Проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РФ

 

ФГОУ ВПО «Курганская  государственная сельскохозяйственная академия имени Т.С.Мальцева»

Факультет инженерный

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по электрическим машинам

 

 

 

 

 

Направление: агроинженерия

Специализация: бакалавр (ускоренное обучение)

 

Выполнил студент __ курса    

заочного обучения       ______________

Шифр: ________

 

 

Проверил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

__________

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ВВЕДЕНИЕ
2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ                                                                                   5
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

     НАГРУЗОК                                                                                                        9                                                                                                                      

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ СТАТОРА, ЧИСЛА ВИТКОВ

     В ФАЗЕ  ОБМОТКИ СТАТОРА И РАСЧЕТ 

     ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА                                                                       16

5.  РАСЧЕТ МАГНИТНОЙ ЦЕПИ СТАТОРА И РОТОРА                              20

6. ПАРАМЕТРЫ АСИНХРОННОГО  ДВИГАТЕЛЯ   ДЛЯ  

     НОМИНАЛЬНОГО РЕЖИМА                                                                       24

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ И КОЭФФИЦИЕНТА

     ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ                                                                             28

8. РАСЧЕТ  РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК                                                    30

9. РЕЗУЛЬТАТЫ  РАСЧЕТОВ                                                                            31

10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                            32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                             33                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Данный курсовой проект содержит проектирование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Понятие асинхронной машины связано с тем, что ротор ее имеет частоту вращения, отличающуюся от частоты вращения магнитного поля статора.

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства.

В основу конструкции  асинхронного двигателя положено создание системы трехфазного переменного тока. Переменный ток, подаваемый в трехфазную обмотку статора двигателя, формирует в нем вращающееся магнитное поле.

Базовой моделью для  проектирования является двигатель  серии 4А. В серии 4А за счет применения новых электротехнических материалов и рациональной конструкции мощность двигателей при данных высотах оси вращения повышена на две-три ступени по сравнению с мощностью двигателей серии А2, что дало большую экономию дефицитных материалов.   

Существенно улучшились виброшумовые характеристики. При проектировании серии большое внимание было уделено повышению надежности машин. Впервые в мировой практике для асинхронных двигателей общего назначения были стандартизированы показатели надежности. Особое внимание при проектировании уделялось экономичности двигателей.

 Двигатели серии  4А спроектированы оптимальными  для нужд народного хозяйства.  Критерием оптимизации была принята  суммарная стоимость двигателя в производстве и эксплуатации, которая должна быть минимальной.

Серия охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт и построена на 17 стандартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм. Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модификаций и специализированное исполнение.

Двигатели основного  исполнения предназначены для нормальных условий работы и являются двигателями общего назначения. Это трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение степени защиты IP44 во всем диапазоне высот оси вращения и IP23 в диапазоне высот осей вращения 160 – 355 мм.

К электрическим модификациям двигателей серии 4А относятся двигатели с повышенным номинальным скольжением, с повышенным пусковым моментом, многоскоростные, с частотой питания 60 Гц и т.п., к конструктивным модификациям – двигатели с фазным ротором, со встроенным электромагнитным тормозом, малошумные, со встроенной температурной защитой и т.п.

Для производства двигателей серии 4А разработана и осуществлена прогрессивная технология. Механическая обработка станин, валов и роторов двигателей производится на автоматических линиях, штамповка листов магнитопровода – на прессах-автоматах. Автоматизирована сборка сердечников статора, механизирована сборка и заливка роторов. Укладка статорной обмотки производится на автоматических станках, а пропитка и сушка обмоток на автоматических струйных или вакуум-нагнетательных установках. Испытание узлов двигателей и двигателей в сборе производится на специальных стендах и автоматических испытательных станциях.

Все это обеспечило высокую производительность труда при высоком качестве изготовления.

По своим энергетическим, пусковым, механическим, виброшумовым, эксплуатационным характеристикам серия 4А удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к асинхронным двигателям, и  соответствует современному уровню электромашиностроения.

 

 

 

 

 

1 Исходные данные

Номинальная  мощность Р₂= 0,75 кВт

Исполнение - закрытое  обдуваемое

Линейное  напряжение  питания  сети  U₁ =380 В

Соединение  обмотки  статора  – «звезда»

Синхронная  частота  вращения  n₁ =1500 об/мин

Обмотка ротора – короткозамкнутая

Частота питания  f₁=50Гц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ И ВЫБОР

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ НАГРУЗОК

 

   Внутренний диаметр статора непосредственно связан определенными размерными соотношениями, зависящими от числа полюсов, с наружным диаметром статора, в свою очередь определяющим высоту оси вращения, значение которой при проектировании должно быть принято только из стандартных высот, установленных по ГОСТ 13267-73 для серии 4А.

         Находим число пар полюсов машины:

(2.1)

 

  

        Высоту оси вращения предварительно определяем для заданных значений Р₂ и 2р в зависимости от исполнения двигателя и принимаем равной h=71 мм [стр.164, 1].

          В зависимости от оси вращения выбираем наружный диаметр статора                                    

                                и внутренний диаметр статора табл.6-7,1]

   Находим полюсное  значение: 

(2.2)

 

   Определяем расчетную мощность  асинхронного двигателя      по заданной номинальной мощности   :

 (2.3)

   где                            (большее значение соответствует меньшему числу

полюсов).

Предварительные значения коэффициента полезного действия и коэффициента мощности выбираем равным:                                   

 

 

       Выбираем  предварительные  значения  электромагнитных нагрузок: линейная токовая  нагрузка                               , магнитная индукция  в воздушном    зазоре                               [2].

      Значения коэффициента полюсного перекрытия и коэффициента формы поля предварительно принимаются равными [2]:

 

 

     Для двухслойных обмоток при полюсности               предварительное значение обмоточного коэффициента принимаем равным:                      [2].

      Синхронная угловая скорость вала двигателя:

              (2.4)

 

 

 

    Расчётная длина воздушного зазора:                            

                         (2.5)

 

 

   Правильность  выбранных главных размеров         и       доказываем отношением:

                          (2.6)

 

которое находится в заданных пределах для двигателя со степенью защиты IP44 [2].

   Для расчётов магнитной  цепи определяем полную конструктивную  длину стали и длину сердечников  статора                  и ротора

(2.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ СТАТОРА, ЧИСЛА ВИТКОВ В

             ФАЗЕ И РАСЧЁТ ЗУБЦОВОЙ  ЗОНЫ 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 достаточно равномерное распределение катушек обмотки.

       Тип обмотки и формы пазов статора выбираются следующими: обмотка статора – однослойная всыпная, пазы статора – трапецеидальные, магнитная индукция при исполнении двигателя со степенью защиты IP44: 

                                                                                                                              

      Предварительное  значение зубцового деления   для h=71 мм,  выбираем               равным t₁=0,01 м [2].

      Число пазов статора:

 

                                               (3.1)

 

выбираем ближайшее  стандартное               пазов [2]

       Число пазов на полюс и фазу:

                              (3.2)

где              число фаз статора

 

 

       Окончательное значение зубцового деления:

                (3.3)

 

 

       Номинальный фазный ток обмотки статора:

 

                (3.4)

 

 

       Число эффективных проводников на паз:

                                                                                                                                  (3.5)

 где             число параллельных ветвей

 

округляем до ближайшего целого

       Число витков в фазе обмотки статора:

                             (3.6)

 

 

       Окончательное значение линейной нагрузки:

                             (3.7)

 

       Плотность тока в обмотке статора (предварительно):

                     (3.8)

   В зависимости от наружного  диаметра и числа пар полюсов  определяем значение                                             [3].

 

   Сечение эффективного проводника (предварительно):

                                      (3.9)

 

 

   Подбираем  сечение   элементарного  проводника и  диаметр       

   [3].

   Окончательное  значение плотности тока в  обмотке статора:

 

                                  (3.10)

   где             число элементарных проводников

 

   В двигателях  серии 4А с высотой оси h=71 мм принимаем систему изоляции класса нагревостойкости – В [2].

   По допустимому  значению магнитной индукции  в зубце статора определяем ширину зубцов:

                         (3.11)

где                 коэффициент заполнения сталью магнитопровода статора и ротора:

 

   Высота спинки статора:

                               (3.12)

 

   Высота зуба:

                             (3.13)

   Наименьшая ширина  трапецеидального паза в штампе:

                          (3.14)

      где  минимальное значение зубчатого  деления:

    (3.15)

 

   Наибольшая ширина  паза в штампе:

                (3.16)

   где максимальное  значение зубчатого деления:

               (3.17)

 

   Среднее значение ширины паза:

                           (3.18)

 

 

   Ширину шлица, высоту  шлица и угол      выбираем  следующими:

                                                

   Высота клиновой части  паза при 

                                   (3.19)