечной группе и фазе должно быть це­лым. Кроме того, для двухслойных обмоток число проводников в пазу Nп должно быть четным. Этим условиям отвечает ближайшее к полученному число витков w1 = 64, которое принимаем для дальнейших расчетов.

Предварительное число пазов статора четырехполюсного асинхрон­ного двигателя определяется по формуле:

Предварительное число пазов на полюс и фазу:

Ближайшее целое значение q1 = 4.

Окончательное число пазов статора:

Фаза обмотки статора состоит из катушек. Катушки соединяются в катушечные группы, каждая из которых содержит q1последовательно включенных катушек. Между собой катушечные группы могут соединять­ся в параллельные ветви. Параллельное соединение катушечных групп не­обходимо при больших токах статора, когда поперечное сечение провод­ников превышает 2,5 ... 3,0 мм2, при котором намотка катушек затруднена.

Четырехполюсная асинхронная машина может иметь две = 2) или четыре (а = 4) параллельные ветви. При а =1 все катушечные группы включены последовательно.

В решаемой задаче принимается а = 2.

Полюсное деление, выраженное числом пазов:

В четырехполюсных асинхронных двигателях применяются двух­слойные петлевые равнокатушечные обмотки с укороченным шагом. Ко­эффициент укорочения, равный отношению шага обмотки, выраженному числом пазов, к полюсному делению.

выбирается так, чтобы устранить высшие гармонические, вызнанные несинусоидальностью магнитного поля в воздушном зазоре машины. Он со­ставляет 0,8 ... 0,85.

Примем у = 10. Тогда коэффициент укорочения шага.

,

что находится в пределах рекомендованного диапазона.

Каждая издвух параллельных ветвей обмотки содержит по w1 = 64 витков,

объединенныхв две катушечные группы по четыре (q1 = 4) катуш­ки в каждой. Число

витков в катушечной группе.

Число витков в катушке:

Число проводчиков впазу двухслойной обмотки:

3.2. Площадь поперечного сечения проводника обмотки статора оп­ределяется величиной тока статора, числом параллельных ветвей обмотки и плотностью тока.

Плотность тока в обмотке статора определяется по формуле:

Площадь поперечного сечения проводника одной параллельной ветви:

Размеры катушек.

Длина одной параллельной ветви обмотки статора:

где - удельная электрическая проводимость меди при расчетной температуре 100 °С.

Средняя длина витка:

Осевая длина (вылет) лобовой части обмотки:

где τ - полюсное деление, выраженное в единицах длины,

 

 


Расчет ротора

Число пазов ротора.

Практикой установлено определенное соотношение между числом пазов статора и ротора, при котором снижаются дополнительные потери мощности, уменьшаются тормозные моменты, снижается шум машины. В табл. 4.1 приведены рекомендуемые числа пазов ротора четырехполюсного асинхронного двигателя. Выбираем Z2= 38.

Таблица 4.1

Расчет обмотки ротора.

Ток стержня ротора.

,

где k1= 0,92 - коэффициент, учитывающий влияние намагничивающего I на соотношение между токами статора и ротора.

Ток в замыкающем кольце:

,

где

Сечение стержня обмотки ротора:

где - плотность тока в стержне.

Сечение замыкающего кольца:

где — плотность тока в кольце.

 

Размеры элементов ротора.

Принимаем величину воздушного зазора δ = 0,5 мм.

Наружный диаметр ротора:

Зубцовое деление ротора:

Для короткозамкиутой обмотки ротора применяется закрытый гру­шевидный паз (рис. 5) с шириной зубца.

где — магнитная индукция в воздушном зазоре,

— магнитная индукция в зубцах ротора;


Рис. 5

Размеры паза ротора определяются по формулам

где - высота усика; - высота мостика;

Высота замыкающего кольца:

Ширина замыкающего кольца:

Высота ярма ротора:

Магнитная индукция в ярме ротора рекомендуется в пределах 0,8...0,85 Тл. Принимаем Ba2 = 0,83 Тл.

Диаметр вала под посадку железа ротора:

 

 

Схема замещения двигателя

Параметры схемы.

Г-образная схема замещения с вынесенной на зажимы намагничивающей ветвью

(рис. 6) используется для анализа режимов работы двигателяс помощью круговой

диаграммы.

 

Рис. 6

Параметрами схемы являются:

r1 – активное сопротивление фазы обмотки статора;

x1 – индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора;

r m – активное сопротивление, мощность которого соответствует потерям мощности в стали статора;

x m – основное индуктивное сопротивление намагничивающей ветви;

r2 – приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора;

x2 – приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора;

Rм – активное сопротивление, мощность которого равна полной механи­ческой

мощности двигателя.

 

Токи схемы замещения:

I0 – ток холостого хода двигателя;

I2' – приведенный ток ротора;

I1 – фазный ток статора.

Ток холостого хода Iо содержит активную Iоа и реактивную

(намагничивающую) Iμ составляющие.

5.2. Основной магнитный поток машины создается намагничивающим током в катушке с индуктивным сопротивлением:

где kδ = 1,2 - коэффициент, учитывающий неравномерное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре вследствие зубчатости статора;

= 1,3 - коэффициент насыщения, учитывающий нелинейность кривой

намагничивания.

Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток):

где Е1 – ЭДС фазы обмотки статора,

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора:

 

В режиме холостого хода имеют место потери в стали статора и ме­ханические потери, которые остаются практически неизменными во всех режимах работы машины. Эти потери называют потерями холостого хода:

Активная составляющая тока холостого хода:

Ток холостого хода:

что составляет 20% от номинального тока двигателя и является допусти­мым.

Коэффициент мощности в режиме холостого хода:

где

Приведенный ток ротора:

Приведенное активное сопротивление фазы обмотки ротора при t =100 "С:

Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора:

Сопротивление, мощность которого равна потерям мощности в ста­ли статора:

5.3. Намагничивающая (магнитодвижущая) сила, необходимая для создания основного магнитного потока машины:

Намагничивающая сила воздушного зазора:

 

Коэффициент насыщения стали:

 

Значение этого коэффициента обычно находится в пределах 1,2,..., 1,5

Векторная диаграмма.

Вектор напряжения U1 откладывается по оси ординат в произволь­ном масштабе

(рис. 7). Под углом φ1, к оси ординат намечается прямая О1С, вдоль которой располагается вектор тока статора I1.Точка с находит­ся на пересечении дуги окружности радиуса

О1a =20 см и горизонтальной линии с ординатой 18 см (соsφ1 = 0,92). Масштаб тока

m1 = 10 А/см. Длина отрезка О1А, соответствующая току I1 = 53,7 А, составляет:

Аналогично устанавливаются направление и длина вектора тока холостого хода

Iо = 15,4 А:

Отрезок ОА соответствует приведенному току ротора I2' = 48,5А:

Длина перпендикуляра АЕ =4,9 см, опущенного из точки А на ось абсцисс, соответствует мощности Р1, потребляемой двигателем из сети:

Масштаб мощности:

Точки В, С и О делят прямую АЕ на отрезки, соответствующие со­ставляющим мощности P1.

Отрезок АВ - полезная мощность двигателя:

Отрезок ВС— электрические потери в обмотке ротора:


 

Отрезок СО - электрические потери в обмотке статора:

Отрезок - потери холостого хода:

Отрезок А С - электромагнитная мощность машины:

Отрезок АС в масштабе момента - электромагнитный момент ма­шины:

Масштаб момента:

 

Из точки О проводятся прямые:

O — К ' — линия полезной мощности и полезного момента;

О — Т ' — линия электромагнитной мощности и электромагнитного момента.

 

 

Таблица 6.1

Круговая диаграмма.

Дуга окружности (см. рис.7)1 является частью круговой диаграммы двигателя. Для определения перегрузочной способности двигателя и крат­ности пускового тока и пускового момента круговую диаграмму достаточ­но построить в пределах листа пояснительной записки. Для этого необхо­димо выбрать другие масштабы тока, мощности и момента. Такая диа­грамма приведена на рис. 9. Использованы масштабы:

m1 = 20 А/см; mp = 13587 Bт/см; mм = 86,5 Нм/см.

 

Перегрузочная способность двигателя (отношение максимального момента к номинальному):

Коэффициент 1,25 учитывает влияние насыщения зубцов статора и ротора полями рассеяния.

Кратность пускового тока:

Коэффициент 1,45 учитывает изменение сопротивления обмоток двигателя в период пуска.

Кратность пускового момента:

Для асинхронных двигателей значения kм, k1 и kпв курсовом проекте могут находиться в диапазоне: kм = 1,7...2,2;k1 = 5,0...7,5; kп = 0,5 ... 2.

 

Охлаждение двигателя

7.1. Расход воздуха, необходимого для охлаждения машины при максимально допустимом перегреве 100 °С:

 

7.2. Расход воздуха, обеспечиваемый вентилятором машины:

 

 

Необходимое условие выполняется.

 

 

Масса двигателя

Вопросы надежности и техники безопасности

Асинхронные двигатели общего назначения должны соответствовать следующим показателям надежности:

средний срок службы – не менее 15 лет при наработке 40 000ч;

средний срок службы до первого капитального ремонта - 8 лет при наработке

20 000 ч;

вероятность безотказной работы при наработке 10 000 ч - не менее 0,9.

Работоспособное техническое состояние асинхронных двигателей поддерживается

с помощью системы планово-предупредительных ремон­тов, включающих техническое

обслуживание, текущий и капитальный ре­монты, профилактические и послеремонтные испытания.

Программы испытаний, в частности, включают:

измерение сопротивления изоляции обмотки статора, которое для двигателей с

напряжением до 660В в холодном состоянии должно быть не менее 1 МОм;

испытание обмотки статора в течение 1 мин повышенным напряже­нием, величина которого составляет 2-Ц,+ 1 кВ, но не менее 1,5 кВ;

измерение воздушного зазора в четырех сдвинутых на 90° точках.

Отличие в размерах не должно превышать 10% от среднего значения;

проверку работы двигателя на холостом ходу продолжительностью 1 ч.

Ток холостого хода не должен отличаться более чем на 10% от указанного в каталоге;

может проводиться проверка работы двигателя под нагрузкой, со­ставляющей 50% от номинальной.

В процессе эксплуатации электрических машин должны неукосни­тельно

соблюдаться технические и организационные требования техники безопасности.

Корпуса всех электрических машин должны быть надежно заземле­ны, вращающиеся части – закрыты защитными кожухами.

 

 

Список литературы

1. Справочник по электрическим машинам.

 

2. Лапин А.В, Мельников В.И.Асинхронные двигатели с короткозамкнутым

Содержание

Введение ………………………………………………………………. 1

1. Исходные данные …………………………………………………… 3

2. Главные размеры двигателя ……………………………………… 4

3. Расчет статора ………………………………………………………. 7

4. Расчет ротора ……………………………………………………….. 11

5. Схема замещения двигателя ………………………………………. 13

6. Векторная и круговая диаграммы двигателя ………………….... 15

7. Охлаждение двигателя ……………………………………………... 19

8. Масса двигателя ……………………………………………………… 20

9. Ориентировочная стоимость двигателя …………………………. 21

10. Вопросы надежности и техники безопасности ………………….. 22

Список литературы ………………………………………………… 23

 

Введение

В настоящей работе приводится методика приближенного расчета трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, пред­назначенного для включения в сеть с частотой 50 Гц при длительном ре­жиме работы.

Методика расчета и задание на курсовое проектирование разработа­ны таким образом, чтобы студенты при выполнении курсового проекта основное внимание обращали на взаимосвязи между геометрическими размерами машины, характеристиками

электромагнитного процесса и тех­нико-экономическими показателями машины. В связи с такой постановкой задачи было признано возможным опустить некоторые детали расчета, не имеющие принципиального значения, и сделать некоторые допущения, например пренебречь потерями мощности в обмотке статора в режиме хо­лостого хода, добавочными потерями в машине при нагрузке. Возникаю­щая в результате этого погрешность расчета в значительной мере компен­сируется применением поправочных коэффициентов, численные значения которых подтверждены опытом проектирования, результатами испытаний и эксплуатации электрических машин.

Содержанием курсового проекта является расчет четырехполюсного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором закрытого исполне­ния с наружным обдувом заданной полезной мощности. Расчетные фор­мулы соответствуют указанному типу двигателя. С целью уменьшения объема расчетов задание на курсовой проект включает долевое распреде­ление потерь в различных частях машины.

Устройство двигателя студенты изучают на теоретических занятиях и в учебной лаборатории. Поэтому в работе приводится не чертеж, а схе­матическое изображение машины (рис. 1) с указанием размеров, которые должны быть проставлены по

полученным данным расчета.

Основными частями машины являются корпус 7, подшипниковые щиты 2, вентилятор 3, статор 4, ротор 5. В машинах малой мощности кор­пус выполняется из люминия. В более мощных машинах корпус и под­шипниковые щиты чугунные или стальные. На наружной поверхности корпуса имеются ребра, увеличивающие поверхность охлаждения маши­ны. Вентилятор устанавливается на валу 6 вне корпусазакрывается стальным кожухом 7, направляющим воздух на наружную поверхность двигателя. Вентиляционные лопатки 8 на замыкающих кольцах 9 обмотки ротора перемешивают воздух, в результате чего увеличивается отвод тепла от лобовых частей обмотки статора к корпусу и подшипниковым щитам машины.

 


 


Рис. 1

 

В подшипниковых щитах устанавливаются подшипники 10 и 11. Со стороны выводного конца вала устанавливается роликовый подшип­ник, с противоположной стороны - шариковый. Каждый из подшипников закрыт с обеих сторон крышками 12. Один из подшипников имеет воз­можность перемещаться в осевом направлении, что предотвращает от за­клинивания при сборке машины и вследствие теплового расширения.

Сердечник статора 4 выполнен из листов электротехнической стали марки 2013 толщиной 0,5 мм. Обмотка статора 13 выполнена в форме катушек из круглого медногоизолированного провода. Она размещается в паза статора и закрепляется клиньями. Сердечник ротора 5 выполняется из той же электротехнической стали, что и статор. Обмотка ротора выпол­няется заливкой пазов собранного сердечника расплавленным алюминием или его сплавами. Одновременно со стержнями обмотки отливают коротко-замыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Корпусная изоляция обмотки ротора отсутствует. На корпусе укреплена коробка выводов. У двигателей с шестью выводами в клеммовой коробке имеется возможность соединять фазы по схеме звезда или треугольник.

По результатам расчета строятся рабочие характеристики машины и делается анализ удельных показателей двигателя, которыми являются от­ношение пускового вращающего момента к номинальному, отношение максимального вращающего момента к номинальному, отношение на­чального пускового тока к номинальному, удельная стоимость (на единицу полезной мощности) двигателя, выраженная в условных единицах.

К защите курсового проекта предъявляются пояснительная записка с результатами расчета и необходимыми пояснениями и схематическое изо­бражение продольного разреза машины с указанием полученных разме­ров.

Исходные данные

 

Uл1 = 380 В - линейное напряжение питающей сети;

Рп = 30000 Вт- полезная мощность двигателя;

η = 0,92 - коэффициент полезного действия;

СОS ф1 = 0,92 - коэффициент мощности (ф, = 23°);

∆Өд =100 °С - предельно допустимый перегрев (изоляция класса F).

Долевое распределение потерь мощности:

∆pЭ1* = 0.40 - электрические потери мощности в обмотке статора;

∆рЭ2* = 0,30 — электрические потери мощности в обмотке ротора;

∆рст* = 0,15 — потери мощности в магнитопроводе статора;

∆pМех* = 0,15 - механические потери мощности;

Σ∆р* = 1,00 - суммарные потери мощности в машине.

 

Частота питающего напряжения f1 = 50Гц, число полюсов двигателя 2p = 4, число фаз статора m1 = 3.

 

Главные размеры двигателя

При расчете используются фазные значения напряжения и тока обмотки статора, соединенной по схеме звезда.

Фазное напряжение:

Фазный ток:







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-21; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.30.155 (0.063 с.)