Курсовая работа: Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на мощность 45 киловатт
Курсовая работа: Расчет трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на мощность 45 киловатт
СОДЕРЖАНИЕ
АННОТАЦИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1
Современные серии
электрических машин
1.2
Основные
тенденции в электромашиностроении
2 РАСЧЕТЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
2.1 Техническое задание
2.2 Выбор аналога двигателя
2.3 Размеры, конфигурация и материал магнитной цепи двигателя
2.4 Обмотка статора
2.5 Обмотка короткозамкнутого ротора
2.6 Расчет магнитной цепи
2.7 Активные и индуктивные сопротивления обмоток
2.8 Режим холостого хода и номинальный
2.9 Рабочие характеристики
2.10 Максимальный момент
2.11 Начальный пусковой момент и пусковые токи
2.12 Расчет
механической характеристики двигателя и зависимости пускового тока от
скольжения
2.13 Тепловой и вентиляционный расчеты
2.14 Масса двигателя и динамический момент инерции ротора
2.15 Расчет надежности обмотки статора
2.16 Механический расчет вала и подбор подшипников качения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ
АННОТАЦИЯ
Темников Ю.В. Двигатель асинхронный трехфазный, мощность 45 кВт, 6
полюсов.
Страниц: 48
Иллюстраций: 7
Приложений: 4
Таблиц: 2
Представлены результаты расчета трехфазного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором на мощность 45 киловатт, число полюсов равно 6, линейное
напряжение сети: при соединении в треугольник – 380В, при соединении в звезду –
660В, частота питающей сети 50 Гц.
Спроектирован асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором.
Высота оси вращения – 250мм, магнитопроводы статора и ротора выполнены из
стальной ленты, марка стали – 2411, обмоточный провод ПЭТ-155, обмотка ротора
из алюминия марки АКМ12-4, станина литая из чугуна, класс нагревостойкости
изоляции F.
Расчеты выполнены с учетом рекомендаций, изложенных в учебных пособиях
Гольдберга О.Д. «Проектирование электрических машин»[1] и Гурина Я.С.
«Проектирования серий электрических машин» [2].
ВВЕДЕНИЕ
Асинхронный электродвигатель - двухобмоточный электрический двигатель,
одна из обмоток которого питается от сети переменного напряжения, а другая
замкнута накоротко или на сопротивление.
Асинхронные двигатели находят широкое применение в хозяйстве. По разным
данным, около 70% всей электрической энергии, преобразуемой в механическую
вращательного или поступательного движения, потребляется асинхронными
электродвигателями.
Широкое применение асинхронных двигателей связано с простотой их
конструкции, ее технологичностью и минимальными затратами в эксплуатации, по
сравнению с другими видами электрических машин, таких как двигатели постоянного
тока, синхронными двигателями и т.д.
Трехфазный асинхронный электродвигатель, традиционного исполнения,
выполняющего вращательное движение (конструкция такого двигателя впервые была
предложена М.О. Доливо-Добровольским в 1889 году) состоит из двух основных
частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.
Статор состоит из станины, в которую впрессован сердечник статора –
магнитопровод статора с распределенной обмоткой. Назначение сердечника –
создание вращающегося магнитного поля. Магнитопровод состоит из штампованных,
изолированных друг от друга листов электротехнической изотропной (в крупных
машинах – анизотропной) стали, толщиной (в зависимости от размеров и
необходимых параметров машины) от 0,28 до 1мм.
Сердечник ротора двигателя, аналогично сердечнику статора, набирается из
листов электротехнической стали. Обмотки роторов бывают короткозамкнутые, из
алюминиевого литья, и фазные, которые, аналогично обмотке статора, выполнены из
изолированного медного провода, концы обмоток выводятся на контактные кольца,
закрепленные на вале ротора, далее, посредством щеточного контакта, к обмотке
ротора можно подключить пусковой реостат.
В данном курсовом проекте речь пойдет о трехфазном асинхронном двигателе
с короткозамкнутым ротором.
1.
АНАЛИТИЧЕСКИЙ
ОБЗОР
1.1
Современные
серии электрических машин
В 70-е годы была
разработана и внедрена серия электродвигателей 4А, основным критерием при
проектировании которой был принят минимум суммарной стоимости двигателя в
производстве и эксплуатации. Переход на новую привязку мощностей и установочных
размеров электродвигателей позволил получить большую экономию дефицитных
материалов. Впоследствии серия была модернизирована, вследствие чего несколько
улучшены виброакустические и некоторые энергетические показатели электрических
двигателей. Серия получила название 4АМ.
В связи со все
возраставшими требованиями мирового электромашиностроения к асинхронным
двигателям на замену двум предыдущим сериям 4А и 4АМ в 80-х годах бывшей
организацией социалистических стран ИНТЕРЭЛЕКТРО была разработана
унифицированная серия асинхронных электродвигателей АИ. Двигатели серии АИ
отличаются повышенными надежностью и перегрузочной способностью – расширенным
диапазоном регулирования, улучшенными энергетическими и виброакустическими
характеристиками.
Распад Советского Союза
на суверенные государства привел к тому, что многие заводы электротехнической
промышленности, монопольно выпускавшие отдельные габариты единой серии АИ,
оказались за рубежом. Поэтому в НИПТИЭМ разработана новая серия асинхронных
электродвигателей 5А (взаимозаменяемых с электродвигателями АИР, 4А) на замену
тем габаритам, производство которых осталось за границей России.
При разработке серии 5А
учтены изменившиеся требования к асинхронным электродвигателям для повышения
конкурентоспособности их на мировом рынке. На многих типоразмерах двигателей
улучшены энергетические, виброакустические показатели, а так же моментные
характеристики.
Общая характеристика
двигателей серии АИ и5А
Привязка мощностей и
установочных размеров электрических двигателей серии АИ аналогична привязке
серий 4А, 4AМ и охватывает диапазон 0,06…400 кВт (при частоте вращения 1500
оборотов в минуту). Серия состоит из 17 габаритов, характеризуемых значениями
оси вращения от 50 до 355 мм. Двигатели выпускается на частоты вращения 3000,
1500, 1000, 750, 600 и 500 оборотов в минуту.
Структура серии
предусматривает следующие группы исполнений:
· основное;
· модификации по характеристикам с
повышенным пусковым моментом,электрические двигатели с повышенным скольжением,
многоскоростные двигатели, электрические двигатели с фазным ротором,
однофазные, малошумные;
· модификации по условиям окружающей среды
(для холодного, длятропического климата, электродвигатели для сельского
хозяйства, для работы в пыльных помещениях, для работы в химически активных
средах);
· модификации электродвигателей по
точности установочных размеров (сповышенной точностью, с высокой точностью
установочных размеров);
· модификации асинхронных двигателей с
дополнительнымиустройствами (со встроенной температурной защитой, со встроенным
электромагнитным тормозом);
· узкоспециализированные модификации
(текстильные, длямоноблокнасосов, двигатели в рудничном нормальном исполнении).
В России двигатели серии 5АМ (модернизированные) производят на
Владимирском Электромашиностроительном Заводе. В настоящее время завод
выпускает и двигатели серии 6А. Ведутся разработки серии 7А.
Параллельно в 1992 году на Ярославском Электромашиностроительном Заводе
шло создание новой серии электрических машин РА. В двигателях используются
съемные лапы, позволяющие потребителю выбирать наиболее удобное для него
расположение машины. Кроме того, в двигателях используется
горизонтально-вертикальноеоребрение станин, позволяющее сэкономить до 15%
материала станины, улучшая при этом теплоотдачу. Освоение серии РА позволило
сократить зависимость России от импорта и развить экспорт асинхронных
двигателей.
1.1.
Основные тенденции
в развитии электромашиностроения.
К основным тенденциям можно отнести:
·
Применение
утоньшенной корпусной изоляции и обмоточных проводов с малой толщиной изоляции.
При этом повышается коэффициент заполнения обмоточного пространства медью и
соответственно использование объема машины.
·
Использование
более нагревостойкой изоляции. В настоящее время наибольшее распространение
находит изоляция класса F. В
машинах, работающий в более тяжелых условиях, распространена изоляция класса Н.
·
Применение улучшенных
марок электротехнической стали. Сейчас часто используют холоднокатаную
электротехническую сталь, обладающую большей магнитной проницаемостью и
меньшими удельными потерями в сравнении с горячекатаной.
·
Усовершенствование
охлаждения машин, путем повышения производительности вентиляторов, уменьшения
аэродинамического сопротивления воздухопровода, увеличения поверхности
охлаждения, усиления теплопередачи путем лучшего заполнения воздушных прослоек
в обмотках пропитывающими лаками и компаундами.
·
Усовершенствование
методов расчета машин.
·
Улучшение
конструкции машин, придание рациональной формы, при обеспечении снижения массы
и повышения прочности.
Также сюда можно отнести стремление уменьшить динамический момент
инерции, увеличение отношения длины сердечника ротора к его диаметру; повышение
надежности.
2.
Расчеты и основные результаты работы
2.1
Техническое
задание
Спроектировать трехфазный асинхронный электродвигатель в соответствии со
следующими данными:
номинальная мощность P2=45 кВт;
номинальное линейное напряжение, Δ/Y:
380/660 В;
число пар полюсов р=3;
степень защиты: IP44;
исполнение по способу монтажа: IM1001;
исполнение по способу охлаждения: IC141.
2.2
Выбор
аналога двигателя
По вышеуказанным данным выбираем из каталога Владимирского Электромашиностроительного
Завода двигатель 5АМ250S6У3.
Технические характеристики двигателя:
номинальная мощность: P2=45 кВт;
номинальное линейное напряжение: 380/660В (Δ/Y);
номинальная частота вращения: nном=985
об/мин;
коэффициент полезного действия: η=93%;
коэффициент мощности: cosφ=0.83;
номинальный фазный ток: I1ном= 87.5А;
номинальный момент: Мном=436 Н·м;
кратность пускового момента к номинальному: Мп/Мном=2;
кратность максимально момента к номинальному: Мm/Мном=2;
динамический момент инерции ротора: J=1.2 Н·м2;
масса двигателя: 430 кг.
2.3 Размеры, конфигурация, материал
магнитной цепи двигателя
По таблице 9-2 [1] по заданной высоте оси вращения определяем максимально
допустимый наружный диаметр сердечника статора:
DH1max=452 мм, припуск на штамповку – Δшт = 8мм; ширина резаной
ленты стали марки 2411 равна 460мм.
Выбираем наружный диаметр сердечника статора: DH1=440мм.
Внутренний диаметр сердечника статоранаходим по формуле, приведенной в
таблице 9-3 [1]:
мм;
Расчетную мощность Р1 по коэффициенту kH=0.97 находим по формуле 1.11[1], cosφпринимаем 0.86:
Для изготовления магнитопроводов статора и ротора выбираем резаную ленту
стали 2411, толщиной 0.5 мм.
По графикам на рисунке 9-4 [1] определим электромагнитные нагрузки:
А1=358 А/см – линейная нагрузка статора;
Вδ’=0.81 Тл – индукция в зазоре.
Частота вращения ротора при идеальном холостом ходе n=1000 об/мин.
Предварительный коэффициент обмотки статора: kоб1=0.93.
Определим приблизительную длину сердечника статора:
Принимаем длину сердечника равной 175 мм. Найдем отношение длины к
диаметру сердечника и сравним с максимально допустимым:
Полученное отношение меньше предельного, с учетом достаточно большого
числа полюсов – длина сердечника достаточна.
Сердечник статора из стали 2411 с термостойким изоляционным покрытием.
Коэффициент заполнения сталью: kc=0.93.
Число пазов на полюс и фазу q1выбираем
равным 4.
Количество пазов, таким образом: z1=6·3/4=72, пазы трапецеидальные полузакрытые, обмотка всыпная
из круглого провода.
Сердечник ротора из стали 2411 с термостойким изоляционным покрытием.
Коэффициент заполнения также 0.93.
Наружный диаметр ротора определяем по формуле, с учетом что зазор в
машине принимаем равным 0.7мм:
Внутренний диаметр листов ротора:
Для улучшения охлаждения машины и уменьшения динамического момента
инерции делаем nk= 10
аксиальных каналов в сердечнике ротора, диаметром dk=30мм.
Длина сердечника ротора равна l, длине сердечника статора.
Число зубцов ротора, в соответствии с предложенным рядом, выбираем равным
z2=82.
2.4
Обмотка
статора
Обмотка всыпная из
круглого провода марки ПЭТ-155, класса F, двухслойная, с укороченным шагом, петлевая (схема обмотки
фазы в Приложении).
Коэффициент распределения
обмотки:
где α=60°/q1=15°.
Шаг обмотки (коэффициент
укорочения β принимаем равным 0.833:
Коэффициент укорочения:
Обмоточный коэффициент
(скоса пазов нет, коэффициент скоса равен единице):
Предварительное значение
магнитного потока:
Предварительное число
витков в обмотке фазы:
Число эффективных
проводников в пазу (число параллельных ветвей в обмотке а=1):
Принимаем Nп=10, тогда число витков в фазе ω=120.
Уточним значения
магнитного потока и индукции в воздушном зазоре:
Предварительное значение
номинального фазного тока:
Уточненная линейная
нагрузка статора:
Разница с ранее принятым .
Расчет трапецеидального
полузакрытого паза:
Рис.1. Трапецеидальный
полузакрытый паз статора
Зубцовое деление по
внутреннему диаметру статора:
Из рекомендуемых значений
индукции в зубце статора (таблица 9-14 [1]) принимаем индукцию в зубце: Bз1=1.7 Тл.
Определим ширину зубца:
Индукцию в спинке статора
определяем по таблице 9-13 [1]: Вс1=1.45 Тл.
Высота спинки статора:
Высота паза:
Большая ширина паза:
Высота шлица: hш1=0.5 мм; ширина шлица bш1=0.3h1/2=4.5мм.
Меньшая ширина паза:
Высота паза занимаемая
обмоткой:
Размеры hk, h2, h4определяем в соответствии с таблицей
9-21[1].
Выполним проверку
правильности определения большей и меньшей ширины паза:
Следует, что расчет
геометрии произведен верно.
Припуск на сборку: bc=0.2 и hc=0.2мм.
Площадь поперечного
сечения паза в штампе:
Площадь поперечного
сечения паза в свете:
Толщина корпусной
изоляции: bи1=0.4 мм.
Определим площадь
поперечного сечения корпусной изоляции:
мм2
Площадь поперечного
сечения прокладок между верхней и нижней катушками в пазу на дне паза и под
клином:
Площадь поперечного
сечения занимаемая обмоткой:
Число элементарных
проводников в эффективном с=6.
Тогда диаметр
элементарного изолированного провода, при предположении что коэффициент
заполнения паза kn=0.72:
По приложению 1[1]
находим ближайший стандартный провод марки ПЭТ-155:
d1=1.585 мм; сечение провода (неизолир.) S=1.767мм2.
Предварительное значение
плотности тока в обмотке:
Коэффициент заполнения
паза:
Определим размеры
элементов обмотки:
Среднее зубцовое деление
статора:
Средняя ширина катушки
обмотки:
Средняя длина одной
лобовой части катушки:
Средняя длина витка
обмотки:
Длина вылета лобовой
части:
2.5
Обмотка
короткозамкнутого ротора
Рис.2. Закрытый
грушевидный паз
Выбираем по таблице 9-18
индукцию в зубце ротора:
B32=1.8 Тл.
Выбираем глубину паза по
рисунку 9-12 [1]:
hn2=56мм.
Высота спинки ротора:
Индукция в спинке ротора:
Зубцовое деление по
наружному диаметру ротора:
Ширина зубца ротора:
Меньший радиус паза:
Страницы: 1, 2, 3, 4
|