Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя

Оглавление

Введение. 3

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя. 4

Конструирование обмотки статора. 7

Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора. 19

Расчет магнитной цепи. 26

Расчет параметров асинхронного двигателя для номинального режима. 32

Расчет потерь в асинхронном двигателе. 38

Расчет рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя. 38

Расчет пусковых характеристик трехфазного асинхронного двигателя. 49

Тепловой и вентиляционный расчет. 66

Схема-таблица укладки в пазы катушек однослойной концентрической обмотки. 66

Обоснование и описание конструкции рассчитанного двигателя. 73

Список литературы.. 74

 

 

Введение

Данный курсовой проект содержит проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства. В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Проектирование электрической машины сводится к многократному расчету зависимостей между основными показателями, заданных в виде системы формул, эмпирических коэффициентов, графических зависимостей, которые можно рассматривать как уравнения проектирования.

Техническое задание

Рассчитать трехфазный асинхронный двигатель со следующими параметрами:

1. Тип двигателя: с короткозамкнутым ротором
2. Номинальный режим работы: S1
3. Номинальная мощность, P_2Н: 11 кВт
4. Номинальное напряжение Υ/Δ: 380/220В
5. Число пар полюсов 2р: 4
6. Частота сети: 50Гц
7. Способ охлаждения: ICA0141
8. Исполнение по способу монтажа: IM1081
9. Климатические условия работы: УЗ
10. Класс нагревостойкости изоляции: F

Основные требования к проектируемому двигателю:

1. Значения КПД и cosφ в номинальном режиме должны быть не хуже, чем у аналогичных серийных двигателей
2. Перегрузочная способность M_MAX*= M_MAX/M_2H ≥1.8
3. Кратность начального пускового момента M_П*= M_П/M_2H ≥1.2
4. Кратность начального пускового тока I_1П*= I_1П/I_1H ≤7.5
5. Установочные и присоединительные размеры должны соответствовать действующим стандартам

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя

Определение предварительных значений величин

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
1.1	Предварительная высота оси вращения hпред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.1 стр.8 [1]. Найденное из графиков значение округляется до ближайшего из стандартного ряда.	hпред		мм
1.2	Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора Dа.пред=ƒ(hпред) Определяется по таблице 1.1 стр.9 [1]. Определяется по таблице соответствия наружных диаметров статоров асинхронных двигателей и высот оси вращения электрических машин.	Dа.пред	0.225	м
1.3	Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению KE=ƒ(2p,Dа.пред) Определяется по рис.1.2 стр.9 [1].	KE	0.972
1.4	Коэффициент, характеризующий отношение внутреннего диаметра статора к наружному (D/Da) KD=ƒ(2p) Определяется по таблице 1.2 стр.10 [1].	KD	0.68
1.5	Предварительное значение номинального КПД ηн.пред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.3 стр.11 [1].	ηн.пред	0.87	о.е.
1.6	Предварительное значение коэффициента мощности cosφн.пред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.4 стр.12 [1].	cosφн.пред	0.873
1.7	Предварительное значение индукции в магнитном зазоре Bδ.пред=ƒ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.5 стр.14 [1].	Bδ.пред	0.89	Тл
1.8	Предварительное значение линейной нагрузки Aпред=ƒ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.6 стр.15 [1].	Aпред		А/м
1.9	Идентификатор обмотки Ид.обм.=ƒ(2p,hпред)	Ид.обм.
1.10	Предварительное значение обмоточного коэффициента kоб.1.пред=ƒ(2p,Ид.обм.) Обмоточный коэффициент задается по аналитическим правилам исходя из данных двигателя	kоб.1.пред	0.96
1.11	Верхняя граница критерия λ λmax=ƒ(2p,IP,hпред) Определяется по рис.1.7 стр.17 [1].	λmax	1.2
1.12	Нижняя граница критерия λ λmin=ƒ(2p,IP,hпред) Определяется по рис.1.7 стр.17 [1].	λmin	0.78

Параметры расчетов:

• P_2H=11 кВт - Номинальная мощность
• 2p=4 - Число полюсов
• IP=IP44 - Степень защиты

Расчет главных размеров двигателя и их проверка

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
1.13	Предварительное значение внутреннего диаметра магнитопровода статора Dпред=KD×Dа.пред Dпред=0.68×0.225=0.153 м	Dпред	0.153	м
1.14	Предварительное значение полюсного деления τпред=π×Dпред/(2p) τпред=π×0.153/(4)=0.12017 м	τпред	0.12017	м
1.15	Расчетная мощность P'=(KE×P2H)/(ηн.пред×cosφн.пред) P'=(0.972×11)/(0.87×0.873)=14.077 кВ×А	P'	14.077	кВ×А
1.16	Синхронная угловая скорость вращения (скорость вращения магнитного поля в воздушном зазоре) Ω=2×π×f1/p Ω=2×π×50/2=157.08 c^-1	Ω	157.08	c^-1
1.17	Предварительное значение расчетной длины воздушного зазора lδ.пред=(P'×10^3)/(1.11×Dпред^2×Ω×kоб.1.пред×Aпред×Bδ.пред) lδ.пред=(14.077×10^3)/(1.11×0.153^2×157.08×0.96×28200×0.89)=0.143 м	lδ.пред	0.143	м
1.18	Заготовительная масса электротехнической стали для изготовления магнитопровода mc=kc×γc×(Dа.пред+0.01)^2×lδ.пред mc=0.97×7800×(0.225+0.01)^2×0.143=59.8 кг	mc	59.8	кг
1.19	Критерий правильности выбора главных размеров λ=lδ.пред/τпред λ=0.143/0.12017=1.19 Величина критерия должна находиться в диапазоне между найденными λmin и λmax.	λ	1.19

Параметры расчетов:

• K_D=0.68 - Коэффициент, характеризующий отношение внутреннего диаметра статора к наружному (D/D_a)
• D_а.пред=0.225 м - Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора
• 2p=4 - Число полюсов
• K_E=0.972 - Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению
• P_2H=11 кВт - Номинальная мощность
• η_н.пред=0.87 о.е. - Предварительное значение номинального КПД
• cosφ_н.пред=0.873 - Предварительное значение коэффициента мощности
• f₁=50 Гц - Частота сети
• p=2 - Число пар полюсов
• k_{об.1.пред}=0.96 - Предварительное значение обмоточного коэффициента
• A_пред=28200 А/м - Предварительное значение линейной нагрузки
• B_δ.пред=0.89 Тл - Предварительное значение индукции в магнитном зазоре
• k_c=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования
• γ_c=7800 кг/м³ - Удельная масса стали

Конструирование обмотки статора

Данные, выбранные для дальнейшего расчета варианта главных размеров двигателя

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
2.1	Высота оси вращения двигателя	h		мм
2.2	Наружный диаметр магнитопровода статора	Dа	0.225	м
2.3	Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению KE=ƒ(2p,Dа.пред) Определяется по рис.1.2 стр.9 [1].	KE	0.972
2.4	Предварительное значение номинального КПД ηн.пред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.3 стр.11 [1].	ηн.пред	0.87	о.е.
2.5	Предварительное значение индукции в магнитном зазоре Bδ.пред=ƒ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.5 стр.14 [1].	Bδ.пред	0.89	Тл
2.6	Предварительное значение линейной нагрузки Aпред=ƒ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.6 стр.15 [1].	Aпред		А/м
2.7	Идентификатор обмотки Ид.обм.=ƒ(2p,hпред)	Ид.обм.
2.8	Внутренний диаметр магнитопровода статора	D	0.153	м
2.9	Расчетная длина воздушного зазора	lδ	0.155	м
2.10	Полюсное деление	τ	0.1202	м

Параметры расчетов:

• 2p=4 - Число полюсов
• D_а.пред=0.225 м - Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора
• P_2H=11 кВт - Номинальная мощность
• IP=IP44 - Степень защиты
• h_пред=132 мм - Предварительная высота оси вращения

Предварительное значение зубцового деления статора

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
2.11	Предварительное максимальное значение зубцового деления статора t1пред^max=ƒ(Обм.стат.,τ,h) Определяется по рис.2.1 стр.22 [1].	t1пред^max	0.0131	м
2.12	Предварительное минимальное значение зубцового деления статора t1пред^min=ƒ(Обм.стат.,τ,h) Определяется по рис.2.1 стр.22 [1].	t1пред^min	0.0108	м
2.13	Предварительное минимальное число пазов статора Z1пред^min=π×D/t1пред^max Z1пред^min=π×0.153/0.0131=36.69	Z1пред^min	36.69
2.14	Предварительное максимальное число пазов статора Z1пред^max=π×D/t1пред^min Z1пред^max=π×0.153/0.0108=44.51	Z1пред^max	44.51

Параметры расчетов:

• Обм.стат.=Всыпная - Тип обмотки статора
• τ=0.1202 м - Полюсное деление
• h=132 мм - Высота оси вращения двигателя
• D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора

Варианты значений параллельных ветвей обмотки статора

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
2.20	Количество катушечных групп в фазе КГф=ƒКГф(Ид.обм.) В однослойных концентрических обмотках принимается равным p, а для двуслойных 2p.	КГф
2.21	Максимальное число параллельных ветвей обмотки amax=КГф amax=2 В дальнейшем возможные варианты числа параллельных ветвей отбираются по условию amax/a - целое число.	amax
2.22	Вариант №1 значения параллельных ветвей обмотки a1=ƒ(КГф) Должно выполнятся условие КГф/a1 - целое число (2/1=2).	a1
2.23	Вариант №2 значения параллельных ветвей обмотки a2=ƒ(КГф) Должно выполнятся условие КГф/a2 - целое число (2/2=1).	a2
2.24	Предварительное значение фазного тока статора I1н.пред=(P2H×10^3)/(m1×U1H×ηн.пред×cosφн.пред) I1н.пред=(11×10^3)/(3×220×0.87×0.873)=21.944 А	I1н.пред	21.944	А
2.25	Вариант №1 предварительного значения эффективных проводников uп1=(π×D×Aпред)/(I1н.пред×Z1) uп1=(π×0.153×28200)/(21.944×36)=17.16	uп1	17.16
2.26	Вариант №2 предварительного значения эффективных проводников uп2=a2×uп1 uп2=2×17.16=34.32	uп2	34.32

Параметры расчетов:

• Ид.обм.=1 - Идентификатор обмотки
• P_2H=11 кВт - Номинальная мощность
• m₁=3 - Число фаз обмотки статора
• U_1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора
• η_н.пред=0.87 о.е. - Предварительное значение номинального КПД
• cosφ_н.пред=0.873 - Предварительное значение коэффициента мощности
• D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора
• A_пред=28200 А/м - Предварительное значение линейной нагрузки
• Z₁=36 - Число пазов статора

Данные обмотки статора

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
2.40	Число витков в фазе статора W1=(uп×Z1)/(2×a×m1) W1=(17×36)/(2×1×3)=102 вит	W1		вит
2.41	Расчетное значение линейной нагрузки A=(2×I1н.пред×W1×m1)/(π×D) A=(2×21.944×102×3)/(π×0.153)=27939.969 А/м	A	27939.969	А/м
2.42	Отклонение расчетного значения линейной нагрузки о ранее принятой ΔA=(A-Aпред)/A×100 ΔA=(27939.969-28200)/27939.969×100=-0.93 %	ΔA	-0.93	%
2.43	Расчетное значение магнитного потока Φ=(KE×U1H)/(4.44×W1×kоб1×f1) Φ=(0.972×220)/(4.44×102×0.9598×50)=0.009839 Вб	Φ	0.009839	Вб
2.44	Расчетное значение индукции в воздушном зазоре Bδ=(2p×Φ)/(2×D×lδ) Bδ=(4×0.009839)/(2×0.153×0.155)=0.8298 Тл	Bδ	0.8298	Тл
2.45	Отклонение расчетного значения индукции в воздушном зазоре ΔBδ=(Bδ-Bδ.пред)/Bδ×100 ΔBδ=(0.8298-0.89)/0.8298×100=-7.25 %	ΔBδ	-7.25	%

Параметры расчетов:

• u_п=17 - Рациональное число эффективных проводников в пазу статора
• Z₁=36 - Число пазов статора
• a=1 - Число параллельных ветвей обмотки статора
• m₁=3 - Число фаз обмотки статора
• I_1н.пред=21.944 А - Предварительное значение фазного тока статора
• D=0.153 м - Внутренний диаметр магнитопровода статора
• A_пред=28200 А/м - Предварительное значение линейной нагрузки
• K_E=0.972 - Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению
• U_1H=220 В - Номинальное фазное напряжение обмотки статора
• k_об1=0.9598 - Обмоточный коэффициент
• f₁=50 Гц - Частота сети
• 2p=4 - Число полюсов
• l_δ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора
• B_δ.пред=0.89 Тл - Предварительное значение индукции в магнитном зазоре

Предварительные значения индукции в ярме и зубцах статора

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
2.69	Предварительное значение индукции в ярме статора Ba.пред=ƒ(B'a.min,B'a.max)	Ba.пред	1.61	Тл
2.70	Предварительное значение индукции в зубцах статора BZ1.пред=ƒ(B'Z1.min,B'Z1.max)	BZ1.пред	1.91	Тл

Параметры расчетов:

• B'_a.min=1.33 Тл - Допустимое минимальное значение индукции в ярме статора
• B'_a.max=1.68 Тл - Допустимое максимальное значение индукции в ярме статора
• B'_Z1.min=1.52 Тл - Допустимое минимальное значение индукции в зубцах статора
• B'_Z1.max=1.995 Тл - Допустимое максимальное значение индукции в зубцах статора

Выбор формы паза ротора

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
3.15	Идентификатор формы паза Ид.форм.паза=ƒ(h) При высоте оси вращения h<160мм, применяются трапецеидальные (грушевидные) полузакрытые пазы (идентификатор формы паза 4).	Ид.форм.паза

Параметры расчетов:

• h=132 мм - Высота оси вращения двигателя

Расчет ярма ротора

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
3.32	Максимальная индукция в ярме короткозамкнутого ротора Bj max=ƒ(IP,2p) Определяется по таблице 2.5 стр.41 [1].	Bj max	1.4	Тл
3.33	Условная высота ярма ротора ΔD=0.75×(D2/2-hп(2)×10^-3) ΔD=0.75×(0.1521/2-20.5×10^-3)=0.0417 м	ΔD	0.0417	м
3.34	Расчетная высота ярма ротора h'j=(2+p)/(3.2×p)×(D2×10^3/2-hп(2)) h'j=(2+2)/(3.2×2)×(0.1521×10^3/2-20.5)=34.7 мм Вид формулы соответствует условию 2p=2 или 2p=4 и Dj>ΔD(0.0518>0.0417)	h'j	34.7	мм
3.35	Индукция в ярме ротора Bj=Φ/(2×kc×h'j×10^-3×lδ) Bj=0.009839/(2×0.97×34.7×10^-3×0.155)=0.943 Тл	Bj	0.943	Тл
3.36	Отклонение индукции в ярме ротора ΔBj=Bj max-Bj ΔBj=1.4-0.943=0.457 Тл	ΔBj	0.457	Тл
3.37	Плотность тока в стержне ротора J2=I2н.пред/qс J2=445.191/134.1=3.32 А/мм²	J2	3.32	А/мм²
3.38	Отклонение плотности тока в стержне ротора ΔJ2=3.5-J2 ΔJ2=3.5-3.32=0.18 А/мм² Вид формулы зависит от степени защиты двигателя (IP=IP44).	ΔJ2	0.18	А/мм²

Параметры расчетов:

• IP=IP44 - Степень защиты
• 2p=4 - Число полюсов
• D₂=0.1521 м - Внешний диаметр ротора
• h_п(2)=20.5 мм - Высота паза ротора
• p=2 - Число пар полюсов
• Φ=0.009839 Вб - Расчетное значение магнитного потока
• k_c=0.97 - Коэффициент заполнения пакета сталью при толщине листа 0.5мм и изоляции путем оксидирования
• l_δ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора
• I_2н.пред=445.191 А - Предварительное значение номинального фазного тока ротора
• q_с=134.1 мм² - Площадь сечения стержня ротора

Расчет магнитной цепи

Расчет поверхностных потерь

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
6.11	Коэффициент пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора β0(1)=ƒ(Δbδ1) Определяется по рис.6.1 стр.108 [1].	β0(1)	0.368
6.12	Коэффициент пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора β0(2)=ƒ(Δbδ2) Определяется по рис.6.1 стр.108 [1].	β0(2)	0.234
6.13	Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов статора B0(1)=β0(1)×kδ×Bδ B0(1)=0.368×1.2459×0.8298=0.38	B0(1)	0.38
6.14	Амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора B0(2)=β0(2)×kδ×Bδ B0(2)=0.234×1.2459×0.8298=0.242	B0(2)	0.242
6.15	Скорость вращения ротора в режиме ХХ n=60×f1/p n=60×50/2=1500 об/мин	n		об/мин
6.16	Удельные поверхностные потери коронок зубцов статора pпов(1)=0.5×k01×(Z2×n/10000)^1.5×(B0(1)×t2)^2 pпов(1)=0.5×1.5×(26×1500/10000)^1.5×(0.38×18.38)^2=281.8 Вт/м²	pпов(1)	281.8	Вт/м²
6.17	Удельные поверхностные потери коронок зубцов ротора pпов(2)=0.5×k02×(Z1×n/10000)^1.5×(B0(2)×t1×10^3)^2 pпов(2)=0.5×1.5×(36×1500/10000)^1.5×(0.242×0.01335×10^3)^2=98.2 Вт/м²	pпов(2)	98.2	Вт/м²
6.18	Полные поверхностные потери статора Δpпов(1)=pпов(1)×(t1-bш(1)×10^-3)×Z1×lδ Δpпов(1)=281.8×(0.01335-3.5×10^-3)×36×0.155=15.49 Вт	Δpпов(1)	15.49	Вт
6.19	Полные поверхностные потери ротора Δpпов(2)=pпов(2)×(t2×10^-3-bш(2)×10^-3)×Z2×lδ Δpпов(2)=98.2×(18.38×10^-3-1.5×10^-3)×26×0.155=6.68 Вт	Δpпов(2)	6.68	Вт

Параметры расчетов:

• Δb_δ1=7.78 - Отношение ширины шлица статора к значению воздушного зазора
• Δb_δ2=3.333 - Отношение отношения ширины шлица ротора к значению воздушного зазора
• k_δ=1.2459 - Коэффициент МДС воздушного зазора
• B_δ=0.8298 Тл - Расчетное значение индукции в воздушном зазоре
• f₁=50 Гц - Частота сети
• p=2 - Число пар полюсов
• k₀₁=1.5 - Коэффициент учитывающий влияние обработки коронок зубцов статора на удельные потери
• Z₂=26 - Число пазов ротора
• t₂=18.38 мм - Зубцовое деление ротора
• k₀₂=1.5 - Коэффициент учитывающий влияние обработки коронок зубцов ротора на удельные потери
• Z₁=36 - Число пазов статора
• t₁=0.01335 м - Значение зубцового деления статора
• b_ш(1)=3.5 мм - Значение ширины шлица паза статора
• l_δ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора
• b_ш(2)=1.5 мм - Ширина прорези паза ротора

Расчет электрических потерь

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
9.1	Электрические потери в обмотке статора при номинальном скольжении и температуре 115°С Δpэ1=m1×r1×I1 ном^2 Δpэ1=3×0.5778×21.783^2=822.497 Вт	Δpэ1	822.497	Вт
9.2	Электрические потери пазовой части обмотки статора при предельной температуре 140°С Δp'эп1=kp×Δpэ1×(2×lδ)/Lср Δp'эп1=1.07×822.497×(2×0.155)/0.7146=381.783 Вт	Δp'эп1	381.783	Вт
9.3	Электрические потери в лобовых частях обмотки статора при предельной температуре 140°С Δp'эл1=kp×Δpэ1×(2×Lл)/Lср Δp'эл1=1.07×822.497×(2×0.2023)/0.7146=498.289 Вт	Δp'эл1	498.289	Вт

Параметры расчетов:

• m₁=3 - Число фаз обмотки статора
• r₁=0.5778 Ом - Активное сопротивление фазы обмотки статора при расчетной температуре
• I_{1 ном}=21.783 А - Модуль фазного тока статора Г-образной схемы замещения для номинального скольжения
• k_p=1.07 - Температурный коэффициент увеличения потерь
• l_δ=0.155 м - Расчетная длина воздушного зазора
• L_ср=0.7146 м - Средня длина витка катушки
• L_л=0.2023 м - Длина лобовых частей обмотки

Вентиляцонный расчет

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
9.24	Вентиляционный коэффициент для двигателей со степенью защиты IP44 m'=ƒ(2p)	m'	1.8
9.25	Коэффициент, учитывающий изменение условий охлаждения по длине поверхности корпуса Km=m'×(n×Dа/100)^½ Km=1.8×(1500×0.225/100)^½=3.307	Km	3.307
9.26	Требуемый для охлаждения двигателя расход воздуха Qв.44=Km×ΣΔp'в/(1100×ΔVв) Qв.44=3.307×1132.78/(1100×57.3)=0.059 м³/с	Qв.44	0.059	м³/с
9.27	Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором двигателя Q'в.44=0.6×Dа^3×n/100 Q'в.44=0.6×0.225^3×1500/100=0.103 м³/с	Q'в.44	0.103	м³/с
9.28	Разность объемов требуемого и получаемого воздуха ΔQ44=Q'в.44-Qв.44 ΔQ44=0.103-0.059=0.044 м³/с	ΔQ44	0.044	м³/с

Параметры расчетов:

• 2p=4 - Число полюсов
• n=1500 об/мин - Скорость вращения ротора в режиме ХХ
• D_а=0.225 м - Наружный диаметр магнитопровода статора
• ΣΔp'_в=1132.78 Вт - Сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя
• ΔV_в=57.3 °С - Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды

Схема-таблица укладки в пазы катушек однослойной концентрической обмотки

Расчет однослойной обмотки

Полюсное деление в пазах	τП=Z1/2p=36/4=9 паз.
Число пазов на полюс и фазу (число катушек в одной катушечной группе)	q=Z1/(2p*m)=36/(4*3)=3
Количество катушек, из которых собирается трехфазная двухслойная обмотка	К=0.5*Z1=0.5*36=18 кат.
Количество катушек в фазе	КФ=К/m1=18/3=6 кат.
Количество катушечных групп в фазе	КГФ=КФ/q=6/3=2
Наружный шаг обмотки	yнар=4q-1=4*3-1=11
Внутренний шаг обмотки	yвн=2q+1=2*3+1=7
Смещение катушечных групп фазы относительно друг друга	СГР= 2τП =2*9=18 паз.
Смещение начал фаз относительно друг друга	СФ=2/3*τП =2/3*9=6 паз.

 

Фаза А	Фаза В	Фаза С
вверх	вниз	вверх	вниз	вверх	вниз
	+Сф	+Сф
1-12’ 2-11’ 3-10’ +2τП 19-30’ 20-29’ 21-28’	7-18’ 8-17’ 9-16’ +2τП 25-36’ 26-35’ 27-34’	13-24’ 14-23’ 15-22’ +2τП 31-6’ 32-5’ 33-4’

 

Рис. 7 Условная схема фазы А однослойной концентрической обмотки Z1=36, 2p=4, m1=3, a=1

Рис. 8 Полная схема обмотки двигателя

Список литературы

[1] «Проектирование трехфазного двигателя с короткозамкнутым ротором. Учебное пособие» В.Н. Полузадов, А.В. Дружинин. Екатеринбург, 2005

[2] «Асинхронные двигатели серии 4А:Справочник» А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, и др. Москва «Энергоиздат», 1982 год

[3] «Государственный стандарт СССР «Единая система конструкторской документации»» Издательство стандартов, Москва

Оглавление

Введение. 3

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя. 4

Конструирование обмотки статора. 7

Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора. 19

Расчет магнитной цепи. 26

Расчет параметров асинхронного двигателя для номинального режима. 32

Расчет потерь в асинхронном двигателе. 38

Расчет рабочих характеристик трехфазного асинхронного двигателя. 38

Расчет пусковых характеристик трехфазного асинхронного двигателя. 49

Тепловой и вентиляционный расчет. 66

Схема-таблица укладки в пазы катушек однослойной концентрической обмотки. 66

Обоснование и описание конструкции рассчитанного двигателя. 73

Список литературы.. 74

 

 

Введение

Данный курсовой проект содержит проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства. В основу конструкции асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Проектирование электрической машины сводится к многократному расчету зависимостей между основными показателями, заданных в виде системы формул, эмпирических коэффициентов, графических зависимостей, которые можно рассматривать как уравнения проектирования.

Техническое задание

Рассчитать трехфазный асинхронный двигатель со следующими параметрами:

1. Тип двигателя: с короткозамкнутым ротором
2. Номинальный режим работы: S1
3. Номинальная мощность, P_2Н: 11 кВт
4. Номинальное напряжение Υ/Δ: 380/220В
5. Число пар полюсов 2р: 4
6. Частота сети: 50Гц
7. Способ охлаждения: ICA0141
8. Исполнение по способу монтажа: IM1081
9. Климатические условия работы: УЗ
10. Класс нагревостойкости изоляции: F

Основные требования к проектируемому двигателю:

1. Значения КПД и cosφ в номинальном режиме должны быть не хуже, чем у аналогичных серийных двигателей
2. Перегрузочная способность M_MAX*= M_MAX/M_2H ≥1.8
3. Кратность начального пускового момента M_П*= M_П/M_2H ≥1.2
4. Кратность начального пускового тока I_1П*= I_1П/I_1H ≤7.5
5. Установочные и присоединительные размеры должны соответствовать действующим стандартам

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя

Определение предварительных значений величин

№ п/п	Наименование расчетных величин, формулы и пояснения	Обозна- чение	Вели- чина	Размер- ность
1.1	Предварительная высота оси вращения hпред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.1 стр.8 [1]. Найденное из графиков значение округляется до ближайшего из стандартного ряда.	hпред		мм
1.2	Предварительное значение наружного диаметра магнитопровода статора Dа.пред=ƒ(hпред) Определяется по таблице 1.1 стр.9 [1]. Определяется по таблице соответствия наружных диаметров статоров асинхронных двигателей и высот оси вращения электрических машин.	Dа.пред	0.225	м
1.3	Коэффициент, характеризующий отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению KE=ƒ(2p,Dа.пред) Определяется по рис.1.2 стр.9 [1].	KE	0.972
1.4	Коэффициент, характеризующий отношение внутреннего диаметра статора к наружному (D/Da) KD=ƒ(2p) Определяется по таблице 1.2 стр.10 [1].	KD	0.68
1.5	Предварительное значение номинального КПД ηн.пред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.3 стр.11 [1].	ηн.пред	0.87	о.е.
1.6	Предварительное значение коэффициента мощности cosφн.пред=ƒ(P2H,2p,IP) Определяется по рис.1.4 стр.12 [1].	cosφн.пред	0.873
1.7	Предварительное значение индукции в магнитном зазоре Bδ.пред=ƒ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.5 стр.14 [1].	Bδ.пред	0.89	Тл
1.8	Предварительное значение линейной нагрузки Aпред=ƒ(IP,2p,hпред,Dа.пред) Определяется по рис.1.6 стр.15 [1].	Aпред		А/м
1.9	Идентификатор обмотки Ид.обм.=ƒ(2p,hпред)	Ид.обм.
1.10	Предварительное значение обмоточного коэффициента kоб.1.пред=ƒ(2p,Ид.обм.) Обмоточный коэффициент задается по аналитическим правилам исходя из данных двигателя	kоб.1.пред	0.96
1.11	Верхняя граница критерия λ λmax=ƒ(2p,IP,hпред) Определяется по рис.1.7 стр.17 [1].	λmax	1.2
1.12	Нижняя граница критерия λ λmin=ƒ(2p,IP,hпред) Определяется по рис.1.7 стр.17 [1].	λmin	0.78

Параметры расчетов:

• P_2H=11 кВт - Номинальная мощность
• 2p=4 - Число полюсов
• IP=IP44 - Степень защиты