Курсовая работа: Расчет асинхронного электродвигателя

Курсовая работа: Расчет асинхронного электродвигателя

Реферат

Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создать электрические машины, удовлетворяющие по своим показателям и характеристикам, весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.

Процесс создания электрических машин включает в себя проектирование, изготовление и испытание. В настоящем курсовом проекте рассматриваются вопросы проектирования электрических машин.

Под проектированием электрических машин понимается, расчет размеров отдельных ее частей, параметров обмоток, рабочих и других характеристик машины, конструирование машины в целом, а также ее отдельных деталей и сборочных единиц, оценка технико-экономических показателей спроектированной машины, включая показатели надежности.

Основные тенденции в развитии электромашиностроения.

Усовершенствование методов расчета машин;

Улучшение конструкции машин с придачей узлам и деталям эстетических и рациональных форм, при обеспечении снижения их массы и прочности. Повышение надежности машин, в частности за счет широкого распространения машин закрытого исполнения, в которых для улучшения охлаждения используют обдув наружной поверхности.

Наиболее применяемые степени защиты:

IP22- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 12мм и от капель воды.

IP23- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 12мм и от дождя.

IP44- машина, защищенная от попадания твердых тел размером более 1мм и от водяных брызг (закрытая машина).

Энергетические показатели машин (КПД и cos) в основном сохраняются на одном уровне.

Особо следует отметить повышение технологичности конструкции, осуществляемой широкой унификацией узлов и деталей машин и придания им форм, содействующих возможности применения прогрессивных технологических процессов и усовершенствованного оборудования – автоматических линий, агрегатных станков полуавтоматов, конвейеров и др.

Введение

Асинхронные двигатели - наиболее распространенный вид электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40% всей вырабатываемой электроэнергии. Их установленная мощность постоянно возрастает.

Потребности народного хозяйства удовлетворяются главным образом двигателями основного исполнения единых серий общего назначения, то есть применяемых для привода механизмов, не предъявляющих особых требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям, шуму и т.п. Вместе с тем в единых сериях предусматривают также электрические и конструктивные модификации двигателей, модификации для разных условий окружающей среды, предназначенные для удовлетворения дополнительных специфических требований отдельных видов приводов и условий их эксплуатации. Модификации создаются на базе основного исполнения серий с максимально возможным использованием узлов и деталей этого исполнения.

В некоторых приводах возникают требования, которые не могут быть удовлетворены двигателями единых серий. Для таких приводов созданы специализированные двигатели, например электробуровые, краново-металлургические и др.

Электромашиностроение прошло большой путь развития, начиная от простейшей моделей, созданных полтора века назад на основе открытий М. Фарадея (1821- 1831), до современных электродвигателей и генераторов.

В настоящее время отечественной промышленностью изготовляются асинхронные двигатели мощностью от 0,12 до 400кВт единой серии 4А и мощностью свыше 400 до 1000 кВт – серии 4А, а также серии А1- мощностью от 0,04 до 315 кВт.

Новые серии разработаны с учетом международных норм- рекомендаций МЭК. В области асинхронных двигателей разработка серий проводилась в соответствии с согласованными общими рекомендациями по унифицированной увязки установочных размеров со шкалой мощностей.

1. Выбор главных размеров и расчёт обмотки статора

Расчёт асинхронных машин начинают с определения главных размеров: внутреннего диаметра статора  и расчётной длины воздушного зазора . Наиболее целесообразным является выбор главных размеров, основанный на предварительном определении высоты оси вращения и увязке этого размера с наружным диаметром статора и последующем расчёте внутреннего диаметра статора.

Высоту оси вращения h и соответствующий ей наружный диаметр статора  определяют по таблицам 1 и 2 приложения для заданных номинальной мощности, числа пар полюсов и исполнения двигателя:

.

Внутренний диаметр статора  определяется:

,

где KD – коэффициент, определяется по таблице 3 приложения.

Полюсное деление, м:

Расчётная мощность, кВт:

где Р2 – мощность на валу двигателя, кВт;

kЕ – отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определяется по рисунку 1 приложения

Предварительные значения η и соsφ могут быть взяты по кривым приложения (рисунок 2 и 3), построенным по данным двигателей серии 4А.

Предварительный выбор электромагнитных нагрузок А, А/м и Вδ, Тл должен быть проведён особо тщательно, т.к. они определяют не только расчётную длину сердечника но и в значительной степени характеристики машины. Рекомендации по выбору А и Вδ, представленные в виде кривых на рисунках 4 и 5 приложения, основаны на данных изготовленных двигателей.

Коэффициент полюсного перекрытия αδ и коэффициент формы поля kв предварительно принимают равными:

Предварительное значение обмоточного коэффициента  выбирают в зависимости от типа обмотки статора. Для однослойных обмоток =0,95÷0,96; для двухслойных обмоток при 2р=2 принимают =0,90÷0,91, при 2р>2 =0,91÷0,92.

Расчётная длина воздушного зазора, м:

где Ω – синхронная угловая скорость вала двигателя, рад/с:

где  - синхронная частота вращения, об/мин;

 - частота питания, Гц.

Критерием правильности выбора главных размеров D и  служит отношение , которое должно находиться в пределах, показанных на рисунке 6 приложения для принятого исполнения машины. Если λ оказывается чрезмерно большим, то следует повторить расчёт для ближайшей из стандартного ряда большей высоты оси вращения h. Если λ слишком мало, то расчёт повторяют для следующей в стандартном ряду меньшей высоты h.

Для расчёта магнитной цепи помимо  необходимо определить полную конструктивную длину и длину стали сердечников статора ( и ) и ротора ( и ). В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250-300 мм, радиальных вентиляционных каналов не делают. Для такой конструкции ==. В более длинных машинах сердечники подразделяют на отдельные пакеты, разделённые между собой радиальными вентиляционными каналами.

Стандартная ширина радиального воздушного канала между пакетами мм. Число пакетов  и их длина  связаны с расчётной длиной соотношением:

целое число

При этом число радиальных каналов .

Длина стали сердечника ротора в таких машинах:

Конструктивная длина сердечника статора:

Конструктивную длину сердечника ротора в машинах с h<250 мм принимают равной длине сердечника статора:

=.

Длина стали сердечника ротора

2. Расчёт обмотки статора

Число витков фазы обмотки должно быть таким, чтобы линейная нагрузка и индукция в воздушном зазоре как можно ближе совпадали с их значениями, принятыми предварительно при определении главных размеров, а число пазов статора обеспечивало бы достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

Тип обмотки статора выбирается по таблице 4 приложения. Предварительно значения зубцового деления  выбирают по рисунку 7 приложения. Зона 1 определяет значение  для h≤90 мм; зона 2 – для h≤250 мм; зона 3 – для h≥250 мм.

Возможные числа пазов статора, соответствующие выбранному диапазону :

÷=÷

÷=÷

÷=69/83.

окончательное число пазов статора Z1 следует выбирать в полученных пределах с учётом условий, налагаемых требованиями симметрии обмотки, и желательного для проектируемой машины значения числа пазов на полюс и фазу q. Число пазов статора в любой обмотке асинхронных машин должно быть кратно числу фаз, а число q должно быть целым:

где m – число фаз статора.

Зубцовое деление статора (окончательно), м:

Окончательное значение  не должно выходить за указанные на рисунке 7 приложения пределы более, чем на 10% и в любом случае для двигателей с h≥56 мм не должно быть менее 6÷7 мм.

Предварительное число эффективных проводников в пазу (при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют, а=1):

,

где а – число параллельных ветвей обмотки статора, которое должно быть одним из делителей числа полюсов (например, при 2р=12 возможные значения а=1;2;3;4;6.)

 - номинальный фазный ток обмотки статора, А:

Полученное число округляют до ближайшего целого числа , а для двухслойной обмотки должно быть чётным.

Окончательное число витков в фазе обмотки статора:

Окончательное значение линейной нагрузки, А/м2:

полученное значение должно отличаться от принятого ранее лишь незначительно.

Схему обмотки статора выбирают в зависимости от мощности машины, ориентируясь на конструкцию и предполагаемую технологию укладки обмотки в пазы. В статорах всех двигателей с h≤250 мм и в двигателях с 2р≥10 при h≥280 мм обмотка статора выполняется из круглого обмоточного провода. В двигателях с h≥280 мм при 2р≤8 обмотка – полужёсткая из прямоугольного провода, укладываемая в полуоткрытые пазы.

Обмоточный коэффициент:

,

где  - коэффициент укорочения, учитывающий уменьшение ЭДС витка, вызванное укорочением шага обмотки:

,

где β1 – укорочение шага, область наиболее распространённых значений β1=0,79÷0,83 (для двухслойных обмоток), для однослойных обмоток β1 =1

 - коэффициент распределения, учитывающий уменьшение ЭДС распределённой по пазам обмотки по сравнению с сосредоточенной:

Уточнённое значение магнитного потока, Вб:

Индукция в воздушном зазоре, Тл:

Если полученное значение  выходит за пределы рекомендуемой области более чем на 5% (рисунки приложения 4 и 5), следует принять другое значение числа и повторить расчёт.

Плотность тока в обмотке статора (предварительно), А/м2:

,

где значения (А·J1) для асинхронных двигателей различного исполнения и мощности приведены на рисунках 8 и 9 приложения.

Сечение эффективного проводника (предварительно), мм2:

Для высыпных обмоток могут быть использованы обмоточные провода диаметром не более 1,8 мм, однако в современных двигателях для повышения надёжности обмотки и упрощения её укладки в пазы используют провода меньшего диаметра. В обмотках, предназначенных для механизированной укладки, диаметр изолированного провода обычно берут не более 1,4 мм, а при ручной укладке (двигатели с h>160 мм) – не более 1,7 мм. Если расчётное сечение эффективного проводника в машинах со всыпной обмоткой выше значений, соответствующих указанным диаметрам, то эффективный проводник разделяется на несколько элементарных. Для этого по таблице 15 приложения подбирается сечение qэл и число элементарных проводников nэл, составляющих один эффективный, таким образом, чтобы диаметр dэл элементарных проводников не выходил за указанные пределы, а их суммарная площадь сечения была близка к расчётному сечению эффективного проводника:

Плотность тока в обмотке статора (окончательно), А/мм2:

3. Расчёт размеров зубовой зоны статора и воздушного зазора

Размеры пазов в электрических машинах должны быть выбраны таким образом, чтобы площадь паза соответствовала количеству и размерам размещаемых в нём проводников обмотки с учётом всей изоляции, а значения индукций в зубцах и ярме статора находились в определённых пределах.

Конфигурация пазов и зубцов определяется мощностью машины и типом обмотки. В двигателях серии 4А выполняются только трапецеидальные пазы с углом наклона граней клиновой части β=45° у двигателей с h≤250 мм и β=30° у двигателей с h≥280 мм при 2р=10 и 12.

Ширина зубцов  определяется по допустимому значению магнитной индукции в зубце статора (таблица 4 приложения), мм:

где kc – коэффициент заполнения сталью магнитопроводов статора и ротора, kc=0,97 для двигателей с h<355 мм, kc=0,95 для двигателей с h>355 мм.

Высота ярма статора, м:

Размеры паза в штампе:

высота паза, мм:

наибольшая ширина паза, мм:

наименьшая ширина паза, мм:

при β=45°

полученные значения округляют до десятых долей миллиметра.

Высота шлица паза должна быть достаточной для обеспечения механической прочности кромок зубцов, удерживающих в уплотнённом состоянии проводники паза после заклиновки пазов. В двигателях с h≤132 мм принимают =0,5 мм, в двигателях с h≥160 мм =1мм.

Ширину шлица паза , мм принимают по таблице 5 приложения.

Площадь поперечного сечения паза в штампе, мм2

,

высота клиновой части паза, мм:

при β=45°

Размеры паза в свету с учётом припусков на шихтовку и сборку сердечников ∆bп и ∆hп (таблица 6 приложения):

Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников:

где Sиз- площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу

где bиз- односторонняя толщина изоляции в пазу (для двигателей с h=50÷80 мм bиз=0,2 мм; для h=90÷132 мм bиз=0,25 мм; для h=160 мм bиз=0,4 мм)

Площадь прокладок в пазу, мм2:

- для двигателей с h=180÷250 мм:

Коэффициент заполнения паза

полученное значение  является контролем правильности размещения обмотки в пазах, должно находиться в пределах 0,70÷0,75 при ручной укладке и 0,7÷0,72 при механизированной. Снизить , не изменяя главных размеров двигателя можно либо уменьшив  при тех же размерах паза, либо увеличив площадь поперечного сечения паза.

Выбор воздушного зазора δ.

Правильный выбор δ во многом определяет энергетические показатели двигателя.

Для двигателей мощностью менее 20 кВт воздушный зазор, м.:

для двигателей средней и большой мощности:

.

Полученное значение воздушного зазора следует округлять до 0,05мм при δ<0,5 мм и до 0,1 мм при δ>0,5 мм.

4. Расчёт ротора

Выбору числа пазов ротора следует уделять особое внимание. Исследования, проведённые для изучения влияния соотношений чисел зубцов на статоре и роторе на кривую момента, а также на шумы и вибрации, позволили определить наилучшие сочетания Z1 и Z2 для короткозамкнутых двигателей с различными числами 2р. Рекомендации по выбору Z2 при известных Z1 и 2р приведены в таблице 7 приложения.

Внешний диаметр ротора, м.:

Страницы: 1, 2