Электрические машины и электропривод

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Российский  государственный профессионально-педагогический университет 

Институт  электроэнергетики и информатики

Кафедра автоматизированных систем электроснабжения

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Электрические машины и электропривод»

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент гр.

                                                                           (подпись, дата) 

 

Проверил                                                                                     .

                                                                          (подпись, дата) 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2012 

 

Содержание

 

Введение 3

1. Выбор основных размеров двигателя 4

2. Расчет обмоток статора и ротора 6

3. Расчет магнитной цепи, потерь и КПД 17

4. Расчет параметров и построение рабочих и пусковых характеристик 30

5. Тепловой расчет 44

Заключение 48

Список использованных источников 49

 

 

Введение

Согласно  заданию необходимо спроектировать трехфазный асинхронный электродвигатель мощностью 3 кВт, с числом пар полюсов – 1, напряжением 220 / 380 В при частоте 50Гц; ротор – короткозамкнутый, исполнение двигателя по степени защиты IP44 . В качестве базовой модели принята конструкция асинхронного двигателя серии 4А.

При проектировании использована методика и рекомендации, содержащиеся в [1].

1. Выбор основных размеров двигателя

 Частота вращения определяется по формуле:

(1.1)

 

Высота оси вращения предварительно по [1, рис.9.18]

Наружный диаметр статора по [1,табл. 9.8] для данной оси вращения

 

Внутренний диаметр статора

(1.2)

 

 

Полюсное деление

(1.3)

 

Расчетная мощность по (9.4)

(1.4)

 

 

 

Электромагнитные нагрузки предварительно по [1,рис. 9.22]

 

Обмоточный   коэффициент  (предварительно  для однослойной обмотки)

Коэффициент формы поля

 

Синхронная угловая скорость вала двигателя

(1.5)

 

Расчетная длина магнитопровода по (9.6)

(1.6)

 

В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250...300 мм, радиальные вентиляционные каналы не делают. Сердечники шихтуются в один пакет. Для такой конструкции

Конструктивная длина сердечника статора

Проверка правильности выбора размеров двигателя

(1.7)

 

Значение λ находится в допустимых пределах [1,рис. 9.25].

 

2. Расчет обмоток статора и ротора

 Предельные значения зубцевого деления (по рис. 9.26)

 

Число пазов статора по (9.16)

(2.1)

 

(2.2)

 

Принимаем по [1, табл. 9.18]

тогда

(2.3)

 

где число фаз

Обмотка однослойная

Зубцовое деление статора (окончательно)

(2.4)

 

Номинальный ток обмотки  статора  (по 9.18)

(2.5)

 

Число эффективных проводников  в пазу, предварительно при условии  а = 1 по (9.17)

(2.6)

 

Принимаем число параллельных ветвей

тогда по (9.19)

(2.7)

 

Окончательные значения:

число витков в фазе по (9.20)

(2.8)

 

линейная нагрузка по (9.21)

(2.9)

 

магнитный поток по (9.22)

(2.10)

 

индукция в магнитном  зазоре

(2.11)

 

где для однослойной обмотки  с q = 4 по [1,табл. 3.16]

 

 

Предварительно принимаем  произведение линейной нагрузки на плотность  тока [1, рис. 9.27]

Плотность тока в обмотке  статора (предварительно) по (9.25):

(2.12)

 

Площадь поперечного сечения  эффективного проводника (предварительно) по (9.24)

(2.13)

 

В машинах с номинальным  напряжением до 660 В и мощностью  до 100 кВт обмотки выполняют из круглого обмоточного провода и  укладывают в трапецеидальные полузакрытые пазы.

Выбираем число элементарных проводников

(2.14)

 

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ [1,П3.1]

В обмотках, предназначенных  для механизированной укладки, диаметр  изолированного провода обычно берут не более 1,4 мм.

Номинальный диаметр неизолированного провода

Средний диаметр изолированного провода

Площадь поперечного сечения  неизолированного провода

Окончательное сечение эффективного проводника

(2.15)

 

Плотность тока в обмотке  статора (окончательно) по (9.27)

(2.16)

 

Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора

Паз статора определяем по рис. 9.29, а с соотношением размеров, обеспечивающих параллельность боковых граней зубцов.

Принимаем предварительно по [1,табл. 9.12] при 2p=2

Индукция в зубце статора

Индукция в ярме статора

тогда по (9.37) ширина зубца  статора

(2.17)

 

где коэффициент заполнения сердечника сталью  [1, табл. 9.13] при  оксидировании

Высота ярма статора по [1, 9.28]

(2.18)

 

Рассчитываем размеры  паза в штампе

Нормализованная ширина шлица  паза по [1, табл. 9.16]

Высота шлица паза при  высоте оси вращения двигателя h = 90 мм

Размеры паза по (9.38-9.45)

(2.19)

 

(2.20)

 

(2.21)

 

(2.22)

 

(2.23)

 

Размеры паза  “в свету” будут меньше, чем в штампе, т.е. чем размеры паза в каждом отдельном  листе после штамповки, на величину припусков, указанных в [1,табл. 9.14]

Размеры паза в свету с  учетом припуска на сборку:

(2.24)

 

(2.25)

 

(2.26)

 

Площадь, занимаемая прокладками  в пазу (на дне паза, под клином и между слоями обмотки в двухслойной  обмотке)

Односторонняя толщина изоляции в пазу по [1, табл. 3.1]

Площадь, занимаемая корпусной  изоляцией в пазу

(2.27)

 

Площадь поперечного сечения  паза для размещения проводников  обмотки по (9.48)

(2.28)

 

Коэффициент заполнения паза по (3.2):

(2.29)

 

Таким образом, полученное значение допустимо для механизированной укладки обмотки 0,69…0,71.

 

 

Расчет ротора

Воздушный зазор по [1,рис. 9.31]

Число пазов ротора по [1,табл. 9.18]

пазы ротора выполняем  без скоса 

(2.30)

 

Внешний диаметр ротора

(2.31)

 

Длина магнитопровода ротора

Зубцовое деление ротора

(2.32)

 

Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник  ротора непосредственно насаживается на вал, тогда по (9.102)

(2.33)

 

где по [1, табл. 9.19] коэффициент

по (9.58)

(2.34)

 

по (9.66)

(2.35)

 

Ток в обмотке ротора по (9.57)

(2.36)

 

Плотность тока в стержне  литой клетки принимаем 

Площадь поперечного сечения  стержня (предварительно) по (9.68)

(2.37)

 

Выполняем трапецеидальные  открытые пазы [1,рис. 9.40, а] с размерами  шлица паза

Принимаем допустимую индукцию в зубцах ротора по [1,табл. 9.12]

Допустимая ширина зубца  по (9.75)

(2.38)

 

принимаем

где коэффициент заполнения сердечника сталью  [1, табл. 9.13] при  оксидировании

Определяем размеры грушевидного паза ротора по [1, 9.76-9.78]

(2.39)

 

(2.40)

 

(2.41)

 

Полная высота паза ротора

(2.42)

 

Уточняем ширину зубцов ротора по формулам [1,табл. 9.20]

(2.43)

 

(2.44)

 

(2.45)

 

 

(2.46)

 

Площадь поперечного сечения  стержня по (9.79)

(2.47)

 

Плотность тока в стержне

(2.48)

 

Плотность тока в стрежне  определяем по (9.70) и (9.71)

(2.49)

 

(2.50)

 

Плотность тока в замыкающих кольцах

(2.51)

 

Замыкающие кольца литой  обмотки обычно  выполняют с  поперечным сечением в виде неправильной трапеции, прилегающей своим большим основанием к торцу ротора.

Площадь поперечного сечения  кольца по (9.72)

(2.52)

 

Размеры короткозамыкающих  колец:

(2.53)

 

(2.54)

 

(2.55)