Министерство сельского хозяйства Р.Ф.

Департамент кадровой политики и образования.

«КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Факультет заочного обучения ”электрификации и автоматизации сельского хозяйства”

Расчётно-графическая работа

«Расчёт асинхронного электродвигателя по известным размерам его сердечника»


Выполнил:

Студент факультета электрификации

и автоматизации с/х

.


Кострома 2009


Содержание.

Данные к расчётно – графической работе.________________________________1

Содержание._________________________________________________________2

Введение. ___________________________________________________________3

1. Расчет параметров сердечника. _______________________________________4

2. Выбор и определение магнитной индукции в элементах электродвигателя. __5

3. Определение обмоточных данных электродвигателя._____________________6

4. Расчет номинальной мощности электродвигателя._______________________7

5. Выбор типа обмотки статора и составление схемы обмотки._______________7

6. Расчет геометрических размеров катушек и массы меди обмотки статора.___8

7. Расчет магнитной цепи.______________________________________________8

8. Расчет потерь мощности двигателя.____________________________________9

8.1. Основные потери в стали.__________________________________________9

8.2. Расчет электрических потерь во всех фазах обмотки статора.____________10

8.3. Расчет электрических потерь в обмотке ротора._______________________11

8.4. Расчет механических потерь._______________________________________12

8.5. Расчет коэффициента полезного действия.___________________________12

8.6. Расчет тока холостого хода двигателя._______________________________13

Заключение._________________________________________________________13

Список используемой литературы.______________________________________14


Введение

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время такие двигатели потребляют около половины всей вырабатываемой электроэнергии. При этом около 90% от общего потребления энергии асинхронными двигателями потребляют машины мощностью до 100 кВт.

Единая серия асинхронных двигателей 4А, которая выпускалась с 1973 года, включала двигатели мощностью от 0,06 до 400кВт. В 1982 году создана новая унифицированная серия АИ (асинхронные, интерэлектро) с боле совершенными энергетическими показателями по сравнению с серией 4А.

До последнего времени на заводах России выпускались в основном двигатели серии А4 и АИР.

В настоящее время Владимирский электромоторный завод (ВЭМЗ) освоил выпуск серии 5А , в которой сохранены конструктивная и технологическая особенности серии АИ. Ярославский электромашиностроительный завод (ЯЭМЗ) освоил производство двигателей серии РА (Российская асинхронная) с высотой оси вращения 71 – 280 мм. Технико – экономические показатели двигателей серии РА соответствуют и даже превосходят аналоги зарубежных фирм, а цены ниже, чем у конкурентов.


1. Расчет параметров сердечника

Полюсное деление сердечника статора, мм:

, = 67,12 мм

Чистая длина активной стали статора, мм:

,

где K - коэффициент заполнения сердечника сталью, учитывает наличие изоляции пластин (принять равным 0,96).

= 163,2 мм

Высота зубца статора, мм:

, =33 мм.

Высота ярма статора, мм:

, = 38 мм.

Площадь сечения ярма статора, мм:

, = 6201,6 мм.

Средняя расчетная ширина зубца статора, мм:

,

где , = 6,69 мм

, = 7,77 мм

= 7,23 мм.

Площадь паза статора, мм:

, = 335,99 мм.

Высота зубца ротора, мм:

, = 31,8 мм.

Средняя расчетная ширина зубца ротора, мм:

,

где , = 8,09 мм

, = 8,18 мм

= 8,14 мм.

Высота спинки ротора, мм:

,

где , = 169 мм

- внутренний диаметр сердечника ротора, мм.

= 17,7 мм


2. Выбор и определение магнитной индукции в элементах электродвигателя

Магнитный поток машины, Вб:

,

где α
– коэффициент полюсного перекрытия (принять равным 0,7);

- магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл, [1Р2], = 0,79;

- полюсное деление сердечника статора, мм;

- длина сердечника статора, мм.

= 6,3 Вб

Магнитная индукция в зубцах статора, Тл:

,

где - зубцовое деление, , = 14,92

= 1,69 Тл

Магнитная индукция в ярме (спинке) статора, Тл:

,

где - площадь сечения ярма статора, мм.

= 0,51 Тл

Магнитная индукция в зубцах ротора, Тл:

,

где - зубцовое деление, , = 19,18

, ,

= 1,88 Тл

Магнитная индукция в ярме ротора, Тл:

,

где , = 2973,6 мм,

= 1,06 Тл

Полученные значения магнитной индукции сравниваем с допустимыми:

в воздушном зазоре - = (0,3…1) Тл, = 0,79 Тл;

в зубцах статора и ротора - = (1,3…2) Тл, 1,69 Тл, 1,88 Тл;

в ярме (спинке) статора - = (1…1,6) Тл, = 0,51 Тл;

в ярме (спинке) ротора - (0,9…1,3) Тл, 1,06 Тл.


3. Определение обмоточных данных электродвигателя

Число витков в фазе обмотки статора:





где - фазное напряжение, В,

- коэффициент, учитывающий падение напряжения в статорной цепи( принять = 0,95);

f – частота тока, 50 Гц;

- обмоточный коэффициент ( принять равным 0,9).

Число эффективных проводников на один паз:





где a – число параллельных ветвей. Обычно для двигателей с короткозамкнутым ротором a = 1.

Диаметр изолированного провода, мм:





где - коэффициент заполнения паза (принять =0,7).

Расчетный диаметр изолированного обмоточного провода получился значительно больше максимального табличного(2,095) , поэтому эффективный проводник выполняем из 2 – х элементарных проводов (n=2).

Тогда число элементарных проводников в пазу :



Диаметр изолированного провода для этого случая, мм:



Полученное значение диаметра изолированного провода округляем до ближайшего стандартного диаметра согласно таблице [1Т.1] , .

Принимаем провод марки ПЭТВ с диаметром .

Диаметр неизолированного провода, мм:



где - 2-сторонняя толщина изоляции провода. Принять = 0,1



Сечение неизолированного провода, :






4. Расчет номинальной мощности электродвигателя.

Для определения номинальной мощности электродвигателя используем способ, учитывающий допустимую плотность тока в обмотке статора.

Фазный ток статора, А:



где а – число ветвей (а =1);

j – допустимая плотность тока [1Т.2]



Полная мощность электродвигателя, кВА:



где m – число фаз;

- фазный ток, А;

- фазное напряжение, В.



Ориентировочная мощность на валу электродвигателя, кВт:



где - номинальный КПД двигателя; КПД для двигателей мощностью от 1 до 100 кВт ориентировочно имеет значения 0,7…0,9;

- номинальный коэффициент мощности; для двигателей от 1 до 100 кВт = 0,7…0,9.



Используя справочные данные выбираем стандартный электродвигатель, ближайший к расчетной мощности Р.

Выбираем электродвигатель серии 4А с соединением обмоток Y/ 660/380, 4А180М8У3.

Табличные данные: мощность P = 15кВт, I = 32 А при , частота вращения n =750 об/мин, КПД – 87%, .


5. Выбор типа обмотки статора и составление схемы обмотки.

Статорную обмотку электродвигателя выполняем петлевой, двухслойной, всыпной.

Данные для обмотки:

Шаг обмотки, выраженный числом пазов - , принимаем равным 4.

Число пазов, приходящихся на полюс и фазу - , принимаем равным 2.


6. Расчет геометрических размеров катушек и массы меди обмотки статора.

Средняя ширина катушки, мм:



где y – шаг обмотки, выраженный числом пазов, .



Длина лобовой части обмотки, мм:



где и B – коэффициенты, значения их приведены в таблице [1Т.3].



Средняя длина полувитка обмотки статора, мм:





Масса меди обмотки статора без изоляции, кг:

где 8,9 – плотность меди.




7. Расчет магнитной цепи.

Намагничивающая сила (магнитодвижущая сила МДС) воздушного зазора, А:



где - магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

- коэффициент воздушного зазора, определяемый из выражения:



где - см. задание.



МДС в зубцах статора, А:



где - напряженность магнитного поля в зубцах статора, определяемое по кривой намагничивания [1Т.4] с учетом значения .



МДС в зубцах ротора, А:



где - напряженность магнитного поля в зубцах ротора, определяемое по кривой намагничивания [1Т.4] с учетом значения .



МДС в ярме статора, А:



где - напряженность магнитного поля статора, определяемая по кривой намагничивания [1Т.5] с учетом значения ;

- длина средней силовой линии в спинке (ярме) статора, мм:



где - в задании.



МДС в ярме ротора, А:



где - напряженность магнитного поля ротора, определяемая по кривой намагничивания [1Т.5] с учетом значения ;

- длина средней силовой линии в спинке (ярме) ротора, мм:



где - в задании.



Полная магнитодвижущая сила магнитной цепи двигателя на пару полюсов:





Намагничивающий ток (ток холостого хода) электродвигателя, А:



где P – число пар полюсов;

m – число фаз;

W – число витков;

- обмоточный коэффициент (=0,9).



Ток холостого хода, %:



где - ток холостого хода;

- номинальный ток двигателя.




8. Расчет потерь мощности двигателя.


8.1 Основные потери в стали.

Основные потери в стали находятся из выражения:



где - удельные потери стали при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц, Вт/кг, принимаем =2,5 – 2,6 Вт/кг;

- показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания; для большинства сталей =1,3 – 1,5;

- коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения магнитного потока в ярме и зубцах статора; для двигателей < 250кВт следует принять , ;

- индукция в ярме и зубцах статора;

- масса стали ярма и зубцов статора, кг;



где - удельная масса стали, = 7,8 ∙ кг/;



Добавочные потери в стали:





Полные потери в стали, Вт:






8.2 Расчет электрических потерь во всех фазах обмотки статора.

Электрические потери:

во всех фазах обмотки статора, кВт:



где - число фаз обмотки статора;

- ток обмотки статора;

- активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом;

,

где - удельное сопротивление материала обмотки, ;

L – общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м,

- сечение эффективного проводника обмотки, ,;

для медной обмотки статора при температуре 115 :

,

где - средняя длина витка обмотки, м;

- число витков фазы,

где - длина пазовой части витка, =;

для катушек всыпной обмотки статора:

,

где - длина лобовой части витка, м;

- коэффициент лобовой части [1Т.6] ;

- средняя длина катушки, м:



В – длина вылета прямоугольной части катушки от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м (В = 0,015 м).










8.3 Расчет электрических потерь в обмотке ротора.

Ток в обмотке ротора, А:



где - коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение , принять =0,9;

- ток обмотки статора, из паспорта выбранного двигателя или определить из выражения:



- коэффициент приведения токов:



где - число фаз обмотки статора и ротора, для короткозамкнутого ротора: ;



если пазы ротора не имеют скосов.





Приведенный ток обмотки ротора, А:





Активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:



где - сопротивление стержня, Ом;

- сопротивление участка замыкающего кольца между двумя соседними стержнями, Ом;

- длина стержня, м;

- сечение стержня, ;

- удельное сопротивление материала стержня и кольца при расчетной температуре, Ом∙м;

;

- средний диаметр замыкающих колец, м,;

- число пазов (стержней) ротора;

- сечение замыкающего кольца, ;

- синус угла сдвига между векторами токов стержней обмотки ротора:



Площадь сечения стержня, :



где - плотность тока в стержне литой обмотки, принять равной



Площадь сечения замыкающих колец, :



где





Приведенное значение к числу витков обмотки статора, Ом:





Электрические потери в обмотке ротора, кВт:



где - число фаз в обмотке статора (=28).




8.4 Расчет механических потерь.

Механические потери – потери на трение и мощность, расходуемые на вентиляцию.

В двигателях с внешним обдувом (0,1≤≤0,5 м), Вт:



где =1,3(1 - ) при 2Р ≥ 4.



Добавочные потери, кВт, следует принять равными:






8.5 Расчет коэффициента полезного действия.

Коэффициент полезного действия рассчитываем по формуле:



где - суммарные потери мощности, кВт,




8.6 Расчет тока холостого хода двигателя.

Ток холостого хода двигателя рассчитывается по формуле:



где - активная составляющая тока холостого хода, А;

- намагничивающий ток, А.





Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя:






Заключение.

Выбранный электродвигатель серии 4А с соединением обмоток Y/ 660/380, 4А180М8У3.

Табличные данные: мощность P = 15кВт, I = 32 А при , частота вращения n =750 об/мин, КПД – 87%, .

Расчетные суммарные потери энергии составляют 6,75кВт.

В зависимости от степени загрузки:

ток обмотки статора изменяется от 1,87А до 32А;

коэффициент полезного действия изменяется от 55% до 87%;

коэффициент мощности изменяется от 0,2 до 0,82.

Список используемой литературы

1. Лобанов В.С. Ремонт электрооборудования, методические указания по выполнению расчетно – графической работы. – Кострома, КГСХА, 2008. – 22 с.

2. Гайдукевич В. И. Справочное пособие электромонтера в строительстве. – М.: Стройиздат, 1986. – 254 с.

3. Копылов И. П. Электрические машины. – М.: ЭАИ, 1986.