ГОУ ВПО “Уральский федеральный университет

имени первого Президента РФ Б.Н.Ельцина”

Электротехнический факультет

Кафедра «Электрические машины»


Курсовая работа

по предмету "Электрические машины"

Руководитель доцент
Студент гр. ЭM- 4

2011

В данной курсовой работе произведен по номинальным данным АД и результатам экспериментальных исследований

- расчет и нарисованы Т и Г образные схемы замещения с указанием конкретных значений параметров в Омах и относительных единицах;

- построена в масштабе векторная диаграмма АД при скольжении равном номинальному.

- рассчитаны рабочие характеристики АД в диапазоне от холостого хода до мощности на валу P₂ превышающей номинальную мощность на (20-25)%

- по результатам расчетов построены рабочие характеристики  P₁, s, n, cosφ, η, I₁, M=f(P₂) и векторная диаграмма АД (в масштабе) при работе его в номинальном режиме

- рассчитаны зависимости М_эм=f(s) и In=f(s) в диапазоне скольжения от нуля до 1 без учета и с упрощенным учетом вытеснения тока в обмотке ротора и насыщения зубцовой зоны ротора при пуске

- по результатам расчетов построены обе зависимости М_эм=f(s) и In=f(s) в одних координатных осях и рассчитана перегрузочная способность АД, кратность пускового момента и пускового тока в том и другом случае.

Исходные данные для расчета

1. Номинальная мощность на валу двигателя P_2ном                                   10кВт

2. Номинальное напряжение статора (фазное) U_фном                                      220В

3. Синхронная частота вращения ротора n_c                                   3000об/мин

4. Номинальный КПД (предварительно) η_ном                                          88%

5. Номинальный cosφ (предварительно) cosφ_ном                                                          0,72

6. Частота напряжения сети f₁                                                                 50 Гц

7. Механические потери (в % от номинальной мощности) p_мех%              0,65

8. Потери холостого хода (в % от номинальной мощности) P_0%             5,7

9. Ток холостого хода (в % от номинального тока) I_0%                                        29

10. Потери короткого замыкания (в % от ном.  мощности) P_k%               11,2

11. Напряжение КЗ (в % от номинального) u_k%                                                      22,5

12. Активное сопротивление обмотки статора  (о.е) R₁                                          0,022

Расчет асинхронного двигателя

1. Номинальный ток в обмотке статора (А)

I_1ном=23,913 А

2. Число пар полюсов

p=

3. Базисное сопротивление  (Ом)

Zбаз== 9,2 Ом

4. Ток холостого хода (А)

I₀= 6.934 А

5. Потери холостого хода (Вт)

P₀=10              P_0%· P_2ном=10·5,7·10=570 Вт

6. Потери короткого замыкания (Вт)

P_к=10              Pк_%· P_2ном=10·11,2·10=1120 Вт

7. Напряжение короткого замыкания (В)

U_1к= 49,5 В

8. Механические потери (Вт)

P_мех=10 p_мех%· P_2ном=10·0,65·10=65 Вт

9. Добавочные потери (Вт)

р_доб=5Р_2ном=5·10=50 Вт

10. Активное сопротивление обмотки статора (Ом)

R₁=R₁₀·Z_баз=0,022·9,2=0,202 Ом

11.Электрические потери в обмотке статора на холостом ходу (Вт)

p_э10=3(I_o²·R₁)=3·(6.934²·0.202)=29.2 Вт

12. Потери в стали на холостом ходу – магнитные потери (Вт)

p_мг=Р_о-р_э10-р_мех=570-29,2-65=475,8 Вт

13. Активное сопротивление контура намагничивания (Ом, о.е)

Rм=3,298 Ом

Rм*=0,358

14. Сопротивление двигателя на холостом ходу

Zo=31.724 Ом

Zo *=3.448

15. Индуктивное сопротивление холостого хода (Ом, о.е)

Xo==31.53 Ом

Xm=Xo- Xσ1=30.548 Ом

Xo*==3.427

Xm*==3.32

16. Сопротивление короткого замыкания (Ом, о.е)

Z_k==2,07 Ом

Z_k *==0,225

17. Активная и индуктивная составляющие сопротивления короткого замыкания (Ом. о.е)

R_k ==0,653 Ом

 R_k* ==0,071

X_k =1.964 Ом

X_k* ==0.213

18. Индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора  (Ом, о.е)

Xσ1= X’σ2= = 0.982 Ом

Xσ1*== 0,107

X’σ2*== 0,107

19. Приведенное активное сопротивление обмотки ротора  (Ом. о.е)

R’₂==0.479 Ом

R’₂*==0,052

20. Коэффициент с1, учитывающий падение напряжений в обмотке статора

с1== 1,032

21. Критическое скольжение

Sk==0,246

По данным расчетов чертим Т и Г- образную схему замещения асинхронного двигателя с указанием на них реальных значений в о.е и Омах


Расчет рабочих характеристик асинхронного двигателя

Критическое скольжение

Sk==0,246

Исходя из значения критического скольжения примерно оцениваем диапазон изменения скольжения при расчете рабочих характеристик

Рассчитываем ток холостого хода и угол потерь





Для каждого скольжения при равномерном делении диапазона изменения скольжения рассчитываем параметры и данные заносим в таблицу

Для каждого скольжения в выбранном диапазоне рассчитываем:

1. Приведенный ток ротора и его фазовый сдвиг от напряжения





2. Ток в обмотке статора



3. Электромагнитный момент



4. Суммарные потери при любом режиме работы



5. Мощность на валу двигателя



6. Первичная мощность двигателя



7. Коэффициент полезного действия





8. Коэффициент мощности двигателя



9. Частота вращения ротора



10. Механическая мощность



Остальные данные аналогичных расчетов сводим в таблицу

М, Нм	Ψ	I’2,А	I1, А	PΣ,кВт	P1,кВт	КПД	n, об/мин	cosφ	P2, кВт	Pмех, кВт
2,985	0.013	1.422	8.351	0.707	1.57	0.55	2990	0.285	0,863	0.147
5,767	0.025	2.751	9.679	0.753	2.48	0.696	2981	0.388	1,726	0.235
8,53	0.038	4.076	11.004	0.807	3.385	0.762	2972	0.466	2,578	0.322
11,272	0.05	5.396	12.325	0.868	4.285	0.798	2963	0.527	3,418	0.41
13,991	0.062	6.71	13.641	0.934	5.179	0.82	2954	0.575	4,245	0.498
16,685	0.074	8.018	14.951	1.008	6.067	0.834	2945	0.615	5,059	0.585
19,351	0.086	9.32	16.254	1.087	6.947	0.843	2936	0.648	5,859	0.673
21,989	0.098	10.614	17.549	1.173	7.819	0.85	2927	0.675	6,646	0.76
24,595	0.11	11.901	18.836	1.265	8.682	0.854	2918	0.698	7,417	0.847
27,169	0.122	13.18	20.115	1.362	9.536	0.857	2909	0.718	8,173	0.934
29,708	0.133	14.451	21.385	1.466	10.379	0.859	2900	0.735	8,914	1.021
32,212	0.145	15.712	22.644	1.574	11.213	0.86	2891	0.75	9,638	1.108
34,677	0.157	16.965	23.894	1.688	12.035	0.86	2882	0.763	10,347	1.195
37,104	0.168	18.207	25.134	1.807	12.846	0.859	2873	0.774	11,039	1.282
39,49	0.18	19.44	26.363	1.931	13.645	0.858	2864	0.784	11,714	1.368
41,935	0.191	20.662	27.58	2.06	14.431	0.857	2855	0.793	12,371	1.455
44,137	0.203	21.874	28.786	2,193	15,205	0.856	2846	0.8	13,012	1.541

Теперь мы можем построить необходимые графики, строим графики в программе MathCad














3. Построение механической характеристики

Механическую характеристику просчитываем исходя из изменения скольжения от нуля до единицы.  Для каждого скольжения при равномерном делении диапазона изменения скольжения рассчитываем параметры и данные заносим в таблицу

1.  Рассчитываем момент без учета вытеснения тока и насыщения зубцовой зоны


2. Рассчитываем момент с учетом вытеснения тока и насыщения зубцовой зоны. Для этого согласно рекомендаций сначала определяем коэффициенты Er и Ex





Затем считаем момент



Аналогичные данные расчетов моментов и коэффициентов заносим в таблицу

M(s)	M1(s)	Er(s)	Ex(s)
4,656	4,408	1,057	1,014
8.896	8.256	1.078	1,02
11.181	10.289	1.088	1.022
19.351	17.391	1.116	1.029
26.486	23.438	1.137	1.034
38.143	33.132	1.167	1.042
47.36	40.728	1.188	1.047
58.067	49.59	1.213	1.053
66.66	56.835	1.233	1.058
79.396	68.075	1.264	1.066
86.294	74.643	1.284	1.071
92.839	81.491	1.306	1.076
98.455	88.341	1,33	1.082
104.689	102.525	1.398	1.099
97.63	109.971	1.484	1.121
86.45	109.514	1.555	1.139
77.601	106.805	1.608	1.152
73.652	105.128	1.632	1.158
65.009	100.569	1.689	1.172
57.01	95.309	1.749	1.187
51.338	90.972	1.798	1,2
50.936	90.645	1.802	1,2

3. Теперь мы можем построить механическую характеристику асинхронного двигателя, строим график в программе MathCad


4. Номинальное скольжение определяем по графику s=f(P₂)

Для нашего двигателя оно составляет 0,038, исходя из этого значения можем продолжить наши расчеты

5. Определяем максимальное скольжении

Максимальное скольжения будет соответствовать критическому и составлять 0,246

6. Определяем максимальный момент



7. Определяем пусковой момент

                   8. Определяем номинальный момент



9. Определяем пусковой ток с учетом вытеснения тока в обмотке  ротора и насыщения зубцовой зоны








10. Определяем пусковой ток без учета вытеснения тока в обмотке  ротора и насыщения зубцовой зоны







11. Рассчитываем кратность пускового тока в без учета и с учетом вытеснения тока в обмотке ротора и насыщения зубцовой зоны ротора при пуске

С учетом



Без учета



12. Рассчитываем кратность пускового момента



13. Рассчитываем кратность максимального момента