Проектирование электрического двигателя

 

Министерство образования  и науки РФ

   Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение 

высшего профессионального  образования

Российский государственный  профессионально-педагогический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

По дисциплине: «Электрические машины и электропривод»

На тему: «Проектирование  электрического двигателя»

Вариант: №34

 

 

 

                                                                                       Выполнил: студент гр.

                                                                          Проверил:

 

 

 

 

 

 

              

 

 

 

 

Екатеринбург 2013

 

	Техническое задание  №34  Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором. Выбрать тип  электродвигателя по расчетным данным
	Исходные данные:
1	Номинальная мощность, кВт	11
2	Номинальное фазное напряжение, В	220/380/660
3	Число полюсов	8
4	Степень защиты	IР44, IР23
5	Класс нагревостойкости изоляции	F
6	Кратность начального пускового  момента	2
7	Кратность начального пускового тока	6,6
8	Коэффициент полезного  действия, %	87
9	Коэффициент мощности, cos f	0,77
10	Исполнение по форме  монтажа	IM 1081, IM2001, IM3011

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение             4

1 Выбор главных размеров  двигателя        6

2 Определение числа  пазов, витков и сечения провода обмотки статора  8

3 Размеры зубцовой  зоны статора и воздушный зазор     11

4 Расчёт короткозамкнутого  ротора        13

5 Расчёт намагничивающего  тока         16

6 Параметры рабочего  режима         21

7 Расчёт потерь и режима холостого хода       26

8 Рабочие характеристики          29

9 Пусковые характеристики          33

10 Тепловой расчёт           43

11 Принципы выполнения 3-фазных симметричных двухслойных петлевых    47       обмоток

12 Оценка спроектированного двигателя        49

Заключение            50

Список литературы           51

 

ВВЕДЕНИЕ

  Электротехническая промышленность, несмотря на все трудности послеперестроичного периода, остается ведущей отраслью в государстве. Продукция используется во всех промышленных, сельскохозяйственных, военных и бытовых установках. Поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.

Электрические машины в  общем объеме производства электротехнической промышленности занимают основное место, поэтому их технико-экономические показатели и эксплуатационные свойства имеют важное значение для экономики нашей страны.

Проектирование электрических  машин — это искусство, соединяющее  знание процессов электромеханического преобразования энергии с опытом, накопленным поколениями инженеров-электромехаников, умение применять вычислительную технику и талантом инженера, создающего новую или улучшающего уже выпускаемую машину.

При создании электрической  машины рассчитывают размеры статора  и ротора, выбирают типы обмоток, обмоточные провода, изоляция, материалы активных и конструктивных частей машины. Отдельные части машины должны быть так сконструированы  и рассчитаны, чтобы при ее изготовлении трудоемкость и расход материалов были наименьшими, а при эксплуатации машина обладала высокой надежностью и наилучшими энергетическими показателями, при этом электрическая машина должна соответствовать условиям применения ее в электроприводе.

 При проектирование  электрических машин необходимо  учитывать соответствие их технико-экономических показателей современному уровню при соблюдении требований государственных и отраслевых стандартов, а также назначение и условие эксплуатации, стоимость активных и конструктивных материалов, КПД, технологию производства, надежность в работе и патентную чистоту. Расчет и конструирование электрических машин неотделимы от технологии их изготовления. Поэтому при проектировании необходимо учитывать возможности электротехнических заводов, стремиться к максимальному снижению трудоемкости изготовления электрических машин.

Электрические машины массового  производства выпускают едиными  сериями. Только асинхронных двигателей единых серий изготовляют несколько  миллионов штук в год.

Серии электрических  машин сменялись в течение 7—12 лет. Проектирование новых серий — ответственная задача, решаемая с учетом новейших мировых достижений ведущих электротехнических фирм. Это накладывает особые требования на проектирование базовых машин серий и их модификаций. При проектировании необходимо учитывать возможные изменения стоимости материалов и электроэнергии, спрос на международном рынке, затраты на технологическое оборудование и другие факторы.

После распада СССР в  России осталась, примерно, половина мощности электротехнических заводов. В начале девяностых годов ХХ в. Целый ряд типоразмеров электрических машин в России не выпускался. Если раньше на одном заводе выпускались машины двух-трех высот оси вращения и была высокая автоматизация производства, то в последние годы электромашиностроительные заводы нашей страны освоили широкую номенклатуру машин и принимают заказы практически на любые машины, соответствующие возможностям производства.

Все это потребовало  новых подходов к проектированию электрических машин — значительно  сократить сроки предпроизводственной подготовки и несколько изменить технологию.

Критерий оптимизации  электрических машин определяется, как правило, минимумом суммарных  затрат, т.е. минимумом стоимости  материалов, затрат на изготовление и  эксплуатацию. Стоимость эксплуатации зависит от КПД, коэффициента мощности, качества машины, ремонтоспособности и ряда других факторов.

 При проектировании  индивидуальной машины или небольшой  серии критерий оптимизации согласовывается  с заказчиком.

Выбрать вариант производства электрической  машины можно, сопоставив многие варианты расчета, поэтому без вычислительных машин не обходится ни одной серьезный расчет электрических машин. В настоящее время ЭВМ применяют для выполнения полного оптимизационного расчета электрической машины, ведутся работы по созданию системы автоматизированного проектирования электрических машин, которая должна не только выполнять расчет машины, но и выдавать рабочие чертежи. Предполагается, что в будущем автоматизированные системы проектирования будут выполнять работу от приема заказа на проектирование до испытания без ее изготовления (прогнозирование геометрии, надежности и характеристик).

Сопоставление программ расчетов, накопление банков данных, решение  вопросов создания автоматизированной системы проектирования электрических  машин — одни из трудовых и важных задач электротехнической науки. Но прежде чем заниматься этими вопросами, необходимо научиться проектировать машину. Для этого надо уметь проводить электромагнитный, тепловой, механический и экономический расчет машины.

Данный учебник научит рассчитывать электрическую машину, применяя традиционные средства вычислительной техники. В книге по каждому типу машин даны примеры расчета, которые можно выполнять с применением мини-ЭВМ.

Учебник не может охватить все данные, необходимые для расчета и конструирования электрической машины, поэтому предполагается, что читатель при выполнении проекта будет пользоваться справочниками, электротехническими журналами, каталогами и атласами чертежей.

 

1 ВЫБОР ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ ДВИГАТЕЛЯ

1. Определим высоту оси вращения предварительно (по рис. 9.18, a [1])          

   h = 0,103 м. Принимаем ближайшее стандартное значение h = 100 мм; D_a = 0,175 м – внешний диаметр сердечника статора(по табл. 9.8 [1]).

2.  Находим внутренний диаметр статора

D = k_D D_a

 где k_D = 0,57 по табл. 9.9[1] – коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметров сердечника статора

.

3.  Рассчитаем полюсное деление

τ = π D/(8p)

τ = π 0,1/8 = 0,039 м.

4.  Определим расчетную  мощность 

P' = mIE = P₂

,

где k_E = 0,979 (по рис. 9.20[1]) - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению;

Р₂ - мощность на валу двигателя, Вт;

соsφ – коэффициент активной мощности;

η – коэффициент полезного действия проектируемого двигателя,

 

 = ≈ 13908 В А

5. Определим электромагнитные нагрузки (предварительно по рис. 9.22, б[1])

А = 23 • 10³ А/м

В_δ = 0,72 Тл

6.   Обмоточный   коэффициент  (предварительно  для   однослойной   обмотки) k_об1 = 0,95.

7.  Находим расчетнаую длину магнитопровода

,

где - синхронная угловая частота двигателя;

k_B = 1,11 – коэффициент формы поля в асинхронных машинах

 = = 0,254 м

8. Определим отношение λ = l_δ /τ

Значение λ = 1,6 находится в допустимых пределах (по рис. 9.25[1]).

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ПАЗОВ, ВИТКОВ И ПЛОЩАДИ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДА ОБМОТКИ СТАТОРА

 

9.  Найдём предельные значения t_z1 (по рис. 9.26[1]):

t_z1max = 15 мм;

t_z1min = 12 мм.

10.  Определим число пазов статора

Z_1min =

      

Z_1max =

      

Принимаем Z₁ = 24, тогда q₁ = Z₁/(2pm) – число пазов на полюс и фазу

Обмотка статора электродвигателя принимаем однослойной, т.е. а = 1.

11. Рассчитаем окончательно зубцовое деление статора

м

12. Определим предварительно число эффективных проводников в пазу

где  I_1ном – номинальный ток обмотки статора, А

 

А

проводника

 

13.  Окончательно определяем число эффективных проводников в пазу, принимаем а = 1, тогда

u_п = а u'_п

 проводников

14. Находим окончательные значения:

число витков в фазе:

 витка

линейная нагрузка:

А/м

магнитный поток:

Ф =

где = 0,958 для однослойной обмотки с q = 4(по табл. 3.16[1])

Вб

 индукция в воздушном зазоре:

В_δ =

Тл

Значения А и В_δ находятся в допустимых пределах (по рис. 9.22, б[1]).

15. Определим предварительно плотность тока в обмотке статора

где АJ₁ = 136·10⁹А²/м³ – произведение линейной нагрузки на плотность тока       (по рис. 9.27, б[1]).

А/м²

 

16. Найдём предварительно площадь поперечного сечения эффективного проводника

м²

17. Окончательно рассчитаем сечение эффективного проводника: принимаем n_эл = 1, тогда                      q_эл = q_эф/n_эф = 1,76/1 = 1,76 мм².

Принимаем обмоточный провод марки ПЭТВ (по приложение 3[1]):

 d_эл = 1,5 мм,

q_эл = 1,767 мм²,

q_э.ср = n_эл q_эл = 1 • 1,767 = 1,767 мм².

18. Окончательно определяем плотность тока в обмотке статора

 А/мм²

 

3 РАСЧЁТ РАЗМЕРОВ ЗУБЦОВОЙ ЗОНЫ СТАТОРА И ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА