Реферат Расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Имя

Выберите тип работы:

Принимаю Политику конфиденциальности

Скидка 25% при заказе до 23.11.2024

Федеральное агентство по образованию

Российский государственный профессионально-педагогический университет

Кафедра автоматизированных систем электроснабжения
Курсовой проект

Расчет асинхронного двигателя серии 4А180
S
4У3
Выполнил:
Проверил:
Екатеринбург 2008
Содержание
Задание                                                                                                    3

Введение                                                                                                           4

1. Выбор главных размеров                                                                             5

2. Определение Z₁, W₁ и сечение провода обмотки статора                           6

3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора                 8

4. Расчет ротора                                                                                                10

5. Расчет намагничивающего тока                                                                   14

6. Параметры рабочего режима                                                                        16

7. Расчет потерь                                                                                                20

8. Расчет рабочих характеристик                                                                     22

9. Расчет пусковых характеристик                                                                   28

10. Тепловой расчет                                                                                          35

11. Расчет вентиляции                                                                                      37

Список литературы                                                                                 38
Задание.

Курсовой проект по электрическим машинам

Тип машины – асинхронный двигатель 4А180S4У3
1.     Номинальная мощность,                              22 кВт

2.     Номинальное фазное напряжение,               220 В

3.     Число полюсов,                                            2р = 4

4.     Степень защиты,                                           IP44

5.     Класс нагревостойкости изоляции,             F

6.     Кратность начального пускового момента,          1,4

7.     Кратность начального пускового тока,       6,5

8.     Коэффициент полезного действия,              η = 0,9

9.     Коэффициент мощности,                              cosφ = 0,9

10. Исполнение по форме монтажа,                            М 1001

11. Воздушный зазор,                                        δ = 0,5 мм

12. Частота сети f1,                                             50 Гц
Введение
Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов использующихся во всех отраслях народного хозяйства.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточные меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5% затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Поэтому создание серии высокоэкономичных и надежных асинхронных двигателей является важнейшей народно-хозяйственной задачей, а правильный выбор двигателей, их эксплуатации и высококачественный ремонт играют первоочередную роль в экономике материалов и трудовых ресурсов.

В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции, мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на 2-3 ступени по сравнения с мощностью двигателей серии А2, что дает большую экономию дефицитных материалов.

Серия имеет широкий ряд модификации, специализированных исполнений на максимальных удовлетворительных нужд электропривода.
1. Выбор главных размеров
1.1 Синхронная скорость вращения поля:



1.2 Высота оси вращения:

                            ( двигатель 4А180S4У3)

                      Внешний диаметр Da = 0,313 м

1.3 Внутренний диаметр статора:





1.4 Полюсное деление:



          1.5 Расчетная мощность:





          1.6 Электромагнитные нагрузки:

                            A/м

                            Тл

          1.7 Принимаем обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки:



          1.8 Расчетная длина воздушного зазора:





          1.9 Отношение значение находится в рекомендуемых пределах (0,65-1,3)

2. Определение , и сечение провода обмотки статора

       2.1 Предельные значения :



          2.2 Число пазов статора





                      Принимаем тогда

                      Обмотка двухслойная

          2.3 Зубцовое деление статора



          2.4 Число эффективных проводников в пазу (предварительно при условии а=1)





          2.5 Принимаем а = 2, тогда



                      принимаем

          2.6 Окончательные значения

                      Число витков в фазе:



                      Линейная нагрузка:



                      Магнитный поток:



                      Для двухслойной обмотки:



                            при







Значения А и находятся в допустимых пределах

          2.7 Плотность тока в обмотке статора (предварительно)

по п. 2.6:



                            =

          2.8 Сечение эффективного проводника (предварительно):



          2.9 Сечение эффективного проводника (окончательно):

принимаем тогда

                      обмоточный провод ПЭТВ ,





          2.10 Плотность тока в обмотке статора (окончательно):


3. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Рис.1 К расчету размеров зубцовой зоны статоров с прямоугольной конфигурацией пазов
          3.1 Принимаем предварительно

                            ;

                            =

     для оксидированных листов стали

                            =

          3.2 Размеры паза в штампе принимаем:









          3.3 Размеры паза в свету с учетом припуска на cборку:



     Площадь поперечного сечения паза «в свету» для размещения проводников:



Площадь поперечного сечения прокладок:

       (для двухслойной обмотки)

     Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:



- односторонняя толщина изоляции в пазу

          3.4 Коэффициент заполнения паза:



Полученное значение допустимо для двигателей с (0,72÷0,74).


4. Расчет ротора
          4.1 Воздушный зазор (по заданным данным):



          4.2 Число пазов ротора :



          4.3 Внешний диаметр ротора:



          4.4 Длина магнитопровода ротора:



          4.5 Зубцовое деление ротора:



          4.6 Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник непосредственно насажен на вал.





          4.7 Ток в стержне ротора





          4.8 Площадь поперечного сечения стержня (предварительно):

Плотность тока в стержне литой клетки принимаем:



          4.9 Паз ротора определяем по рис.9.40, б :

Принимаем

Допустимая ширина зубца:





Размеры паза:





Принимаем:

Полная высота паза:

         4.10 Площадь поперечного сечения стержня:



          4.11 Плотность тока в стержне:



          4.12 Короткозамыкающие кольца.

Площадь поперечного сечения кольца:




     Размеры замыкающих колец:

                      На рис.2 представлены размеры замыкающих колец

Рис.2 Размеры замыкающих колец

Рис.3 К расчету трапецеидальных закрытых пазов ротора

Рис.4 Пазы статора и ротора

Поз.	Материал	Толщина материала, мм	Число слоев	Односторонняя толщина, мм
1	Имидофлекс	0,35	1	0,35
2	Имидофлекс	0,25	1	0,25
4	Провод ПЭТВ 1,12/1,2	-	-	-

5. Расчет намагничивающего тока

          5.1 Значение индукций:



Расчетная высота ярма ротора при 2р=4, :



          5.2 Магнитное напряжение воздушного зазора:



          5.3 Магнитные напряжение зубцовых зон:

статора:

ротора:

[ по табл. П1.7,1] для стали 2013:

при В_Z₁=1,9 Тл, Н_Z₁=2070 А/м;

при В_Z₂=1,9 Тл, Н_Z₂=2070 А/м;

h_Z₁=h_п1=25,9 мм;

h_Z₂=h_п2-0,1∙в₂=24,7-0,1∙6,1=24,1 мм

          5.4 Коэффициент насыщения зубцовой зоны:



          5.5 Магнитные напряжения ярм статора и ротора:

[по табл. П1.6, 1] при В_а=1,55 Тл, Н_А=630 А/м

                              при В_J=0,88 Тл, Н_J=146 А/м



где



при 2р=6 :



где



          5.6 Магнитное напряжение на пару полюсов:



          5.7 Коэффициент насыщения магнитной цепи:



          5.8 Намагничивающий ток:



относительное значение:


6. Параметры рабочего напряжения
          6.1 Активное сопротивление фазы обмотки статора:



Для класса нагревостойкости изоляции F расчетная температура =115˚С;

                      Для медных проводников

                      Длина проводников фазы обмотки:



                      Длина вылета лобовой части катушки:





                      Относительное значение:



          6.2 Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора:





                      где для алюминиевой обмотки ротора:

                      Приводим r₂ к числу витков обмотки статора:



                      Относительное значение:



          6.3 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:



                      где



                      где:







                      где:





                      Относительное значение:

Рис.5 К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора
          6.4 Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:



                      где по табл. 9.27 с. 408, 1:



                      где k_д=1 -для номинального режима







Так как то без заметной погрешности можно принять:



                      Приводим Х₂ к числу витков статора:



                      Относительное значение:

Рис.6 К расчету коэффициентов магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутого ротора
7. Расчет потерь

          7.1 Основные потери в стали:



                            - удельная масса стали





          7.2 Поверхностные потери в роторе:



          7.3 Пульсационные потери в зубцах ротора:







          7.4 Сумма добавочных потерь в стали:



          7.5 Полные потери в стали:



          7.6 Механические потери:



                   для двигателей с 2р ≥ 4:



          7.7 Добавочные потери при номинальном режиме:



          7.8 Холостой ход двигателя:








8. Расчет рабочих характеристик

          8.1 Параметры:







_{Используем приближенную формулу, так как :}













                      Потери , не меняющиеся при изменении скольжения:



          Принимаем и рассчитываем рабочие характеристики,

          задаваясь скольжением S равным:

                            s=0,002; 0,008; 0,012; 0,016; 0,02; 0,024; 0,028

                      Результаты таблицы приведены в таблице 1.

                      Характеристики представлены на рис.7

№	Расчетная формула	Единица измерения	Скольжение
№	Расчетная формула	Единица измерения	0,002	0,008	0,012	0,016	0,02	Sном= 0,024	0,028
1.		Ом	67,86	16,96	11,31	8,48	6,78	5,65	4,84
2.		Ом	0	0	0	0	0	0	0
3.		Ом	68,06	17,16	11,51	8,68	6,98	5,85	5,04
4.		Ом	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2	1,2
5.		Ом	68,07	17,2	11,57	8,76	7,08	5,97	5,18
6.		А	3,23	12,79	19,01	25,1	31,07	36,85	42,47
7.		-	0,999	0,997	0,994	0,99	0,985	0,979	0,973
8.		-	0,017	0,069	0,103	0,136	0,169	0,2	0,231
9.		А	4,88	13,41	19,55	25,51	31,26	36,73	41,98
10.		А	10,25	11,08	12,15	13,61	15,45	17,57	20,0
11.		А	11,35	17,39	23,01	28,91	34,86	40,7	46,5
12.		А	3,3	13,06	19,42	25,64	31,74	37,6	43,39
13.		кВт	3,22	8,85	12,9	16,83	20,63	24,242	27,7
14.		кВт	0,075	0,176	0,308	0,486	0,707	0,964	1,258
15.		кВт	0,004	0,066	0,147	0,256	0,392	0,55	0,734
16.		кВт	0,009	0,021	0,038	0,06	0,087	0,119	0,156
17.		кВт	0,752	0,927	1,157	1,466	1,85	2,297	2,812
18.		кВт	2,468	7,923	11,74	15,36	18,78	21,944	24,888
19.		-	0,76	0,89	0,91	0,912	0,91	0,905	0,898
20.		-	0,429	0,771	0,849	0,882	0,896	0,902	0,902

Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рис.7 Рабочие характеристики спроектированного двигателя
          8.2 Расчет и построение круговой диаграммы.



                      Масштаб тока:



                      Масштаб мощности:



_{Ток синхронного холостого хода   :}

где

8.3 После построения круговой диаграммы рассчитаем рабочие характеристики при номинальном режиме

Ток статора:

Ток ротора:



_{Первичная мощность:}

                         Электромагнитная мощность:


                         Полезная мощность:

                         КПД:

                         Коэффициент мощности:



                         Скольжение двигателя:

9. Расчет пусковых характеристик
          9.1 Расчет пусковых характеристик. Рассчитываем точки характеристик,

                 соответствующие скольжению S = 1.

                      Пусковые характеристики спроектированного двигателя представлены на рис.8.

                   Параметры с учетом вытеснения тока ()





Для [стр. 428, рис. 9.57, 1]

[стр.428, рис. 9.58, 1]

Активное сопротивление обмотки ротора:

где



                   Приведенное сопротивление ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:



                   9.2 Индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом действия эффекта вытеснения тока:



9.4 Пусковые параметры

9.5 Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока для :

9.3 Учет влияния насыщения на параметры. Принимаем для S=1 коэффициент насыщения

и

[по рис. 9.61, с.432, 1 для ]

        Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки статора с учетом влияния насыщения:

Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора с учетом влияния насыщения:

где

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния ротора с учетом влияния насыщения и вытеснения тока:

Для закрытых пазов ротора:

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки ротора с учетом влияния насыщения:

Приведенное индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом влияния вытеснения тока и насыщения:

где

                   Расчет токов и моментов:

Критическое скольжение определяем после расчета всех точек пусковых характеристик (табл. 3) по средним значениям сопротивлений , соответствующим скольжениям :

Таблица 2. Расчет токов в пусковом режиме асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом влияния эффекта вытеснения тока

№	Расчетная формула	Размерность	Скольжение
№	Расчетная формула	Размерность	1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,137
1.		-	1,5	1,35	1,06	0,67	0,47	0,557
2.		-	0,33	0,23	0,11	0,02	0,005	0,01
3.		мм	17,8	19,2	21,3	23,23	23,58	23,46
4.		-	1,24	1,15	1	1	1	1
5.		-	1,16	1,098	1	1	1	1
6.		Ом	0,15	0,16	0,13	0,13	0,13	0,13
7.		-	0,87	0,92	0,95	0,975	0,985	0,98
8.		-	2,86	2,91	2,94	2,973	2,984	2,979
9.		-	0,97	0,985	0,99	0,995	0,997	0,996
10.		Ом	0,68	0,689	0,693	0,696	0,698	0,697
11.		Ом	0,34	0,396	0,457	0,853	1,51	1,156
12.		Ом	1,14	1,158	1,162	1,165	1,167	1,166
13.		А	186,4	179,7	176,1	152,3	115,3	134
14.		А	190,5	183,8	180,1	155,8	118,1	137,2

Для расчета других точек характеристики зададимся , уменьшенным в зависимости от тока (см.табл. 2):

Таблица 3. Расчет пусковых характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния

№	Расчетная формула	Размерность	Скольжение
№	Расчетная формула	Размерность	1	0,8	0,5	0,2	0,1	0,137
1.		-	1,4	1,3	1,2	1,1	1,05	1,069
2.		А	4175	3740	3383	2682	1941	2295
3.		Тл	5,6	4,97	4,5	3,56	2,58	3,05
4.		-	0,42	0,48	0,52	0,64	0,79	0,72
5.		мм	5,6	5	4,6	3,5	2	2,7
6.		-	1,09	1,108	1,121	1,162	1,237	1,198
7.		-	0,69	0,792	0,858	1,056	1,303	1,188
8.		Ом	0,32	0,335	0,344	0,37	0,404	0,388
9.		-	1,0102	1,0107	1,011	1,0118	1,0129	1,012
10.		мм	8,9	8	7,4	5,5	3,2	4,3
11.		-	2,29	2,348	2,385	2,449	2,53	2,484
12.		-	0,97	1,113	1,206	1,484	1,832	1,67
13.		Ом	0,45	0,483	0,498	0,537	0,587	0,563
14.		Ом	0,34	0,396	0,456	0,85	1,508	1,154
15.		Ом	0,77	0,823	0,847	0,913	0,998	0,957
		А	261,9	241	228,7	176,4	121,7	146,7
		А	265,7	244,7	232,4	179,5	124,1	149
		-	1,39	1,33	1,29	1,15	1,05	1,086
		-	6,52	6,1	5,74	4,54	3,15	3,66
		-	1,35	1,39	1,77	2,64	2,51	2,66

Рис. 8 Пусковые характеристики
10. Тепловой расчет
       10.1 Превышение температуры внутренней поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри двигателя.

       10.2 Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора:

где

         10.3 Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей:

       10.4 Повышение температуры наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри машины:

       10.5 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины:

       10.6 Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды:

Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды:

11. Расчет вентиляции
          11.1 Расчет вентиляции, требуемый для охлаждение расходов воздуха:

                   Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором:

Список литературы
       1. Проектирование электрических машин: Учеб. для вузов / П79 И.П. Копылов, Б.К. Клоков, В.П. Морозкин, Б.Ф. Токарев; Под ред. И.П. Копылова. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Высш.шк., 2002. – 757 с.: ил.

       2. Методические указания к выполнению курсового проекта по электрическим машинам. №11, 1990г. (№128, 1984).

Bukvasha