Определение числа пазов статора и числа витков в фазе обмотки статора
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Факультет Энергетический
Кафедра Электрификация производства и быта
наименование кафедры
Отчет защищен с оценкой
Преподаватель Б.С.Компанеец
(подпись) (и.о.фамилия)
“ ” 2015 г.
дата
|
|
РАСЧЕТ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
на тему
Пояснительная записка
к курсовому проекту
по дисциплине Электрические машины
наименование дисциплины
КП 140400.15.000 ПЗ
обозначение документа
Студент группы Э-23 Ю.А. Овечкина
и.о., фамилия
Преподаватель к. т.н. Б. С. Компанеец
должность, ученое звание и.о., фамилия
БАРНАУЛ 2015
Содержание
Техническое задание. 3
1 Выбор главных размеров. 4
|
|
2 Определение числа пазов статора и числа витков в фазе обмотки статора. 5
3 Расчет размеров зубцовой зоны статора. 7
4 Расчет ротора. 9
5 Расчет магнитной цепи. 12
6 Параметры рабочего режима. 15
7 Расчет потерь. 19
8 Расчет рабочих характеристик. 21
9 Расчет токов. 24
10 Расчет пусковых характеристик. 27
11 Тепловой расчет. 31
Список использованных источников. 34
Техническое задание
Спроектировать асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором со следующим параметрами:
,
климатическое исполнение и категория размещения – ,
исполнение двигателя по степени защиты – ,
класс нагревостойкости изоляции – ,
способ охлаждения – ,
конструктивное исполнение – .
Выбор главных размеров
1. Высота оси вращения была предварительно определена по графику для заданных и в зависимости от исполнения двигателя:
Внешний диаметр сердечника статора был определен по таблице в зависимости от высоты оси вращения и составил:
2. Внутренний диаметр статора определяется с учетом табличного коэффициента в зависимости от числа полюсов и составляет:
3. Полюсное деление определяется по следующей формуле:
4.Расчетная мощность определяется в зависимости от заданной мощности на валу двигателя и данных , определяемых по графикам:
|
|
5.Предварительный выбор электромагнитных нагрузок по графическим данным определил значения линейной нагрузки и индукции в воздушном зазоре :
6. Значение обмоточного коэффициента выбирается в зависимости от типа обмотки статора и составляет:
7. Расчетная длина магнитопровода
Расчетная длина магнитопровода определяется по формуле (1):
(1) |
Здесь – синхронная угловая частота двигателя, которая определяется по следующей формуле:
Расчетная длина магнитопровода определяется по формуле (1):
где
8. Коэффициент длины
Чтобы оценить правильность выбора главных размеров и , найдем коэффициент длины :
Значение находиться в допустимых пределах, главные размеры рассчитаны верно.
Определение числа пазов статора и числа витков в фазе обмотки статора
9. Предельные значения tZ1max=10 мм; tZ1min=8 мм.
10. Число пазов статора
Принимаем , тогда число пазов на фазу определяется следующим образом:
11.Зубцовое деление статора определяется с учетом найденных выше величин:
12. Число эффективных проводников в пазу
Предварительное число эффективных проводников в пазу определяется по формуле (2):
|
|
(2) |
Найдем номинальный ток обмотки статора :
Определим предварительное число эффективных проводников в пазу по формуле (2):
13. Число четных проводников для двухслойной обмотки:
14. Окончательные значения числа витков в фазе обмотки:
Окончательное значение линейной нагрузки:
Рассчитанное значение линейной нагрузки незначительно отличается от принятого ранее в п. 0.
Магнитный поток рассчитывается по формуле (3):
(3) |
где – обмоточный коэффициент, рассчитывающийся в зависимости от числа пазов на полюс и фазу и укорочения шага обмотки с использованием формул (4).
(4) |
Для однослойной обмотки с
Учитывая найденные значения, определим магнитный поток по формуле (3):
Определим индукцию в воздушном зазоре по формуле:
Рассчитанное значение индукции в воздушном зазоре незначительно отличается от принятого ранее в п. 0.
15. Допустимая плотность тока рассчитывается по формуле (5):
(5) |
Значение , определенное из графика, составляет . Таким образом, по формуле (5) определяем допустимую плотность тока:
16.Определим площадь поперечного сечения эффективного проводника:
17. Принимаем , тогда
По приложению 3, определяем параметры провода марки ПЭТВ:
18. Окончательная плотность тока в обмотке статора определяется по формуле:
Расчет размеров зубцовой зоны статора
19. Предварительно принимаем . По выбранным значениям индукций и с учетом значения коэффициента заполнения сердечника сталью определяем:
высоту ярма статора:
ширину зубца:
20. Находим размеры паза в штампе:
Размер определяется при по формуле (6):
(6) |
Высота шлица паза в двигателях с высотой оси вращения принимают .
Ширину шлица паза в статорах, принимают равной:
По формуле (6) определяем размер :
Паз статора представлен на Рисунок 1.
Рисунок 1 – Паз статора |
21.Размеры паза в свету с учетом припуска на сборку ( ):
В пазу отсутствуют прокладки, поэтому площадь поперечного сечения прокладок .
Площадь поперечного сечения корпусной изоляции в пазу:
,
где - одностороння толщина изоляции в пазу.
Площадь поперечного сечения паза для размещения проводников обмотки:
22. Коэффициент заполнения паза определяется по формуле:
Для двигателей с значение коэффициента заполнения паза должен находиться в пределах . Найденное значение удовлетворяет условию.
Расчет ротора
23. Воздушный зазор определяется по графическим данным и составляет: .
24. Число пазов ротора принимаем как табличное значение [1] .
25. Внешний диаметр ротора:
26. Длина магнитопровода ротора:
27. Зубцовое деление ротора:
28. Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, так как сердечник ротора непосредственно насаживается на вал:
где - табличное значение.
29. Предварительное значение тока в обмотке ротора определяют по формуле (7):
(7) |
где
- коэффициент приведения токов, , т. к. пазы ротора выполняем без скоса.
По формуле (7) находим:
30. Предварительная площадь поперечного сечения стержня определяется по формуле (8).
(8) |
где для обмотки ротора, выполненной из алюминиевых стержней.
По формуле (8) находим:
31. Паз ротора
Предварительно принимаем .
Допустимая ширина зубца:
Рассчитаем размеры паза:
32. В связи с округлением результатов расчета просчитаем ширину зубцов в сечениях и по окончательно принятым размерам паза:
Так как расхождения между и небольшое, то в дальнейших расчетах будем принимать среднюю ширину зубца:
Полная высота паза определяется по формуле:
33. Плотность поперечного сечения стержня
Плотность тока в стержне:
Паз ротора представлен на Рисунок 2.
Рисунок 2 – Паз ротора |
34. Найдем площадь поперечного сечения короткозамыкающего кольца по формуле (9):
(9) |
где, , а
Плотность тока в замыкающих кольцах выбирают в среднем на меньше, чем в стержнях. Таким образом, получаем:
По формуле (9) определим площадь поперечного сечения короткозамыкающего кольца:
Определим размеры короткозамыкающих колец:
Средний диаметр замыкающих колец определяется по формуле:
Расчет магнитной цепи
Магнитопровод из электротехнической стали марки 2013 (выбрана в зависимости от высоты вращения двигателя), толщина листа .
35. Магнитное напряжение воздушного зазора рассчитывается по формуле (10):
(10) |
где, - индукция в воздушном зазоре, рассчитанная в п. 14;
- воздушный зазор, определенный в п. 23;
– коэффициент воздушного зазора, который определяется по формуле (11).
(11) |
Учитывая по формуле (11) находим:
По формуле (10) получаем магнитное напряжение воздушного зазора:
36. Магнитное напряжение зубцовой зоны статора определяется по формуле (12).
(12) |
Здесь - расчетная высота зубца статора, .
Для определения необходимо найти индукцию в зубцах . По формуле (13) определим расчетную индукцию :
(13) |
Принимаем по таблице П1.7 [2] определяем .
По формуле (12) находим:
37. Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора определяется по формуле (14):
(14) |
Расчетная высота зубца определяется по формуле (15):
Для определения расчетной напряженности поля в зубце ротора необходимо рассчитать индукцию в зубцах ротора .
По таблице П1.7 [2] определяем:
По формуле (14) находим магнитное напряжение зубцовой зоны ротора:
38. Коэффициент насыщения зубцовой зоны определяется по следующей формуле:
39.Магнитное напряжение ярма статора определяется по формуле (15):
(15) |
где,
Для определения найдем :
Из таблицы П1.6 [2] определяем .
По формуле (15) найдем магнитное напряжение ярма статора:
40. Магнитное напряжение ярма ротора определяется по формуле (16):
(16) |
где, .
определяется следующей формулой:
Для определения необходимо найти по формуле (17):
(17) |
где, расчетная высота ярма ротора для двигателей с определяется по следующей формуле с учетом, что :
По формуле (17) определим:
Из таблицы П1.6 [2] определяем .
По формуле (16) рассчитаем магнитное напряжение ярма ротора:
41. Магнитное напряжение на пару полюсов составляет:
42. Коэффициент насыщения магнитной цепи составляет:
43. Намагничивающий ток определим по следующей формуле:
Найдем относительное значение намагничивающего тока:
Условие: 0,3< <0,6 выполняется.
Параметры рабочего режима
44. Активное сопротивление обмотки статора определяется по формуле (18) (для класса нагревостойкости изоляции расчетная температура для медных проводников ):
(18) |
Где – общая длина проводников фазы обмотки определяется по формуле (19):
(19) |
Средняя длина витка обмотки определяется по формуле (18):
(18) |
Длина пазовой части равна конструктивной длине сердечников машины
Длина лобовой части катушки всыпной обмотки определяется по формуле (19):
(19) |
Где – табличный коэффициент, зависимый от числа пар полюсов;
– для всыпной обмотки, укладываемой в пазы до запрессовки сердечника в корпус;
– средняя ширина катушки, определяемая по формуле (20):
(20) |
Для расчета используются найденные ранее значения:
(из п. 0), (из п. 00),
По формуле (20) получаем:
По формуле (19) находим:
По формуле (18) определим среднюю длину витка обмотки:
Вылет лобовых частей обмотки определяется по формуле (с учетом табличного коэффициента ):
Далее определим общую длину проводников фазы обмотки по формуле (19):
По формуле (18) с учетом (для нормальных машин) и (из п. 16) находим:
Относительное значение определяется по формуле:
45. Активное сопротивление фазы алюминиевой обмотки ротора определяется по формуле (21):
(21) |
Где определяется по формуле (22), - по формуле (23) и, учитывая, что для литой алюминиевой обмотки ротора , :
(22) | |
(23) |
По формуле (21) находим:
Приведем к числу витков обмотки статора по формуле (с учетом для двигателей с :
Найдем относительное значение :
46. Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора определяется по формуле (24):
(24) |
Где - при отсутствии радиальных каналов для обмотки статора;
– коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния рассчитывается в зависимости от конфигурации паза и расположения в нем проводников обмотки по формуле (25);
– коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния определяется по формуле (;
- коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния определяется по формуле (29).
(25) | |
(28) | |
(29) |
Определение коэффициента магнитной проводимости пазового рассеяния
Коэффициент при обмотке с укорочением определяется по формуле:
Коэффициент определяется по формуле:
- проводники закреплены пазовой крышкой
По формуле (25) находим:
Определение коэффициента магнитной проводимости лобового рассеяния осуществляется по формуле (:
Определение коэффициента магнитной проводимости дифференциального рассеяния
определяется по формуле (26):
(26) |
Коэффициент определяется графически в зависимости от соотношения .
(по рис. 9.51 д [Копылов] с учетом ).
По формуле (26) находим:
По формуле (29) находим коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
Определим индуктивное сопротивление фазы обмотки статора по формуле (24):
Относительное значение :
47. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора определяется по формуле (27):
(27) |
Где - коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора, который рассчитывается по формуле (28);
(28) |
- коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния, который рассчитывается по формуле (29);
(29) |
- коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния, который определяется по формуле (30);
(30) |
- коэффициент проводимости скоса.
По формуле (28) определяем коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки ротора, учитывая, что :
Найдем коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния по формуле (29):
Для определения коэффициента магнитной проводимости дифференциального рассеяния найдем по формуле, учитывая, что для закрытых пазов :
По формуле (30) находим:
По формуле (27) определим индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора:
Приводим к числу витков статора по следующей формуле:
Относительное значение:
Расчет потерь
48. Основные потери в стали определяются по формуле (31):
(31) |
Где для марки стали 2013;
и - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали от частоты перемагничивания для машин мощностью меньше ;
- массы стали ярма и зубцов статора, которые с учетом удельной массы стали определяются следующим образом:
По формуле (31) находим основные потери в стали:
49. Поверхностные потери в роторе определяются по формуле (32):
(32) |
Где – удельные поверхностные потери, определяемые по формуле (33):
(33) |
Для определения удельных поверхностных потерь, необходимо учитывать:
– коэффициент, учитывающий влияние обработки поверхности головок зубцов ротора на удельные потери; для двигателей мощностью до . В нашем случаем примем ;
– частота вращения двигателя;
- амплитуда пульсации индукции в воздушном зазоре над коронками зубцов ротора, которая вычисляется по следующей формуле (38):
(38) |
Коэффициент зависит от отношения ширины шлица пазов статора к воздушному зазору ( ) и определяется графически по рис. 9.53 б [2]:
По формуле (38) определяем:
По формуле (33) находим удельные поверхностные потери:
По формуле (32) определяем поверхностные потери в роторе:
50. Пульсационные потери в зубцах ротора определяются по формуле
(39) |
Где – масса стали зубцов ротора, которая определяется следующим образом:
– амплитуда пульсаций индукции в среднем сечении зубцов для зубцов ротора, которая определяется следующим образом:
По формуле (39) определяем пульсационные потери в зубцах ротора:
51. Сумма добавочных потерь в стали определяется следующим образом:
52. Полные потери в стали определяются как сумма основных и добавочных потерь:
53. Потери на трение в подшипниках и вентиляционные потери для двигателей с и [коэффициент определяются следующим образом:
54. Ток холостого хода двигателя определяется по формуле (34):
(34) |
Где – активная составляющая тока холостого хода, определяемая по формуле (35):
(35) |
Здесь - электрические потери в статоре при холостом ходе:
По формуле (35) находим активную составляющую тока холостого хода:
По формуле (34) находим ток холостого хода:
Коэффициент мощности при холостом ходе определяется следующим образом:
Расчет рабочих характеристик
Для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей необходимо произвести расчеты основных параметров.
55. Коэффициент определяется по формуле (36):
(36) |
Где рассчитывается следующим образом:
По формуле (36) находим:
Сопротивление определяем следующим образом:
Активная составляющая тока синхронного холостого хода определяется следующим образом:
Потери, не изменяющиеся при изменении скольжения:
56.Рассчитываем рабочие характеристики для скольжений , принимая предварительно, что 4. Результаты расчетов сведены в Таблица . После построения рабочих характеристик уточняем значение номинального скольжения: .
Номинальные данные для проектирования двигателя:
Р2ном=1,1 кВт, U1ном=380/220 В, I1ном=2,7 А,
сosφном=0,8, ηном=0,771.
Таблица 1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Таблица 1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.
Р2ном=1,1 кВт, U1ном=380/220 В, 2р=4, I0a=0,11 A,
I0p=Iμ=1,2 A, Рст+Рмех=0,08 кВт, r1=10,36, r'2=5,26 Ом, с1=1,02,
а'=1,05, а=10,62 Ом, b'=0, b=5,34 Ом.
№ п/п | Расчетная формула | Единицы величины | Скольжение | ||||||
0,03 | 0,06 | 0,09 | 0,12 | 0,15 | 0,18 | 0,059 | |||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1 | 184,35 | 92,17 | 61,45 | 46,09 | 36,87 | 30,72 | 93,74 | ||
2 | 194,97 | 102,79 | 72,07 | 56,71 | 47,49 | 41,34 | 104,36 | ||
3 | 5,34 | 5,34 | 5,34 | 5,34 | 5,34 | 5,34 | 5,34 | ||
4 | 195,04 | 102,93 | 72,27 | 56,96 | 47,79 | 41,69 | 104,49 | ||
5 | 1,13 | 2,14 | 3,04 | 3,86 | 4,6 | 5,28 | 2,11 | ||
6 | - | 1 | 0,999 | 0,997 | 0,996 | 0,994 | 0,992 | 0,999 | |
7 | - | 0,027 | 0,052 | 0,074 | 0,094 | 0,112 | 0,128 | 0,051 | |
8 | 1,24 | 2,25 | 3,15 | 3,96 | 4,69 | 5,35 | 2,21 | ||
9 | 1,23 | 1,31 | 1,42 | 1,56 | 1,71 | 1,87 | 1,30 | ||
10 | 1,74 | 2,6 | 3,45 | 4,25 | 4,99 | 5,66 | 2,57 | ||
11 | 1,16 | 2,19 | 3,12 | 3,96 | 4,72 | 5,41 | 2,16 | ||
12 | 0,82 | 1,48 | 2,08 | 2,61 | 3,09 | 3,53 | 1,46 | ||
13 | 0,09 | 0,21 | 0,37 | 0,56 | 0,77 | 1 | 0,21 | ||
14 | 0,021 | 0,076 | 0,154 | 0,248 | 0,352 | 0,462 | 0,074 | ||
15 | 0,004 | 0,007 | 0,01 | 0,013 | 0,015 | 0,018 | 0,007 | ||
16 | 0,203 | 0,376 | 0,618 | 0,906 | 1,224 | 1,56 | 0,369 | ||
17 | 0,615 | 1,10 | 1,459 | 1,706 | 1,869 | 1,968 | 1,09 | ||
18 | - | 0,752 | 0,746 | 0,703 | 0,653 | 0,604 | 0,558 | 0,747 | |
19 | - | 0,711 | 0,864 | 0,911 | 0,93 | 0,939 | 0,944 | 0,86 |
Зависимость КПД и коэффициента мощности, полного тока статора и мощности от скольжения представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 - Рабочие характеристики спроектированного двигателя
Вывод: спроектированный двигатель отвечает поставленным в задании требованиям.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 689; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!