Расчёт асинхронного двигателя по заданным параметрам

Политехнический институт (филиал) Государственного образовательного учреждения Высшего профессионального образования

“Якутский Государственный  Университет имени М. К. Аммосова”

в г. Мирном.

 

 

Проект курсовой по дисциплине “электрические машины” 

 «Расчёт асинхронного двигателя по заданным параметрам».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент:

                                                                                                       группы ЭC-02

                                                                                                         Мышаев А. И.

                                                                                                         Проверил:

                                                                                           Шахунов А. В.

 

 

 

Мирный 2005 г.

Содержание:

		стр.
1	Введение	3
2	Техническое задание	4
3	Выбор главных размеров	5
4	Определение Z1, , и площади сечения провода обмотки статора:	7
5	Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора	10
6	Расчёт ротора	12
7	Расчёт магнитной цепи	16
8	Параметры рабочего режима	19
9	Расчёт потерь	23
10	Расчёт рабочих характеристик	26
11	Расчёт пусковых характеристик	29
12	Расчёт пусковых характеристик  с учётом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния	32
13	Тепловой расчёт	37
14	Заключение	40
15	Список библиографических  источников	41
	Приложение 1	42
	Приложение 2	43
	Приложение 3	44

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

   В настоящее  время все большую роль на  производстве и в быту играют устройства и агрегаты, оснащенные электрическим приводом. Электрические машины различаются не только по размерам, но и по принципу действия, причём различным типам машин свойствены свои характерные преимущества и недостатки, определяющие область применения этих машин. Синхронные двигатели позволяют получить стабильную частоту вращения не зависящую от момента на валу (конечно при условии, что момент не превышает максимально допустимый и двигатель работает в синхронном режиме). Такие двигатели находят применение в системах электропривода большой мощности или там где необходима повышенная стабильность частоты вращения вала привода. В соответствующих областях находят применение так же различные специальные машины, такие как машины с катящимся или волновым ротором (применяются там где необходим большой момент на валу при набольших размерах привода),

двигатели с электромагнитной редукцией, шаговые двигатели, реактивные и гистерезисные двигатели, а  так же многие другие.

   Важное место  в семействе электрических машин занимают асинхронные двигатели, которые получили широкое распространение благодаря простоте конструкции, надежности и долговечности. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором отличаются повышенной надежностью. Благодаря отсутствию коллектора и контактных колец отсутствует искрение под щётками и невысока вероятность выхода их из строя. Так же маловероятен отказ обмотки ротора, который представляет собой литую алюминиевую клетку. Наиболее широко асинхронные двигатели распространены в электроприводах средней мощности (до 500 кВт). Они просты по конструкции и при этом дешёвые .

 

2. Техническое задание

   Спроектировать трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором соответствующий следующим данным:

1. Номинальная мощность - P₂=30 кВт,

2. 2p=4       

3. синхронная частота вращения - n₁=1500об/мин,
4. Номинальное напряжение - U=220/380 B;
5. конструктивное исполнение - IM1001;
6. исполнение по способу защиты от воздействия окружающей среды - IP44;
7. климатическое исполнение и категория размещения - У3
8. кратность пускового тока (не более) - [I_п^*] 8А
9. кратность пускового момента (не менее) - [М_п^*] 1.1 Н/м
10. класс нагревостойкости изоляции - F
11. способ охлаждения - ISO 141

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Выбор главных размеров

1. Примем предварительную высоту оси вращения по рис. 9.18, а [1, стр. 343]

h=180мм=1,8м;

В соответствии с табл. 9.8 [1, стр. 344] принимаем h=180мм; D_a=0,313м;

 

2. Найдём внутренний диаметр статора D=K_dD_a=0,68*0,313=0,213м   (3.1)

Где k_d=0,68 в соответствии с табл. 9.9. [1, стр. 343]:

 

3. Тогда полюсное деление   (3.2).

 

4. Определим расчётную мощность по 9-4 [1, стр. 352]:    (3.3),

где k_E – из  рис. 9.20, h и cosj - из рис. 9.21, а [1, стр. 345].

 

5. Определим электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б [1, стр. 346]):

А=35*10³ А/м;

B_s=0,768Тл.

 

6. Примем обмоточный коэффициент для однослойной обмотки k_об1=0,95

 

7. Найдём расчётную длину магнитопровода по 9-6 [1, стр. 348]:

   (3.4),

где в соответствии с 9-5 [1, стр. 352]

 

 

     (3.5);

 

8. Найдём отношение:

   (3.6).

Мы видим, что значение находится в рекомендуемых пределах (рис 9.25 [1, стр. 348]).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение Z₁, , и площади поперечного сечения провода обмотки статора:

9. Предельно допустимые значения t_Z1 (по рис. 9.26 [1, стр. 351]):

t_Z1min=12,2мм;

t_Z1max=15,3мм;

 

10. Найдем предельные значения числа пазов статора по 9-16 [1, стр. 351]:

   (4.1);

   (4.2).

Примем Z₁=48, тогда:

   (4.3).

Принимаем однослойную обмотку.

 

11. Зубцовое деление статора (окончательно):

   (4.5).

 

12. Число эффективных проводников в пазу по 9-18 [1, стр. 352]:

   (4.6),

где     (4.7).

 

13. Принимаем а=2, тогда по 9-19 [1, стр. 352]

проводников   (4.7).

 

 

 

14.  Окончательные значения по 9-20 [1, стр. 352]:

   (4.8);

линейная нагрузка по 9-21 [1, стр. 353]:

   (4.9).

Магнитный поток по 9-22 [1, стр. 352]

Учитывая, что для однослойной  обмотки с q=4 по табл. 3.16: k_об1=k_p=0,958; для D_a=0,313м по рис. 9.20 [1, стр. 345]: k_E=0,982.

   (4.10).

Индукция в воздушном  зазоре 9-23 [1, стр. 353]

   (4.11).

Мы видим что значения А и  находятся в допустимых пределах (см. рис. 9.22, б [1, стр. 346]).

 

15. Плотность тока в обмотке статора (предварительно) можно определить по 9-25 [1, стр. 354] c учётом, что

AJ₁=183*10⁹ А²/м³ по рис. 9.27 б [1, стр. 355],

   (4.12).

 

16. Тогда площадь сечения эффективного проводника (предварительно) по 9-24 [1, стр. 353], а=1

(4.13);

 

принимаем n_эл=3, тогда по 9-26 [1, стр. 354]:

     (4.14).

17) Принимаем обмоточный провод ПЭТВ:

d_эл=1,5мм, q_эл=1,767мм²,  q_э.ср=n_эл*q_эл=3*1,767=5,3мм².

 

18. Плотность тока в обмотке статора (окончательно) по 9-27 [1, стр. 356]:

   (4.15).

 

5. Расчёт размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис. 9.29, а [1, стр. 361], с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

19)   Принимаем предварительно по табл. 9.12 [1, стр. 357]:

B_z1=1,9 Тл;

B_a=1,6 Тл;

k_c=0,97 (по табл. 9.13 [1, стр. 358] для оксидированой стали марки 2013 k_c=0,97);

тогда по 9-37 [1, стр. 362]:

   (5.1),

и по по 9-28 [1, стр. 356]:

   (5.2).

 

20. Размеры паза в штампе принимаем:

b_ш=4 мм; h_ш=1 мм, β=45⁰

тогда в соответствии с 9-38 [1, стр. 362]:

   (5.3),

и по 9-40 [1, стр. 362]:

   (5.4),

а по 9-39 [1, стр. 362]:

   (5.5).

Тогда воспользуемся 9-42, 9-45 [1, стр. 365] для нахождения h₁:

   (5.6).

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

 

 

Тогда площадь поперечного  сечения паза для размещения проводников  определяется как 9-48 [1, стр. 365]:

   (5.7).

Причём площадь поперечного сечения прокладок равна 0:

S_пр=0.

А площадь поперечного  сечения корпусной изоляции в  пазу:

S_из=b_из(2h_П+b₁+b₂)=0,4*(2*21,407+10,37+7,901)=24,413 мм²   (5.8),

где односторонняя толщина изоляции в пазу принята в соответствии с табл. 3.1 [1, стр. 77]:

b_из=0,4 мм.

 

22. Коэффициент заполнения паза по 3-2 [1, стр. 101]:

   (5.9).

   Полученное значение коэффициента  заполнения паза находится в  допустимых пределах и допускает механизированную укладку обмотки в пазы.

Размеры паза в штампе показаны на рис.1:

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчёт ротора

23. Воздушный зазор выбираем по рис. 9.31 [1, стр. 367]:

d= 0,6мм.

 

24. Число пазов ротора по табл. 9.18 [1, стр. 373]:

Число зубцов  статора	48	48	48	48	48	48
Число зубцов  ротора	34	38	56	58	62	64

Z₂=38.

 

25. Внешний диаметр:

D₂=D-2d= 0,213-2*6*10^-4 =211,64 мм   (6.1).

 

26. Длина:

l₂=l₁=177,068мм.

 

27. Зубцовое деление:

   (6.2).

 

28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала (для случая, когда сердечник насажен непосредственно на вал). Тогда по 9-102 [1, стр. 385]:

D_j=D_B=k_BD_a=0,23*0,313=72 мм   (6.3).

(k_B=0,23).

 

29. Рассчитываем ток в стержне ротора по 9-57 [1, стр. 370]:

 

 

I₂=k_iI₁n_i= 0,92*56,12*n_i =0,928*55,5*9,681=498,603 A   (6.4),

Причём k_i=0,2+0,8cosφ=0,2+0,8*cos0,91=0,928   (6.5);

n_I находится по формуле 9-66 [1, стр. 374]:

   (6.6).

 

30. Найдём площадь поперечного сечения стержня (предварительно) по 9-68 [1, стр. 375];

для этого плотность  тока в стержне литой клетки примем равной J₂=2,5*10⁶  A/м²= J₂=2,5 A/мм²; тогда:

мм²   (6.7).

 

31. Принимаем размеры паза ротора в соответствии с рис. 9.40, б [1, стр. 380]

b_ш=1,5 мм;

h_ш=0,7мм;

h^’_ш=0,3мм.

Рассчитываем допустимую ширину зубца по 6-77 [1, стр. 380]:

   (6.8).

Размеры паза:

По 9-76 [1, стр. 380]:

   (6.9);

по 9-77 [1, стр. 380]:

   (6.10);

по 9-78 [1, стр. 380]:

   (6.11).

Принимаем в соответствии с рис. 1: